專利名稱：一種核二級(jí)泵水潤(rùn)滑軸承表面強(qiáng)化的方法
—種核二級(jí)泵水潤(rùn)滑軸承表面強(qiáng)化的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于表面強(qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及的是一種核二級(jí)泵水潤(rùn)滑軸承表面強(qiáng)化 的方法。
背景技術(shù)：
核泵是核電站中的重要設(shè)備之一，核主泵及其核二級(jí)泵在保證核電站的高效、安 全運(yùn)行方面起著重要作用。核二級(jí)泵包括上充泵、安注泵及余熱排出泵等，各種動(dòng)靜壓水潤(rùn) 滑軸承又是核泵中的關(guān)鍵部件。水潤(rùn)滑軸承具有不燃燒，降低摩擦副的摩擦振動(dòng)、噪聲和由 摩擦引起的對(duì)軸承的磨損等優(yōu)點(diǎn)。由于其較為苛刻的工況條件，水潤(rùn)滑的內(nèi)表面和軸套的 外表面易受到摩擦、損傷，是一種典型的易耗損零件。因?yàn)樗疂?rùn)滑軸承工作表面和心部在狀 態(tài)、結(jié)構(gòu)和性能要求方面有較大的差別，而傳統(tǒng)的整體熱處理往往使二者不能兼顧，材料的 潛力也得不到充分發(fā)揮。材料表面強(qiáng)化技術(shù)不僅可以較好地解決表面和心部在結(jié)構(gòu)和性能 上的差異，而且還可以進(jìn)一步使表面獲得某些特殊的工作性能，以滿足在特定使用條件下 對(duì)軸承表面性能的要求。
等離子弧堆焊技術(shù)具有電弧穩(wěn)定、溫度高、熱量集中、電弧可控性好、焊道成形好、 熱影響區(qū)小、稀釋率低、生產(chǎn)效率高、工藝穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。所以可以通過(guò)選擇合適的堆焊合金 材料(N1、Fe等)，利用等離子弧堆焊技術(shù)在軸承的水潤(rùn)滑內(nèi)表面堆焊一層強(qiáng)化合金層，進(jìn) 而滿足特定使用條件下對(duì)其表面性能的要求。
目前在現(xiàn)有的技術(shù)中還沒(méi)有采用等離子弧堆焊技術(shù)強(qiáng)化軸承內(nèi)表面。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種核二級(jí)泵水潤(rùn)滑軸承表面強(qiáng)化方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案
—種核二級(jí)泵水潤(rùn)滑軸承表面強(qiáng)化的方法在水潤(rùn)滑軸承內(nèi)孔表面堆焊強(qiáng)化合金 粉末Ni50的合金層。所述Ni50合金層厚度為O. 5-3. 5毫米。
所述水潤(rùn)滑軸承表面強(qiáng)化方法為首先進(jìn)行焊前熱處理，即強(qiáng)化合金粉末干燥處 理和軸承焊前熱處理；其次進(jìn)行焊接；最后進(jìn)行焊后熱處理，即將軸承焊接件在20-40目的 蛭石粉中緩冷至室溫。所述強(qiáng)化合金粉末干燥處理為將Ni50合金粉末在150-200°C下保 溫1-3小時(shí)后，緩冷至室溫，待用。所述軸承焊前熱處理將軸承在350-450°C下，保溫2_4小 時(shí)，進(jìn)而減少內(nèi)部應(yīng)力，避免焊接過(guò)程中產(chǎn)生開(kāi)裂。
所述焊接參數(shù)為焊接電流150-210A、焊接電壓20-35V、送粉速度15_30g/min、焊 接頻率30_40Hz、焊接速度40-55mm/min、擺動(dòng)幅度20_30mm。
本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)
1.本發(fā)明利用了軸承基體不銹鋼較好的焊接性，將等離子弧堆焊技術(shù)用于軸承表 面的強(qiáng)化，根據(jù)水潤(rùn)滑軸承實(shí)際的使用工況和要求，通過(guò)選擇鎳基合金粉末Ni50，選擇適當(dāng) 的焊接參數(shù)，堆焊層的厚度、性能、結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行變化。
