CN109226935B - 芯棒堆焊修复方法及芯棒堆焊层组织结构 - Google Patents

芯棒堆焊修复方法及芯棒堆焊层组织结构 Download PDF

Info

Publication number
CN109226935B
CN109226935B CN201710556830.6A CN201710556830A CN109226935B CN 109226935 B CN109226935 B CN 109226935B CN 201710556830 A CN201710556830 A CN 201710556830A CN 109226935 B CN109226935 B CN 109226935B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
core rod
wear
surfacing
welding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201710556830.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109226935A (zh
Inventor
胡文彬
王心悦
高志明
田秋成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201710556830.6A priority Critical patent/CN109226935B/zh
Publication of CN109226935A publication Critical patent/CN109226935A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109226935B publication Critical patent/CN109226935B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053—Fe as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • B23K9/044—Built-up welding on three-dimensional surfaces
    • B23K9/046—Built-up welding on three-dimensional surfaces on surfaces of revolution
    • B23K9/048—Built-up welding on three-dimensional surfaces on surfaces of revolution on cylindrical surfaces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)

Abstract

本发明公开芯棒堆焊修复方法及芯棒堆焊层组织结构，通过药芯焊丝堆焊修复失效的芯棒，提高基体与堆焊层之间的结合力，保证耐磨层表面具有较高的硬度和优异的耐磨性，从而获得一种满足芯棒性能要求的“基体+打底层+耐磨层”模式的堆焊层组织结构，打底层金相组织设计为由大量铁素体+下贝氏体+碳化物组成，塑韧性好，有助于防止热裂纹的产生，适用于承受强冲击载荷作用的工件表面堆焊或硬面堆焊前的过渡层堆焊。耐磨层组织由马氏体+残余奥氏体+碳化物组成，有利于表面硬度和耐磨性的提高，充分满足芯棒从基体到表面的综合服役性能要求。

Description

芯棒堆焊修复方法及芯棒堆焊层组织结构
技术领域
本发明属于焊机技术领域，更加具体地说，涉及一种对芯棒堆焊层组织结构的设计，具体是通过药芯焊丝，采用埋弧焊技术修复失效的芯棒，设计芯棒堆焊层的组织结构。
背景技术
芯棒是生产无缝钢管的重要工具，在生产过程中起支撑钢管变形作用。芯棒质量的好坏直接决定了企业的生产效率，钢管表面质量和生产成本。连轧管机组设备的生产维护费用中约50％以上是用于芯棒的消耗和报废更换。芯棒上机使用寿命低，是我国钢铁制管企业目前普遍存在而且亟待解决的重大技术难题。芯棒在无缝钢管生产中的工况条件非常恶劣，不仅要承受较大的径向轧制力的作用，而且芯棒与钢管之间还存在很大摩擦力。疲劳裂纹和磨损是芯棒主要的失效形式。当在线芯棒的裂纹和磨损较严重时，为了确保钢管的表面质量和轧机安全，必须立即更换该芯棒，大大增加了企业的生产成本，造成企业停工一段时间。因此，对失效的芯棒进行修复不仅能够节省企业生产成本，而且对保护资源也具有重大意义。