專(zhuān)利名稱(chēng)：：工件耐磨層大面積硬質(zhì)合金堆焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種堆焊工藝，具體是一種工件大面積耐磨層一大面積鈷基硬質(zhì)合金堆焊方法。
背景技術(shù)：
：硬質(zhì)合金堆焊廣泛應(yīng)用于高溫高壓閥門(mén)密封面，高壓泵的軸套筒和內(nèi)套筒內(nèi)表面以及化纖設(shè)備的斬刀刃口等部位的堆焊。這些堆焊工件規(guī)整，堆焊面尺寸小，一般采用在熱處理爐中整體加熱到預(yù)定溫度200-50(TC后，取出進(jìn)行保溫堆焊，當(dāng)溫度稍有下降，繼續(xù)將工件放入熱處理爐，加熱到預(yù)定溫度取出后重新堆焊，這樣來(lái)回反復(fù)直至完成堆焊作業(yè)，最后進(jìn)行爐中整體消應(yīng)力熱處理600-70(TC。鈷基硬質(zhì)合金(Stillite6，ECoCr-A)以鈷(Co)為基本成分，加入鉻(Cr)、鎢(W)、碳(碳)等元素形成合金。這類(lèi)合金具有堆焊金屬中最好的綜合性能很高的紅硬性、抗磨料磨損、抗腐蝕、抗沖擊、抗熱疲勞、抗氧化、抗金屬-金屬間磨損等優(yōu)良性能，因而在受沖擊、高溫、腐蝕、磨料磨損的工件上得到了較為廣泛的應(yīng)用。但是，這類(lèi)合金由于含有較高的合金和碳化物形成元素，合金組織為硬脆相，塑性差(延伸率小于5%)，具有極強(qiáng)的冷脆性和熱裂傾向，堆焊過(guò)程中極容易出現(xiàn)焊接冷裂紋、熱裂紋和表面龜裂現(xiàn)象。所以表面鈷基硬質(zhì)合金層的堆焊焊接需要考慮防止產(chǎn)生冷裂紋、熱裂紋、氣孔和焊渣等等工藝缺陷，同時(shí)保證堆焊面層的Co、Cr、W、C等主要合金元素的含量，保證堆焊層性能等問(wèn)題，特別是要解決好如下問(wèn)題(1)預(yù)熱和保溫；(2)焊接過(guò)程焊件溫度梯度控制；(3)加熱和焊接過(guò)程的加熱和焊接不連續(xù)問(wèn)題；(4)過(guò)渡層和面層的焊接質(zhì)量控制；(5)焊后熱處理控制；(6)硬質(zhì)合金堆焊面層缺陷的返修等。而現(xiàn)有堆焊工藝方法無(wú)法很好的解決上述問(wèn)題，尤其是要在工件尺寸大，工件形體不規(guī)則的工件表面進(jìn)行大面積多層鈷基硬質(zhì)合金層的堆焊時(shí)更難以很好的解決上述問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種工件耐磨層大面積硬質(zhì)合金堆焊方法。本發(fā)明包括如下步驟1)加工堆焊工件鋼基層堆焊工件基層采用兩瓣拼焊，每瓣采用壓制成型；2)過(guò)渡層堆焊過(guò)渡層采用含鉬的奧氏不銹鋼過(guò)渡焊條進(jìn)行堆焊；3)消應(yīng)力熱處理對(duì)堆焊工件鋼基層和過(guò)渡層進(jìn)行消除應(yīng)力處理，消除鋼基層成型、焊接和過(guò)渡層焊接應(yīng)力；4)待焊表面的清理和檢查打磨清理待堆焊過(guò)渡層表面的氧化皮、表面雜物及污物;5)施焊工藝圈采用與待堆焊工件基層鋼具有可焊性的材料，按工件大小端的規(guī)格分別制作寬度與工作大小端尺寸相適應(yīng)的工裝圈，并將工裝圈釆用斷焊分別焊到待堆焊工件基層鋼兩端，即工件大口基層和小口法蘭；6)包覆加熱器采用履帶加熱器將工件(包括工件邊緣和法蘭邊緣)整體包覆；7)預(yù)熱和保溫將工件加熱到30(TC士2(TC范圍，然后保溫30-40min后進(jìn)行堆焊；8)堆焊硬質(zhì)合金層；9)焊后熱處理硬質(zhì)合金層堆焊結(jié)束后，將堆焊工件加熱進(jìn)行焊后消應(yīng)力熱處理。上述步驟l)中，工件大口小口橢圓度應(yīng)控制在2mm以?xún)?nèi)。