【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于金属加工的堆焊，特别是涉及一种钴基合金超厚环状零件的堆焊方法。
技术介绍
1、随着核电产业的发展，核电设备的核心零件的高质量要求，是保证核电设备功能稳定的关键。在核电设备用的环状类零件，如垫圈、密封环等这类零件，在高温、高压、以及腐蚀的工况下，对其硬度和耐磨性有很高的要求。为保证该类产品的硬度和耐磨性，采用钴基合金堆焊的方法，但堆焊这类环状类零件的难点在于控制堆焊层的焊接变形量。特别是直径尺寸超过100mm、厚度超过12mm的环状类零件的加工，堆焊层的质量控制难度大。
2、根据已公开文献检索，如中国专利文献cn102284764b公开的一种“小孔径通孔的堆焊方法”，对钴基合金的堆焊进行了一定的研究应用，但只能以孔径为14mm至16.5mm的零件进行加工，硬度要求也控制在47hrc以内，不能适用于超厚超大直径的硬度超过47hrc的应用场景，也无法满足零件的堆焊层硬度均匀、耐磨性能可靠的要求。
3、而现实中，如某核电设备用环状类垫圈，内圆直径尺寸不小于φ100mm，外圆直径尺寸不小于φ150mm，厚度不小于12mm。为满足性能要求，需整体堆焊而成，垫圈要求硬度的平均值满足47-53hrc，硬度最大误差≤4hrc。由于在正常情况下进行钴基合金堆焊时，会存在约4mm厚度的稀释区，当零件最终厚度达到11mm时，再除去稀释区和因焊接变形必须留出的加工余量，堆焊层厚度需达到18mm，导致焊接过程中累加很大的残余应力，工件变形大，易产生裂纹，无法保证可靠的加工尺寸和加工质量。
1、鉴于现有技术中无法解决钴基合金超厚环状零件焊接过程中累加很大的残余应力引起的工件变形大，易产生裂纹，堆焊层硬度不均匀的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何对内圆直径尺寸不小于φ100mm，外圆直径尺寸不小于φ150mm，厚度不小于12mm的核电设备用环状类垫圈进行有效控制堆焊层的焊接变形量，以有效地解决钴基合金超厚环状零件堆焊质量的问题，达到堆焊层硬度均匀，从而提高堆焊质量、提升堆焊成功率和堆焊效率。
2、本专利技术旨在提供一种钴基合金超厚环状零件的堆焊方法，应用于超厚环状零件的内直径不小于100mm，外直径不小于150mm，厚度不小于12mm的场景，包括以下步骤：s1.在待堆焊基材第一端面车出第一环槽，第一环槽尺寸为堆焊所需尺寸；s2.用等离子焊枪在第一环槽内进行堆焊钴基合金，层叠堆焊后形成的焊道截面呈鳞片层叠状结构；s3.当第一端面堆焊完成后，将已堆焊层的外端面光出；s4.在待堆焊基材第二端面车出第二环槽，第二环槽尺寸为堆焊所需尺寸；s5.用等离子焊枪在第二环槽内进行堆焊钴基合金，层叠堆焊后形成的焊道截面呈鳞片层叠状结构；s6.对堆焊好的基材机加工成最终零件尺寸。
3、在一方案中，进一步地，在s1步骤中，第一环槽槽底部宽度大于最终零件的环宽，第一环槽槽沿部宽度大于第一环槽槽底部宽度，第一环槽槽深不小于待堆焊基材厚度的一半，第一环槽槽壁呈45度的倾斜角；在s4步骤中，第二环槽槽底部宽度大于最终零件的环宽，第二环槽槽沿部宽度大于第二环槽槽底部宽度，第二环槽槽深至少超过待堆焊基材厚度的一半，第二环槽槽底部须露出已堆焊层，第二环槽槽壁呈45度的倾斜角。
4、在本方案中，在s2步骤中，第一环槽内进行层叠堆焊后形成的焊道轨迹为“z”字形分布；在s5步骤中，第二环槽内进行层叠堆焊后形成的焊道轨迹“z”字形分布。
5、更进一步地，经过层叠堆焊后形成的焊道轨迹截面为同层同向且邻层逆向分布。