修复失效的芯棒不仅指形状和尺寸的修复，而且要求修复后的芯棒要达到甚至超过原有芯棒的性能和使用寿命。芯棒在无缝钢管生产中的作用，要求芯棒必须具有较高的冲击韧性和较高的硬度，以提高其抗裂纹和耐磨损的性能。然而，若芯棒材料碳含量较高，焊接性较差，焊接时易出现焊接裂纹缺陷，基体与堆焊层之间的结合力较差，将导致轧制过程中耐磨工作层剥落。因此，为了提高基体与堆焊层之间的结合力，保证耐磨层表面具有较高的硬度和优异的耐磨性，设计了一种新型的芯棒堆焊层组织结构。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，通过药芯焊丝堆焊修复失效的芯棒，提高基体与堆焊层之间的结合力，保证耐磨层表面具有较高的硬度和优异的耐磨性，从而获得一种满足芯棒性能要求的“基体+打底层+耐磨层”模式的堆焊层组织结构。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
芯棒堆焊修复方法，按照下述步骤进行：
步骤1，对芯棒进行超声波探伤，除去芯棒表面的疲劳层及缺陷。
在步骤1中，特别是裂纹必须彻底清除。
步骤2，使用药芯焊丝对芯棒进行打底层制备，药芯焊丝的元素质量百分数为C0.05～0.10％、Si 0.45～0.70％、Mn 0.90～1.30％、Cr 13.00～18.00％、Mo 0.09～0.38％、V 0.03～0.07％、Ni 0.75～1.30％，其余为铁；预热温度确定为250～300℃，焊道层间温度控制在200～250℃，焊丝直径为1—1.5mm，焊接电流为100～150A，电弧电压为15～30V，焊接速度为5—10mm/s，电源极性为直流反接；
步骤3，使用药芯焊丝对芯棒进行耐磨层制备，药芯焊丝的元素质量百分数为C0.03～0.07％、Si 0.40～0.60％、Mn 1.00～1.35％、Cr 9.50～13.50％、Mo 0.30～0.65％、V 0.06～0.15％、Ni 1.15～1.80％，其余为铁；预热温度确定为250～300℃，焊道层间温度控制在200～250℃，焊丝直径为1—1.5mm，焊接电流为100～150A，电弧电压为15～30V，焊接速度为5—10mm/s，电源极性为直流反接。
在步骤2中，药芯焊丝的元素质量百分数为C 0.06～0.08％、Si 0.50～0.70％、Mn0.90～1.20％、Cr 15.00～18.00％、Mo 0.10～0.20％、V 0.04～0.07％、Ni 0.8～1.0％，其余为铁。
在步骤2中，预热温度确定为260～280℃，焊道层间温度控制在220～250℃，焊丝直径为1.2—1.5mm，焊接电流为120～150A，电弧电压为20～25V，焊接速度为5—10mm/s，电源极性为直流反接。
在步骤3中，药芯焊丝的元素质量百分数为C0.03～0.05％、Si0.40～0.60％、Mn1.0～1.2％、 Cr 10～13％、Mo 0.40～0.60％、V 0.08～0.10％、Ni 1.2～1.60％，其余为铁。
在步骤3中，预热温度确定为260～280℃，焊道层间温度控制在200～240℃，焊丝直径为1.2—1.5mm，焊接电流为100～140A，电弧电压为15～25V，焊接速度为5—10mm/s，电源极性为直流反接。
堆焊后试样截面结构由基体，打底层和耐磨层组成。其结合方式为冶金结合。
本发明通过药芯焊丝堆焊修复失效的芯棒，提高基体与堆焊层之间的结合力，保证耐磨层表面具有较高的硬度和优异的耐磨性，从而获得一种满足芯棒性能要求的“基体+打底层+耐磨层”模式的堆焊层组织结构。堆焊后的成品的组织(即芯棒堆焊层组织结构)为7区组织。第一层为基体部分，由铁素体+珠光体+均匀分布碳化物组成，为组织区1(zone1)；第二层为基体侧熔合区，组织特点为铁素体+珠光体+局部聚集分布碳化物，为组织区2(zone2)；第三层为打底层侧熔合区，由粗大的铁素体+珠光体+下贝氏体+ 碳化物组成，为组织区3(zone3)；第四层为打底层，金相组织为粗大铁素体+下贝氏体+碳化物，为组织区4(zone4)；第五层为打底层与耐磨层熔合区1，由铁素体+回火索氏体+少量的碳化物组成，为组织区5(zone5)；第六层为打底层与耐磨层熔合区2，组织为粗大的马氏体+下贝氏体+残余奥氏体+碳化物，为组织区6(zone6)；第七层为耐磨层，组织为细小针状马氏体+下贝氏体+残余奥氏体+碳化物，为组织区7(zone7)。
