CN115055915A - 一种高耐腐蚀液压油缸导向套加工方法及导向套 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高耐腐蚀液压油缸导向套加工方法，包括以下步骤：对管材坯料进行精密锻造；对精锻件进行调质处理；粗车调质态导向套的内壁、外壁和两端面，并在动密封位置预车堆焊槽；对粗车后的导向套使用不锈钢焊丝进行堆焊；半精车堆焊后的导向套内壁、外壁和两端面；对半精车后的导向套进行时效处理；按图纸尺寸，精车时效处理后的导向套内壁、外壁和两端面；对精车后的导向套进行预镀镍、镀锌军绿钝化处理。本发明还提供了一种通过上述加工方法加工而成的导向套。该高耐腐蚀液压油缸导向套加工方法及导向套具有设计科学、具有双层保护、耐腐蚀性能优异、强度能够保证的优点。
Description
技术领域
本发明涉及液压油缸领域，具体的说，涉及了一种高耐腐蚀液压油缸导向套加工方法及导向套。
背景技术
我国煤矿资源遍布全国各个地区，不同地区的矿井水质呈现多样化、复杂化的情况，这对煤炭综采设备的耐腐蚀性能提出了更高的要求。液压支架是煤炭综采设备的重要组成部分，其中立柱、千斤顶等液压系统的防腐性能关系着液压支架的寿命和性能。
立柱在矿井中工作时为立放状态，缸口端面与导向套存在配合间隙，矿井水容易从配合间隙渗入导向套动密封位置，动密封位置包括密封槽、防尘槽和导向环槽，矿井水渗入后这些位置很容易被腐蚀，一旦动密封沟槽锈蚀情况延伸至静密封沟槽，并出现锈蚀斑坑现象，静密封处密封尺寸就会遭到损坏，从而出现漏液现象。
导向套目前采用的防腐工艺是在基体上直接镀铜或者镀锌，基体采用的一般是低碳合金钢、中碳合金钢和调质钢。镀锌是阳极性镀层，具有牺牲镀层保护基体的特点，时间长后镀层完全被腐蚀，基体就会被腐蚀。镀铜是阴极性镀层，镀层不完整或有孔隙、破损时，会使基体腐蚀速度更快。镀铜和镀锌的导向套在矿井下，因点蚀失效、起皮、镀层脱落而发生导向套失效的事故时有发生。
导向套不仅需要具有良好的耐腐蚀性，还需要具有一定的强度，防止破损及变形。不锈钢虽然具有良好的耐腐蚀性，但普遍具有切削加工性能不好、材料成本较高等缺点，因此并不适合直接作为导向套的基体材料使用。如果能够将不锈钢层涂覆在原导向套基体表面，应当也能够提高导向套的耐腐蚀性，但其存在以下工艺难点：（1）在低碳合金钢、中碳合金钢和调质钢母材上堆焊不锈钢时，焊接接头处容易出现不锈钢堆焊层开裂、剥离的问题；（2）如果不锈钢层堆焊太薄，后续精车时，容易将部分位置基体暴露出来，无法形成有效保护，如果不锈钢层堆焊太厚，必然会增大基体的减薄量，这样导向套的强度又达不到使用标准；（3）堆焊后导向套应力增加，机加工使应力进一步增加，容易发生形变，导致导向套精度不合格；（4）镀层与不锈钢堆焊层结合强度较低，镀层容易剥离。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计科学、具有双层保护、耐腐蚀性能优异、强度能够保证的高耐腐蚀液压油缸导向套加工方法及导向套。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是： 一种高耐腐蚀液压油缸导向套加工方法，包括以下步骤：
S1、对管材坯料进行精密锻造，获得精锻件；
S2、对所述精锻件进行调质处理，获得调质态导向套；
S3、粗车所述调质态导向套的内壁、外壁和两端面，并在动密封位置预车堆焊槽，所述预车堆焊槽从密封槽位置出发，依次经过导向槽位置、防尘槽位置后延伸至导向套的端面；
S4、对粗车后的导向套使用不锈钢焊丝进行堆焊，所述不锈钢焊丝的化学成分及质量百分比为：C：0.02-0.04%，Mn：1.5-2.4%，Si：0.3-1%，Cr：19-27%，Ni：9-17%，Mo：0-3%，余量为Fe，包括以下子步骤：
（1）对粗车后的导向套进行预热，预热温度为150℃-350℃；
（2）使用CMT焊机在所述预车堆焊槽内堆焊，焊接工艺参数为：焊接电流180A-220A，电压19V-25V，焊接线速度220-260mm/min，送丝速度15-30r/min，摆宽9-13mm，采用惰性气体保护，堆焊层每层厚度3-4mm，堆焊搭接率20-30%；
S5、半精车堆焊后的导向套内壁、外壁和两端面；
