CN109623095A - 一种用于高硬材料焊补的等温焊道方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高硬材料焊补的等温焊道设计，具体的焊接步骤如下：用于高硬材料焊补的等温焊道设计，焊道基本形状为由内向外螺旋展开，相邻焊道搭接1/3至1/2；每个焊道在焊接过程中，头尾及中间部分温度基本一致；每个焊道停焊后，有1‑5秒的时间窗口用于热态锤击形变，获得细致的合金锻造组织并消除焊接拉应力。每个焊道区域为直径不超过50mm的圆形区域。本发明的有益效果是能够使裂纹敏感的高硬度母材(HRC55以上)，在焊接过程不出现焊接引起的热裂纹，并提高焊补效率。特别适合上述特殊材质的磨损、掉肉、裂纹、断裂部位的焊补和修复。

Description

一种用于高硬材料焊补的等温焊道方法

技术领域

本发明涉及一种用于高硬材料焊补的等温焊道方法，属于高硬材料焊补技术领域。

背景技术

冶金、电力、矿山、煤炭等大型设备的动力传输，大量采用各类减速机。大部分属于重载齿轮，基本上是齿轮合金钢锻压、热处理后加工而成，重量从几吨到几十吨不等，许多零件表面还经过渗碳、渗氮或碳氮共渗处理，硬度均在HRC55以上，具有极高的耐磨性，但是可焊性极差。由于承担巨大载荷，使用中除了磨损外，腐蚀、疲劳掉肉、异物咬入等时有发生，甚至出现裂纹、断裂，导致设备故障和恶性事故。由于部件精度高、价值昂贵、采购周期长，修复意义重大。但由于表面硬度极高(HRC55-65)，材料几乎没有任何塑性变形能力，对焊接热输入、变形十分敏感，哪怕是一点点焊接，焊道收缩应力就会把母材拉裂，出现越焊越坏的结果。

众所周知，电弧焊接过程中，不论是焊条还是焊丝焊接操作，大都必须经过起弧、运条焊接、收弧停焊三个阶段，运条方式有直线运动、折线摆动、画圈摆动等手法，但是焊道基本都是一条直线或曲线。这在常规焊接中，有利于提高速度、排出焊渣和熔池杂质而被广泛应用。但是，这种焊道的温度场是一个不均匀的温度场，焊道头部和尾部的温差很大。尤其是焊道头部由于凝固收缩和焊道降温收缩，在焊道和相邻母材均产生较大的拉应力。当遇到母材或焊材塑性较差时，焊道还没停止，就会在母材和焊缝出现裂纹。常规处置经验就是缩短焊道长度，然后锤击。这种方法，对于表面经过渗碳、渗氮或碳氮共渗处理，硬度均在HRC55以上的母材，再短的焊道也不能保证不出现裂纹。

发明内容

本发明针对常规的焊接方法因为焊道收缩应力就会把母材拉裂，出现越焊越坏的结果，提供一种用于高硬材料焊补的等温焊道方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明涉及一种用于高硬材料焊补的等温焊道设计，其特殊之处在于，焊道基本形状为由内向外螺旋展开，相邻焊道搭接1/3至1/2。

在补焊的过程中，根据情况的不同，补焊操作的过程，进行如下相应的修改：

每个焊道在焊接过程中，头尾及中间部分温度基本一致。

每个焊道停焊后，有1-5秒的时间窗口用于热态锤击形变，获得细致的合金锻造组织并消除焊接拉应力。即，在一次焊接结束后，第二次焊接开始前，有1-5秒的间隔，这期间采用热态锤击形。

