CN110666386A - 一种提高氩弧焊堆焊工艺性能参数的研究方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高氩弧焊堆焊工艺性能参数的研究方法，包括如下步骤：S1、材料准备：试验设备：堆焊机、磨损实验机，其中，堆焊机采用IGBT模块钢筋对接焊机，型号为WS‑630，电流调节范围为0‑630A，选择焊接电流增量为5‑25A；磨损实验机的型号为M‑200；试验材料：焊条为RCoCr‑A焊条和SHQ605焊条；焊体：45号钢。本发明采用氩弧焊方法利用堆焊机对RCoCr‑A焊条和SHQ605焊条进行堆焊时，在一定氩气压力下优化焊接电流后的工艺参数，可使RCoCr‑A焊条耐磨性提高5倍，可使SHQ605焊条的耐磨性提高3.8倍以上，可通过设定氩气压力值和焊接电流值，提高堆焊层耐磨性和显微硬度。
Description
技术领域
本发明涉及轧辊的堆焊工艺技术领域，具体为一种提高氩弧焊堆焊工艺性能参数的研究方法。
背景技术
轧辊是轧钢辊道输送机运输部件，每次将钢板轧辊中上运送到，棍面的钢板质量影响钢板的表面质量，但棍面表面受到周期变化的钢板的摩擦力的作用。长期服役的滚面出现磨损、烧伤、擦伤和疲劳断裂，影响滚面的工作精度，因此影响钢板的表面质量。钢棍需求量大。因此，堆焊既可用于修复材料因服役而导致的失效部位，亦可用于强化材料或零件的表面，其目的都在于延长零件的使用寿命、节约贵重材料、降低制造成本。
氩弧焊，是使用氩气作为保护气体的一种焊接技术，在电弧焊的周围通上氩气保护气体，将空气隔离在焊区之外，防止焊区的氧化。氩弧焊的电弧燃烧稳定，热量集中，弧柱温度高，焊接生产效率高，热影响区窄，所焊的焊件应力、变形、裂纹倾向小氩弧焊为明弧施焊，操作、观察方便；电极损耗小，弧长容易保持，焊接时无熔剂、涂药层，所以容易实现机械化和自动化；氩弧焊几乎能焊接所有金属，特别是一难熔金属、易氧化金属，如镁、钛、钼、锆、铝等及其合金；而且焊接成品受力性能优于电弧焊，故压力管道较常用，但是现有采用氩弧焊进行堆焊修补时，由于操作者不清楚在何种氩气压力何种焊接电流条件下的性能，因此只能随意摸索，使得耐磨性和表面硬度均不好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高氩弧焊堆焊工艺性能参数的研究方法，以解决上述背景技术中提到的现有采用氩弧焊进行堆焊修补时，由于操作者不清楚在何种氩气压力何种焊接电流条件下的性能，因此只能随意摸索，使得耐磨性和表面硬度均不好的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种提高氩弧焊堆焊工艺性能参数的研究方法，包括如下步骤：
S1、材料准备：
（1）、试验设备：堆焊机、磨损实验机，其中，堆焊机采用IGBT模块钢筋对接焊机，型号为WS-630，电流调节范围为0-630A，选择焊接电流增量为5-25A；磨损实验机的型号为M-200；
（2）、试验材料：焊条为RCoCr-A焊条和SHQ605焊条；焊体：45号钢；
S2、焊接准备：在堆焊前去除待焊工件表面的油、锈等污物，母材焊前进行预热；
S3、堆焊条件：采用氩弧焊方法；
（1）采用氩弧焊方法利用堆焊机将RCoCr-A焊条在45号钢基体上进行堆焊，以不同的电流来堆焊45号钢基体，氩气保护气的压强在5-7MPa，每组要堆焊试件的厚度保持3mm左右；
（2）采用氩弧焊方法利用堆焊机将SHQ605焊条在45号钢基体上进行堆焊，以不同的电流来堆焊45号钢基体，氩气保护气的压强在5-7MPa，每组要堆焊试件的厚度保持3mm左右；
S4、性能检测：将堆焊后的样品通过磨损实验后，对磨损量进行测量，同时对硬度进行检测，并利用扫面电镜对其组织结构进行观察。
优选的，S4中，磨损实验的条件为：15#机油润滑，加载弹簧加载F=0--1470N，低速：200rad/min，高速：800rad/min。
