CN107598351A - Stellite钴基合金外圆大面积等离子堆焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Stellite钴基合金外圆大面积等离子堆焊方法，包括以下步骤：S1：通过机加工形成圆柱形的待堆焊工件；S2：对待堆焊工件的待焊表面进行杂质清理，杂质清理包括去除油污、铁锈、氧化物；S3：对待堆焊工件表面进行液体渗透检测，如果不合格，则返修，如果合格，S4：将待堆焊工件预热至指定温度；S5：等离子堆焊钴基合金专用Stellite 12粉末；S6：堆焊后的工件进行后热处理；S7：堆焊层粗加工；S8：堆焊层液体渗透检测，如果不合格，则返修，如果合格，S9：进行最终热处理；S10：采用钴基合金专用刀具进行精加工形成成品;本发明具有无裂纹、硬度均匀、合格率高、施工周期短、焊工劳动强度减轻的有益效果。

Description

Stellite钴基合金外圆大面积等离子堆焊方法

技术领域

本发明属于等离子堆焊技术领域，具体为一种Stellite钴基合金大面积高效防裂纹等离子堆焊方法，适用于电站高速回转部件轴承及衬套堆焊。

背景技术

堆焊是用焊接的方法在将填充金属熔敷在基体材料表面，以获得特定的表层性能或表面尺寸的工艺过程。等离子弧堆焊是诸多堆焊方法中的一种，具有等离子弧温度高、能力集中，热利用率高，稀释率低，明弧，堆焊层形状容易控制，成型平整等特点。不加工或少加工即可使用。可以适用于各种形式的填充材料。根据填充金属送给方式及堆焊材料种类的不同，大致可分为冷丝(实心焊丝、药芯焊丝、铸棒、焊带)等离子弧堆焊、热丝(实心或药芯)等离子弧堆焊、预制型等离子弧堆焊、粉末等离子弧堆焊。粉末等离子弧堆焊的最大优点是堆焊材料品种非常多，各种难扎拔的合金均能制成粉末，且能把WC颗粒加入粉末中进行堆焊。

钴基合金是一种能耐各种类磨损和腐蚀以及高温氧化的硬质合金，可用各种焊接工艺喷涂到易损部件的表面，提高部件使用寿命。钴基合金常用于高压泵轴套、牙轮钻头轴承，锅炉旋转叶片，高温、高压阀门等零件表面堆焊。钴基合金粉末Stellite 12（型号ECoCr-B）属于Co-Cr-W-C系列合金，是经典的司太立合金，其特点是所含合金元素少，含碳量较高，约1.3%，含W量也较高，约8%，因此合金的硬度较高，堆焊层的硬度一般可达到45-51HRC。具有极好的耐磨粒磨损性能，抗高温、耐腐蚀、耐气蚀的性能亦极佳，但这类合金由于含有较高的合金和碳化物形成元素，合金组织为硬脆相，塑韧性相对较差（延伸率小于1%），具有极强的冷脆性和热裂倾向，堆焊过程中极容易出现焊接冷裂纹、热裂纹和收弧裂纹。所以钴基合金等离子堆焊需要防止产生各类焊接裂纹，且通过工艺方法保证整个堆焊层的化学成分及硬度均匀。

发明内容

本发明根据以上不足，提供了一种Stellite钴基合金外圆大面积等离子堆焊方法。解决目前大面积钴基合金堆焊易出裂纹、硬度不均匀、合格率低、施工周期长、焊工劳动强度大的问题。

本发明的技术方案是：

一种Stellite钴基合金外圆大面积等离子堆焊方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1：通过机加工形成圆柱形的待堆焊工件；

步骤S2：对待堆焊工件的待焊表面进行杂质清理，杂质清理包括去除油污、铁锈、氧化物；

步骤S3：对待堆焊工件表面进行液体渗透检测，如果不合格，则返修，如果合格，

步骤S4：将待堆焊工件预热至指定温度；

步骤S5：等离子堆焊钴基合金专用Stellite 12粉末；

步骤S6：堆焊后的工件进行后热处理；

步骤S7：堆焊层粗加工；

步骤S8：堆焊层液体渗透检测，如果不合格，则返修，如果合格，

步骤S9：进行最终热处理；

步骤S10：采用钴基合金专用刀具进行精加工形成成品;

