CN114160941A - 圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法，步骤如下：将预处理后的圆筒预热到350℃‑450℃；在保持预热温度的条件下，在圆筒内孔等离子堆焊一层钴基合金形成第一堆焊层；缓冷到室温后，加工第一堆焊层堆焊表面到单边厚度1.6mm‑2mm；再将圆筒预热到380℃‑450℃；在保持预热温度的条件下，在第一堆焊层等离子堆焊一层钴基合金形成第二堆焊层；缓冷到室温后，将筒体在410℃‑430℃焊后处理；加工第二堆焊层堆焊表面到单边厚度1.4mm‑1.5mm。本发明提供的圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法，可以解决奥氏体类不锈钢材质的圆筒内孔堆焊钴基合金过程中易产生裂纹等问题。
Description
技术领域
本发明涉及金属焊接技术领域，特别涉及一种圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法。
背景技术
一些泵类的导轴承基体通常采用奥氏体类不锈钢(如S30408,S31608等),由于导轴承在高温磨损工况下工作，为了提高导轴承内壁的耐磨性，通常在导轴承内孔全表面堆焊一层钴基合金STE 6(6级)，使导轴承成为具有综合性能的双金属零件，既延长了导轴承的使用寿命，又避免了贵金属的消耗，从而降低了设备的成本。
由于钴基合金STE 6的硬度高达HRC39-47，塑韧性非常差，而导轴承基体的刚性大，且全表面堆焊的工作量大，热输入大，堆焊过程中产生很大的焊接应力，因此，焊接过程中产生冷、热裂纹的倾向较大。并且，导轴承内孔的堆焊需符合RCC-M S8000工艺标准，在确保堆焊层性能满足标准要求的前提下，堆焊层厚度越小越好。但由于奥氏体不锈钢(Fe和Ni含量高)基体对堆焊层熔敷金属稀释的影响，又容易降低堆焊层的硬度，因此，堆焊层熔敷金属的化学成分，尤其是Fe和Ni含量很难达到标准要求。
常规堆焊方法，如手工钨极氩弧焊，其操作方便，但焊接效率低，施焊周期长。并且，母材对堆焊层熔敷金属的稀释率大，难以达到RCC-M S8000工艺标准。同时，对于导轴承内孔中间部位的堆焊往往不容易堆焊到位，而且在堆焊过程中，导轴承需要焊前预热，焊接过程中保持预热温度，在预热温度这样的高温条件下进行手工操作，生产条件差，焊工很难操作。
因而，目前需要一种新的圆筒内孔堆焊工艺，来解决奥氏体类不锈钢材质的圆筒内孔全表面堆焊钴基合金STE 6的焊接难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种奥氏体类不锈钢材质的圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法，以解决奥氏体类不锈钢材质的圆筒内孔堆焊钴基合金过程中易产生裂纹的问题，并降低母材对堆焊层熔敷金属的稀释，使焊接后熔覆层中Fe和Ni等合金的含量都达到RCC-M S8000的标准要求。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法，包括如下步骤：
将预处理后的圆筒预热到350℃-450℃；
在保持预热温度的条件下，在圆筒内孔等离子堆焊一层钴基合金形成第一堆焊层；
缓冷到室温后，加工第一堆焊层堆焊表面到单边厚度1.6mm-2mm；
再将圆筒预热到380℃-450℃；
在保持预热温度的条件下，在第一堆焊层等离子堆焊一层钴基合金形成第二堆焊层；
缓冷到室温后，将筒体在410℃-430℃焊后处理；
加工第二堆焊层堆焊表面到单边厚度1.4mm-1.5mm。
进一步地，所述圆筒的材质为奥氏体类不锈钢，内孔表面粗糙度≤12.5。
进一步地，所述圆筒的预处理是用酒精清理圆筒内孔表面，确保无影响焊接质量的异物。
进一步地，所述第一堆焊层的堆焊工艺包括：
焊接方法为等离子堆焊PTA，堆焊材料为钴基焊粉STE 6，规格120－250目；非转移弧电流为28-32A，转移弧电流为130-150A,转移弧电压为30-35V,非转移弧电压为25-27V,送粉电压为26-30V，送粉流量为27-35g/min,等离子气流量为250-270L/h，送粉气流量为250-270L/h，保护气流量为780-820L/h，摆动宽度为30-35mm，摆动速度为1000-1200mm/min。
进一步地，所述第一堆焊层堆焊过程中控制层间温度为350℃-400℃。
