高硬度材料堆焊方法技術

為了在一種母體金屬上用較高硬度的金屬實施多層焊接以形成較大厚度的堆焊層，提供了一種焊接工藝：在用高硬度金屬多層焊接至母體金屬的表面時，使熱量輸入值Ｊ限制在２０００至６０００焦耳／厘米范圍；上述的熱量輸入值Ｊ用公式計算，并限制在任何時間層間溫度不高于３００℃，以使在溶敷金屬的焊道上產生大量方向與焊道垂直的均勻，分散的微小裂紋，從而使在整個堆焊層中存在的殘余焊接應力基本上釋放完，且在焊道部分不會出現導致剝落的大裂紋。（*該技術在2012年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于將高硬度金屬堆焊到母體金屬表面，形成高耐磨材料的技術。以前已有許多種耐磨材料應用在各工業領域的各種各樣機器中，由那些金屬實施的技術通常幾乎在所有的部件和零件中應用，諸如各自定向裝在立輥機上的滾軸、輥輪、輥道扇形體。料斗，滑槽內襯等等。例如用于軋碎電廠鍋爐中煤的部件、軋碎水泥渣塊或高爐爐渣用的部件，而這些部件的表面由于與粗粒原材料相接觸，可能受到嚴重的磨蝕和磨損。但并不是要求每個部件的整個元件都耐磨，而只要求與原材料接觸的一個分表面具有這樣的耐磨性就足夠了。所以，將多層高硬度金屬焊到要求耐磨的表面，正好可以達到保持耐磨性的目的。另外，由于軋機工作，當接觸表面業已磨損時，也可以在已磨損的表面上進一步實施多層焊接，使表面得到修補。一般，要求具有耐磨性的接觸表面面積是相當大的，因此，不管它是初始的堆焊或是外加的修補。從經濟觀點看，基本上需要有效的焊接。因此，通常所說的全自動焊接工藝，諸如二氧化碳焊接，金屬焊條惰性氣體保護焊、埋弧焊等等已普遍被應用于堆焊用途。為了用提及的堆焊工藝形成一個耐磨表面，當然，較高硬度的溶敷金屬可以獲得較好耐磨性。然而，眾所周知，存在著一個重要問題是溶敷金屬硬度越高其韌性就越低，這就帶來了在多層焊接時，不能承受收縮應力的不足之處，最終造成容易發生焊道下裂紋，這個問題在通常認為是不適宜焊接的母體金屬中尤為突出。當溶敷金屬硬度較高時，由于出現上述的焊道下裂紋增多，堆焊層剝落的可能性就增大。因此，在先有技術中，盡管堆焊層的耐磨性不足，其硬度必須限制在不高于600維氏硬度，此外，整個堆焊層的厚度必須限制在2-3層(6至10毫米)。這就產生了另一個問題，即耐磨段厚度必然很小。為了克服上面提到的這些缺點，在這以前，已經提出了幾種設想，例如，為了防止剝落，在堆焊工作前，先預熱到250-600℃，此外，用在堆焊期間保持高溫，此補償韌性的不足。還有一種嘗試是，焊后立即將堆焊段放入600至700℃的爐膛中進行退火，以消除焊接應力。然而在實際操作時，上述的高溫預熱的高溫下焊接是非常困難的。即使用高溫下退火能消除焊接應力，但仍然殘留著使修復層硬度降低了的另一個問題。為了解決裂紋問題，作了另一種嘗試，即用一種能獲得高硬度金屬的焊接工藝和用一種具有高韌性的金屬的焊接相間地重復進行，形成一種多層結構(日本早期公開專利公報(未審查)56-71578號)或在這一嘗試中，周期地變化焊接條件，以使焊接焊道寬度大小相間地變化，從而在焊道寬度小的區段處，產生焊接裂紋(日本早期公開的專利公報(未審查)60-21070號)，還提出了一種嘗試，在這嘗試中，構成許多坡口并在橫垮這些坡口的方向外加大量表面耐磨堆焊，以使在焊道延伸垮越坡口和其凸臺區段處人為地產生焊接裂紋(日本早期公開的專利公報(未審查)60-174266號)。確實，上面的任何一種先有技術都可以起到解決這些問題的一定作用，但仍然存在一些需要解決的不足之處。即在第一個先有技術中(日本早期公開的專利公報(未審查)56-71578號)，由于具有高耐磨性焊層和耐磨性差的另一焊層交替累積溶敷，不用說，這種結構與完全由耐磨層組成的結構比較，顯然其耐磨性是低劣的。同樣的在上述的第二個先有技術中(日本早期公開的專利公報(未審查)60-21070號)，這種工藝，從理論上說是值得重視的，但是在技術上存在一個實際的問題，這個問題是很難確定用于使焊接焊道的寬度增大和縮小的節距和通過縮小一條裂紋和另一條裂紋之間的距離使小裂紋均勻分布。