与现有技术相比，本发明堆焊采用“基体+打底层+耐磨层”模式制造，堆焊后的成品的组织分为7区，其熔合情况较好。其中，打底层金相组织设计为由大量铁素体+下贝氏体+碳化物组成，塑韧性好，有助于防止热裂纹的产生，适用于承受强冲击载荷作用的工件表面堆焊或硬面堆焊前的过渡层堆焊。耐磨层组织由马氏体+ 残余奥氏体+碳化物组成，有利于表面硬度和耐磨性的提高，充分满足芯棒从基体到表面的综合服役性能要求。
附图说明
图1为焊后试样截面金相组织图(1)，其中a为试样截面组织的光镜照片，Zone1 为基体部分，Zone2和Zone3为打底层与基体的熔合区，Zone4为打底层，Zone5和Zone6 为打底层与耐磨层的熔合区，Zone7为耐磨层；b为Zone1的高倍组织金相图；c为Zone2 的高倍组织金相图；d为Zone3的高倍组织金相图。
图2为焊后试样截面金相组织图(2)，其中e为Zone4的高倍组织金相图，f为Zone5的高倍组织金相图，g为Zone6的高倍组织金相图，h为Zone7的高倍组织金相图。
图3为焊后试样截面金相组织图(3)，其中i为基体与打底层的熔合区的高倍组织金相图，其中，Area2为区域2即基体侧熔合区，Area3为区域3即打底层侧熔合区，j 为打底层与耐磨层的熔合区的高倍组织金相图，其中，Area5为区域5即打底层与耐磨层熔合区1，Area6为区域6即打底层与耐磨层熔合区2。
图4为本发明中堆焊试样(经堆焊后的芯棒材料)的XRD图谱，其中a、b、c分别对应基体、打底层和耐磨层的相结构。
图5为本发明中堆焊试样(经堆焊后的芯棒材料)的微观形貌图，其中a、b、c分别为基体、打底层和耐磨层的微观形貌。
图6为本发明中堆焊试样中焊态试样各区域显微硬度曲线。
图7为本发明中芯棒材料和堆焊后材料的磨损质量损失对比示意图。
图8为本发明中芯棒材料和堆焊后材料的磨损结果扫描电镜照片，其中a、b分别为基体和耐磨层的表面形貌。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
生产无缝钢管的重要工具芯棒一般采用是H13材料，即H13芯棒，在堆焊前对进行超声波探伤，除去芯棒表面的疲劳层及缺陷，特别是裂纹必须彻底清除；H13芯棒材料碳含量为0.32～0.45％，属中碳钢，焊接性较差，采用“基体+打底层+耐磨层”模式进行堆焊修复。
H13钢基体(即zone1)的元素的质量百分数：C 0.32～0.45％、Si 0.80～1.20％、Mn 0.20～0.50％、Cr 4.75～5.50％、Mo 1.10～1.75％、V 0.80～1.20％、其余为Fe。
选择堆焊打底层材料，打底层堆焊金属除Fe外，还有C、Si、Mn、Cr、Mo、V、 Ni。其中，铬含量大于13％；选择堆焊耐磨层材料，耐磨层的堆焊金属种类与打底层相同，只是合金元素的含量有所不同，在保证铬含量的情况下，添加少量Mn、Ni等奥氏体形成元素，扩大γ相区，使γ相区能够固溶的铬含量增加，使耐磨层中铬含量略微超过13％，冷却后能够得到较多的马氏体。
实施例1
(1)打底层制备
打底层使用的药芯焊丝组成(元素质量百分比，wt％)：C 0.05％、Si 0.70％、Mn0.90％、 Cr18.00％、Mo0.38％、V 0.03％、Ni 0.75％、其余为Fe。预热温度确定为250℃，焊道层间温度控制在250℃，焊丝直径为1.2mm，焊接电流为140A，电弧电压为25V，焊接速度为5mm/s，电源极性为直流反接。
(2)耐磨层制备
耐磨层使用的药芯焊丝组成(元素质量百分比，wt％)：C0.07％、Si 0.40％、Mn1.00％、 Cr 13.50％、Mo 0.30％、V 0.06％、Ni 1.15％、其余为Fe。预热温度确定为250℃，焊道层间温度控制在250℃，焊丝直径为1.2mm，焊接电流为140A，电弧电压为25V，焊接速度为5mm/s，电源极性为直流反接。
实施例2
(1)打底层制备
打底层使用的药芯焊丝组成(元素质量百分比，wt％)：C 0.10％、Si 0.45％、Mn1.30％、 Cr13.00％、Mo0.09％、V 0.07％、Ni 1.30％、其余为Fe。预热温度确定为300℃，焊道层间温度控制在200℃，焊丝直径为1.0mm，焊接电流为100A，电弧电压为15V，焊接速度为10mm/s，电源极性为直流反接。
(2)耐磨层制备
耐磨层使用的药芯焊丝组成(元素质量百分比，wt％)：C0.03％、Si 0.60％、Mn1.35％、 Cr 9.50％、Mo 0.65％、V 0.15％、Ni 1.80％、其余为Fe。预热温度确定为300℃，焊道层间温度控制在250℃，焊丝直径为1.5mm，焊接电流为120A，电弧电压为20V，焊接速度为5mm/s，电源极性为直流反接。
实施例3
(1)打底层制备