进一步地，所述第二堆焊层的堆焊工艺包括：
焊接方法为等离子堆焊PTA，堆焊材料为钴基焊粉STE 6，规格120－250目；非转移弧电流为28-32A，转移弧电流为130-150A,转移弧电压为30-35V,非转移弧电压为25-27V,送粉电压为26-30V，送粉流量为27-35g/min,等离子气流量为250-270L/h，送粉气流量为250-270L/h，保护气流量为780-820L/h，摆动宽度为30-35mm，摆动速度为1000-1200mm/min。
进一步地，所述第二堆焊层堆焊过程中控制层间温度为380℃-400℃。
本发明提供的一种圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法，具有以下优点和效果：
1、采用等离子堆焊方法，其等离子弧热量集中，堆焊层冶金结合的强度高，热输入低，堆焊层稀释率低，焊缝成形规则，焊接效率高。
2、堆焊前，将圆筒进炉整体预热，堆焊过程中，通过加热保持预热温度，并控制最大层间温度，堆焊后保温缓冷到室温，以便降低圆筒的冷却速度，能有效避免堆焊过程中及堆焊后冷、热裂纹的产生。
3、采用两层堆焊的焊接工艺，降低母材对堆焊层熔敷金属的稀释率，最大限度地使堆焊层获得堆焊钴基合金粉末STE6(6级)的性能，以提高工件的耐磨性。
4、采用第一层堆焊后进行堆焊层的加工，第二层堆焊后再进行堆焊层的加工工序，把母材对堆焊层熔敷金属的稀释率降至满足标准要求，并通过焊接工艺评定进行验证，使熔敷金属的化学成分(尤其是很难达到标准要求的Fe和Ni含量)、堆焊层的表面硬度、堆焊接头的金相组织等各方面都能满足RCC-M标准要求。
5、在第二层堆焊后将筒体进行420℃±10℃的焊后热处理，可在避开基体奥氏体不锈钢敏化温度区的同时，又能消除筒体的焊接残余应力。
6、将第一层的单边堆焊层厚度加工到1.6mm-2mm，第二层的单边堆焊层厚度加工到1.4mm-1.5mm，即堆焊层的总厚度为3mm-3.5mm。通过对堆焊层厚度的控制，在保证堆焊层具有较低厚度的前提下，使基体对堆焊层熔敷金属的稀释影响尽量降到最低，从而确保堆焊层性能满足RCC-M标准的要求。
附图说明
图1为本发明实施例提供的圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法流程图；
图2为本发明实施例提供的圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法中导轴承内孔焊前结构示意图；
图3为本发明实施例提供的圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法中导轴承内孔堆焊第一堆焊层后的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法中导轴承内孔堆焊第二堆焊层后的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明实施例提供的一种圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法，包括如下步骤：
步骤1)将圆筒预热到350℃-450℃，以便降低焊后的冷却速度，避免裂纹的产生。其中，圆筒材质为奥氏体类不锈钢，内孔表面粗糙度≤12.5。在对圆筒预热前先对圆筒内孔表面使用酒精进行清理，确保其表面无铁锈和油污等影响焊接质量的异物，避免焊缝金属产生气孔等缺陷。
步骤2)在保持预热温度的条件下，在圆筒内孔等离子堆焊一层钴基合金形成第一堆焊层。
其中，堆焊第一堆焊层的工艺包括：
焊接方法为等离子堆焊PTA，堆焊材料为钴基焊粉STE 6，规格120－250目；非转移弧电流为28-32A，转移弧电流为130-150A,转移弧电压为30-35V,非转移弧电压为25-27V,送粉电压为26-30V，送粉流量为27-35g/min,等离子气流量为250-270L/h，送粉气流量为250-270L/h，保护气流量为780-820L/h，摆动宽度为30-35mm，摆动速度为1000-1200mm/min。
并且堆焊过程中，通过火焰加热的方式，使筒体一直保持预热的温度350℃-450℃，这样可以减小堆焊区与筒体整体温度之间的温度差，降低筒体的冷却速度，防止裂纹的产生。同时，控制层间温度为350℃-400℃，防止焊接接头的晶粒粗大而引起塑韧性下降等问题。