上述步驟2)中，堆焊前焊條應(yīng)嚴(yán)格烘干，堆焊層不得有氣孔、夾渣和收弧裂紋等缺陷；堆焊表面凹凸度不得大于lmm，堆焊層至少兩層，每層厚度大約為1.5-2.5mm之間上述步驟3)中，消除應(yīng)力處理的熱處理溫度/保溫時(shí)間為620土10。C/1.5h，加熱和冷卻速度150°C/h。上述步驟6)中，采用履帶加熱器將工件整體包覆后，可在工件兩邊對(duì)稱(chēng)方向均勻布置幾組熱電偶進(jìn)行測(cè)溫，保持工件加熱的均勻性；同時(shí)，用保溫棉將履帶包覆以減少加熱過(guò)程中的熱量損失。上述步驟8)中，采用手工焊條電弧悍進(jìn)行堆焊，堆焊前應(yīng)對(duì)焊條進(jìn)行烘干，焊接電流130-150A，電壓21-28V;采用多層多道焊技術(shù)，層和道之間的起弧點(diǎn)與起弧點(diǎn)，起弧點(diǎn)與收弧點(diǎn)、收弧點(diǎn)與收弧點(diǎn)之間應(yīng)錯(cuò)開(kāi)100mm，收弧點(diǎn)應(yīng)填滿(mǎn)或引出焊件，或焊接間斷后再次起弧應(yīng)在收弧點(diǎn)前10mm處再次起弧，并保證將原收弧點(diǎn)熔化。采用直焊道，焊接擺動(dòng)幅度不超過(guò)焊條的2倍直徑。上述步驟9)中，堆焊結(jié)束后，將工件按80'C/h的速度，立即加熱到600'C進(jìn)行2h焊后熱處理,然后按80°C/h降溫到20(TC后關(guān)斷電源，隨爐冷卻。步驟9)后，為進(jìn)一步保護(hù)堆焊質(zhì)量，還可以增加如下步驟10)表面檢査:采用著色法對(duì)硬質(zhì)合金表面層進(jìn)行著色檢査，無(wú)裂紋為合格；11)硬質(zhì)合金表面裂紋返修當(dāng)硬質(zhì)合金層表面出現(xiàn)裂紋時(shí)，采用如下處理方式將有裂紋局部預(yù)熱至120°C，然后打磨去除裂紋，再進(jìn)行鉤極氬弧焊焊接，焊接電流110-130A，焊接電壓12-15V，焊接材料為直徑①2.5mm的鈷基合金焊絲，然后切斷履帶加熱器的電源，不拆加熱保溫裝置自然冷卻至室溫。12)壓力試驗(yàn)按設(shè)備設(shè)計(jì)要求對(duì)硬質(zhì)合金層與設(shè)備一起進(jìn)行壓力試驗(yàn)；本發(fā)明工藝的實(shí)際應(yīng)用效果采用以上工藝對(duì)下段工件的硬質(zhì)合金層進(jìn)行堆焊，焊接后對(duì)堆焊層進(jìn)行外觀(guān)檢査、著色檢查、壓力試驗(yàn)后表面均無(wú)裂紋或有少量裂紋經(jīng)過(guò)返修后合格，表面硬度檢查表面硬度值達(dá)到HRC》40，堆焊層化學(xué)成分中Co、W、C和Cr的含量均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)符合耐蝕、耐熱性能要求。除具有較好的表面紅硬度、耐蝕性和耐熱性要求之外，本發(fā)明還具有以下優(yōu)點(diǎn)1)通過(guò)對(duì)本發(fā)明的參數(shù)(預(yù)熱溫度、溫度梯度、焊接規(guī)范、后熱參數(shù)和熱處理參數(shù))控制，可有效控制了焊接冷裂紋的產(chǎn)生，徹底解決了焊接過(guò)程中的冷裂紋問(wèn)題。2)采用履帶保溫棉的包覆電加熱方法，有效解決焊接過(guò)程預(yù)熱溫度和焊接的不連續(xù)，減小了焊接應(yīng)力的作用，為防止焊接冷裂紋的產(chǎn)生提供了有利條件。3)通過(guò)焊接操作技術(shù)的控制，大大減少了焊接操作缺陷如氣孔、夾渣和未熔合缺陷的產(chǎn)生，為保證硬質(zhì)合金面層的質(zhì)量提供了有效保證。