打底层使用的药芯焊丝组成(元素质量百分比，wt％)：C 0.08％、Si 0.50％、Mn1.10％、 Cr15.00％、Mo0.20％、V 0.05％、Ni 1.2％、其余为Fe。预热温度确定为280℃，焊道层间温度控制在200℃，焊丝直径为1.5mm，焊接电流为150A，电弧电压为30V，焊接速度为10mm/s，电源极性为直流反接。
(2)耐磨层制备
耐磨层使用的药芯焊丝组成(元素质量百分比，wt％)：C0.04％、Si 0.50％、Mn1.20％、 Cr 10.50％、Mo 0.50％、V 0.10％、Ni 1.16％、其余为Fe。预热温度确定为300℃，焊道层间温度控制在220℃，焊丝直径为1.0mm，焊接电流为120A，电弧电压为15V，焊接速度为10mm/s，电源极性为直流反接。
实施例4
(1)打底层制备
打底层使用的药芯焊丝组成(元素质量百分比，wt％)：C 0.06％、Si 0.60％、Mn1.15％、 Cr16.00％、Mo0.25％、V 0.04％、Ni 0.95％、其余为Fe。预热温度确定为260℃，焊道层间温度控制在240℃，焊丝直径为1.2mm，焊接电流为130A，电弧电压为20V，焊接速度为8mm/s，电源极性为直流反接。
(2)耐磨层制备
耐磨层使用的药芯焊丝组成(元素质量百分比，wt％)：C0.05％、Si 0.55％、Mn1.15％、Cr 10.50％、Mo 0.50％、V 0.08％、Ni 1.2％、其余为Fe。预热温度确定为280℃，焊道层间温度控制在250℃，焊丝直径为1.2mm，焊接电流为120A，电弧电压为17V，焊接速度为8mm/s，电源极性为直流反接。
实施例5
(1)打底层制备
打底层使用的药芯焊丝组成(元素质量百分比，wt％)：C 0.07％、Si 0.50％、Mn1.20％、 Cr17.00％、Mo0.20％、V 0.06％、Ni 1.2％、其余为Fe。预热温度确定为300℃，焊道层间温度控制在240℃，焊丝直径为1.2mm，焊接电流为150A，电弧电压为25V，焊接速度为8mm/s，电源极性为直流反接。
(2)耐磨层制备
耐磨层使用的药芯焊丝组成(元素质量百分比，wt％)：C0.06％、Si 0.45％、Mn1.27％、 Cr 11.50％、Mo 0.40％、V 0.12％、Ni 1.6％、其余为Fe。预热温度确定为300℃，焊道层间温度控制在220℃，焊丝直径为1.2mm，焊接电流为120A，电弧电压为20V，焊接速度为6mm/s，电源极性为直流反接。
依照上述实施例方案实现“基体+打底层+耐磨层”的模式对失效的H13芯棒进行堆焊修复再进行表征和测试——(1)采用VHX-2000型3D光学显微镜和日本日立S-4800型场发射扫描电镜观察焊后试样金相组织；(2)采用德国布鲁克D8型X射线衍射仪进行物相分析；(3)采用德国斯派克分析仪器有限公司SPECTROMAXx型直读光谱仪分析堆焊试样各区域化学成分；(4)采用MH-6L型显微硬度计进行焊后试样截面显微硬度测试，载荷为200g，加载时间为20s；(5)采用MM-200型磨损试验机进行摩擦磨损测试，外加载荷49N，摩擦环转速200r/min，摩擦时间20min。对上述测试的结果进行数学平均，通过分析可知以下结果：
1.焊后试样可分为7个区域，Zone1为基体部分，Zone2和Zone3为打底层与基体的熔合区，Zone4为打底层，Zone5和Zone6为打底层与耐磨层的熔合区，Zone7为耐磨层。
2.H13钢金相组织主要由铁素体+珠光体+碳化物组成；基体侧熔合区的组织特点为铁素体+珠光体+局部聚集分布碳化物；打底层侧熔合区由粗大的铁素体+珠光体+下贝氏体+碳化物组成；打底层金相组织为粗大铁素体+下贝氏体+碳化物；打底层与耐磨层熔合区1(zone5)由铁素体+回火索氏体+少量的碳化物组成；打底层与耐磨层熔合区2 (zone6)组织为粗大的马氏体+下贝氏体+残余奥氏体+碳化物；耐磨层组织由细小针状马氏体+下贝氏体+残余奥氏体+碳化物组成。熔合区一部分由基体金属组成，另一部分由堆焊金属组成。基体与打底层的熔合情况较好，打底层与耐磨层的熔合情况也较好。
3.七个区的合金元素含量。
H13钢基体(区域1，即zone1的元素质量百分数，wt％)：C 0.32～0.45％、Si 0.80～1.20％、 Mn 0.20～0.50％、Cr 4.75～5.50％、Mo 1.10～1.75％、V 0.80～1.20％，其余为Fe。
基体侧熔合区(区域2，即zone2的元素质量百分数，wt％)：C 0.10～0.20％、Si0.70～0.75％、Mn 0.50～1.00％、Cr 5.50～13.00％、Mo 0.50～1.05％、V 0.15～0.60％、Ni 0.85～0.95％，其余为Fe。