步骤3)缓冷到室温后，加工第一堆焊层堆焊表面到单边厚度1.6mm-2mm。
步骤4)再将圆筒预热到380℃-450℃，可以降低焊接后圆筒的冷却速度，避免裂纹的产生。
步骤5)在保持预热温度的条件下，在第一堆焊层等离子堆焊一层钴基合金形成第二堆焊层。
其中，堆焊第二堆焊层的工艺包括：
焊接方法为等离子堆焊PTA，堆焊材料为钴基焊粉STE 6，规格120－250目；非转移弧电流为28-32A，转移弧电流为130-150A,转移弧电压为30-35V,非转移弧电压为25-27V,送粉电压为26-30V，送粉流量为27-35g/min,等离子气流量为250-270L/h，送粉气流量为250-270L/h，保护气流量为780-820L/h，摆动宽度为30-35mm，摆动速度为1000-1200mm/min。
并且堆焊过程中，通过火焰加热的方式，使筒体一直保持预热的温度380℃-450℃，这样可以减小堆焊区与筒体整体温度之间的温度差，降低筒体的冷却速度，防止裂纹的产生。同时，控制层间温度为380℃-400℃，防止焊接接头的晶粒粗大而引起塑韧性下降等问题。
步骤6)缓冷到室温后，将筒体在410℃-430℃焊后处理。通过焊后热处理，不仅可以避开基体奥氏体不锈钢敏化温度区，而且还能消除筒体的焊接残余应力。
步骤7)加工第二堆焊层堆焊表面到单边厚度1.4mm-1.5mm，即堆焊层的总厚度为3mm-3.5mm。通过对堆焊层厚度的控制，在保证堆焊层具有较低厚度的前提下，使基体对堆焊层熔敷金属的稀释影响尽量降到最低，从而确保堆焊层性能满足RCC-M标准的要求。
下面以在导轴承内孔等离子堆焊钴基合金为例，对本发明提供的圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法做具体说明。其中，导轴承材质为奥氏体不锈钢GB/T 1220 S30408,具体过程如下：
(1)加工导轴承1的内孔：如图2所示。
(2)液体渗透检验：对导轴承1内孔进行液体渗透检验，满足RCC-M S8000的标准要求，使堆焊在无缺陷的表面上进行。
(3)焊前清理：用酒精清理导轴承1内孔表面，确保无铁锈、油污等影响焊接质量的异物，避免焊缝金属产生气孔等缺陷。
(4)装夹工件：将导轴承1装夹在旋转机构变位机上，使待堆焊的位置始终处于平焊位置。
(5)焊前预热：堆焊第一层2前，将导轴承1进炉整体预热，最低温度为350℃，以便降低焊后的冷却速度，避免裂纹的产生。
(6)堆焊第一层2，工艺如下：焊接方法为等离子堆焊PTA，堆焊材料为钴基焊粉STE6(6级)，规格120－250目。堆焊参数，非转移弧电流为28-32A，转移弧电流为130-150A,转移弧电压为30-35V,非转移弧电压为25-27V,送粉电压为26-30V，送粉流量为27-35g/min,等离子气流量为250-270L/h，送粉气流量为250-270L/h，保护气流量为780-820L/h，摆动宽度为30-35mm，摆动速度为1000-1200mm/min。
(7)预热温度的保持：堆焊过程中，通过火焰加热保持工件的预热温度，以便减小堆焊区与基体整体温度之间的温度差，降低工件的冷却速度，防止裂纹的产生；且控制最大层间温度为400℃，防止焊接接头的晶粒粗大而引起塑韧性下降等。
(8)堆焊后保温缓冷到室温。
(9)第一层2的加工：加工到单边厚度1.6mm，如图3所示。
(10)液体渗透检验：堆焊层表面，满足RCC-M S8000的标准要求。
(11)焊前预热：堆焊第二层3前，导轴承进炉整体预热，最低温度为380℃，以便降低焊后的冷却速度，避免裂纹的产生。
(12)堆焊第二层3，工艺如下：焊接方法为等离子堆焊PTA，堆焊材料为钴基焊粉STE 6(6级)，规格120－250目。堆焊参数，非转移弧电流为28-32A，转移弧电流为130-150A,转移弧电压为30-35V,非转移弧电压为25-27V,送粉电压为26-30V，送粉流量为27-35g/min,等离子气流量为250-270L/h，送粉气流量为250-270L/h，保护气流量为780-820L/h，摆动宽度为30-35mm，摆动速度为1000-1200mm/min。
(13)预热温度的保持：堆焊过程中，通过火焰加热保持工件的预热温度，以便减小堆焊区与基体整体温度之间的温度差，降低工件的冷却速度，防止裂纹的产生；且控制最大层间温度为400℃，防止焊接接头的晶粒粗大而引起塑韧性下降等。
(14)堆焊后保温缓冷到室温。