S6、对半精车后的导向套进行时效处理；
S7、按图纸尺寸，精车时效处理后的导向套内壁、外壁和两端面；
S8、对精车后的导向套进行预镀镍、镀锌军绿钝化处理。
基于上述，步骤S3中，所述预车堆焊槽各位置尺寸相对导向套动密封内壁各处预留1-3mm加工余量，导向套的两端面预留2-4mm加工余量。
基于上述，所述不锈钢焊丝的化学成分及质量百分比为：C：0.02-0.04%，Mn：1.7-2%，Si：0.4-0.8%，Cr：22-25%，Ni：11-15%，Mo：1-2%，余量为Fe。
基于上述，不锈钢堆焊使用的惰性气体为80%氩气与20%二氧化碳的混合气。
基于上述，步骤S8包括以下子步骤：
（1）预镀镍：对导向套依次进行超声波除油、水洗、电化学除油、水洗、酸洗、水洗，最后预镀镍，预镀镍工艺为：氯化镍140-200 g/L，盐酸120-160 g/L，温度25-80℃，时间2-4min，阴极电流密度5-10A/dm2，阳极为镍；
（2）电镀锌：镀锌工艺为：氧化锌：10-15 g/L，氢氧化钠100-130 g/L，温度5-40℃，时间12-15min，阴极电流密度2-4A/dm2，阳极为锌；
（3）出光：使用30-40%硝酸对所述镀锌导向套进行出光处理，然后清洗；
（4）镀锌层军绿色钝化：钝化剂配方为：铬酐30-35g/L，磷酸10-15ml/L，硝酸5-8ml/L，硫酸5-8ml ml/L，盐酸5-8ml ml/L，然后清洗；
（5）烫干：烫干温度为60-70℃，时间10-15min。
基于上述，步骤S6中，时效处理时，进炉温度为50-150℃，逐步升至350-400℃，保温3-4h，然后降温，降温速率为15-40℃/s。
基于上述，步骤S5中，粗车尺寸为图纸尺寸预留1-2mm加工余量。
本发明还提供了一种高耐腐蚀液压油缸导向套，由上述高耐腐蚀液压油缸导向套加工方法加工而成，包括导向套基体、设置在所述导向套基体动密封内壁的不锈钢堆焊层和设置在所述不锈钢堆焊层内壁的镀锌军绿钝化层。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明具有以下优点：
（1）采用冷金属过渡焊接技术，通过大量实验得到适宜的焊接工艺参数，解决了传统不锈钢焊接层堆焊到低碳合金钢、中碳合金钢和调质钢母材上时常见的开裂、剥离、未熔合问题，热影响区显微硬度明显降低，有效保证了堆焊层与母材的结合强度。
（2）通过预车堆焊槽，最大限度减小了导向套母材减薄量，同时有效避免堆焊边缘区域母材搭接至不锈钢堆焊层，避免搭接区域焊接缺陷，从而保证导向套的强度能够达到使用标准。
（3）通过半精车+时效处理，消除了堆焊产生的应力，充分减小精车的加工量，从而在精车时不变形，保证导向套精度合格。
（4）采用不锈钢堆焊和镀锌军绿钝化复合技术，为导向套提供了双层耐腐蚀保护层，在PH值变化大的水环境中，镀锌军绿钝化层作为第一层保障，不锈钢堆焊层作为第二层保障，基体很难被腐蚀到，显著提高了导向套密封槽面的耐腐蚀性，耐腐蚀性可达到传统镀锌及镀铜工艺的5-7倍。
附图说明
图1是本发明中制成的导向套结构示意图。
图中：1. 密封槽；2. 导向槽；3. 防尘槽；4. 不锈钢堆焊层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
一种高耐腐蚀液压油缸导向套加工方法，包括以下步骤：
S1、对管材坯料进行精密锻造，获得精锻件，其中管材坯料材质为低碳合金钢、中碳合金钢和调质钢其中之一；
S2、对所述精锻件进行调质处理，获得调质态导向套；
S3、粗车所述调质态导向套的内壁、外壁和两端面，并在动密封位置预车堆焊槽，所述预车堆焊槽从密封槽1位置出发，依次经过导向槽2位置、防尘槽3位置后延伸至导向套的端面，所述预车堆焊槽各位置尺寸相对导向套动密封内壁各处预留1-3mm加工余量（即在图纸尺寸基础上加深1-3mm），导向套的两端面预留2-4mm加工余量；
S4、对粗车后的导向套使用不锈钢焊丝进行堆焊，所述不锈钢焊丝的化学成分及质量百分比为：C：0.02-0.04%，Mn：1.5-2.4%，Si：0.3-1%，Cr：19-27%，Ni：9-17%，Mo：0-3%，余量为Fe，包括以下子步骤：