例如，雖然，想使分散的裂紋節距為5祚米，實際上從技術上很難實現這一點，結果由于節距大，使各個裂紋的開口過大，并有可能在這樣節距的焊道中殘留有焊接應力，最終使焊道不足以避免局部剝落，在最后的先有技術情況下(日本早期公開的專利公報(未審查)60-174266號)，主要是在諸如大面積內襯表面上提供許多細微凹槽，這個要求不僅而麻煩，而且在設備使用后進行修補恢復耐磨性時，一開始就重復，幾乎是不可能的。本專利技術使上面討論過的幾個問題得到解決，且主要目的是防止堆焊段在用高硬金屬實施多層焊接時由于焊道下裂紋造成的局部剝落。本專利技術的另一個目的是構成高硬金屬的復合層，在該復合層中的硬度高于600維氏硬度，且具有最佳的厚度，不受常規的堆焊層數的限制，常規厚度通常限制在2至3層。本專利技術再一個目的是提供一種堆焊方法，這種方法的步驟為在實施堆焊前在高溫下預熱，在堆焊過程中保持高層間溫度、以及在堆焊后根本不需要釋放殘余焊接應力。本專利技術還有一個目的是提供一種用一種熟知的焊接機足以實施的多層堆焊工藝的一般用途，所用的焊接機僅需作部分改進，無需任何專門工作或附加的裝置、特殊的技術或復雜的焊接控制手段。為了實現以上的目的，根據本專利技術的用高硬度金屬的多層焊接工藝包括的步驟中在對一個母材金屬表面用高硬度金屬進行多層焊接時，限制熱輸入值J在2000至6000焦耳/厘米范圍內，上面所述的熱輸入值J用下式計算J＝60×I×E/V式中J是熱輸入值(焦耳/厘米)E是電弧電壓(伏特)I是焊接電流(安培)V是焊發速度并限制層間溫度所有時候均不高于300℃，以使在溶敷金屬的焊道上產生大量均勻并分散的、與焊道方向相垂直的微細裂紋。根據規定的焊接類型，最好是采用一種全自動的明弧焊機，這種焊接機通常使用藥芯焊絲，且在這種焊接工藝中采用一種高速焊絲進給裝置，其進給速度能高至3000厘米/分。考慮到在堆焊工藝中所用的高硬度金屬，要求其硬度至少超過600維氏硬度，這樣不僅堆焊層數不特別地受到限制、而且它的厚度允許自由確定，為了滿足這些要求，最好提到的高硬度金屬由以下成分組成(1)碳3.0至7.0%，硅0.5至2.0%，錳0.5至4%，鉻20.0至35.0%;(2)至少選擇其中一種成分鉬、鎢、釩、鋯、鈦、硼、鈮、鎘、鈷、鋁、將它加到先前的金屬使其比率達2%;(3)碳3.0至7.0%、硅0.5至2.0%、錳0.5至4.0%，釩10.0至20.0%，鎢3.0%至10.0%;或(4)至少選擇其中一種成分鉬、鋯、鈦、硼、鈮、鎘、鈷、鋁，加入到先前的金屬中，其比率達2%。根據本專利技術的上面配置的工藝中，使微細的裂紋大量分散并均勻分布，而且在堆焊上與焊接應力呈垂直方向，從而使裂紋周圍的應力減小到使整個焊道上的殘余焊接應力基本上可以忽略的程度。在此以前焊接應力一直是重要問題之一，因為溶敷段由于冷卻和固化的結果產生收縮應力，且堆焊硬質表面層的堆焊材料和母體金屬的材料特性(諸如強度、硬度、韌性)存在明顯差異，從而在其界面部分應力集中，產生大裂紋最終導致剝落。為了對付這種情況，已經提出了幾種設想，如上面提到的達到人為地使裂紋均勻分布。本專利技術通過限制層間溫度不高于300℃和限制熱輸入在2000至6000焦耳/厘米范圍的新穎構思實現了這個所要求的功能。通常已知，在令人滿意的低韌性意義上，為防止出現大裂紋，在焊接過程中較高的層間溫度是比較理想的。對于那樣的目的，事實上為了實施在高溫下預熱和在焊接過程中也保持高的焊接溫度一直是所面臨的更為艱難的步驟。本專利技術可以被看成是這樣的普通概念的變換，此外，關于熱輸入焦耳，下面公式是一個熟知的定律J＝60×I×E/V式中J是熱輸入值(焦耳/厘米)E是電弧電壓(伏特)I是焊接電流(安培)V是焊接本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高硬度金屬的多層焊接工藝，包括的步驟為：將高硬度金屬用多層焊接到基底金屬表面時，限制熱量輸入焦耳Ｊ在２０００－６０００焦耳／厘米范圍內，上述熱量輸入值Ｊ的計算用：Ｊ＝６０×Ｉ×Ｅ／Ｖ式中：Ｊ為輸入熱量值（焦耳／厘米）Ｅ為電弧電壓（伏特）Ｉ為焊接電流（安培）Ｖ為焊接速度并且限制層間溫度任何時候均不高于３００℃，以使在溶敷金屬的焊道上產生大量均勻且分散的微細裂紋，其方向與焊道相垂直。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：蘆田敏行，吉田壽夫，杉岡繁昭，
申請(專利權)人：株式會社栗本鐵工所，
類型：發明
國別省市：JP[日本]