(15)焊后热处理：将导轴承放入420℃的炉中，焊后热处理，消除焊接残余应力。
(16)第二层3的加工：加工到单边厚度≥1.4mm，如图4所示。
(17)液体渗透检验：堆焊层表面，满足RCC-M S8000的标准要求。
(18)焊接工艺评定试验检验项目确定：依据RCC-M S8000标准的要求，确定如下检验项目：化学成分分析；宏观和微观检验；硬度检验。
(19)焊接工艺评定试验结果：
化学成分分析：
宏观和微观检验：无裂纹、未熔合及其它线性缺陷。
硬度检验：平均值HRC44.3。
从上述结果可以看出，采用本发明提供的圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法，在导轴承内孔堆焊第一层后，加工堆焊层保留单边厚度1.6mm，然后堆焊第二层，再进行焊后消应力，加工堆焊表面到单边厚度≥1.4mm，即堆焊层的总厚度≥3mm。这样有效地解决了导轴承内孔堆焊过程中易产生裂纹的难题。并且通过焊接工艺评定进行验证，堆焊层的硬度及熔敷金属中Fe和Ni等合金的含量，宏观和微观检验结果，都达到RCC-M S8000的标准要求。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将预处理后的圆筒预热到350℃-450℃；
在保持预热温度的条件下，在圆筒内孔等离子堆焊一层钴基合金形成第一堆焊层；
缓冷到室温后，加工第一堆焊层堆焊表面到单边厚度1.6mm-2mm；
再将圆筒预热到380℃-450℃；
在保持预热温度的条件下，在第一堆焊层等离子堆焊一层钴基合金形成第二堆焊层；
缓冷到室温后，将筒体在410℃-430℃焊后处理；
加工第二堆焊层堆焊表面到单边厚度1.4mm-1.5mm。
2.根据权利要求1所述的圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法，其特征在于：所述圆筒的材质为奥氏体类不锈钢，内孔表面粗糙度≤12.5。
3.根据权利要求1所述的圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法，其特征在于：所述圆筒的预处理是用酒精清理圆筒内孔表面，确保无影响焊接质量的异物。
4.根据权利要求1所述的圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法，其特征在于，所述第一堆焊层的堆焊工艺包括：
焊接方法为等离子堆焊PTA，堆焊材料为钴基焊粉STE 6，规格120－250目；非转移弧电流为28-32A，转移弧电流为130-150A,转移弧电压为30-35V,非转移弧电压为25-27V,送粉电压为26-30V，送粉流量为27-35g/min,等离子气流量为250-270L/h，送粉气流量为250-270L/h，保护气流量为780-820L/h，摆动宽度为30-35mm，摆动速度为1000-1200mm/min。
5.根据权利要求4所述的圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法，其特征在于，所述第一堆焊层堆焊过程中控制层间温度为350℃-400℃。
6.根据权利要求1所述的圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法，其特征在于，所述第二堆焊层的堆焊工艺包括：
焊接方法为等离子堆焊PTA，堆焊材料为钴基焊粉STE 6，规格120－250目；非转移弧电流为28-32A，转移弧电流为130-150A,转移弧电压为30-35V,非转移弧电压为25-27V,送粉电压为26-30V，送粉流量为27-35g/min,等离子气流量为250-270L/h，送粉气流量为250-270L/h，保护气流量为780-820L/h，摆动宽度为30-35mm，摆动速度为1000-1200mm/min。
7.根据权利要求6所述的圆筒内孔等离子堆焊钴基合金的方法，其特征在于，所述第二堆焊层堆焊过程中控制层间温度为380℃-400℃。
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- 2021-11-25 CN CN202111414351.3A patent/CN114160941A/zh active Pending
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