2.本發(fā)明中采用單道連續(xù)自動(dòng)焊接，直至焊滿整個(gè)軸承表面。并且焊道與焊道之間要連續(xù)，不能有縫隙和未搭接現(xiàn)象。在進(jìn)行前一道焊接時(shí)，相當(dāng)于對(duì)相鄰區(qū)域進(jìn)行熱處理，所以在焊接過(guò)程中需嚴(yán)格控制層間溫度不超過(guò)400°C。3.力學(xué)性能高經(jīng)等離子弧堆焊技術(shù)強(qiáng)化后的軸承表面除了具有較高的硬度、耐磨性和耐腐蝕性能之外，還具有良好的高溫性能。同時(shí)軸承不銹鋼基體和強(qiáng)化堆焊層之間冶金結(jié)合良好，無(wú)未熔合、氣孔、夾渣等缺陷。另外軸承基體的稀釋率較低，變形較小，強(qiáng)化合金層組織致密均勻，性能穩(wěn)定。
4.生產(chǎn)效率高等離子弧堆焊技術(shù)的生產(chǎn)效率高，是傳統(tǒng)的手工堆焊技術(shù)的10 倍，另外可以節(jié)省超過(guò)60%的合金用量。
5.制造過(guò)程中機(jī)加工量大幅度較少可以選擇合適的焊接參數(shù)獲得所需的堆焊層厚度，需要磨削加工的量減少，大大提高生產(chǎn)效率。
6.本發(fā)明通過(guò)選擇合適的強(qiáng)化合金粉末和參數(shù)，等離子弧堆焊層和基體之間有很好的冶金結(jié)合，并且堆焊合金層具有較高硬度、耐磨性、耐腐蝕性，因而特別適合于核泵水潤(rùn)滑軸承的表面強(qiáng)化，所得的強(qiáng)化后的軸承材料具有良好的性能。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的核泵水潤(rùn)滑軸承表面強(qiáng)化工藝流程圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的粉末等離子弧堆焊原理示意圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的中軸承內(nèi)表面焊接示意圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的處理后中軸承的效果實(shí)驗(yàn)圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明實(shí)施例中所述的核二級(jí)泵水潤(rùn)滑軸承表面強(qiáng)化是表面強(qiáng)化的一種，是表面焊接、表面合金化、表面改性三者的結(jié)合。是在核二級(jí)泵水潤(rùn)滑軸承不銹鋼基體上堆焊一層強(qiáng)化合金層。首先選擇合適的強(qiáng)化合金粉末，進(jìn)行干燥處理，隨后爐冷至室溫，增加合金粉末的流動(dòng)性。為了減小焊接應(yīng)力、降低冷卻速度，水潤(rùn)滑軸承需進(jìn)行焊前熱處理，具體為 400°C下，保溫2個(gè)小時(shí)。接著經(jīng)等離子弧堆焊機(jī)進(jìn)行單道連續(xù)焊接直至焊滿整個(gè)表面，即將軸承安裝在等離子弧堆焊機(jī)對(duì)應(yīng)的卡盤(pán)工裝上，選擇調(diào)整合適的參數(shù)進(jìn)行焊接。進(jìn)行軸承內(nèi)表面焊接時(shí)，采用內(nèi)圓槍焊接，之后進(jìn)行焊后熱處理，即軸承焊接件在蛭石粉中緩冷至室溫，而后經(jīng)精密切削加工。
實(shí)施例1
如圖1所示，本實(shí)施例提供了一種核二級(jí)泵水潤(rùn)滑軸承表面強(qiáng)化方法，其采用等離子弧堆焊技術(shù)。
焊前處理
I)強(qiáng)化合金粉末干燥處理選用Ni50作為強(qiáng)化合金粉末，其元素含量為 Fe3. 05%, CrlO. 47%, CO. 48%, B2. 35%, Si3. 87%, Ni79. 78%，粒度在 45-150 μ m 之間。 焊前將Ni50合金粉末在200°C下保溫I個(gè)小時(shí)后，緩冷至室溫。
2)軸承焊前熱處理將軸承在400°C下，保溫2個(gè)小時(shí)以減少內(nèi)部應(yīng)力，避免焊接過(guò)程中產(chǎn)生開(kāi)裂。