6、更进一步地，所述焊道轨迹为“z”字形分布的堆焊步骤为：从槽底部直径尺寸较小的倾斜角的顶点处开始，沿着槽底部直径尺寸较大的一侧逐处堆焊第一层焊道；第二层焊道由直径尺寸较大一侧向直径尺寸较小一侧逐处堆焊，第二层焊道层叠在第一层焊道之上；第三层焊道由直径尺寸较小一侧向直径尺寸较大一侧，逐处层叠堆焊在第二层焊道之上；依次循环，直至最后一层焊道超出槽沿部。
7、在另一方案中，进一步地，在s2步骤中，第一环槽内进行层叠堆焊后形成的焊道轨迹为“三”字形分布；在s5步骤中，第二环槽内进行层叠堆焊后形成的焊道轨迹为“三”字形分布。
8、更进一步地，经过层叠堆焊后形成的焊道轨迹截面为同层同向且邻层同向分布。
9、更进一步地，所述焊道轨迹为“三”字形分布的堆焊步骤为：从槽底部直径尺寸较小的倾斜角的顶点处开始，沿着槽底部直径尺寸较大的一侧逐处堆焊第一层焊道；然后，第二层焊道由直径尺寸较小一侧向直径尺寸较大一侧逐处堆焊，第二层焊道层叠在第一层焊道之上；然后，第三层焊道再由直径尺寸较小一侧向直径尺寸较大一侧，逐处层叠堆焊在第二层焊道之上；依次循环，直至最后一层焊道超出槽沿部。
10、在上述方案中，在s2步骤中，用等离子焊接第一环槽过程时，保持焊枪不动，待堆焊基材以其圆心为中心进行水平均速旋转；在s5步骤中，用等离子焊接第二环槽过程时，保持焊枪不动，待堆焊基材以其圆心为中心进行水平均速旋转。
11、在上述方案中，在s2步骤之前，用陶瓷加热片对第一环槽预热至550-580℃，再保温10min，待堆焊处整体温度均匀后，再用等离子焊枪进行堆焊第一环槽；在s5步骤之前，用陶瓷加热片对第二环槽预热至550-580℃，再保温10min，待堆焊处整体温度均匀后，再用等离子焊枪进行堆焊第二环槽。
12、在上述方案中，所述基材为f316奥氏体不锈钢锻件，所述钴基合金的焊丝直径为2.5mm至4mm，堆焊方式为等离子堆焊，采用焊接电流为160a，焊接线速度为110mm/min，每道焊接宽度为13mm，焊道间偏移距离为6mm。
13、相对现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过采用正反面槽内双面堆焊的方法，以中心旋转体结合等离子堆焊的方式，减少了累加焊接残余应力，使得堆焊层变形量小，同时通过陶瓷加热片保证堆焊层堆焊过程中预热温度均匀，不产生裂纹，通过结合式的堆焊操作后，能保证堆焊层硬度均匀，大幅度提升一次堆焊的成功率和堆焊效率，可适用于超厚超大直径的钴基合金环状零件的应用场景，解决了现有技术无法解决的堆焊质量问题。
14、本专利技术通过采用以基体中心为中心进行层叠堆焊后形成焊道截面呈鳞片层叠状结构，使得累加焊接残余应力得到有规律地均匀释放，最大限度地解决了残余应力引起的工件变形，不易产生裂纹，堆焊层硬度均匀。
15、本专利技术通过采用45度的倾斜堆焊，解决由于焊接对焊点周边材料产生形变时在焊点周边产生气泡的缺陷，能有效保证致密堆焊，提高堆焊质量，结构牢固。
16、本专利技术采用正反双面堆焊的方法，既能保证堆焊层变形量小，减少了单面的累加焊接残余应力，又能保证堆焊层温度均匀，不产生裂纹，而且能保证堆焊层硬度均匀，保证堆焊质量。采用槽内双面堆焊，能够保证堆焊过程中预热温度均匀，大幅度提升一次堆焊的成功率和堆焊效率，由于焊接会对周边材料产生形变，在焊点周边产生气泡，采用45度的倾斜堆焊，能有效保证致密堆焊，提高堆本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钴基合金超厚环状零件的堆焊方法，其特征在于，采用双面堆焊，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的钴基合金超厚环状零件的堆焊方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的钴基合金超厚环状零件的堆焊方法，其特征在于，在S2步骤中，第一环槽内进行层叠堆焊后形成的焊道轨迹为“Z”字形分布；在S5步骤中，第二环槽内进行层叠堆焊后形成的焊道轨迹“Z”字形分布。