（1）对粗车后的导向套进行预热，预热温度为150℃-350℃，其中，低碳合金钢预热温度可以稍低、中碳合金钢预热温度可以适中、调质钢预热温度可以稍高；
（2）使用CMT焊机在所述预车堆焊槽内堆焊，焊接工艺参数为：焊接电流180A-220A，电压19V-25V，焊接线速度220-260mm/min，送丝速度15-30r/min，摆宽9-13mm，采用80%氩气与20%二氧化碳的混合气保护，堆焊层每层厚度3-4mm，堆焊搭接率20-30%，堆焊层均熔合，堆焊熔合线几乎呈直线状；
其中，所述不锈钢焊丝的化学成分及质量百分比可以进一步优选为：C：0.02-0.04%，Mn：1.7-2%，Si：0.4-0.8%，Cr：22-25%，Ni：11-15%，Mo：1-2%，余量为Fe；
S5、半精车堆焊后的导向套内壁、外壁和两端面，粗车尺寸为图纸尺寸预留1-2mm加工余量；
S6、对半精车后的导向套进行时效处理，进炉温度为50-150℃，逐步升至350-400℃，保温3-4h；
S7、按图纸尺寸，精车时效处理后的导向套内壁、外壁和两端面；
S8、对精车后的导向套进行预镀镍、镀锌军绿钝化处理，包括以下子步骤：
（1）预镀镍：对导向套依次进行超声波除油、水洗、电化学除油、水洗、酸洗、水洗，最后预镀镍，预镀镍工艺为：氯化镍140-200 g/L，盐酸120-160 g/L，温度25-80℃，时间2-4min，阴极电流密度5-10A/dm2，阳极为镍；
（2）电镀锌：镀锌工艺为：氧化锌：10-15 g/L，氢氧化钠100-130 g/L，温度5-40℃，时间12-15min，阴极电流密度2-4A/dm2，阳极为锌；
（3）出光：使用30-40%硝酸对所述镀锌导向套进行出光处理，然后清洗；
（4）镀锌层军绿色钝化：钝化剂配方为：铬酐30-35g/L，磷酸10-15ml/L，硝酸5-8ml/L，硫酸5-8ml ml/L，盐酸5-8ml ml/L，然后清洗；
（5）烫干：烫干温度为60-70℃，时间10-15min。
经实验，本加工方法加工的导向套，焊缝表面成型均匀、无裂纹，无明显的焊瘤和咬边等缺陷。不锈钢堆焊层4显微组织为奥氏体，母材热影响区显微组织为珠光体+粒状贝式体+回火索氏体，母材热影响区厚度为1.5-2mm，最大显微硬度为283-342HV。中性盐雾试验14-16天镀锌军绿钝化层发生轻微腐蚀，54-59天不锈钢堆焊层4发生轻微腐蚀。酸性盐雾试验14-16天镀锌军绿钝化层发生轻微腐蚀，52-56天不锈钢堆焊层4发生轻微腐蚀。而传统的导向套中性盐雾试验仅10-16天基体就会受到腐蚀，酸性盐雾试验仅9-15天基体就会受到腐蚀。
针对不锈钢堆焊的参数，申请人做了一些对比实验：
（1）针对焊接电流：在其他工艺参数相同的前提下，当焊接电流为160A时，不锈钢堆焊层4和母材出现了未熔合的现象；当焊接电流为240A时，热影响区的最高显微硬度为403HV，热影响区出现大量马氏体，热影响区的脆性大。
②针对焊接电压：其他工艺参数相同的前提下，当电压为17V时，不锈钢堆焊层4和母材出现大量未熔合的现象；当电压为28V时，焊接时电弧不稳定，堆焊搭接率波动很大，最大搭接率47%、最小搭接率16%。
③针对线速度：其他工艺参数相同的前提下，当线速度为190 mm/min时，热影响区的最高显微硬度为389HV，热影响区出现大量针状贝氏体和马氏体，此时热影响区韧性很差；当线速度为300 mm/min时，堆焊搭接率为5%-13%，搭接率过低容易出现堆焊未熔合。
④针对摆宽：当摆宽＞13mm时，出现不锈钢堆焊层4未熔合的现象；当摆宽＜9mm时，堆焊熔合线呈波浪状，此时堆焊结合强度很差。
通过上述高耐腐蚀液压油缸导向套加工方法加工而成的导向套，包括导向套基体、设置在所述导向套基体动密封内壁的不锈钢堆焊层4和设置在所述不锈钢堆焊层内壁的镀锌军绿钝化层，其具有以下优点：
（1）采用冷金属过渡焊接技术，通过大量实验得到适宜的焊接工艺参数，解决了传统不锈钢焊接层堆焊到低碳合金钢、中碳合金钢和调质钢母材上时常见的开裂、剥离、未熔合问题，热影响区显微硬度明显降低，有效保证了堆焊层与母材的结合强度。
（2）通过预车堆焊槽，最大限度减小了导向套母材减薄量，同时有效避免堆焊边缘区域母材搭接至不锈钢堆焊层，避免搭接区域焊接缺陷，从而保证导向套的强度能够达到使用标准。
