高硬度材料堆焊方法技术

为了在一种母体金属上用较高硬度的金属实施多层焊接以形成较大厚度的堆焊层，提供了一种焊接工艺：在用高硬度金属多层焊接至母体金属的表面时，使热量输入值Ｊ限制在２０００至６０００焦耳／厘米范围；上述的热量输入值Ｊ用公式计算，并限制在任何时间层间温度不高于３００℃，以使在溶敷金属的焊道上产生大量方向与焊道垂直的均匀，分散的微小裂纹，从而使在整个堆焊层中存在的残余焊接应力基本上释放完，且在焊道部分不会出现导致剥落的大裂纹。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于将高硬度金属堆焊到母体金属表面，形成高耐磨材料的技术。以前已有许多种耐磨材料应用在各工业领域的各种各样机器中，由那些金属实施的技术通常几乎在所有的部件和零件中应用，诸如各自定向装在立辊机上的滚轴、辊轮、辊道扇形体。料斗，滑槽内衬等等。例如用于轧碎电厂锅炉中煤的部件、轧碎水泥渣块或高炉炉渣用的部件，而这些部件的表面由于与粗粒原材料相接触，可能受到严重的磨蚀和磨损。但并不是要求每个部件的整个元件都耐磨，而只要求与原材料接触的一个分表面具有这样的耐磨性就足够了。所以，将多层高硬度金属焊到要求耐磨的表面，正好可以达到保持耐磨性的目的。另外，由于轧机工作，当接触表面业已磨损时，也可以在已磨损的表面上进一步实施多层焊接，使表面得到修补。一般，要求具有耐磨性的接触表面面积是相当大的，因此，不管它是初始的堆焊或是外加的修补。从经济观点看，基本上需要有效的焊接。因此，通常所说的全自动焊接工艺，诸如二氧化碳焊接，金属焊条惰性气体保护焊、埋弧焊等等已普遍被应用于堆焊用途。为了用提及的堆焊工艺形成一个耐磨表面，当然，较高硬度的溶敷金属可以获得较好耐磨性。然而，众所周知，存在着一个重要问题是溶敷金属硬度越高其韧性就越低，这就带来了在多层焊接时，不能承受收缩应力的不足之处，最终造成容易发生焊道下裂纹，这个问题在通常认为是不适宜焊接的母体金属中尤为突出。当溶敷金属硬度较高时，由于出现上述的焊道下裂纹增多，堆焊层剥落的可能性就增大。因此，在先有技术中，尽管堆焊层的耐磨性不足，其硬度必须限制在不高于600维氏硬度，此外，整个堆焊层的厚度必须限制在2-3层(6至10毫米)。这就产生了另一个问题，即耐磨段厚度必然很小。为了克服上面提到的这些缺点，在这以前，已经提出了几种设想，例如，为了防止剥落，在堆焊工作前，先预热到250-600℃，此外，用在堆焊期间保持高温，此补偿韧性的不足。还有一种尝试是，焊后立即将堆焊段放入600至700℃的炉膛中进行退火，以消除焊接应力。然而在实际操作时，上述的高温预热的高温下焊接是非常困难的。即使用高温下退火能消除焊接应力，但仍然残留着使修复层硬度降低了的另一个问题。为了解决裂纹问题，作了另一种尝试，即用一种能获得高硬度金属的焊接工艺和用一种具有高韧性的金属的焊接相间地重复进行，形成一种多层结构(日本早期公开专利公报(未审查)56-71578号)或在这一尝试中，周期地变化焊接条件，以使焊接焊道宽度大小相间地变化，从而在焊道宽度小的区段处，产生焊接裂纹(日本早期公开的专利公报(未审查)60-21070号)，还提出了一种尝试，在这尝试中，构成许多坡口并在横垮这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台区段处人为地产生焊接裂纹(日本早期公开的专利公报(未审查)60-174266号)。确实，上面的任何一种先有技术都可以起到解决这些问题的一定作用，但仍然存在一些需要解决的不足之处。即在第一个先有技术中(日本早期公开的专利公报(未审查)56-71578号)，由于具有高耐磨性焊层和耐磨性差的另一焊层交替累积溶敷，不用说，这种结构与完全由耐磨层组成的结构比较，显然其耐磨性是低劣的。同样的在上述的第二个先有技术中(日本早期公开的专利公报(未审查)60-21070号)，这种工艺，从理论上说是值得重视的，但是在技术上存在一个实际的问题，这个问题是很难确定用于使焊接焊道的宽度增大和缩小的节距和通过缩小一条裂纹和另一条裂纹之间的距离使小裂纹均匀分布。例如，虽然，想使分散的裂纹节距为5祚米，实际上从技术上很难实现这一点，结果由于节距大，使各个裂纹的开口过大，并有可能在这样节距的焊道中残留有焊接应力，最终使焊道不足以避免局部剥落，在最后的先有技术情况下(日本早期公开的专利公报(未审查)60-174266号)，主要是在诸如大面积内衬表面上提供许多细微凹槽，这个要求不仅而麻烦，而且在设备使用后进行修补恢复耐磨性时，一开始就重复，几乎是不可能的。