CN114393276B - 一种高铁车轴型砧模表面强化堆焊工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高铁车轴型砧模表面强化堆焊工艺，通过简易的焊接辅助装置进行，该焊接辅助装置包括结构件框架，结构件框架包括底板和设置在该底板两端的侧板，每块侧板底部前后两侧设置有支腿；底板上设置有调节升降装置，其上表面与高铁车轴型砧模底部相适配并设置有若干电加热带；两块侧板的前后端之间以及顶部之间分别活动设置有框架前活动保温门、框架后活动保温门和框架保温活动盖板。应用本发明不仅投资费用低、现场操作维护方便、修复时间短，并且上下半圆形砧模在堆焊修复后，可以有效确保夹持红钢在周期使用过程中，受到冷热不均及交变载荷而不会产生磨损、开裂、脱落等焊接质量，满足轧制运转使用。

Description

一种高铁车轴型砧模表面强化堆焊工艺

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种高铁车轴型砧模表面强化堆焊工艺。

背景技术

轨道交通设备中各种规格的车轴生产流程为：由检验合格的原料切割--加热炉加热--车轴锻造--热处理--粗加工--半精加工--成品检测--包装入库。而核心环节车轴锻造通过是通过12.5MN快速锻造液压机，连接上下半圆形砧模把各种规格的车轴锻造而成。由于长时间的轧制，上下半圆形砧模夹持红钢在使用过程中受到冷热不均及交变载荷，引起上下半圆形砧模接触红钢的表面开裂、脱落、磨损等等，达不到原有上下半圆形砧模性能轧制要求，如果不断更换新备件，不仅浪费大量的采购成本，而且需制作上下半圆形砧模至少2～3个月时间，另外如果离线运到厂家修复，修复周期长，不能适应目前生产需求，因此设计一种高铁车轴型砧模表面强化堆焊装置以及修复工艺来解决问题。

目前，各种模具磨损、断裂、脱落焊接修复应用较为普遍，不少文献中都有离线修复各种叙述，但针对一种高铁车轴型砧模表面强化堆焊还未见记载，高铁车轴型砧模表面强化堆焊主要难点在于如何通过焊接施工中严格控制焊接线能量、熔合比、预热、后热、层间温度、以及母材、过渡层和硬质合金相邻基层焊道的冶金结合以及填充厚度等关键工艺参数，来解决高铁车轴型砧模表面强化堆焊性能。

发明内容

针对在背景技术中锻造液压机的上下半圆形砧模接触红钢的表面开裂、脱落、磨损等，不定时的需经常性更换，影响生产节奏的问题，本发明提供了一种高铁车轴型砧模表面强化堆焊工艺，不但投资费用低、现场操作维护方便、修复时间短，并且上下半圆形砧模在堆焊修复后，可以有效确保夹持红钢在周期使用过程中，受到冷热不均及交变载荷而不会产生磨损、开裂、脱落等焊接质量，满足轧制运转使用。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

本发明一种高铁车轴型砧模表面强化堆焊工艺，通过焊接辅助装置进行，所述焊接辅助装置包括结构件框架，结构件框架包括底板和垂直设置在该底板左右两侧的侧板，底板上表面与高铁车轴型砧模底部相适配并贯穿设置有若干升降调节螺杆，侧板底部设置有支腿，两块侧板的前后端之间以及顶部之间分别活动设置有相适配的框架前活动保温门、框架后活动保温门和框架保温活动盖板，并与底板共同形成一个保温箱体，其工艺步骤具体如下：

步骤一、焊前准备；

1.1)、焊接设备：数字化控制逆变式手工焊条电弧焊和氩弧焊合并用直流焊机，表面过渡层焊接材料采用φ3.0mm的HS299焊丝或A407焊丝，表面耐磨合金层焊接材料采用φ4.0mm的HS114焊丝，氩气纯度≥99.999％；