优选的，S4中，将堆焊后的样品用180目、240目、1200目、1500目、2000目的砂纸对焊接的端面依次进行磨损，抛光，腐蚀处理；接着使用硬度仪测量试件显微硬度 HV；并对每一个试件经扫描电镜观察微观结构，分析堆焊层成分并记录相关参数。
优选的，S4中，磨损时采用油润滑，使用无菌棉签把15#机油均匀涂抹在喷涂层表面，每隔20min对试件称重一次，磨损后先用除油剂或者丙酮清除试件上残留的油污，之后用无水乙醇进行超声波振动清洗，清洗15-30min，用吹风机吹干，在FB-C精密天平上称重。
优选的，所述硬度仪采用手动砖塔显微硬度仪，型号为S-3700N。
优选的，所述扫描电镜的型号为S-4800SEM。
本发明提供了一种提高氩弧焊堆焊工艺性能参数的研究方法，具备以下有益效果：
本发明通过采用氩弧焊方法利用堆焊机对RCoCr-A焊条和SHQ605焊条进行堆焊时，在一定氩气压力下优化焊接电流后的工艺参数，可使RCoCr-A焊条耐磨性提高5倍，可使SHQ605焊条的耐磨性提高3.8倍以上，从而可知，RCoCr-A焊条和SHQ605焊条使用WS-630堆焊机在45号钢上堆焊时，可通过设定氩气压力值和焊接电流值，从而提高堆焊层耐磨性和显微硬度。
附图说明
图1为本发明的RCoCr-A焊条在45号钢基体上焊接电流125A的断面放大250倍的显微组织形貌图；
图2为本发明的 RCoCr-A焊条在45号钢基体上焊接电流125A的堆焊层放大2000倍的显微组织形貌图；
图3为本发明的 RCoCr-A焊条在45号钢基体上焊接电流125A的断面组织扫描电镜观察图；
图4为本发明的RCoCr-A焊条在45号钢基体焊接电流175A的Co含量变化图；
图5为本发明的RCoCr-A焊条在45号钢基体焊接电流175A的Cr含量变化图。
图6为本发明的RCoCr-A焊条在45号钢基体焊接电流175A的Co、Cr及所有元素能谱图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1-6所示，本发明提供一种技术方案：一种提高氩弧焊堆焊工艺性能参数的研究方法，包括如下步骤：
S1、材料准备：
（1）、试验设备：堆焊机、磨损实验机，其中，本实验采用的堆焊机型号为WS-630，焊机名称为IGBT模块钢筋对接焊机，生产厂家是深圳市亿浩康光电器有限公司，此焊机的焊接方式为钢筋电渣焊、手工电弧焊，可广泛用于船舶、锅炉、钢结构、重装设备等，焊机的动态响应速度快、输出电流强劲，工作可靠性能高，能适应不同焊接工艺的要求，它适用于高低中碳钢、铸钢、不锈钢、合金钢、钢筋堆焊等各种材质的焊接，它的电流调节范围为0-630A ；本实验采用的磨损实验机的型号为M-200，可以对试件和堆焊层表面进行磨损量测量；
（2）、试验材料：
RCoCr-A焊条：RCoCr-A钴基堆焊焊条是Co-Cr-W堆焊合金中C及W含量最低、韧性最好的一种，材质为钴基，工作温度300℃左右，电流范围0--630A，碱性焊条，有很高的耐磨损性能和高温较佳的强度，但是韧性不好，在硫酸、磷酸、硝酸等工况条件下工作呈现比较好的耐腐蚀性，能承受冷或热的条件下冲击，产生的裂纹倾向较小，具有良好的耐腐蚀、耐高温和耐磨性能。主要用于铜基及铝基合金的热压模等堆焊，要求在高温工作时能保持良好的耐磨性及耐腐蚀性，如高温、高压阀门、热锻模等，堆焊层硬度HRC：40-45；RCoCr-A焊条的化学成分如表1所示
表1 RCoCr-A焊条化学成分（%）
| 元素 | C | Mn | Si | Cr | W | Co | Fe |
| 含量 | 0.9-1.4 | <1.0 | 0.4-2.0 | 26-32 | 3.5-6.0 | 其余 | <2.0 |
SHQ605焊条：为碱性焊条，主要成分为铬元素，用于磨煤锟、锟压机、煤截齿等高强磨粒的磨损堆焊，SHQ605有较高的硬度，该焊条的焊接工艺性能优良，成形美观，飞溅较小，熔敷金属为高铬合金，金相组织为马氏体与合金碳化物，由于碳化物具有极高的硬度，因而具有较佳的耐磨损性能，该焊条堆焊时有时会出现细裂纹，是因释放应力的结果，不会影响在受低冲击工况的条件下正常使用，堆焊层的硬度：HRC≥56，焊后应该空气冷却，SHQ605焊条的化学成分如表2所示