（3）采用不锈钢堆焊和镀锌军绿钝化复合技术，为导向套提供了双层耐腐蚀保护层，在PH值变化大的水环境中，镀锌军绿钝化层作为第一层保障，不锈钢堆焊层作为第二层保障，基体很难被腐蚀到，显著提高了导向套密封槽面的耐腐蚀性，通过实验可得，其耐腐蚀性可达到传统镀锌及镀铜工艺的5-7倍。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (8)
1.一种高耐腐蚀液压油缸导向套加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对管材坯料进行精密锻造，获得精锻件；
S2、对所述精锻件进行调质处理，获得调质态导向套；
S3、粗车所述调质态导向套的内壁、外壁和两端面，并在动密封位置预车堆焊槽，所述预车堆焊槽从密封槽位置出发，依次经过导向槽位置、防尘槽位置后延伸至导向套的端面；
S4、对粗车后的导向套使用不锈钢焊丝进行堆焊，所述不锈钢焊丝的化学成分及质量百分比为：C：0.02-0.04%，Mn：1.5-2.4%，Si：0.3-1%，Cr：19-27%，Ni：9-17%，Mo：0-3%，余量为Fe，包括以下子步骤：
（1）对粗车后的导向套进行预热，预热温度为150℃-350℃；
（2）使用CMT焊机在所述预车堆焊槽内堆焊，焊接工艺参数为：焊接电流180A-220A，电压19V-25V，焊接线速度220-260mm/min，送丝速度15-30r/min，摆宽9-13mm，采用惰性气体保护，堆焊层每层厚度3-4mm，堆焊搭接率20-30%；
S5、半精车堆焊后的导向套内壁、外壁和两端面；
S6、对半精车后的导向套进行时效处理；
S7、按图纸尺寸，精车时效处理后的导向套内壁、外壁和两端面；
S8、对精车后的导向套进行预镀镍、镀锌军绿钝化处理。
2.根据权利要求1所述的高耐腐蚀液压油缸导向套加工方法，其特征在于：步骤S3中，所述预车堆焊槽各位置尺寸相对导向套动密封内壁各处预留1-3mm加工余量，导向套的两端面预留2-4mm加工余量。
3.根据权利要求1或2所述的高耐腐蚀液压油缸导向套加工方法，其特征在于：所述不锈钢焊丝的化学成分及质量百分比为：C：0.02-0.04%，Mn：1.7-2%，Si：0.4-0.8%，Cr：22-25%，Ni：11-15%，Mo：1-2%，余量为Fe。
4.根据权利要求3所述的高耐腐蚀液压油缸导向套加工方法，其特征在于：不锈钢堆焊使用的惰性气体为80%氩气与20%二氧化碳的混合气。
5.根据权利要求1、2和4任一项所述的高耐腐蚀液压油缸导向套加工方法，其特征在于，步骤S8包括以下子步骤：
（1）预镀镍：对导向套依次进行超声波除油、水洗、电化学除油、水洗、酸洗、水洗，最后预镀镍，预镀镍工艺为：氯化镍140-200 g/L，盐酸120-160 g/L，温度25-80℃，时间2-4min，阴极电流密度5-10A/dm2，阳极为镍；
（2）电镀锌：镀锌工艺为：氧化锌：10-15 g/L，氢氧化钠100-130 g/L，温度5-40℃，时间12-15min，阴极电流密度2-4A/dm2，阳极为锌；
（3）出光：使用30-40%硝酸对所述镀锌导向套进行出光处理，然后清洗；
（4）镀锌层军绿色钝化：钝化剂配方为：铬酐30-35g/L，磷酸10-15ml/L，硝酸5-8ml/L，硫酸5-8ml ml/L，盐酸5-8ml ml/L，然后清洗；
（5）烫干：烫干温度为60-70℃，时间10-15min。
6.根据权利要求5所述的高耐腐蚀液压油缸导向套加工方法，其特征在于：步骤S6中，时效处理时，进炉温度为50-150℃，逐步升至350-400℃，保温3-4h，然后降温，降温速率为15-40℃/s。
7.根据权利要求6所述的高耐腐蚀液压油缸导向套加工方法，其特征在于：步骤S5中，粗车尺寸为图纸尺寸预留1-2mm加工余量。
8.一种高耐腐蚀液压油缸导向套，其特征在于：由权利要求1-7任一项所述的高耐腐蚀液压油缸导向套加工方法加工而成，包括导向套基体、设置在所述导向套基体动密封内壁的不锈钢堆焊层和设置在所述不锈钢堆焊层内壁的镀锌军绿钝化层。
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