1.2)、加热装置：电加热带；

1.3)、辅助设施：角磨机、锉刀、手锤、扁铲、面罩、、样板、测温仪、放大镜、保温棉；

1.4)、焊件材料：本体为56NiCrMoV7、过渡层不锈钢HS299或A407、外层耐磨合金钢HS114；

1.5)、焊前堆焊要求：通过机械加工去除高铁车轴型砧模表面各种缺陷，并采用着色探伤确认裂纹已除净；

1.6)、焊接位置：水平堆焊；

1.7)、焊接要求：所有焊接层必须无任何焊接缺陷并熔合于母材；

1.8)、焊接工艺参数：根据焊接设备、焊接材料、焊件材质以及焊接要求制定焊接参数；

步骤二、焊接实施；

2.1)、将通过机械加工去除各种缺陷的高铁车轴型砧模安装至底板上的升降调节螺杆上，并通过各升降调节螺杆调整高铁车轴型砧模的高度及水平度直至满足焊接要求，在高铁车轴型砧模底部与底板之间安装电加热带并合上框架前活动保温门、框架后活动保温门和框架保温活动盖板，利用各电加热带预热至300—600℃，预热时确保温度均匀上升并测温仪进行测温；

2.2)、待高铁车轴型砧模表面温度达到焊接工艺要求后，打开框架保温活动盖板，通过焊接设备选用HS299焊丝或A407焊丝进行底层焊接，打底过渡层焊接运条方法圆圈形，由凹形底板向两侧爬坡堆焊，熔合每一层焊缝宽度为8-12mm，焊缝厚度控制在4-6mm，上一道的焊缝熔覆下一道焊缝的1/3，熔池熔深在基材2-3mm，整体底层焊接完成后，采用手工角磨机进行焊缝表面的修磨，确保表面堆焊层堆焊平整，同时通过目测或放大镜检测确保无焊接缺陷后，整体冷却到室温，然后堆焊表面层再次通过电加热带进行300—600℃预热，预热时确保温度均匀上升并测温仪进行测温，然后先进行整体包边堆焊，中间填充层焊接工艺等同过渡层焊接，整体结束后进行目测或放大镜检测有无焊接缺陷，最后再利用电加热带进行600—700℃预热，预热时确保温度均匀上升并整体预热恒温1小时，然后整体包扎保温棉逐渐再冷却到室温，再通过机械加工符合使用尺寸，堆焊表面着色探伤确认。

进一步地，所述框架前活动保温门、框架后活动保温门和框架保温活动盖板的同一侧分别可转动设置在其中一块侧板的前后端和顶部。

进一步地，表面过渡层焊接时，采用φ2.5mm的HS299焊丝或A407焊丝，焊接电流为90-130A，电弧电压为23±1V，焊接速度为15±1cm/min；表面堆焊层焊接时，采用φ4.0mm的HS114焊丝，焊接电流为150-180A，电弧电压为25±1V，焊接速度为14±1cm/min。

进一步地，焊前以及表面堆焊层焊接前预热温度确保均以80℃/h均匀上升，焊接完成后热处理时，确保温度以100℃/h均匀上升。

相对于现有技术，本发明所述的一种高铁车轴型砧模表面强化堆焊工艺，不仅安全易操作，焊接质量稳定、投资费用较低，满足了现场实际需求，工作效率高，而且大大降低了维修成本，减少了停机损失，为合理组产提供了保障，同时本发明一种大型高铁车轴型砧模表面强化堆焊工艺也为其它大型工件焊接修复提供了科学参考依据。

附图说明

图1为本发明中高铁车轴型砧模的结构示意图；

图2为本发明中焊接辅助装置的结构示意图；

图3为本发明中焊接辅助装置应用时的结构示意图；

图4为本发明中焊接辅助装置的爆炸示意图；

图中：1、结构件框架；11、侧板；12、支腿；13、底板；2、调节升降螺杆；3、电加热带；4、框架前活动保温门；5、框架保温活动盖板；6、框架后活动保温门；7、高铁车轴型砧模；71、磨损位置。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

本发明一种高铁车轴型砧模表面强化堆焊工艺，通过焊接辅助装置进行，所述焊接辅助装置包括结构件框架1，结构件框架1包括底板13和垂直设置在该底板13左右两侧的侧板12，底板13上表面与高铁车轴型砧模7底部相适配并贯穿设置有若干升降调节螺杆2，侧板11底部设置有支腿12，两块侧板11的前后端之间以及顶部之间分别活动设置有相适配的框架前活动保温门4、框架后活动保温门6和框架保温活动盖板5，并与底板13共同形成一个保温箱体，进一步地，所述框架前活动保温门4、框架后活动保温门6和框架保温活动盖板5的同一侧分别可转动设置在其中一块侧板11的前后端和顶部；

