[發明專利]金屬表面大面積堆焊方法

無效

• 申請號: 93105887.2
• 申請日: 1993-05-31
• 公開（公告）號: CN1030970C
• 公開（公告）日: 1996-02-14
• 發明（設計）人: 張曉牧
• 申請（專利權）人: 冶金工業部鋼鐵研究總院
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/173
• 代理公司: 冶金專利事務所
• 代理人: 成光祜

本發明屬于用于非接合目的的電弧焊接方法。主要適用于大面積堆焊。

眾所周知，在表面磨損比較嚴重的工況條件下，為了延長零部件的使用壽命，常在金屬表面堆焊一層耐磨合金，提高表面耐磨性能。在堆焊層中往往含有一定量的硬化合金。

在現有的幾種電弧堆焊方法中，各具有不同的特點：

氣體保護(或渣保護)粉芯焊帶或管狀焊絲自動堆焊方法，其堆焊效率高，工藝過程穩定，成分均勻，是較理想的堆焊方法，但由于受到焊帶、焊絲本身裝填系數的限制(一般＜35％)，堆焊層的合金含量也受到限制，不會太高；另外，粉芯焊帶和管狀焊絲的成本較高，影響大面積的推廣應用。

申請號為CN88105750.9的中國專利申請提供了一種埋弧自動焊覆層焊劑及裝置。它是將粉末和焊絲分別獨立送入熔池，熔化后形成堆焊層整體。其成本大幅度下降，但仍需消耗大量焊劑，而且在實際堆焊過程中，時有因電弧不能將焊劑下的粉末完全熔化，同時因埋弧焊采用下降特性電源配以弧壓反饋變速送絲進行電弧調節的方式，造成堆焊成分不準確、不均勻，以及焊劑中混入了金屬粉而造成回收再利用的困難；另外，由于送粉咀與燃弧點有一定距離，在啟弧、收弧處仍有部分粉末不能完全利用，造成浪費。

在現有的堆焊方法中，也有的將合金粉末與粘結劑混合壓制成塊，堆焊前將粉塊擺放在金屬表面上，以熱源熔化形成堆焊層。使用的熱源可以是碳極電弧、手工焊條電弧以及非熔化極氣體保護焊電弧等明弧。這些方法的優點是：焊材成本低，無需熔化焊劑，能量利用合理，焊接過程可視性好。其缺點主要表現在三方面：(1)堆焊效率低，碳極電弧和非熔化極氣體保護焊電弧在堆焊過程中只是作為單純的熱源，而不增加堆焊金屬的熔化量，故堆焊效率低。(2)需要手工擺放，且無法擺放在自轉的回轉體表面上，因此影響了操作的機械化程度和在多種堆焊表面上的應用。(3)由于粉塊擺放位置、間隔無法準確一致，影響堆焊層成分均勻性。

本發明的目的在于提供一種堆焊效率高、堆焊層成分準確、均勻的金屬表面大面積堆焊方法。

針對上述目的，本發明的主要技術方案是以自動送進的粉末帶作為硬化材料過渡的形式，以熔化極氣體保護焊電弧作為熱源，電極自身熔化，并與熔化的粉末帶和熔化的基體金屬表面層共同形成堆焊金屬層。保護氣體包括Ar、CO₂以及Ar與O₂或CO₂的混合氣體。

首先以金屬粉末為原料，根據需要過渡的合金成分范圍，對上述粉末進行配料，將配好料并混合均勻后的粉末與適當的粘結劑再混合，混合后壓制成具有一定厚度、寬度的柔性粉末帶，粉末帶的厚度≥2.0mm，寬度≥15mm。焊接小車驅動輪與送進機構的送帶輥輪同步，前面是送帶輥輪將粉末帶鋪設在待焊的基體表面，后面是焊槍的同步移動，即粉末帶的鋪設過程與焊槍的縱向行進過程是同步的，也就是說，焊槍與送帶輥輪是同向同速移動，且兩者之間始終保持一定的距離，使焊前的粉末帶一直保持平穩地附在基體表面。焊接時，以熔化極氣體保護自動焊電弧為熱源。焊槍除了跟隨送帶輥輪作縱向同步運動外，還橫向擺動，即焊絲端部按一定擺幅和擺動頻率運動。電弧在焊絲端部和金屬表面之間點燃，擺動的電弧將鋪設好的粉末帶完全熔化，隨著小車的行走，就形成了一條一定寬度和厚度的堆焊焊道。如果將后續焊道與前一條焊道部分重疊搭接，便形成了一個堆焊表面。

本發明所采用的堆焊工藝參數如下：

電流：310～500A

電壓：35V

焊接速度：130～300mm/min

保護氣體流量：7～9l/min

焊槍橫向擺動頻率：20～50次/min

干伸長度：20～25mm

送帶速度：130～300mm/min

本發明中粉末帶可采用手工鋪設。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

(1)堆焊金屬成分均勻。現有技術中此類由粉末、焊絲分別加入熔池，并與熔化的母材混合后形成堆焊層的工藝方法，突出弱點是三種熔化成分的任一種熔化量發生變化時，都會影響堆焊成分的均勻性。而本發明的特點是最大程度地減少了這一因素造成的成分不均勻性。因為采用的是熔化極氣體保護焊，電弧調節是靠電源平特性配等速送絲來實現的焊絲等速熔化，而不象埋弧焊那樣是弧壓反饋，變速送絲調節。另外，本發明的柔性粉末帶也是由送進機構等速連續送進的，又由于粉末帶寬、厚均勻，故合金粉末過渡速度是均勻的，這就保證了這兩種材料的熔化速度是均勻的、恒定的，促使堆焊金屬成分均勻。