4)采用鎢極氬弧焊方法進(jìn)行硬質(zhì)合金面層缺陷的維修，充分利用了氬弧焊的獨(dú)特特點(diǎn)，使硬質(zhì)合金的表面缺陷維修難的問(wèn)題得到徹底解決。圖1是采用本發(fā)明進(jìn)行堆焊的工件示意圖。圖1中，1-大口工裝圈、2-保溫棉，3-履帶加熱器、4-硬質(zhì)合金面層、5-過(guò)渡層、6-基層鋼件、7-小口工裝圈、8-0度方位熱電偶、0-90度方位熱電偶、10-180度方位熱電偶、11-270度方位熱電偶。具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖l，某設(shè)備的下段工件(01300/①219X1000mm)需要堆焊5mm厚的耐磨、耐蝕、耐熱和耐氧化的鈷基硬質(zhì)合金層4(Stillite6,ECoCr-A)。硬質(zhì)合金堆焊采用手工焊條電弧焊(SMAW)焊接方法，基層鋼件6的材料為16MnR，過(guò)渡層堆焊材料是規(guī)格為①4.0的E309Mo(A312)，硬質(zhì)合金面層堆焊材料Stillite6(EcoCr-A)，規(guī)格為①4.0，過(guò)渡層5堆焊兩層，面層4堆焊兩層，具體實(shí)施措施如下1)堆焊工件鋼基層的加工堆焊工件基層采用兩瓣拼焊，每瓣采用壓制形成。工件大口小口橢圓度應(yīng)控制在2mm以?xún)?nèi)；2)過(guò)渡層堆焊過(guò)渡層采用A312焊條堆焊，堆焊焊條應(yīng)嚴(yán)格烘干(300°C/1.5h)，堆焊應(yīng)嚴(yán)格按工藝要求和堆焊基本技術(shù)要求進(jìn)行，堆焊兩層4mm，堆焊層不得有氣孔、夾渣和收弧裂紋等缺陷，堆焊表面凹凸度不得大于lmm;3)消應(yīng)力熱處理按熱處理工藝要求對(duì)工件進(jìn)行消除應(yīng)力處理620土l(TC/1.5h，加熱和冷卻速度150°C/h，消除基層和過(guò)渡層焊接應(yīng)力對(duì)硬質(zhì)合金層堆焊的影響；4)待焊表面的清理和檢查打磨清理待堆焊表面的氧化皮，和表面雜物及污物，保持待堆焊表面清潔平整。5)施焊工藝圈采用與待堆焊工件基層鋼具有可焊性的材料按工件大小端的規(guī)格分別制備大口工裝圈1和小口工裝圈7，并將工裝圈采用斷焊分別焊到待工件兩端(工件大口基層和小口法蘭)；6)包覆加熱器采用履帶加熱器3將工件(包括工件邊緣和法蘭邊緣)整體包覆，在工件兩邊對(duì)稱(chēng)方向分別布置4個(gè)熱電偶(分別是0度方位熱電偶8、90度方位熱電偶9、80度方位熱電偶10、270度方位熱電偶11)。進(jìn)行測(cè)溫，以保持工件加熱的均勻性；并用保溫棉2將履帶包覆減少熱量損失。7)預(yù)熱和保溫將工件加熱到30(TC土2(TC范圍，然后保溫30min，保證工件有足夠的預(yù)熱溫度和待堆焊工件表面各部位有較小的溫度梯度。測(cè)溫采用外面加熱內(nèi)表面測(cè)溫，各部位的溫度差值不得大于6(TC，保持工件溫度不低于22(TC。焊接過(guò)程中應(yīng)每隔l小時(shí)，測(cè)定一次焊接工件內(nèi)表面溫度，應(yīng)分別在0°、90°、180°、270。四個(gè)方位線(xiàn)上各測(cè)定大口6mm、中部、尺寸變化區(qū)和距小口6mm處進(jìn)行測(cè)定，并做好記錄；8)堆焊前應(yīng)嚴(yán)格對(duì)焊條按350'C/2h進(jìn)行烘千，采用O4.0焊條及多層多道焊技術(shù)，層和道之間的起弧點(diǎn)與起弧點(diǎn)，起弧點(diǎn)與收弧點(diǎn)、收弧點(diǎn)與收弧點(diǎn)之間應(yīng)錯(cuò)開(kāi)100mm，收弧點(diǎn)應(yīng)填滿(mǎn)或引出焊件，或焊接間斷后再次起弧應(yīng)在收弧點(diǎn)前10處再次起弧，并保證將原收弧點(diǎn)熔化。