CN112570926B

CN112570926B - 精锻机锤头堆焊用焊丝及精锻机锤头堆焊方法

Info

Publication number: CN112570926B
Application number: CN202011360554.4A
Authority: CN
Inventors: 郭蔚琦; 赵昆; 余念; 沈国强
Original assignee: Shanghai Fifth Steel Equipment Engineering Co ltd; MCC Baosteel Technology Services Co Ltd
Current assignee: Shanghai Fifth Steel Equipment Engineering Co ltd; MCC Baosteel Technology Services Co Ltd
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2040-11-27
Also published as: CN112570926A

Abstract

本发明涉及堆焊技术领域，尤其涉及一种精锻机锤头堆焊用焊丝，包括如下质量分数的化学成分：碳：≤0.05％；硅：0.01％‑0.05％；镍：35％‑40％；钴：12％‑17％；铌：2.5％‑5.5％；钛：1.2％‑2.0％；铝：0.2％‑1.2％；硼：≤0.12％；锆：0.02％‑0.2％；其余为铁。还涉及一种精锻机锤头堆焊方法，在精锻机锤头基体的作业面上依次堆焊打底层、过渡层和耐磨层，耐磨层的堆焊焊丝采用如上所述的精锻机锤头堆焊用焊丝。该焊丝为低热膨胀系数型铁基高温合金焊丝，用于精锻机锤头耐磨层的堆焊具有优良的抗裂性和抗热疲劳性能，同时在锤头作业温度区间又兼备良好的高温强度和高温稳定性，因此能够提高锤头耐磨层的高温热强性、热稳定性和抗裂性，且堆焊层无裂纹，可使得堆焊后的锤头使用寿命得到大幅度提升，降低堆焊材料成本。

Description

精锻机锤头堆焊用焊丝及精锻机锤头堆焊方法

技术领域

本发明涉及堆焊技术领域，尤其涉及一种精锻机锤头堆焊用焊丝及一种精锻机锤头堆焊方法。

背景技术

堆焊技术是金属电弧增材制造、再制造的核心手段和载体，而堆焊材料的性能对其工程应用起着至关重要的作用。堆焊增材制造、再制造在建设绿色工业、资源节约型、环境友好型社会以及发展循环经济中有着独特作用。

精锻机是一种快速精密锻压设备，它是一种由四个对称锤头组成且可以对金属坯料进行高频率锻打的短冲程压力机。精锻机每个锤头的锻压力为15吨-2500吨，每分钟可打击125次-2000次。锤头除了要承受高频高强度的冲击力以外，还要受到锻件1000℃以上高温烘烤的热应力影响，所以锤头很容易出现凹陷、裂纹等缺陷。缺陷会严重影响产品质量，因此要经常修复或更换锤头，使锤头成为易耗品。采用堆焊技术对精锻机锤头新品进行堆焊增材制造和旧品的再制造可提高锤头使用寿命，实现锤头的循环再利用，有效地避免因锤头使用寿命短而失效、报废造成的经济损失。

目前工业生产在用的精锻机锤头堆焊修复用焊丝主要是型号单一的镍基焊丝，其分为过渡层用焊丝和工作层用焊丝两种，在实际生产应用中的主要问题是锤头经堆焊修复后使用寿命短、堆焊层内微裂纹无法彻底消除造成质量不稳定，采用预热400℃手工TIG焊(Tungsten Inert Gas Welding，又称为非熔化极惰性气体保护电弧焊)，工人劳动强度大，作业周期长，一个锤头要几周时间才能焊完。

由于锤头承受长时间高温锻打、工况条件恶劣，因此，为保证锤头的高温稳定性和热强性，目前在用的工作层镍基高温合金焊丝采用的是沉淀强化型变形镍基高温合金焊丝，虽然是变形高温合金，但其合金元素总量已经达到43％-45％，而且还含有4.4％-5.8％(Al+Ti)沉淀强化元素，形成大量的γ′相，使合金的塑韧性大幅降低，是变形镍基高温合金中的难变形高温合金。在实际堆焊操作过程中，裂纹问题很难消除，而且裂纹长短、走向都不确定，严重影响锤头使用寿命。堆焊金属的裂纹主要是由焊接残余应力造成的，而残余应力是焊接熔池凝固收缩及降温过程的热膨胀系数不同造成的，热膨胀系数越大焊接残余应力也越大，若热膨胀系数足够小则焊接残余应力会降的很低，这对焊接刚性大的工件避免产生裂纹非常有利，而目前应用的镍基合金堆焊金属由于热膨胀系数过大造成焊接残余应力过大，是造成堆焊金属裂纹的重要原因之一。因此，亟需一种热膨胀系数低的焊丝，用于精锻机锤头的堆焊，以减少裂纹。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种热膨胀系数低的精锻机锤头堆焊用焊丝，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种精锻机锤头堆焊用焊丝，精锻机锤头堆焊用焊丝包括如下质量分数的化学成分：碳：≤0.05％；硅：0.01％-0.05％；镍：35％-40％；钴：12％-17％；铌：2.5％-5.5％；钛：1.2％-2.0％；铝：0.2％-1.2％；硼：≤0.12％；锆：0.02％-0.2％；其余为铁。