打底层侧熔合区(区域3，即zone3的元素质量百分数，wt％)：C 0.08～0.15％、Si0.60～0.75％、Mn 1.10～1.20％、Cr 13.00～16.00％、Mo 0.10～0.50％、V 0.06～0.30％、Ni 0.85～1.00％，其余为Fe。
打底层(区域4，即zone4的元素质量百分数，wt％)：C 0.06～0.10％、Si 0.55～0.65％、 Mn 1.00～1.15％、Cr 13.00～16.50％、Mo 0.14～0.30％、V 0.04～0.06％、Ni0.90～1.20％，其余为Fe。
打底层与耐磨层熔合区1(区域5，即zone5的元素质量百分数，wt％)：C 0.05～0.07％、 Si 0.50～0.60％、Mn 1.10～1.30％、Cr 14.50～16.00％、Mo 0.10～0.35％、V0.05～0.08％、Ni 1.00～1.30％，其余为Fe。
打底层与耐磨层熔合区2(区域6，即zone6的元素质量百分数，wt％)：C 0.05～0.06％、 Si 0.50～0.60％、Mn 1.10～1.30％、Cr 13.00～15.00％、Mo 0.30～0.50％、V0.07～0.09％、Ni 1.20～12.00％，其余为Fe。
耐磨层(区域7，即zone7的元素质量百分数，wt％)：C 0.05～0.06％、Si 0.50～0.55％、 Mn 1.15～1.30％、Cr 10.50～13.50％、Mo 0.35～0.50％、V 0.07～0.09％、Ni1.25～1.60％，其余为Fe。
4.七个区的显微硬度经测试如下：
H13钢基体(zone1)：263.0～308.0HV0.2
基体侧熔合区(zone2)：290.0～320.0HV0.2
打底层侧熔合区(zone3)：254.0～280.0HV0.2
打底层(zone4)：210.0～255.0HV0.2
打底层与耐磨层熔合区1(zone5)：320.0～385.0HV0.2
打底层与耐磨层熔合区2(zone6)：349.0～380.0HV0.2
耐磨层(zone7)：340.0～370.0HV0.2
5.H13钢基体磨损量为24～26.5mg，耐磨层的磨损量为14.3～15.9mg。H13钢基体的剥落坑数量和尺寸明显比耐磨层的大。
6.如附图所示，基体、打底层和耐磨层的微观形貌表现出各自金相组成的特性，且从相结构来看，均具有Fe相，即a—Fe和Fe3C。
依照本发明内容进行工艺参数的调整，均可实现针对芯棒H13的修复并有效提高硬度和耐磨性。以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.芯棒堆焊修复方法，其特征在于，堆焊后试样截面结构由基体，打底层和耐磨层组成，其结合方式为冶金结合，其中，基体采用H13钢；按照下述步骤进行：
步骤1，对芯棒进行超声波探伤，除去芯棒表面的疲劳层及缺陷；
步骤2，使用药芯焊丝对芯棒进行打底层制备，药芯焊丝的元素质量百分数为C 0.05～0.10％、Si 0.45～0.70％、Mn 0.90～1.30％、Cr 13.00～18.00％、Mo 0.09～0.38％、V0.03～0.07％、Ni 0.75～1.30％，其余为铁；预热温度确定为250～300℃，焊道层间温度控制在200～250℃，焊丝直径为1—1.5mm，焊接电流为100～150A，电弧电压为15～30V，焊接速度为5—10mm/s，电源极性为直流反接；
步骤3，使用药芯焊丝对芯棒进行耐磨层制备，药芯焊丝的元素质量百分数为C 0.03～0.07％、Si 0.40～0.60％、Mn 1.00～1.35％、Cr 9.50～13.50％、Mo 0.30～0.65％、V0.06～0.15％、Ni 1.15～1.80％，其余为铁；预热温度确定为250～300℃，焊道层间温度控制在200～250℃，焊丝直径为1—1.5mm，焊接电流为100～150A，电弧电压为15～30V，焊接速度为5—10mm/s，电源极性为直流反接。
2.根据权利要求1所述的芯棒堆焊修复方法，其特征在于，在步骤2中，药芯焊丝的元素质量百分数为C 0.06～0.08％、Si 0.50～0.70％、Mn 0.90～1.20％、Cr 15.00～18.00％、Mo 0.10～0.20％、V 0.04～0.07％、Ni 0.8～1.0％，其余为铁。