采用直焊道，焊接擺動(dòng)幅度不超過(guò)焊條的2倍直徑。試件l:焊接電流K40A，電壓21-24V;試件2:焊接電流K45A，電壓22-26V;試件3:焊接電流K50A，電壓23-28V;9)堆焊兩層結(jié)束后，將工件按8(TC/h的速度，立即加熱到60CTC進(jìn)行2h焊后熱處理，然后按80°C/h降溫到200'C后關(guān)斷電源爐冷；10)表面檢査采用著色檢査對(duì)硬質(zhì)合金表面層進(jìn)行著色檢査，無(wú)裂紋為合格；11)硬質(zhì)合金表面裂紋返修當(dāng)硬質(zhì)合金層表面出現(xiàn)裂紋時(shí)，采用如下工藝進(jìn)行返修局部預(yù)熱(12(TC)—打磨去除裂紋缺陷一鎢極氬弧焊焊接一關(guān)斷電源緩冷至室溫。12)壓力試驗(yàn)按設(shè)備設(shè)計(jì)要求對(duì)硬質(zhì)合金層與設(shè)備一起進(jìn)行壓力試驗(yàn)；對(duì)硬質(zhì)合金堆焊表面層進(jìn)行化學(xué)成分分析和硬度檢測(cè)，其結(jié)果見(jiàn)表h<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>按GB/T4334.5規(guī)定進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果合格。權(quán)利要求1、一種工件耐磨層大面積硬質(zhì)合金堆焊方法，其特征在于包括如下步驟1)加工堆焊工件鋼基層堆焊工件鋼基層采用兩瓣拼焊，每瓣采用壓制成型；2)過(guò)渡層堆焊過(guò)渡層采用含鉬的奧氏不銹鋼過(guò)渡焊條進(jìn)行堆焊；3)消應(yīng)力熱處理對(duì)堆焊工件鋼基層和過(guò)渡層進(jìn)行消除應(yīng)力處理，消除鋼基層成型、焊接和過(guò)渡層焊接應(yīng)力；4)待焊表面的清理和檢查打磨清理待堆焊過(guò)渡層表面的氧化皮、表面雜物及污物；5)施焊工藝圈采用與待堆焊工件基層鋼具有可焊性的材料，按工件大小端的規(guī)格分別制作寬度與工作大小端尺寸相適應(yīng)的工裝圈，并將工裝圈采用斷焊分別焊到待堆焊工件基層鋼兩端；6)包覆加熱器采用履帶加熱器將工件整體包覆；7)預(yù)熱和保溫將工件加熱到300℃±20℃范圍，然后保溫30-40min后進(jìn)行堆焊；8)堆焊硬質(zhì)合金層；9)焊后熱處理硬質(zhì)合金層堆焊結(jié)束后，將堆焊工件加熱進(jìn)行焊后消應(yīng)力熱處理。2、如權(quán)利要求1所述工件耐磨層大面積硬質(zhì)合金堆焊方法，其特征在于步驟9)后還包括步驟10)表面檢査采用著色法對(duì)硬質(zhì)合金表面層進(jìn)行著色檢查，無(wú)裂紋為合格。3、如權(quán)利要求2所述工件耐磨層大面積硬質(zhì)合金堆焊方法，其特征在于步驟10)后還包括步驟ll)硬質(zhì)合金表面裂紋返修當(dāng)硬質(zhì)合金層表面出現(xiàn)裂紋時(shí)，采用如下處理方式將有裂紋處局部預(yù)熱至12(TC，然后打磨去除裂紋，再進(jìn)行鎢極氬弧焊焊接，焊接電流110-130A，焊接電壓12-15V,焊接材料為直徑①2.5mm的鈷基合金焊絲，然后切斷履帶加熱器的電源，自然冷卻至室溫。4、如權(quán)利要求3所述工件耐磨層大面積硬質(zhì)合金堆焊方法，其特征在于步驟11)后還包括步驟12)壓力試驗(yàn)按設(shè)備設(shè)計(jì)要求對(duì)硬質(zhì)合金層與設(shè)備一起進(jìn)行壓力試驗(yàn)。