S11：成品的堆焊最终使用层液体渗透和尺寸检测，如果不合格，则报废或返修，如果合格，交付使用。

所述步骤S1中的待堆焊工件为回转部件衬套，堆焊位置为衬套外圆，母材为F316H锻件。

所述步骤S5中，堆焊的焊道呈圆弧块状，圆弧块焊道沿着圆柱形工件周向螺旋缠绕，相邻两道圆弧块的焊道部分重叠，由多层焊道叠加。

所述圆弧块焊道的宽度接近25mm,每层焊道厚度接近3.5mm。

焊道叠加的层数为三层。

所述步骤S4中，所述待堆焊工件预热时，采用陶瓷加热片加热，预热温度450±20℃，保温3-4h,需要用测温枪测量工件各个位置的温度达到预热温度。

所述步骤S5中，等离子堆焊的钴基合金专用Stellite 12粉末为专用Stellite 12粉末，其化学成分及质量百分含量为：C:1.25-1.55%，Cr: 28.0-31.0%，Si:1.20-1.70%，Ni:≤3.00%，Mn: ≤1.00%，Mo: ≤1.00%, W: 7.25-9.25%，S: ≤0.01%，P: ≤0.01%， Fe: ≤3.00%，B: ≤0.05%， Co为余量，其他杂质元素总和<0.50%。

所述工件堆焊完成后，不直接进行最终热处理，而是在400±10℃继续保温24h,保温完成后随炉缓慢冷却，待炉内温度降低到室温后，工件出炉。

所述步骤S6中，后热处理按如下步骤：在400±10℃继续保温24h,保温完成后随炉缓慢冷却，待炉内温度降低到室温后，工件出炉。

所述步骤S9中，最终热处理的步骤为：热处理温度600℃±10h，保温3h，入炉温度≥350℃，升温速度≤100℃/h，降温速度≤60℃/h，随炉冷却，出炉温度与室温相同。

本发明具有无裂纹、硬度均匀、合格率高、施工周期短、焊工劳动强度减轻的有益效果。

附图说明

图1为本发明圆柱形工件焊道的结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的说明：

如图所示， 一种Stellite钴基合金外圆大面积等离子堆焊方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过机加工形成圆柱形的待堆焊工件；

步骤S2：对待堆焊工件的待焊表面进行杂质清理，杂质清理包括去除油污、铁锈、氧化物；

步骤S3：对待堆焊工件表面进行液体渗透检测，如果不合格，则返修，如果合格，

步骤S4：将待堆焊工件预热至指定温度；

步骤S5：等离子堆焊钴基合金专用Stellite 12粉末；

步骤S6：堆焊后的工件进行后热处理；

步骤S7：堆焊层粗加工；

步骤S8：堆焊层液体渗透检测，如果不合格，则返修，如果合格，

步骤S9：进行最终热处理；

步骤S10：采用钴基合金专用刀具进行精加工形成成品;

步骤S11：成品的堆焊最终使用层液体渗透和尺寸检测，如果不合格，则报废或返修，如果合格，交付使用。

步骤S1中的待堆焊工件为回转部件衬套，堆焊位置为衬套外圆，母材为F316H锻件。

步骤S5中，堆焊的焊道呈圆弧块状，圆弧块焊道沿着圆柱形工件11周向螺旋缠绕结构10，相邻两道圆弧块的焊道部分重叠，由多层焊道叠加，图中第一层1为焊道11、焊道12，第二层2为焊道21、焊道22,第三层3为焊道31、焊道32，焊道11与焊道12部分重叠，焊道21、焊道22部分重叠，焊道31、焊道32部分重叠，该技术方案避免了中间停弧和起弧，有限避免了钴基合金等离子堆焊收弧裂纹。

圆弧块焊道的宽度接近25mm,每层焊道厚度接近3.5mm。

焊道叠加的层数为三层。在最后一层焊道收弧时，继续向前移动一段距离，形成约20mm长局部焊接4层，收弧后又将该区域第4层完全打磨去除，同时最终的收弧位置用等离子弧在熔池上方划圆圈，且慢慢减小电流，使得熔池缓慢冷却凝固，有效避免了最终收弧裂纹。

步骤S4中，待堆焊工件预热时，采用陶瓷加热片加热，预热温度450±20℃，保温3-4h,需要用测温枪测量工件各个位置的温度达到预热温度。该技术方案避免采用氧乙炔火焰加热导致的工件表面增碳、工作环境恶劣、工件加热温度不均匀的问题。