表2 SHQ605焊条化学成分（%）
| 元素 | C | Mn | Si | Cr | 其他 |
| 含量 | 3.0-6.0 | 0.5-2.0 | 0.5-2.0 | 17-24 | 1-3 |
45号钢：也被称为“石油钢”，退火、正火会比回火的强度稍微好一些，具有较高的强度和较好的可加工性，经过适当的热处理以后，可以获得一定的韧性、塑性以及耐磨性，它能适用于氢焊或者氩弧焊，不适用于气焊。焊接前应该需预热处理，焊接后需要消除应力，进行退火，正火可以提高硬度切削性能低于160HBS，但是钢的淬透性比较差，它的临界冷却直径为12-17mm，淬火或正火以后力学性能较为相似，在中型模具和小型模具之后，它们可以获得更高的强度和硬度，而大型零件则需要经过标准化的处理，因此这种钢材通常以回火或正常状态使用，45号钢是轴类零件的常用材料，价格便宜，经过调质或正火后，可得到较好的切削性能，而且能够获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达到45-52HRC，45号钢化学成分表如表3所示
表3 45号钢成分表
| 成分 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu |
| 百分比（%） | 0.42-0.50 | 0.17-0.37 | 0.50-0.80 | ≤0.035 | ≤0.035 | ≤0.25 | ≤0.25 | ≤0.25 |
S2、焊接准备：在堆焊前去除待焊工件表面的油、锈等污物，母材焊前进行预热；
S3、堆焊条件：采用氩弧焊方法；
（1）RCoCr-A焊条采用氩弧焊法进行堆焊实验
采用氩弧焊方法利用堆焊机将RCoCr-A焊条在45号钢基体上进行堆焊，在125—225A范围中选择不同的电流来堆焊45号钢基体，氩气保护气的压强在5-7MPa，每组要堆焊试件的厚度保持3mm左右；
将焊接后的样品进行磨损实验，其中磨损实验的条件为：15#机油润滑，加载弹簧加载F=0--1470N，低速：200rad/min，高速：800rad/min；
将堆焊后的样品用180目、240目、1200目、1500目、2000目的砂纸对焊接的端面依次进行磨损，抛光，腐蚀处理；接着使用硬度仪S-3700N测量试件显微硬度 HV；并对每一个试件经S-4800SEM扫描电镜观察微观结构，分析堆焊层成分并记录最佳时的焊接电流和氩气压强；
对堆焊层采用油润滑，使用无菌棉签把15#机油均匀涂抹在喷涂层表面，每隔20min对试件称重一次，磨损后先用除油剂或者丙酮清除试件上残留的油污，之后用无水乙醇进行超声波振动清洗，清洗15-30min，用吹风机吹干，在FB-C精密天平上称重；
RCoCr-A焊条堆焊层硬度及耐磨性，在焊接电流变换时显微硬度值在1651.07—1900.07HV范围内变化。
（2）SHQ605焊条采用氩弧焊法进行堆焊实验
采用氩弧焊方法利用堆焊机将SHQ605焊条在45号钢基体上进行堆焊，在125—225A范围中选择不同的电流来堆焊45号钢基体，氩气保护气的压强在5-7MPa，每组要堆焊试件的厚度保持3mm左右；
将焊接后的样品进行磨损实验，其中磨损实验的条件为：15#机油润滑，加载弹簧加载F=0--1470N，低速：200rad/min，高速：800rad/min；
将堆焊后的样品用180目、240目、1200目、1500目、2000目的砂纸对焊接的端面依次进行磨损，抛光，腐蚀处理；接着使用硬度仪S-3700N测量试件显微硬度 HV；并对每一个试件经S-4800SEM扫描电镜观察微观结构，分析堆焊层成分并记录最佳时的焊接电流和氩气压强；
对堆焊层采用油润滑，使用无菌棉签把15#机油均匀涂抹在喷涂层表面，每隔20min对试件称重一次，磨损后先用除油剂或者丙酮清除试件上残留的油污，之后用无水乙醇进行超声波振动清洗，清洗15-30min，用吹风机吹干，在FB-C精密天平上称重；
SHQ605焊条氩弧焊WS-630堆焊后显微硬度：堆焊层的显微硬度值的范围为1840.20HV—2003.60HV。
结论：
采用氩弧焊方法利用堆焊机对RCoCr-A焊条和SHQ605焊条进行堆焊时，在一定氩气压力下优化焊接电流后的工艺参数，可使RCoCr-A焊条耐磨性提高5倍，可使SHQ605焊条的耐磨性提高3.8倍以上，从而可知，RCoCr-A焊条和SHQ605焊条使用WS-630堆焊机在45号钢上堆焊时，可通过设定氩气压力值和焊接电流值，从而提高堆焊层耐磨性和显微硬度。
如果钢棍的使用量在辊道长80米到100米，每米3个辊，每个辊子工作时间约3-5天，每个滚子的修复费按100计算，每月至少需要辊道消耗150万人民币，如果提高辊子的耐磨性寿命1倍就是每月减少消耗75万，每年减少900万的滚子消耗，如果按优化后的工艺进行耐磨性提高3.8倍，每月只消耗39.5万，每年只消耗不到500万！如果按优化后的工艺进行耐磨性提高5倍，每月只消耗30万，每年只消耗不到400万！如果全国的钢厂的轧钢滚子修复都采用优化后的工艺节约钢材和消耗，节省换辊时间，产业和利润将是数亿元的。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种提高氩弧焊堆焊工艺性能参数的研究方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、材料准备：
（1）、试验设备：堆焊机、磨损实验机，其中，堆焊机采用IGBT模块钢筋对接焊机，型号为WS-630，电流调节范围为0-630A，选择焊接电流增量为5-25A；磨损实验机的型号为M-200；
（2）、试验材料：焊条为RCoCr-A焊条和SHQ605焊条；焊体：45号钢；
S2、焊接准备：在堆焊前去除待焊工件表面的油、锈等污物，母材焊前进行预热；
S3、堆焊条件：采用氩弧焊方法；
采用氩弧焊方法利用堆焊机将RCoCr-A焊条在45号钢基体上进行堆焊，以不同的电流来堆焊45号钢基体，氩气保护气的压强在5-7MPa，每组要堆焊试件的厚度保持3mm左右；
采用氩弧焊方法利用堆焊机将SHQ605焊条在45号钢基体上进行堆焊，以不同的电流来堆焊45号钢基体，氩气保护气的压强在5-7MPa，每组要堆焊试件的厚度保持3mm左右；
S4、性能检测：将堆焊后的样品通过磨损实验后，对磨损量进行测量，同时对硬度进行检测，并利用扫面电镜对其组织结构进行观察。
2.根据权利要求1所述的一种提高氩弧焊堆焊工艺性能参数的研究方法，其特征在于：S4中，磨损实验的条件为：15#机油润滑，加载弹簧加载F=0--1470N，低速：200rad/min，高速：800rad/min。
3.根据权利要求1所述的一种提高氩弧焊堆焊工艺性能参数的研究方法，其特征在于：S4中，将堆焊后的样品用180目、240目、1200目、1500目、2000目的砂纸对焊接的端面依次进行磨损，抛光，腐蚀处理；接着使用硬度仪测量试件显微硬度 HV；并对每一个试件经扫描电镜观察微观结构，分析堆焊层成分并记录相关参数。
4.根据权利要求1所述的一种提高氩弧焊堆焊工艺性能参数的研究方法，其特征在于：S4中，磨损时采用油润滑，使用无菌棉签把15#机油均匀涂抹在喷涂层表面，每隔20min对试件称重一次，磨损后先用除油剂或者丙酮清除试件上残留的油污，之后用无水乙醇进行超声波振动清洗，清洗15-30min，用吹风机吹干，在FB-C精密天平上称重。
5.根据权利要求1所述的一种提高氩弧焊堆焊工艺性能参数的研究方法，其特征在于：所述硬度仪采用手动砖塔显微硬度仪，型号为S-3700N。
6.根据权利要求1所述的一种提高氩弧焊堆焊工艺性能参数的研究方法，其特征在于：所述扫描电镜的型号为S-4800SEM。
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