5、如權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述工件耐磨層大面積硬質(zhì)合金堆焊方法，其特征在于步驟l)中，工件大口小口橢圓度應(yīng)控制在2mm以?xún)?nèi)。6、如權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述工件耐磨層大面積硬質(zhì)合金堆焊方法，其特征在于上述步驟2)中，堆焊前焊條應(yīng)嚴(yán)格烘干，堆焊層不得有氣孔、夾渣和收弧裂紋等缺陷;堆焊表面凹凸度不得大于lmm，堆焊層至少兩層，每層厚度大約為1.5-2.5mm之間。7、如權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述工件耐磨層大面積硬質(zhì)合金堆焊方法，其特征在于步驟3)中，消除應(yīng)力處理的熱處理溫度和保溫時(shí)間為620士l(TC/1.5h，加熱和冷卻速度150°C/h。8、如權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述工件耐磨層大面積硬質(zhì)合金堆焊方法，其特征在于步驟6)中，采用履帶加熱器將工件整體包覆后，可在工件兩邊對(duì)稱(chēng)方向均勻布置幾組熱電偶進(jìn)行測(cè)溫，保持工件加熱的均勻性；同時(shí)，用保溫棉將履帶包覆以減少加熱過(guò)程中的熱量損失。9、如權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述工件耐磨層大面積硬質(zhì)合金堆焊方法，其特征在于步驟8)中，堆焊前應(yīng)對(duì)焊條進(jìn)行烘干，焊接電流130-150A,電壓21-28V;多層多道焊技術(shù)，層和道之間的起弧點(diǎn)與起弧點(diǎn)，起弧點(diǎn)與收弧點(diǎn)、收弧點(diǎn)與收弧點(diǎn)之間應(yīng)錯(cuò)開(kāi)100mm，收弧點(diǎn)應(yīng)填滿(mǎn)或引出焊件，或焊接間斷后再次起弧應(yīng)在收弧點(diǎn)前10mm處再次起弧，并保證將原收弧點(diǎn)熔化。采用直焊道，焊接擺動(dòng)幅度不超過(guò)焊條的2倍直徑。10、如權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述工件耐磨層大面積硬質(zhì)合金堆焊方法，其特征在于步驟9)中，堆焊結(jié)束后，將工件按80。C/h的速度，立即加熱到60(TC進(jìn)行2h焊后熱處理，然后按8(TC/h降溫到20(TC后關(guān)斷電源，隨爐冷卻。全文摘要一種工件耐磨層大面積硬質(zhì)合金堆焊方法，包括如下步驟1)加工堆焊工件鋼基層；2)過(guò)渡層堆焊；3)消應(yīng)力熱處理；4)待焊表面的清理和檢查；5)施焊工藝圈；6)包覆加熱器采用履帶加熱器將工件整體包覆；7)預(yù)熱和保溫將工件加熱到300℃±20℃范圍，然后保溫30-40min后進(jìn)行堆焊；8)堆焊硬質(zhì)合金層；9)焊后熱處理。本發(fā)明可有效控制了焊接冷裂紋的產(chǎn)生，徹底解決了焊接過(guò)程中的冷裂紋問(wèn)題，為防止焊接冷裂紋的產(chǎn)生提供了有利條件，為保證硬質(zhì)合金面層的質(zhì)量提供了有效保證，使硬質(zhì)合金的表面缺陷維修難的問(wèn)題得到徹底解決。采用本發(fā)明的堆焊層具有較好的表面紅硬度、耐蝕性和耐熱性。文檔編號(hào)C21D1/26GK101433990SQ20081023484公開(kāi)日2009年5月20日申請(qǐng)日期2008年11月19日優(yōu)先權(quán)日2008年11月19日發(fā)明者杜永勤,樊云博,詹典斌申請(qǐng)人:南京寶色股份公司