本专利技术使上面讨论过的几个问题得到解决，且主要目的是防止堆焊段在用高硬金属实施多层焊接时由于焊道下裂纹造成的局部剥落。本专利技术的另一个目的是构成高硬金属的复合层，在该复合层中的硬度高于600维氏硬度，且具有最佳的厚度，不受常规的堆焊层数的限制，常规厚度通常限制在2至3层。本专利技术再一个目的是提供一种堆焊方法，这种方法的步骤为在实施堆焊前在高温下预热，在堆焊过程中保持高层间温度、以及在堆焊后根本不需要释放残余焊接应力。本专利技术还有一个目的是提供一种用一种熟知的焊接机足以实施的多层堆焊工艺的一般用途，所用的焊接机仅需作部分改进，无需任何专门工作或附加的装置、特殊的技术或复杂的焊接控制手段。为了实现以上的目的，根据本专利技术的用高硬度金属的多层焊接工艺包括的步骤中在对一个母材金属表面用高硬度金属进行多层焊接时，限制热输入值J在2000至6000焦耳/厘米范围内，上面所述的热输入值J用下式计算J＝60×I×E/V式中J是热输入值(焦耳/厘米)E是电弧电压(伏特)I是焊接电流(安培)V是焊发速度并限制层间温度所有时候均不高于300℃，以使在溶敷金属的焊道上产生大量均匀并分散的、与焊道方向相垂直的微细裂纹。根据规定的焊接类型，最好是采用一种全自动的明弧焊机，这种焊接机通常使用药芯焊丝，且在这种焊接工艺中采用一种高速焊丝进给装置，其进给速度能高至3000厘米/分。考虑到在堆焊工艺中所用的高硬度金属，要求其硬度至少超过600维氏硬度，这样不仅堆焊层数不特别地受到限制、而且它的厚度允许自由确定，为了满足这些要求，最好提到的高硬度金属由以下成分组成(1)碳3.0至7.0%，硅0.5至2.0%，锰0.5至4%，铬20.0至35.0%;(2)至少选择其中一种成分钼、钨、钒、锆、钛、硼、铌、镉、钴、铝、将它加到先前的金属使其比率达2%;(3)碳3.0至7.0%、硅0.5至2.0%、锰0.5至4.0%，钒10.0至20.0%，钨3.0%至10.0%;或(4)至少选择其中一种成分钼、锆、钛、硼、铌、镉、钴、铝，加入到先前的金属中，其比率达2%。根据本专利技术的上面配置的工艺中，使微细的裂纹大量分散并均匀分布，而且在堆焊上与焊接应力呈垂直方向，从而使裂纹周围的应力减小到使整个焊道上的残余焊接应力基本上可以忽略的程度。在此以前焊接应力一直是重要问题之一，因为溶敷段由于冷却和固化的结果产生收缩应力，且堆焊硬质表面层的堆焊材料和母体金属的材料特性(诸如强度、硬度、韧性)存在明显差异，从而在其界面部分应力集中，产生大裂纹最终导致剥落。为了对付这种情况，已经提出了几种设想，如上面提到的达到人为地使裂纹均匀分布。本专利技术通过限制层间温度不高于300℃和限制热输入在2000至6000焦耳/厘米范围的新颖构思实现了这个所要求的功能。通常已知，在令人满意的低韧性意义上，为防止出现大裂纹，在焊接过程中较高的层间温度是比较理想的。对于那样的目的，事实上为了实施在高温下预热和在焊接过程中也保持高的焊接温度一直是所面临的更为艰难的步骤。本专利技术可以被看成是这样的普通概念的变换，此外，关于热输入焦耳，下面公式是一个熟知的定律J＝60×I×E/V式中J是热输入值(焦耳/厘米)E是电弧电压(伏特)I是焊接电流(安培)V是焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高硬度金属的多层焊接工艺，包括的步骤为：将高硬度金属用多层焊接到基底金属表面时，限制热量输入焦耳Ｊ在２０００－６０００焦耳／厘米范围内，上述热量输入值Ｊ的计算用：Ｊ＝６０×Ｉ×Ｅ／Ｖ式中：Ｊ为输入热量值（焦耳／厘米）Ｅ为电弧电压（伏特）Ｉ为焊接电流（安培）Ｖ为焊接速度并且限制层间温度任何时候均不高于３００℃，以使在溶敷金属的焊道上产生大量均匀且分散的微细裂纹，其方向与焊道相垂直。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：芦田敏行，吉田寿夫，杉冈繁昭，
申请(专利权)人：株式会社栗本铁工所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]