步骤S5中，等离子堆焊的钴基合金专用Stellite 12粉末为专用Stellite 12粉末，其化学成分及质量百分含量为：C:1.25-1.55%，Cr: 28.0-31.0%，Si:1.20-1.70%，Ni:≤3.00%，Mn: ≤1.00%，Mo: ≤1.00%, W: 7.25-9.25%，S: ≤0.01%，P: ≤0.01%， Fe: ≤3.00%，B: ≤0.05%， Co为余量，其他杂质元素总和<0.50%。

为了避免焊后直接空冷导致堆焊层出现冷裂纹的问题，步骤S6中，后热处理按如下步骤：在400±10℃继续保温24h,保温完成后随炉缓慢冷却，待炉内温度降低到室温后，工件出炉。

步骤S9中，最终热处理的步骤为：热处理温度600℃±10h，保温3h，入炉温度≥350℃，升温速度≤100℃/h，降温速度≤60℃/h，随炉冷却，出炉温度与室温相同。

Claims (10)

1.一种Stellite钴基合金外圆大面积等离子堆焊方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1：通过机加工形成圆柱形的待堆焊工件；

步骤S2：对待堆焊工件的待焊表面进行杂质清理，杂质清理包括去除油污、铁锈、氧化物；

步骤S3：对待堆焊工件表面进行液体渗透检测，如果不合格，则返修，如果合格，

步骤S4：将待堆焊工件预热至指定温度；

步骤S5：等离子堆焊钴基合金专用Stellite 12粉末；

步骤S6：堆焊后的工件进行后热处理；

步骤S7：堆焊层粗加工；

步骤S8：堆焊层液体渗透检测，如果不合格，则返修，如果合格，

步骤S9：进行最终热处理；

步骤S10：采用钴基合金专用刀具进行精加工形成成品;

S11：成品的堆焊最终使用层液体渗透和尺寸检测，如果不合格，则报废或返修，如果合格，交付使用。

2.如权利要求1所述的一种Stellite钴基合金外圆大面积等离子堆焊方法，其特征是，所述步骤S1中的待堆焊工件为回转部件衬套，堆焊位置为衬套外圆，母材为F316H锻件。

3.如权利要求1所述的一种Stellite钴基合金外圆大面积高效率防裂纹等离子堆焊方法，其特征是，所述步骤S5中，堆焊的焊道呈圆弧块状，圆弧块焊道沿着圆柱形工件周向螺旋缠绕，相邻两道圆弧块的焊道部分重叠，由多层焊道叠加。

4.如权利要求3所述的一种Stellite钴基合金外圆大面积等离子堆焊方法，其特征是，所述圆弧块焊道的宽度接近25mm,每层焊道厚度接近3.5mm。

5.如权利要求4所述的一种Stellite钴基合金外圆大面积等离子堆焊方法，其特征是，焊道叠加的层数为三层。

6.如权利要求1所述的一种Stellite钴基合金外圆大面积等离子堆焊方法，其特征是，所述步骤S4中，所述待堆焊工件预热时，采用陶瓷加热片加热，预热温度450±20℃，保温3-4h,需要用测温枪测量工件各个位置的温度达到预热温度。

7.如权利要求1所述的一种Stellite钴基合金外圆大面积等离子堆焊方法，其特征是，所述步骤S5中，等离子堆焊的钴基合金专用Stellite 12粉末为专用Stellite 12粉末，其化学成分及质量百分含量为：C:1.25-1.55%，Cr: 28.0-31.0%，Si:1.20-1.70%，Ni: ≤3.00%，Mn: ≤1.00%，Mo: ≤1.00%, W: 7.25-9.25%，S: ≤0.01%，P: ≤0.01%， Fe: ≤3.00%，B: ≤0.05%， Co为余量，其他杂质元素总和<0.50%。

8.如权利要求1所述的一种Stellite钴基合金外圆大面积等离子堆焊方法，其特征是，所述工件堆焊完成后，不直接进行最终热处理，而是在400±10℃继续保温24h,保温完成后随炉缓慢冷却，待炉内温度降低到室温后，工件出炉。

9.如权利要求1所述的一种Stellite钴基合金外圆大面积等离子堆焊方法，其特征是，所述步骤S6中，后热处理按如下步骤：在400±10℃继续保温24h,保温完成后随炉缓慢冷却，待炉内温度降低到室温后，工件出炉。

10.如权利要求1所述的一种Stellite钴基合金外圆大面积等离子堆焊方法，其特征是，所述步骤S9中，最终热处理的步骤为：热处理温度600℃±10h，保温3h，入炉温度≥350℃，升温速度≤100℃/h，降温速度≤60℃/h，随炉冷却，出炉温度与室温相同。