焊接本實(shí)施例利用等離子弧焊槍焊接，如圖2所示，在陰極和水冷紫銅噴嘴之間、陰極和工件之間，氣體電離成電弧，通過(guò)壓縮電弧轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子弧陰極和噴嘴之間產(chǎn)生的電弧叫非轉(zhuǎn)移弧，陰極和工件之間產(chǎn)生的電弧叫轉(zhuǎn)移型弧?；≈睆阶兗?xì)，電流密度變大，電弧溫度高，能量集中。等離子弧堆焊的主要熱源是轉(zhuǎn)移型等離子弧。工作時(shí)采用非轉(zhuǎn)移弧(非弧)和轉(zhuǎn)移型弧(轉(zhuǎn)弧)聯(lián)合堆焊，需獨(dú)立的兩臺(tái)直流弧焊機(jī)作電源。兩個(gè)電源的負(fù)極并聯(lián)接至焊槍的陰極(鎢電極)。非弧電源的正極與噴嘴相連，轉(zhuǎn)弧電源的正極與工件相接。氬氣通過(guò)電磁氣閥和流量調(diào)節(jié)器進(jìn)入焊槍。循環(huán)冷卻水主要是用來(lái)冷卻噴嘴和電極。非弧電源接通后，借助在電極和噴嘴之間產(chǎn)生的高頻火花引燃非轉(zhuǎn)移弧。轉(zhuǎn)弧電源接通后，借助非轉(zhuǎn)移弧在鎢極和工件間造成的導(dǎo)電通道，引燃轉(zhuǎn)移弧。轉(zhuǎn)移弧引燃后，可保留或切斷非轉(zhuǎn)移弧，主要利用轉(zhuǎn)移弧的熱量在工件表面產(chǎn)生熔池和熔化合金粉末。合金粉末按需要量連續(xù)供給，借助送粉氣流送入焊槍，并吹入電弧中。粉末在弧柱中被預(yù)先加熱，呈熔化或半熔化狀態(tài)落入熔池，在熔池里充分熔化，并排出氣體和浮出熔渣。通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移弧電流來(lái)控制熔化合金粉末和傳遞給工件的熱量，合金和工件表層熔合。隨著焊槍和工件的相對(duì)移動(dòng)，合金熔池逐漸凝固，便在工件上獲得所需要的合金堆焊。
焊接參數(shù)為焊接電流150A、焊接電壓20V、送粉速度15g/min、焊接頻率30Hz、焊接速度40mm/min、擺動(dòng)幅度20mm。使用內(nèi)圓槍，單道連續(xù)自動(dòng)焊接，直至焊滿整個(gè)工件后?；?。焊接過(guò)程中控制層間溫度不超過(guò)400°C。
焊后熱處理將上述焊接后的軸承置于20-40目的蛭石粉中緩冷至室溫，之后取出軸承，經(jīng)PT檢驗(yàn)并未出現(xiàn)有裂紋和夾渣等缺陷。而后采用精密切削至最終尺寸(參見(jiàn)圖 3)。
切取上述軸承部分試塊進(jìn)行硬度和金相檢驗(yàn)(按照《GB/T230. 2-2002金屬洛氏硬度試驗(yàn)國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn)》；《GB/T13298-1991 :金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》)堆焊層的洛氏硬度在 45-55HRC之間，平均硬度為47. 3HRC。
維氏硬度計(jì)對(duì)堆焊層剖面進(jìn)行硬度檢測(cè)，可見(jiàn)上述處理后軸承堆焊層的硬度相對(duì)于襯套不銹鋼基體有明顯提高，并且在熔合區(qū)域有明顯的硬度過(guò)渡區(qū)。通過(guò)金相檢驗(yàn)，可知堆焊層與基體沒(méi)有出現(xiàn)有未熔合、氣孔等缺陷。堆焊層和基體之間實(shí)現(xiàn)了良好的冶金結(jié)合 (參見(jiàn)圖4)。
實(shí)施例2
當(dāng)水潤(rùn)滑軸承的基材為奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼時(shí)，通過(guò)該發(fā)明對(duì)焊接過(guò)程中的熱輸入量進(jìn)行更精確的控制。
焊前處理
I)強(qiáng)化合金粉末干燥處理選用Ni50作為強(qiáng)化合金粉末，其兀素含量為 Fe3. 05%, CrlO. 47%, CO. 48%, B2. 35%, Si3. 87%, Ni79. 78%，粒度在 45-150 μ m 之間。 焊前將Ni50合金粉末在200°C下保溫I個(gè)小時(shí)后，緩冷至室溫。