3.根据权利要求1所述的芯棒堆焊修复方法，其特征在于，在步骤3中，药芯焊丝的元素质量百分数为C0.03～0.05％、Si0.40～0.60％、Mn1.0～1.2％、Cr 10～13％、Mo 0.40～0.60％、V 0.08～0.10％、Ni 1.2～1.60％，其余为铁。
4.根据权利要求1所述的芯棒堆焊修复方法，其特征在于，在步骤2中，预热温度确定为260～280℃，焊道层间温度控制在220～250℃，焊丝直径为1.2—1.5mm，焊接电流为120～150A，电弧电压为20～25V，焊接速度为5—10mm/s，电源极性为直流反接。
5.根据权利要求1所述的芯棒堆焊修复方法，其特征在于，在步骤3中，预热温度确定为260～280℃，焊道层间温度控制在200～240℃，焊丝直径为1.2—1.5mm，焊接电流为100～140A，电弧电压为15～25V，焊接速度为5—10mm/s，电源极性为直流反接。
6.利用权利要求1所述的芯棒堆焊修复方法得到的芯棒堆焊层组织结构，其特征在于，由基体，打底层和耐磨层组成，其结合方式为冶金结合，分为七个区域如下：
H13钢基体即区域1的元素质量百分数，wt％：C 0.32～0.45％、Si 0.80～1.20％、Mn0.20～0.50％、Cr 4.75～5.50％、Mo 1.10～1.75％、V 0.80～1.20％，其余为Fe；H13钢金相组织主要由铁素体+珠光体+碳化物组成；
基体侧熔合区即区域2的元素质量百分数，wt％：C 0.10～0.20％、Si 0.70～0.75％、Mn 0.50～1.00％、Cr 5.50～13.00％、Mo 0.50～1.05％、V 0.15～0.60％、Ni 0.85～0.95％，其余为Fe；基体侧熔合区的组织特点为铁素体+珠光体+局部聚集分布碳化物；
打底层侧熔合区即区域3的元素质量百分数，wt％：C 0.08～0.15％、Si 0.60～0.75％、Mn 1.10～1.20％、Cr 13.00～16.00％、Mo 0.10～0.50％、V 0.06～0.30％、Ni0.85～1.00％，其余为Fe；打底层侧熔合区由粗大的铁素体+珠光体+下贝氏体+碳化物组成；
打底层即区域4的元素质量百分数，wt％：C 0.06～0.10％、Si 0.55～0.65％、Mn 1.00～1.15％、Cr 13.00～16.50％、Mo 0.14～0.30％、V 0.04～0.06％、Ni 0.90～1.20％，其余为Fe；打底层金相组织为粗大铁素体+下贝氏体+碳化物；
打底层与耐磨层熔合区1即区域5的元素质量百分数，wt％：C 0.05～0.07％、Si 0.50～0.60％、Mn 1.10～1.30％、Cr 14.50～16.00％、Mo 0.10～0.35％、V 0.05～0.08％、Ni1.00～1.30％，其余为Fe；打底层与耐磨层熔合区1由铁素体+回火索氏体+少量的碳化物组成；
打底层与耐磨层熔合区2即区域6的元素质量百分数，wt％：C 0.05～0.06％、Si 0.50～0.60％、Mn 1.10～1.30％、Cr 13.00～15.00％、Mo 0.30～0.50％、V 0.07～0.09％、Ni1.20～12.00％，其余为Fe；打底层与耐磨层熔合区2组织为粗大的马氏体+下贝氏体+残余奥氏体+碳化物；
耐磨层即区域7的元素质量百分数，wt％：C 0.05～0.06％、Si 0.50～0.55％、Mn 1.15～1.30％、Cr 10.50～13.50％、Mo 0.35～0.50％、V 0.07～0.09％、Ni 1.25～1.60％，其余为Fe；耐磨层组织由细小针状马氏体+下贝氏体+残余奥氏体+碳化物组成。
CN201710556830.6A 2017-07-10 2017-07-10 芯棒堆焊修复方法及芯棒堆焊层组织结构 Expired - Fee Related CN109226935B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710556830.6A CN109226935B (zh) 2017-07-10 2017-07-10 芯棒堆焊修复方法及芯棒堆焊层组织结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710556830.6A CN109226935B (zh) 2017-07-10 2017-07-10 芯棒堆焊修复方法及芯棒堆焊层组织结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109226935A CN109226935A (zh) 2019-01-18
CN109226935B true CN109226935B (zh) 2020-08-07