其工艺步骤具体如下：

步骤一、焊前准备；

1.1、焊接设备：数字化控制逆变式手工焊条电弧焊和氩弧焊合并用直流焊机，表面过渡层焊接材料采用φ3.0mm的HS299焊丝或A407焊丝，表面耐磨合金层焊接材料采用φ4.0mm的HS114焊丝，氩气纯度≥99.999％；

1.2、加热装置：电加热带；

1.3、辅助设施：角磨机、锉刀、手锤、扁铲、面罩、、样板、测温仪、放大镜、保温棉；

1.4、焊件材料：本体为56NiCrMoV7、过渡层不锈钢HS299或A407、外层耐磨合金钢HS114；

1.5、焊前堆焊要求：通过机械加工去除高铁车轴型砧模7表面磨损位置71的各种缺陷，并采用着色探伤确认裂纹已除净；

1.6、焊接位置：水平堆焊；

1.7、焊接要求：所有焊接层必须无任何焊接缺陷并熔合于母材；

1.8、焊接工艺参数：根据焊接设备、焊接材料、焊件材质以及焊接要求制定焊接参数；

焊接工艺参数

步骤二、焊接实施；

2.1、将通过机械加工去除各种缺陷的高铁车轴型砧模7安装至底板13上的升降调节螺杆2上，并通过各升降调节螺杆2调整高铁车轴型砧模7的高度及水平度直至满足焊接要求，在高铁车轴型砧模7底部与底板13之间安装电加热带3并合上框架前活动保温门4、框架后活动保温门6和框架保温活动盖板5，利用各电加热带3预热至300—600℃，预热时确保温度以80℃/h均匀上升并测温仪进行测温；

2.2、待高铁车轴型砧模7表面温度达到焊接工艺要求后，打开框架保温活动盖板5，通过焊接设备选用HS299焊丝或不锈钢407焊条进行打底过渡层焊接，打底过渡层焊接电流控制在90-130A，焊接运条方法圆圈形，由凹形底板向两侧爬坡堆焊，熔合每一层焊缝宽度为8-12mm，焊缝厚度控制在4-6mm，上一道的焊缝熔覆下一道焊缝的1/3，熔池熔深在基材2-3mm，这样焊道与焊道之间和焊层与基材之间便于熔透，能够确保焊接质量；整体打底过渡层焊接完成后，采用手工角磨机进行焊缝表面的修磨，其一保证表面堆焊层堆焊平整，其二便于目测或放大镜检测有无焊接缺陷，如果发现局部有焊接各种缺陷，同样采用手工角磨机进行清理后再焊接，不考虑层间温度，确认焊接过渡层无任何焊接缺陷后，整体冷却到室温，然后堆焊表面层再次通过电加热带3进行300—600℃预热，预热时确保温度以80℃/h均匀上升，以避免过渡层和基材熔合的焊缝不均匀的高温加热，导致基材内部产生微裂纹等缺陷，预热是整体全部覆盖，这样可以降低局部温差应力，改善内部组织，防止产生或减少淬硬组织，加热同时通过测温仪进行测温，达到温度后，先进行表面堆焊层的整体包边堆焊，中间填充层焊接工艺等同过渡层焊接，整体结束后进行目测或放大镜检测有无焊接缺陷，最后再利用电加热带3进行600—700℃预热，预热时确保温度以100℃/h均匀上升并整体预热恒温1小时，然后整体包扎保温棉逐渐再冷却到室温，再通过机械加工符合使用尺寸，堆焊表面着色探伤确认。

以上仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种高铁车轴型砧模表面强化堆焊工艺，其特征在于：通过焊接辅助装置进行，所述焊接辅助装置包括结构件框架(1)，结构件框架(1)包括底板(13)和垂直设置在该底板(13)左右两侧的侧板(11)，底板(13)上表面与高铁车轴型砧模(7)底部相适配并贯穿设置有若干升降调节螺杆(2)，侧板(11)底部设置有支腿(12)，两块侧板(11)的前后端之间以及顶部之间分别活动设置有相适配的框架前活动保温门(4)、框架后活动保温门(6)和框架保温活动盖板(5)，并与底板(13)共同形成一个保温箱体，其工艺步骤具体如下：