2)軸承焊前熱處理將軸承在350°C下，保溫2個(gè)小時(shí)以減少內(nèi)部應(yīng)力，避免焊接過(guò)程中產(chǎn)生開(kāi)裂。
焊接本實(shí)施例利用等離子弧焊槍焊接，如圖2所示，在陰極和水冷紫銅噴嘴之間、陰極和工件之間，氣體電離成電弧，通過(guò)壓縮電弧轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子弧陰極和噴嘴之間產(chǎn)生的電弧叫非轉(zhuǎn)移弧，陰極和工件之間產(chǎn)生的電弧叫轉(zhuǎn)移型弧?；≈睆阶兗?xì)，電流密度變 大，電弧溫度高，能量集中。等離子弧堆焊的主要熱源是轉(zhuǎn)移型等離子弧。工作時(shí)采用非轉(zhuǎn) 移弧(非弧)和轉(zhuǎn)移型弧(轉(zhuǎn)弧)聯(lián)合堆焊，需獨(dú)立的兩臺(tái)直流弧焊機(jī)作電源。兩個(gè)電源 的負(fù)極并聯(lián)接至焊槍的陰極(鎢電極)。非弧電源的正極與噴嘴相連，轉(zhuǎn)弧電源的正極與工 件相接。氬氣通過(guò)電磁氣閥和流量調(diào)節(jié)器進(jìn)入焊槍。循環(huán)冷卻水主要是用來(lái)冷卻噴嘴和電 極。非弧電源接通后，借助在電極和噴嘴之間產(chǎn)生的高頻火花引燃非轉(zhuǎn)移弧。轉(zhuǎn)弧電源接 通后，借助非轉(zhuǎn)移弧在鎢極和工件間造成的導(dǎo)電通道，引燃轉(zhuǎn)移弧。轉(zhuǎn)移弧引燃后，可保留 或切斷非轉(zhuǎn)移弧，主要利用轉(zhuǎn)移弧的熱量在工件表面產(chǎn)生熔池和熔化合金粉末。合金粉末 按需要量連續(xù)供給，借助送粉氣流送入焊槍，并吹入電弧中。粉末在弧柱中被預(yù)先加熱，呈 熔化或半熔化狀態(tài)落入熔池，在熔池里充分熔化，并排出氣體和浮出熔渣。通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移弧 電流來(lái)控制熔化合金粉末和傳遞給工件的熱量，合金和工件表層熔合。隨著焊槍和工件的 相對(duì)移動(dòng)，合金熔池逐漸凝固，便在工件上獲得所需要的合金堆焊。
焊接參數(shù)為焊接電流160A、焊接電壓30V、送粉速度30g/min、焊接頻率45Hz、焊接 速度55mm/min、擺動(dòng)幅度30mm。使用內(nèi)圓槍，單道連續(xù)自動(dòng)焊接，直至焊滿整個(gè)工件后停 弧。焊接過(guò)程中控制層間溫度不超過(guò)350°C。
焊后熱處理將上述焊接后的軸承置于蛭石粉(20-40目)中緩冷至室溫，之后取 出軸承，經(jīng)PT檢驗(yàn)并未出現(xiàn)有裂紋和夾渣等缺陷。而后采用精密切削至最終尺寸(參見(jiàn)圖 3)。
切取上述軸承部分試塊進(jìn)行硬度和金相檢驗(yàn)(按照《GB/T230. 2-2002金屬洛氏 硬度試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》；《GB/T13298-1991 :金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》)堆焊層的洛氏硬度在 45-55HRC之間，平均硬度為50. 4HRC。
維氏硬度計(jì)對(duì)堆焊層剖面進(jìn)行硬度檢測(cè)，可見(jiàn)上述處理后軸承堆焊層的硬度相對(duì) 于襯套不銹鋼基體有明顯提高，并且在熔合區(qū)域有明顯的硬度過(guò)渡區(qū)。通過(guò)金相檢驗(yàn)，可知 堆焊層與基體沒(méi)有出現(xiàn)有未熔合、氣孔等缺陷。堆焊層和基體之間實(shí)現(xiàn)了良好的冶金結(jié)合。
實(shí)施例3
首先進(jìn)行焊前熱處理，即強(qiáng)化合金粉末干燥處理和軸承焊前熱處理；其次進(jìn)行焊 接；最后進(jìn)行焊后熱處理，即將軸承焊接件在蛭石粉中緩冷至室溫。
所述強(qiáng)化合金粉末干燥處理為將Ni50合金粉末在150°C下保溫3小時(shí)后，緩冷至室溫，待用。