Family

ID=65083367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710556830.6A Expired - Fee Related CN109226935B (zh) 2017-07-10 2017-07-10 芯棒堆焊修复方法及芯棒堆焊层组织结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109226935B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110385547B (zh) * 2019-09-18 2019-12-10 东营威玛石油钻具有限公司 一种细直径石油钻具耐磨堆焊药芯焊丝
CN113373290A (zh) * 2020-02-25 2021-09-10 天津大学 一种h13钢硬面堆焊层热处理方法
CN111496415B (zh) * 2020-05-19 2024-04-12 大连华锐重工特种备件制造有限公司 一种圆锥破碎机中的高性能动定锥及其制备方法
CN111975205B (zh) * 2020-09-04 2022-04-22 内蒙古工业大学 重度磨损截齿修补方法
CN113913722A (zh) * 2021-09-23 2022-01-11 泰尔(安徽)工业科技服务有限公司 无缝钢管轧制用芯棒的表面复合涂层及其制备方法
CN116373408B (zh) * 2023-04-26 2023-09-19 秦皇岛崛腾耐磨材料有限公司 一种新型埋弧焊堆焊耐磨板及其制造方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07279082A (ja) * 1994-03-30 1995-10-24 Kubota Corp パルプシート脱水用プレスロール
CN1439476A (zh) * 2003-02-24 2003-09-03 天津大学 修复冷轧中间辊堆焊工艺
CN102189316A (zh) * 2010-03-11 2011-09-21 上海一钢机电有限公司 不锈钢热轧输送辊埋弧焊堆焊修复方法
CN103706921A (zh) * 2013-12-23 2014-04-09 鞍钢实业集团冶金机械有限公司 热连轧精轧机支承辊堆焊修复方法
CN105499751A (zh) * 2015-12-28 2016-04-20 湖北万安通复合再制造科技有限公司 用于热连轧夹送辊的硬面堆焊修复工艺
CN105750813A (zh) * 2014-12-15 2016-07-13 重庆迅升机车配件有限公司 一种热轧支撑辊堆焊修复工艺
CN106077891A (zh) * 2016-07-07 2016-11-09 苏州优霹耐磨复合材料有限公司 辊压机辊面堆焊工艺

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015111090B3 (de) * 2015-07-09 2016-09-08 Benteler Steel/Tube Gmbh Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen, mehrlagigen Rohrproduktes und Rund- oder Mehrkantblock zur Verwendung bei diesem Verfahren

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07279082A (ja) * 1994-03-30 1995-10-24 Kubota Corp パルプシート脱水用プレスロール
CN1439476A (zh) * 2003-02-24 2003-09-03 天津大学 修复冷轧中间辊堆焊工艺
CN102189316A (zh) * 2010-03-11 2011-09-21 上海一钢机电有限公司 不锈钢热轧输送辊埋弧焊堆焊修复方法
CN103706921A (zh) * 2013-12-23 2014-04-09 鞍钢实业集团冶金机械有限公司 热连轧精轧机支承辊堆焊修复方法
CN105750813A (zh) * 2014-12-15 2016-07-13 重庆迅升机车配件有限公司 一种热轧支撑辊堆焊修复工艺
CN105499751A (zh) * 2015-12-28 2016-04-20 湖北万安通复合再制造科技有限公司 用于热连轧夹送辊的硬面堆焊修复工艺
