[发明专利]金属表面大面积堆焊方法

说明书

本发明属于用于非接合目的的电弧焊接方法。主要适用于大面积堆焊。

众所周知，在表面磨损比较严重的工况条件下，为了延长零部件的使用寿命，常在金属表面堆焊一层耐磨合金，提高表面耐磨性能。在堆焊层中往往含有一定量的硬化合金。

在现有的几种电弧堆焊方法中，各具有不同的特点：

气体保护(或渣保护)粉芯焊带或管状焊丝自动堆焊方法，其堆焊效率高，工艺过程稳定，成分均匀，是较理想的堆焊方法，但由于受到焊带、焊丝本身装填系数的限制(一般＜35％)，堆焊层的合金含量也受到限制，不会太高；另外，粉芯焊带和管状焊丝的成本较高，影响大面积的推广应用。

申请号为CN88105750.9的中国专利申请提供了一种埋弧自动焊覆层焊剂及装置。它是将粉末和焊丝分别独立送入熔池，熔化后形成堆焊层整体。其成本大幅度下降，但仍需消耗大量焊剂，而且在实际堆焊过程中，时有因电弧不能将焊剂下的粉末完全熔化，同时因埋弧焊采用下降特性电源配以弧压反馈变速送丝进行电弧调节的方式，造成堆焊成分不准确、不均匀，以及焊剂中混入了金属粉而造成回收再利用的困难；另外，由于送粉咀与燃弧点有一定距离，在启弧、收弧处仍有部分粉末不能完全利用，造成浪费。

在现有的堆焊方法中，也有的将合金粉末与粘结剂混合压制成块，堆焊前将粉块摆放在金属表面上，以热源熔化形成堆焊层。使用的热源可以是碳极电弧、手工焊条电弧以及非熔化极气体保护焊电弧等明弧。这些方法的优点是：焊材成本低，无需熔化焊剂，能量利用合理，焊接过程可视性好。其缺点主要表现在三方面：(1)堆焊效率低，碳极电弧和非熔化极气体保护焊电弧在堆焊过程中只是作为单纯的热源，而不增加堆焊金属的熔化量，故堆焊效率低。(2)需要手工摆放，且无法摆放在自转的回转体表面上，因此影响了操作的机械化程度和在多种堆焊表面上的应用。(3)由于粉块摆放位置、间隔无法准确一致，影响堆焊层成分均匀性。

本发明的目的在于提供一种堆焊效率高、堆焊层成分准确、均匀的金属表面大面积堆焊方法。

针对上述目的，本发明的主要技术方案是以自动送进的粉末带作为硬化材料过渡的形式，以熔化极气体保护焊电弧作为热源，电极自身熔化，并与熔化的粉末带和熔化的基体金属表面层共同形成堆焊金属层。保护气体包括Ar、CO₂以及Ar与O₂或CO₂的混合气体。

首先以金属粉末为原料，根据需要过渡的合金成分范围，对上述粉末进行配料，将配好料并混合均匀后的粉末与适当的粘结剂再混合，混合后压制成具有一定厚度、宽度的柔性粉末带，粉末带的厚度≥2.0mm，宽度≥15mm。焊接小车驱动轮与送进机构的送带辊轮同步，前面是送带辊轮将粉末带铺设在待焊的基体表面，后面是焊枪的同步移动，即粉末带的铺设过程与焊枪的纵向行进过程是同步的，也就是说，焊枪与送带辊轮是同向同速移动，且两者之间始终保持一定的距离，使焊前的粉末带一直保持平稳地附在基体表面。焊接时，以熔化极气体保护自动焊电弧为热源。焊枪除了跟随送带辊轮作纵向同步运动外，还横向摆动，即焊丝端部按一定摆幅和摆动频率运动。电弧在焊丝端部和金属表面之间点燃，摆动的电弧将铺设好的粉末带完全熔化，随着小车的行走，就形成了一条一定宽度和厚度的堆焊焊道。如果将后续焊道与前一条焊道部分重叠搭接，便形成了一个堆焊表面。

本发明所采用的堆焊工艺参数如下：

电流：310～500A

电压：35V

焊接速度：130～300mm/min

保护气体流量：7～9l/min

焊枪横向摆动频率：20～50次/min

干伸长度：20～25mm

送带速度：130～300mm/min

本发明中粉末带可采用手工铺设。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)堆焊金属成分均匀。现有技术中此类由粉末、焊丝分别加入熔池，并与熔化的母材混合后形成堆焊层的工艺方法，突出弱点是三种熔化成分的任一种熔化量发生变化时，都会影响堆焊成分的均匀性。而本发明的特点是最大程度地减少了这一因素造成的成分不均匀性。因为采用的是熔化极气体保护焊，电弧调节是靠电源平特性配等速送丝来实现的焊丝等速熔化，而不象埋弧焊那样是弧压反馈，变速送丝调节。另外，本发明的柔性粉末带也是由送进机构等速连续送进的，又由于粉末带宽、厚均匀，故合金粉末过渡速度是均匀的，这就保证了这两种材料的熔化速度是均匀的、恒定的，促使堆焊金属成分均匀。