所述軸承焊前熱處理將軸承在450°C下，保溫2小時(shí)，進(jìn)而減少內(nèi)部應(yīng)力，避免焊 接過(guò)程中產(chǎn)生開(kāi)裂。
所述焊接參數(shù)為焊接電流200A、焊接電壓35V、送粉速度15g/min、焊接頻率35Hz、 焊接速度50mm/min、擺動(dòng)幅度20mm。
實(shí)施例4
首先進(jìn)行焊前熱處理，即強(qiáng)化合金粉末干燥處理和軸承焊前熱處理；其次進(jìn)行焊 接；最后進(jìn)行焊后熱處理，即將軸承焊接件在蛭石粉中緩冷至室溫。
所述強(qiáng)化合金粉末干燥處理為將Ni50合金粉末在180°C下保溫2小時(shí)后，緩冷至室溫，待用。
所述軸承焊前熱處理將軸承在400°C下，保溫3小時(shí)，進(jìn)而減少內(nèi)部應(yīng)力，避免焊接過(guò)程中產(chǎn)生開(kāi)裂。
所述焊接參數(shù)為焊接電流210A、焊接電壓20V、送粉速度15g/min、焊接頻率30Hz、 焊接速度55mm/min、擺動(dòng)幅度30mm。
上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種核二級(jí)泵水潤(rùn)滑軸承表面強(qiáng)化的方法，其特征在于在水潤(rùn)滑軸承內(nèi)孔表面堆焊強(qiáng)化合金粉末Ni50的合金層。
2.按權(quán)利要求1所述的核二級(jí)泵水潤(rùn)滑軸承表面強(qiáng)化的方法，其特征在于所述Ni50合金層厚度為O. 5-3. 5毫米。
3.按權(quán)利要求1所述的核二級(jí)泵水潤(rùn)滑軸承表面強(qiáng)化的方法，其特征在于所述水潤(rùn)滑軸承表面強(qiáng)化方法為首先進(jìn)行焊前熱處理，即強(qiáng)化合金粉末干燥處理和軸承焊前熱處理；其次進(jìn)行焊接；最后進(jìn)行焊后熱處理，即將軸承焊接件在蛭石粉中緩冷至室溫。
4.按權(quán)利要求3所述的核二級(jí)泵水潤(rùn)滑軸承表面強(qiáng)化的方法，其特征在于所述強(qiáng)化合金粉末干燥處理為將Ni50合金粉末在150-200°C下保溫1_3小時(shí)后，緩冷至室溫，待用。
5.按權(quán)利要求3所述的核二級(jí)泵水潤(rùn)滑軸承表面強(qiáng)化的方法，其特征在于所述軸承焊前熱處理將軸承在350-450°C下，保溫2-4小時(shí)，進(jìn)而減少內(nèi)部應(yīng)力，避免焊接過(guò)程中產(chǎn)生開(kāi)裂。
6.按權(quán)利要求3所述的核二級(jí)泵水潤(rùn)滑軸承表面強(qiáng)化的方法，其特征在于所述焊接參數(shù)為焊接電流150-210A、焊接電壓20-35V、送粉速度15_30g/min、焊接頻率30_40Hz、焊接速度40-55mm/min、擺動(dòng)幅度20_30mm。
全文摘要
本發(fā)明屬于表面強(qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及的是一種核二級(jí)泵水潤(rùn)滑軸承表面強(qiáng)化的方法。在水潤(rùn)滑軸承內(nèi)孔表面堆焊強(qiáng)化合金粉末Ni50的合金層。本發(fā)明利用了軸承基體不銹鋼較好的焊接性，將等離子弧堆焊技術(shù)用于軸承表面的強(qiáng)化，根據(jù)水潤(rùn)滑軸承實(shí)際的使用工況和要求，通過(guò)選擇鎳基合金粉末Ni50，選擇適當(dāng)?shù)暮附訁?shù)，堆焊層的厚度、性能、結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行變化。
文檔編號(hào)B23K10/02GK103008859SQ20111030096
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者鄧德偉, 王學(xué)軍 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)透平機(jī)械股份有限公司