步骤一、焊前准备；

1.1)、焊接设备：数字化控制逆变式手工焊条电弧焊和氩弧焊合并用直流焊机，表面过渡层焊接材料采用φ3.0mm的HS299焊丝，表面耐磨合金层焊接材料采用φ4.0mm的HS114焊丝，氩气纯度≥99.999％；

1.2)、加热装置：电加热带；

1.3)、辅助设施：角磨机、锉刀、手锤、扁铲、面罩、样板、测温仪、放大镜、保温棉；

1.4)、焊件材料：本体为56NiCrMoV7、过渡层不锈钢HS299、外层耐磨合金钢HS114；

1.5)、焊前堆焊要求：通过机械加工去除高铁车轴型砧模(7)表面各种缺陷，并采用着色探伤确认裂纹已除净；

1.6)、焊接位置：水平堆焊；

1.7)、焊接要求：所有焊接层必须无任何焊接缺陷并熔合于母材；

1.8)、焊接工艺参数：根据焊接设备、焊接材料、焊件材质以及焊接要求制定焊接参数；

步骤二、焊接实施；

2.1)、将通过机械加工去除各种缺陷的高铁车轴型砧模(7)安装至底板(13)上的升降调节螺杆(2)上，并通过各升降调节螺杆(2)调整高铁车轴型砧模(7)的高度及水平度直至满足焊接要求，在高铁车轴型砧模(7)底部与底板(13)之间安装电加热带(3)并合上框架前活动保温门(4)、框架后活动保温门(6)和框架保温活动盖板(5)，利用各电加热带(3)预热至300—600℃，预热时确保温度均匀上升并测温仪进行测温；

2.2)、待高铁车轴型砧模(7)表面温度达到焊接工艺要求后，打开框架保温活动盖板(5)，通过焊接设备选用HS299焊丝进行底层焊接，打底过渡层焊接运条方法圆圈形，由凹形底板向两侧爬坡堆焊，熔合每一层焊缝宽度为8-12mm，焊缝厚度控制在4-6mm，上一道的焊缝熔覆下一道焊缝的1/3，熔池熔深在基材2-3mm，整体底层焊接完成后，采用手工角磨机进行焊缝表面的修磨，确保表面堆焊层堆焊平整，同时通过目测或放大镜检测确保无焊接缺陷后，整体冷却到室温，然后堆焊表面层再次通过电加热带(3)进行300—600℃预热，预热时确保温度均匀上升并测温仪进行测温，然后先进行整体包边堆焊，中间填充层焊接工艺等同过渡层焊接，整体结束后进行目测或放大镜检测有无焊接缺陷，最后再利用电加热带(3)进行600—700℃预热，预热时确保温度均匀上升并整体预热恒温1小时，然后整体包扎保温棉逐渐再冷却到室温，再通过机械加工符合使用尺寸，堆焊表面着色探伤确认。

2.根据权利要求1所述的一种高铁车轴型砧模表面强化堆焊工艺，其特征在于：所述框架前活动保温门(4)、框架后活动保温门(6)和框架保温活动盖板(5)的同一侧分别可转动设置在其中一块侧板(11)的前后端和顶部。

3.根据权利要求1所述的一种高铁车轴型砧模表面强化堆焊工艺，其特征在于：表面过渡层焊接时，采用φ2.5mm的HS299焊丝，焊接电流为90-130A，电弧电压为23±1V，焊接速度为15±1cm/min；表面堆焊层焊接时，采用φ4.0mm的HS114焊丝，焊接电流为150-180A，电弧电压为25±1V，焊接速度为14±1cm/min。

4.根据权利要求1所述的一种高铁车轴型砧模表面强化堆焊工艺，其特征在于：焊前以及表面堆焊层焊接前预热温度确保均以80℃/h均匀上升，焊接完成后热处理时，确保温度以100℃/h均匀上升。