CN106077891A (zh) * 2016-07-07 2016-11-09 苏州优霹耐磨复合材料有限公司 辊压机辊面堆焊工艺

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
中宽带热轧支承辊堆焊修复技术;眭向荣等;《江苏冶金》;20070831;第35卷(第04期);第5-8页 *
无缝钢管芯棒堆焊修复制造技术;聂祯华等;《现代冶金》;20100831;第38卷(第4期);第1-4页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109226935A (zh) 2019-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109226935B (zh) 芯棒堆焊修复方法及芯棒堆焊层组织结构
CN102152058B (zh) 大型冷轧支承辊堆焊修复工艺
Rajakumar et al. Influence of friction stir welding process and tool parameters on strength properties of AA7075-T6 aluminium alloy joints
CN101412158B (zh) 用于堆焊制造热轧卷取机助卷辊的药芯焊丝及堆焊方法
CN102189316B (zh) 不锈钢热轧输送辊埋弧焊堆焊修复方法
Rafi et al. Microstructural evolution during friction surfacing of tool steel H13
JP3175109B2 (ja) タービン構成要素摩耗表面の補修法
CN102465290B (zh) 一种具有双层金属复合管的制造方法
CN102453898B (zh) 一种轧机牌坊的现场激光修复方法
Dhamothara Kannan et al. Unsymmetric rod to plate rotary friction welding of dissimilar martensitic stainless steel and low carbon steel for automotive applications–mathematical modeling and optimization
CN110116259B (zh) 一种在不锈钢基体表面堆焊耐磨耐腐蚀层的方法
Aslam et al. Development of hard and wear-resistant SiC-AISI304 stainless steel clad layer on low carbon steel by GMAW process
CN104690396A (zh) 高铬耐磨材料的堆焊磨辊工艺
CN105014260B (zh) 一种焊修高强钢车轮的焊条及焊接方法
Fande et al. Improvement in the microstructural properties of super duplex and austenitic stainless steel dissimilar joints by incorporating Ni-based austenitic interlayer
CN112589105B (zh) 一种冷轧支承辊的修复方法
CN115383110A (zh) 一种用于螺杆强化的球形碳化钨和镍基合金混合粉末及激光熔覆方法
CN111390339B (zh) 高纯铁素体不锈钢换热器的焊接工艺
CN110343986B (zh) 用于在镀锌沉没辊轴端复合衬套的施工方法
CN108115351A (zh) 一种扁头套内孔修复方法
CN106567069A (zh) 激光熔覆效果好的热轧辊的激光修复方法
CN106567065A (zh) 修复后表面具有很好的热硬性的热轧辊的激光修复方法
CN114055011B (zh) 一种埋弧焊药芯焊丝和bd2轧辊及它们的制备方法
CN114589431B (zh) 一种挤压辊盖面层用自保护药芯焊丝
CN106676513A (zh) 热轧辊的激光修复方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200807

Termination date: 20210710

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee