CN112025224A - 一种球墨铸铁类承缸二氧化碳自动熔覆再制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种球墨铸铁类承缸二氧化碳自动熔覆再制造方法，其包括：去除承缸内表面疲劳层，确定冲刷部位及熔覆量；对其承缸进行加热去除承缸内表面残存的油类物质；待恒温后测量整体尺寸，进行金相检测，确定球墨铸铁材料的性质；依据检测结果、熔覆量、材料性质的确定，进行再制造二氧化碳自动熔覆的条件设定和具体的二保焊操作过程，并选择两种焊丝共进行三层自动熔覆。最后按照承缸工作所需的精度要求，对内表面进行车削归圆处理，对加工后承缸内表面进行外观熔覆缺陷检验、渗透检测与硬度检测。本发明可使熔覆层与承缸内表面异种材料具有极高的结合强度，且熔覆层硬度适中，避免了熔覆过程产生气孔、裂纹及脱层的问题，大大改善再制造质量。
Description
技术领域
本发明涉及机械再制造领域中承缸的熔覆再制造方法，特别是一种球墨铸铁类承缸二氧化碳自动熔覆再制造方法。
背景技术
承缸在整台机组中运行环境非常复杂。承缸在工作介质冲刷腐蚀、压力、温度等复杂工况条件下，很容易被磨损，甚至出现裂纹、脱层。承缸通常为硬度大、耐磨性好的球墨铸铁类材质。这类材质的承缸部件一旦磨损，其修复再制造难度非常大。一方面，现有的传统焊接工艺技术，对球墨铸铁类承缸熔覆再制造局限性大，且很难满足使用要求。另一方面，此种铸铁材料在其它熔覆技术方面, 实施过程中经常性发生气孔、开裂和脱层，严重影响再制造工艺过程中的质量，更甚者大大降低使用寿命。因此, 球墨铸铁类承缸熔覆修复/再制造技术是一项亟待解决的攻关技术难题。
发明内容
（一）要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点，本发明提供一种球墨铸铁类承缸二氧化碳自动熔覆再制造方法，用以提升球墨类承缸的再制造质量。本发明方法具有熔覆层抗冲刷性能好、有效避免熔覆层气孔、开裂、脱层，是一种熔覆层与母材有效结合的二氧化碳自动熔覆工艺方法。
（二）技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明提供一种球墨铸铁类承缸二氧化碳自动熔覆再制造方法，其包括如下的步骤：
S1:对待再制造的承缸进行熔覆前的预处理；
S2:对承缸被冲刷的部位进行二保焊自动熔覆再制造处理，并选择两种焊丝，共进行三层自动熔覆；
第一种焊丝作为打底层和中间填充层，其化学成分为：
C 0.033-0.039wt% 、Si 0.20-0.22wt%、Mn 0.25-0.30wt% 、P≤0.015wt%、S≤0.020wt%、Cr 17.00-17.30wt%、Ni 54.10-54.50wt%、其他元素≤3%、余量为Fe；
第二种焊丝作为盖面层，其化学化学成分为：
C 0.075-0.88wt%、Si 0.82-0.88wt %、Mn 1.40-1.50wt%、P≤0.015wt%、S≤0.020wt%、Cr 0.025-0.035wt%、Ni 0.0035-0.0045wt%、其他元素≤6wt%、余量为Fe；
调节二氧化碳自动熔覆系统各项参数，直流反接，熔覆电流230-260A，熔覆电压14-16V，熔覆速度550-650mm/min，搭接率30-45%；
S3:熔覆后退火处理以去除应力，退火条件为：
在退火炉中，以30-60℃/h升温，温度上升到600-680℃保温6-7h，然后随炉冷却，155-165℃后出炉进行空冷至室温；
S4:修复后的表面处理及检测，包括：
A.对承缸的内表面进行车削归圆处理；
B.对完成了车削处理的承缸内表面进行外观熔覆缺陷检验、渗透检测与硬度检测。
根据本发明的一个较佳实施例，其中，步骤S1包括：
去除待再制造的承缸内表面疲劳层，检测并确定冲刷部位及整体熔覆量；进行金相检测，并依据金相检测结果、熔覆量、材料性质来设定步骤S2中的二保焊自动熔覆再制造处理的具体条件。
根据本发明的一个较佳实施例，其中，步骤S1包括：
S11、去除承缸内表面疲劳层，检测并确定冲刷部位及其整体熔覆量；
S12:加热至250-300℃以去除承缸内表面残存的油类物质；
S13:恒温后测量整体尺寸和待熔覆尺寸，进行金相检测，确定承缸所用的球墨铸铁材料的性质；
S14:依据检测结果、熔覆量、材料性质设定二保焊自动熔覆再制造处理的条件；
S15:根据二保焊自动熔覆再制造处理的条件，准备好熔覆材料和所需的配套设备工装。
根据本发明的一个较佳实施例，其中， 步骤S2中，第一种焊丝作为打底层和中间填充层，其化学成分为：
C 0.036wt% 、Si 0.21wt%、Mn 0.28 wt% 、P≤0.015wt%、S≤0.020wt%、Cr 17.16wt%、Ni 54.32wt%、其他元素≤3%、余量为Fe；
第二种焊丝作为盖面层，其化学化学成分为：
C 0.082wt%、Si 0.85 wt %、Mn 1.44wt%、P≤0.015wt%、S≤0.020wt%、 Cr 0.03wt%、Ni0.004wt%、其他元素≤6wt%、余量为Fe。
二保焊即CO2气体保护焊焊接工艺的简称。
（三）有益效果
采用本发明的方法进行球墨铸铁类承缸的熔覆再制造，再制造的承缸熔覆修复部位的抗冲刷性能好，并且可在熔覆过程中有效避免熔覆层裂纹、气孔、脱层等问题，熔覆层不仅可与母材之间能够有效结合，且熔覆层的硬度适中，大幅提升了承缸的熔覆再制造产品的质量，使承缸几乎能恢复至其磨损前的工作性能，为企业创造可观的经济效益。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
本实例是某钢铁集团企业，球墨铸铁类承缸二氧化碳自动熔覆再制造方法，该承缸本体为球墨铸铁材质。所述方法包括：
（1）二氧化碳自动熔覆再制造前准备：
去除承缸内表面疲劳层5mm，检测并确定冲刷部位及其整体熔覆量7mm；对其承缸进行300℃加热去除承缸内表面残存少量油类物质；待恒温后测量整体尺寸φ755-φ757，进行金相检测，确定其球墨铸铁性材料性质；依据检测结果、熔覆量、材料性质完善二保焊自动熔覆工艺；根据二保焊自动熔覆工艺，准备熔覆材料及相关设备工装。
（2）在熔覆过程中：
根据母材材质及其它参数选择焊丝，本次承缸自动熔覆焊丝分为两类，共进行三层自动熔覆，第一、二层为打底层和中间填充层，焊丝化学成分为：
C 0.036wt% 、Si 0.21wt%、Mn 0.28 wt% 、P≤0.015wt%、S≤0.020wt%、Cr 17.16wt%、Ni 54.32wt%、其他元素≤3%、余量为Fe；
第二种焊丝作为盖面层（即第三层），其化学化学成分为：
C 0.082wt%、Si 0.85 wt %、Mn 1.44wt%、P≤0.015wt%、S≤0.020wt%、 Cr 0.03wt%、Ni0.004wt%、其他元素≤6wt%、余量为Fe。
调节二氧化碳自动熔覆系统各项参数，直流反接，熔覆电流250A，熔覆电压16V，熔覆速度600mm/min，搭接率40%。
（3）熔覆再制造后的热处理：
球墨铸铁类承缸二氧化碳自动熔覆再制造后，进行去应力的退火处理，方法为：在退火炉中50℃/h升温，温度上升到650℃保温7h，然后随炉冷却，160℃后出炉进行常温空冷。
（4）熔覆再制造后表面的精度处理和检测：
对内表面进行车削归圆处理，对加工后承缸内表面进行外观熔覆缺陷检验、渗透检测与硬度检测。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上的微调，其步骤条件为：
（1）二氧化碳自动熔覆再制造前准备：
去除承缸内表面疲劳层4mm，检测并确定冲刷部位及其整体熔覆量8mm；对其承缸进行300℃加热去除承缸内表面残存少量油类物质；待恒温后测量整体尺寸φ755-φ757，进行金相检测，确定其球墨铸铁性材料性质；依据检测结果、熔覆量、材料性质完善二保焊自动熔覆工艺；根据二保焊自动熔覆工艺，准备熔覆材料及相关设备工装。
（2）在熔覆过程中：
根据母材材质及其它参数选择焊丝，本次承缸自动熔覆焊丝分为两类，共进行三层自动熔覆，第一、二层为打底层和中间填充层，焊丝化学成分为：
C 0.033wt% 、Si 0.20wt%、Mn 0.25wt% 、P≤0.015wt%、S≤0.020wt%、Cr 17.00wt%、Ni54.10wt%、其他元素≤3%、余量为Fe；
第二种焊丝作为盖面层（即第三层），其化学化学成分为：
C 0.075wt%、Si 0.82wt %、Mn 1.40wt%、P≤0.015wt%、S≤0.020wt%、 Cr 0.028wt%、Ni0.0035wt%、其他元素≤6wt%、余量为Fe；
调节二氧化碳自动熔覆系统各项参数，直流反接，熔覆电流260A，熔覆电压15V，熔覆速度550mm/min，搭接率45%。
（3）熔覆再制造后的热处理：
球墨铸铁类承缸二氧化碳自动熔覆再制造后，进行去应力的退火处理，方法为：在退火炉中40℃/h升温，温度上升到600℃保温7h，然后随炉冷却，160℃后出炉进行常温空冷。
（4）熔覆再制造后表面的精度处理和检测：
对内表面进行车削归圆处理，对加工后承缸内表面进行外观熔覆缺陷检验、渗透检测与硬度检测。
实施例3
本实施例是在实施例1的基础上的微调，其步骤条件为：
（1）二氧化碳自动熔覆再制造前准备：
去除承缸内表面疲劳层4mm，检测并确定冲刷部位及其整体熔覆量8mm；对其承缸进行280℃加热去除承缸内表面残存少量油类物质；待恒温后测量整体尺寸φ755-φ757，进行金相检测，确定其球墨铸铁性材料性质；依据检测结果、熔覆量、材料性质完善二保焊自动熔覆工艺；根据二保焊自动熔覆工艺，准备熔覆材料及相关设备工装。
（2）在熔覆过程中：
根据母材材质及其它参数选择焊丝，本次承缸自动熔覆焊丝分为两类，共进行三层自动熔覆，第一、二层为打底层和中间填充层，焊丝化学成分为：
C 0.039wt% 、Si 0.22wt%、Mn 0.30wt% 、P≤0.015wt%、S≤0.020wt%、Cr 17.30wt%、Ni54.50wt%、其他元素≤3%、余量为Fe；
第二种焊丝作为盖面层（即第三层），其化学化学成分为：
C 0.88wt%、Si 0.88wt %、Mn 1.50wt%、P≤0.015wt%、S≤0.020wt%、Cr 0.035wt%、Ni0.0045wt%、其他元素≤6wt%、余量为Fe；
调节二氧化碳自动熔覆系统各项参数，直流反接，熔覆电流230A，熔覆电压14V，熔覆速度600mm/min，搭接率35%。
（3）熔覆再制造后的热处理：
球墨铸铁类承缸二氧化碳自动熔覆再制造后，进行去应力的退火处理，方法为：在退火炉中30℃/h升温，温度上升到680℃保温7h，然后随炉冷却，160℃后出炉进行常温空冷。
（4）熔覆再制造后表面的精度处理和检测：
对内表面进行车削归圆处理，对加工后承缸内表面进行外观熔覆缺陷检验、渗透检测与硬度检测。
将实施例1-3对承缸进行二保焊熔覆再制造的效果统计如下：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 耐磨性能检测（g） | 0.182 | 0.153 | 0.156 |
| 裂纹检测(条） | 2 | 2 | 0 |
| 气孔检测（个） | 5 | 3 | 1 |
| （与母材）结合强度（MPa） | 410 | 420 | 445 |
| 熔覆层硬度（HB） | 275 | 290 | 280 |
冲刷性能检测：采用同等工艺熔覆试块利用磨擦磨损试验机进行一小时试验，计算其磨损质量；
裂纹检测:将熔覆层表面进行机加车削后，采用溶剂去除型渗透检测进行目视观察，将其裂纹密集范围内100mm x100mm范围内出现裂纹条数为单位；
气孔检测：与裂纹检测方法及检测范围相同，记录直径为φ1.5mm以上气孔数量；
结合强度：采用力学性能试验机检测熔覆层与母材抗拉强度；
熔覆层硬度：采用同等工艺熔覆试块，进行布氏硬度测量。
对比例1
本对比例是在实施例3的基础上，只选用第二种焊丝完成全程的自动熔覆修复再制造过程。其余操作均与实施例3完全相同。
对比例2
本对比例是在实施例3的基础上，只选用第一种焊丝完成全程的自动熔覆修复再制造过程。其余操作均与实施例3完全相同。
对比例3
本对比例是在实施例3的基础上，不进行第（3）步的熔覆再制造后的热处理。其余操作均与实施例3完全相同。
将实施例3对承缸进行二保焊熔覆再制造的效果与对比例1-3进行比较，结果如下：
| 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | |
| 耐磨性能检测（g） | 0.156 | 0.082 | 0.351 | 0.145 |
| 裂纹检测(条) | 0 | 6 | 2 | 1 |
| 气孔检测（个） | 1 | 7 | 1 | 2 |
| （与母材）结合强度（MPa） | 445 | 450 | 410 | 440 |
| 熔覆层硬度（HB） | 280 | 680 | 200 | 385 |
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (4)
1.一种球墨铸铁类承缸二氧化碳自动熔覆再制造方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1:对待再制造的承缸进行熔覆前的预处理；
S2:对承缸被冲刷的部位进行二保焊自动熔覆再制造处理，并选择两种焊丝，共进行三层自动熔覆；
第一种焊丝作为打底层和中间填充层，其化学成分为：
C 0.033-0.039wt% 、Si 0.20-0.22wt%、Mn 0.25-0.30wt% 、P≤0.015wt%、S≤0.020wt%、Cr 17.00-17.30wt%、Ni 54.10-54.50wt%、其他元素≤3%、余量为Fe；
第二种焊丝作为盖面层，其化学化学成分为：
C 0.075-0.88wt%、Si 0.82-0.88wt %、Mn 1.40-1.50wt%、P≤0.015wt%、S≤0.020wt%、Cr 0.025-0.035wt%、Ni 0.0035-0.0045wt%、其他元素≤6wt%、余量为Fe；
调节二氧化碳自动熔覆系统各项参数，直流反接，熔覆电流230-260A，熔覆电压14-16V，熔覆速度550-650mm/min，搭接率30-45%；
S3:熔覆后退火处理以去除应力，退火条件为：
在退火炉中，以30-60℃/h升温，温度上升到600-680℃保温6-7h，然后随炉冷却，155-165℃后出炉进行空冷至室温；
S4:修复后的表面处理及检测，包括：
A.对承缸的内表面进行车削归圆处理；
B.对完成了车削处理的承缸内表面进行外观熔覆缺陷检验、渗透检测与硬度检测。
2.根据权利要求1所述的球墨铸铁类承缸二氧化碳自动熔覆再制造方法，其特征在于，步骤S1包括：
去除待再制造的承缸内表面疲劳层，检测并确定冲刷部位及整体熔覆量；进行金相检测，并依据金相检测结果、熔覆量、材料性质来设定步骤S2中的二保焊自动熔覆再制造处理的具体条件。
3.根据权利要求1或2所述的球墨铸铁类承缸二氧化碳自动熔覆再制造方法，其特征在于，步骤S1包括：
S11、去除承缸内表面疲劳层，检测并确定冲刷部位及其整体熔覆量；
S12:加热至250-300℃以去除承缸内表面残存的油类物质；
S13:恒温后测量整体尺寸和待熔覆尺寸，进行金相检测，确定承缸所用的球墨铸铁材料的性质；
S14:依据检测结果、熔覆量、材料性质设定二保焊自动熔覆再制造处理的条件；
S15:根据二保焊自动熔覆再制造处理的条件，准备好熔覆材料和所需的配套设备工装。
4.根据权利要求1所述的球墨铸铁类承缸二氧化碳自动熔覆再制造方法，其特征在于，步骤S2中，第一种焊丝作为打底层和中间填充层，其化学成分为：
C 0.036wt% 、Si 0.21wt%、Mn 0.28 wt% 、P≤0.015wt%、S≤0.020wt%、Cr 17.16wt%、Ni 54.32wt%、其他元素≤3%、余量为Fe；
第二种焊丝作为盖面层，其化学化学成分为：
C 0.082wt%、Si 0.85 wt %、Mn 1.44wt%、P≤0.015wt%、S≤0.020wt%、 Cr 0.03wt%、Ni0.004wt%、其他元素≤6wt%、余量为Fe。
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