每个焊道区域为直径不超过50mm的圆形区域。

大面积补焊时，多个焊道区域先互相孤立，间隔约30mm，最后再逐次填补形成整个堆焊面。

等温焊道的焊接方法可以是手工电弧焊、二保焊、氩弧焊中任意一种电弧焊接。

本发明的有益效果是能够使裂纹敏感的高硬度母材(HRC55以上)，特别是表面渗碳、渗氮、碳氮共渗的淬火面，在焊接过程不出现焊接引起的热裂纹，并提高焊补效率。特别适合上述特殊材质的磨损、掉肉、裂纹、断裂部位的焊补和修复。由于螺旋焊道的布置方式，焊道头部位于焊道区域中央，所有先焊部分均持续被后焊部分加热保温，形成整个焊道区域温度一致，维持在一个比母材高约500℃的状态，热膨胀差异足够抵消凝固收缩量，整个焊道和母材区域均呈现一个适度压应力的稳定状态，此时有足够的时间窗口，供采取焊道锤击变形锻造操作，直至焊道温度降至临近母材温度。整个操作过程焊缝及母材区域均是在适度压应力状态下进行，所以根本不会出现任何裂纹。而且，适度的压应力有利于提高零件修复表面的疲劳寿命。

附图说明

图1为单个等温焊道示意图；

图2为多个等温焊道相对位置示意图

图3为整个堆焊面示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种用于高硬材料焊补的等温焊道设计，具体的焊接步骤如下：用于高硬材料焊补的等温焊道设计，焊道基本形状为由内向外螺旋展开，相邻焊道搭接1/3至1/2；每个焊道在焊接过程中，头尾及中间部分温度基本一致；每个焊道停焊后，有1-5秒的时间窗口用于热态锤击形变，获得细致的合金锻造组织并消除焊接拉应力。每个焊道区域为直径不超过50mm的圆形区域。

大面积补焊时，多个焊道区域先互相孤立，间隔约30mm，最后再逐次填补形成整个堆焊面

所述的焊接方法为手工电弧焊、二保焊、氩弧焊中任意一种。

以下，以具体焊接过程为例，解释本申请的焊接方法，具体过程如下(如图1-3)：

1)准备好待焊接表面，打磨清理干净。

2)采用与母材硬度相当的焊条，采用TIG焊，电流电压按焊材正常要求设置，起弧后按照顺时针或逆时针方向，由内向外螺旋围绕展开，焊道搭接1/3至1/2；过程观察整个焊接区域颜色均匀一致，不得出现中心发暗。红外测温仪测试焊道温度，不低于500℃。

3)当焊道区域直径达到30mm左右时停止焊接，立即用提前准备好的手锤或气锤，对焊缝强力锻打，充分变形，直至焊道温度与周边母材基本一致。

4)在距离上次焊道一定距离(至少50mm),开始第二个螺旋等温焊道焊接，重复步骤2)、3)。直至所有区域布满焊道，形成整个堆焊面。

5)正常遮盖缓冷。

6)打磨后进行探伤和硬度检测。

7)如有必要，在第一层上，按照1)-6)步骤，实施第二层焊接，直至需要厚度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于高硬材料焊补的等温焊道设计，其特征在于，焊道基本形状为由内向外螺旋展开，相邻焊道搭接1/3至1/2。

2.根据权利要求1所述的用于高硬材料焊补的等温焊道设计，其特征在于，每个焊道在焊接过程中，头尾及中间部分温度基本一致。

3.根据权利要求2所述的用于高硬材料焊补的等温焊道设计，其特征在于，每个焊道停焊后，有1-5秒的时间窗口用于热态锤击形变，获得细致的合金锻造组织并消除焊接拉应力。

4.根据权利要求2所述的用于高硬材料焊补的等温焊道设计，其特征在于，每个焊道区域为直径不超过50mm的圆形区域。

5.根据权利要求1所述的用于高硬材料焊补的等温焊道设计，其特征在于，大面积补焊时，多个焊道区域先互相孤立，间隔约30mm，最后再逐次填补形成整个堆焊面。

6.根据权利要求1所述的用于高硬材料焊补的等温焊道设计，其特征在于，等温焊道的焊接方法可以是手工电弧焊、二保焊、氩弧焊中任意一种电弧焊接。