优选地，精锻机锤头堆焊用焊丝的直径为1.2mm-1.6mm。

本发明还提供一种精锻机锤头堆焊方法，在精锻机锤头基体的作业面上依次堆焊打底层、过渡层和耐磨层，耐磨层的堆焊焊丝采用如上所述的精锻机锤头堆焊用焊丝。

优选地，打底层、过渡层和耐磨层的堆焊均采用熔化极气体保护焊，熔化极气体保护焊采用半自动焊。

优选地，打底层的堆焊厚度为3mm-10mm。

优选地，过渡层的堆焊厚度不低于15mm。

优选地，耐磨层的堆焊厚度为23mm-27mm。

优选地，打底层和/或过渡层的堆焊焊丝采用直径为1.2mm-1.6mm的药芯焊丝。

优选地，在精锻机锤头基体的作业面上实施堆焊之前，先将精锻机锤头基体预热至400℃；在实施堆焊的过程中，精锻机锤头基体的温度保持在不低于400℃。

优选地，在打底层、过渡层和耐磨层的堆焊完成后，对精锻机锤头进行消应力处理。

与现有技术相比，本发明具有显著的进步：

本发明的精锻机锤头堆焊用焊丝为低热膨胀系数型铁基高温合金焊丝，用于精锻机锤头的堆焊具有优良的抗裂性和抗热疲劳性能，同时在精锻机锤头作业温度区间又兼备良好的高温强度和高温稳定性，因此，将本发明的精锻机锤头堆焊用焊丝用于精锻机锤头的耐磨层堆焊，能够提高精锻机锤头耐磨层的高温热强性、热稳定性和抗裂性，且堆焊层无裂纹，可使得堆焊后的精锻机锤头使用寿命得到大幅度提升，并可降低堆焊材料成本。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

本发明实施例提供一种精锻机锤头堆焊用焊丝。本实施例的精锻机锤头堆焊用焊丝包括如下质量分数的化学成分：碳：≤0.05％；硅：0.01％-0.05％；镍：35％-40％；钴：12％-17％；铌：2.5％-5.5％；钛：1.2％-2.0％；铝：0.2％-1.2％；硼：≤0.12％；锆：0.02％-0.2％；其余为铁。

基于上述化学成分的组成，本实施例的精锻机锤头堆焊用焊丝的堆焊熔敷金属在20℃-400℃的平均热膨胀系数为：7.0×10^-6/℃-8.0×10^-6/℃；本实施例的精锻机锤头堆焊用焊丝的堆焊熔敷金属在560℃-860℃的高温力学性能数据见下表1。

表1本实施例的精锻机锤头堆焊用焊丝的堆焊熔敷金属的高温力学性能

试验温度/℃	规定塑性延伸强度/MPa	抗拉强度/MPa	断后延长率/％	断面收缩率/％
					560	259	514	18	25
560	316	617	25.5	40
					660	452	609	12	23
660	380	556	9	6
					660	448	624	12	23
760	249	360	39	62
					760	286	380	27	56
760	303	345	41	67
					860	157	185	57	74
860	143	175	53	77
					860	142	167	51	80

可见，本实施例的精锻机锤头堆焊用焊丝为低热膨胀系数型铁基高温合金焊丝，用于精锻机锤头的堆焊具有优良的抗裂性和抗热疲劳性能，同时在精锻机锤头作业温度区间又兼备良好的高温强度和高温稳定性，因此，本实施例的精锻机锤头堆焊用焊丝可用于精锻机锤头的耐磨层堆焊，能够提高精锻机锤头耐磨层的高温热强性、热稳定性和抗裂性，且堆焊层无裂纹，可使得堆焊后的精锻机锤头使用寿命得到大幅度提升，并可降低堆焊材料成本。

优选地，本实施例的精锻机锤头堆焊用焊丝的直径为1.2mm-1.6mm。

本实施例的精锻机锤头堆焊用焊丝可适用于(2％-20％)二氧化碳+(98％-80％)氩气保护焊或纯氩气保护焊，并采用半自动焊，可采用直流反极性焊接，焊接电流为200A-300A，焊接电压为22V-28V，焊丝伸出导电嘴长度为10mm-25mm。采用熔化极气体保护半自动焊能够大幅度提高生产效率，降低工人劳动强度。

基于上述精锻机锤头堆焊用焊丝，本发明实施例还提供一种精锻机锤头堆焊方法。本实施例的精锻机锤头堆焊方法为：在精锻机锤头基体的作业面上依次堆焊打底层、过渡层和耐磨层，即先在精锻机锤头基体的作业面上堆焊打底层，然后在打底层上堆焊过渡层，再在过渡层上堆焊耐磨层，耐磨层的堆焊焊丝采用本实施例的上述精锻机锤头堆焊用焊丝。该精锻机锤头基体可以是新锤头基体，也可以是经过修整处理的旧锤头基体。该精锻机锤头堆焊用焊丝为低热膨胀系数型铁基高温合金焊丝，用于精锻机锤头耐磨层的堆焊具有优良的抗裂性和抗热疲劳性能，同时在精锻机锤头作业温度区间又兼备良好的高温强度和高温稳定性，因此，本实施例的精锻机锤头堆焊方法能够提高精锻机锤头耐磨层的高温热强性、热稳定性和抗裂性，且堆焊层无裂纹，可使得堆焊后的精锻机锤头使用寿命得到大幅度提升，并可降低堆焊材料成本。