4.根据权利要求3所述的钴基合金超厚环状零件的堆焊方法，其特征在于，经过层叠堆焊后形成的焊道轨迹截面为同层同向且邻层逆向分布。
5.根据权利要求1所述的钴基合金超厚环状零件的堆焊方法，其特征在于，在S2步骤中，第一环槽内进行层叠堆焊后形成的焊道轨迹为“三”字形分布；在S5步骤中，第二环槽内进行层叠堆焊后形成的焊道轨迹为“三”字形分布；经过层叠堆焊后形成的焊道轨迹截面为同层同向且邻层同向分布。
6.根据权利要求3所述的钴基合金超厚环状零件的堆焊方法，其特征在于，所述焊道轨迹为“Z”字形分布的堆焊步骤为：
7.根据权利要求5所述的钴基合金超厚环状零件的堆焊方法
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的钴基合金超厚环状零件的堆焊方法，其特征在于：在S2步骤中，用等离子焊接第一环槽过程时，保持焊枪不动，待堆焊基材以其圆心为中心进行水平均速旋转；在S5步骤中，用等离子焊接第二环槽过程时，保持焊枪不动，待堆焊基材以其圆心为中心进行水平均速旋转。
9.根据权利要求8所述的钴基合金超厚环状零件的堆焊方法，其特征在于：在S2步骤之前，用陶瓷加热片对第一环槽预热至550-580℃，再保温10min，待堆焊处整体温度均匀后，再用等离子焊枪进行堆焊第一环槽；在S5步骤之前，用陶瓷加热片对第二环槽预热至550-580℃，再保温10min，待堆焊处整体温度均匀后，再用等离子焊枪进行堆焊第二环槽。
10.根据权利要求9所述的钴基合金超厚环状零件的堆焊方法，其特征在于，所述基材为F316奥氏体不锈钢锻件，所述钴基合金的焊丝直径为2.5mm至4mm，堆焊方式为等离子堆焊，采用焊接电流为160A，焊接线速度为110mm/min，每道焊接宽度为13mm，焊道间偏移距离为6mm。
...【技术特征摘要】
1.一种钴基合金超厚环状零件的堆焊方法，其特征在于，采用双面堆焊，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的钴基合金超厚环状零件的堆焊方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的钴基合金超厚环状零件的堆焊方法，其特征在于，在s2步骤中，第一环槽内进行层叠堆焊后形成的焊道轨迹为“z”字形分布；在s5步骤中，第二环槽内进行层叠堆焊后形成的焊道轨迹“z”字形分布。
4.根据权利要求3所述的钴基合金超厚环状零件的堆焊方法，其特征在于，经过层叠堆焊后形成的焊道轨迹截面为同层同向且邻层逆向分布。
5.根据权利要求1所述的钴基合金超厚环状零件的堆焊方法，其特征在于，在s2步骤中，第一环槽内进行层叠堆焊后形成的焊道轨迹为“三”字形分布；在s5步骤中，第二环槽内进行层叠堆焊后形成的焊道轨迹为“三”字形分布；经过层叠堆焊后形成的焊道轨迹截面为同层同向且邻层同向分布。
6.根据权利要求3所述的钴基合金超厚环状零件的堆焊方法，其特征在于，所述焊道轨迹为“z”字形分布的堆焊步骤为：
7.根据权利要求5所述的钴基合金超厚环状零件的堆焊方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：任志华，贺彦鹏，孙凡，俞增强，花雷生，胡玲翠，肖治凡，宋磊，党艳锋，崔师安，唐云峰，
申请(专利权)人：杭州浙富核电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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