优选地，耐磨层的堆焊厚度为23mm-27mm，较佳为25mm。耐磨层的堆焊采用熔化极气体保护焊，且熔化极气体保护焊采用半自动焊，能够大幅度提高生产效率，降低工人劳动强度。该熔化极气体保护半自动焊可采用直流反极性焊接，焊接电流为200A-300A，焊接电压为22V-28V，焊丝伸出导电嘴长度为10mm-25mm。

由于精锻机锤头基体材料主要是56NiCrMoV7模具钢或4Cr5MoSiV热作模具钢，其焊接性差，为避免直接在精锻机锤头基体上堆焊耐磨层焊丝产生裂纹，因而在精锻机锤头基体的作业面上先堆焊一层适合与精锻机锤头基体联接的堆焊金属，即堆焊打底层。优选地，打底层的堆焊焊丝采用直径为1.2mm-1.6mm的药芯焊丝。优选地，打底层的堆焊厚度为3mm-10mm。优选地，打底层的堆焊采用熔化极气体保护焊，且熔化极气体保护焊采用半自动焊，能够大幅度提高生产效率，降低工人劳动强度。

由于过渡层处于耐磨层之下，过渡层的作业温度较耐磨层已有明显下降，因此，过渡层的堆焊焊丝可以采用高温热强性低一些的堆焊焊丝，以降低成本。优选地，过渡层的堆焊焊丝采用直径为1.2mm-1.6mm的药芯焊丝。优选地，过渡层的堆焊厚度不低于15mm。优选地，过渡层的堆焊采用熔化极气体保护焊，且熔化极气体保护焊采用半自动焊，能够大幅度提高生产效率，降低工人劳动强度。

本实施例的精锻机锤头堆焊方法中，优选地，在精锻机锤头基体的作业面上实施堆焊之前，即在堆焊打底层之前，先将精锻机锤头基体预热至400℃，然后再实施堆焊，在实施堆焊的过程中，即在堆焊打底层、过渡层和耐磨层的过程中，精锻机锤头基体的温度保持在不低于400℃。

本实施例的精锻机锤头堆焊方法中，优选地，在打底层、过渡层和耐磨层的堆焊完成后，对精锻机锤头进行消应力处理，该消应力处理优选为：将堆焊完成后精锻机锤头放进热处理炉，在550℃下保温10小时，然后随炉缓冷至100℃以下后出炉。而后，经着色探伤无缺陷后，可按尺寸要求进行机加工。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种精锻机锤头堆焊用焊丝，其特征在于，所述精锻机锤头堆焊用焊丝包括如下质量分数的化学成分：碳：≤0.05％；硅：0.01％-0.05％；镍：35％-40％；钴：12％-17％；铌：2.5％-5.5％；钛：1.2％-2.0％；铝：0.2％-1.2％；硼：≤0.12％；锆：0.02％-0.2％；其余为铁。

2.根据权利要求1所述的精锻机锤头堆焊用焊丝，其特征在于，所述精锻机锤头堆焊用焊丝的直径为1.2mm-1.6mm。

3.一种精锻机锤头堆焊方法，其特征在于，在精锻机锤头基体的作业面上依次堆焊打底层、过渡层和耐磨层，所述耐磨层的堆焊焊丝采用如权利要求1或2所述的精锻机锤头堆焊用焊丝。

4.根据权利要求3所述的精锻机锤头堆焊方法，其特征在于，所述打底层、所述过渡层和所述耐磨层的堆焊均采用熔化极气体保护焊，所述熔化极气体保护焊采用半自动焊。

5.根据权利要求3所述的精锻机锤头堆焊方法，其特征在于，所述打底层的堆焊厚度为3mm-10mm。

6.根据权利要求3所述的精锻机锤头堆焊方法，其特征在于，所述过渡层的堆焊厚度不低于15mm。

7.根据权利要求3所述的精锻机锤头堆焊方法，其特征在于，所述耐磨层的堆焊厚度为23mm-27mm。

8.根据权利要求3所述的精锻机锤头堆焊方法，其特征在于，所述打底层和/或所述过渡层的堆焊焊丝采用直径为1.2mm-1.6mm的药芯焊丝。

9.根据权利要求3所述的精锻机锤头堆焊方法，其特征在于，在所述精锻机锤头基体的作业面上实施堆焊之前，先将所述精锻机锤头基体预热至400℃；在实施堆焊的过程中，所述精锻机锤头基体的温度保持在不低于400℃。

10.根据权利要求3所述的精锻机锤头堆焊方法，其特征在于，在所述打底层、所述过渡层和所述耐磨层的堆焊完成后，对精锻机锤头进行消应力处理。