鋼管內(nèi)壁的脈沖微束等離子堆焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋼鐵零件表面強化領(lǐng)域，尤其涉及鋼管零件內(nèi)壁的堆焊強化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在礦山、油田、電廠和機械領(lǐng)域，液壓缸、油缸等鋼管應(yīng)用廣泛，由于工作條件惡劣，要求這些鋼管內(nèi)壁必須具備耐磨、耐蝕和抗沖擊性能。傳統(tǒng)的處理方法是將鋼管調(diào)質(zhì)后表面電鍍、化學(xué)鍍、激光熔覆、氬弧焊和離心鑄造然而電鍍和化學(xué)鍍不但污染環(huán)境，而且鍍層只有幾個微米，使用過程中會出現(xiàn)鼓泡、腐蝕坑及劃傷等問題，嚴(yán)重影響使用壽命。再者，當(dāng)鋼管內(nèi)徑嚴(yán)重磨損后電鍍無法修復(fù)只能報廢，造成巨大浪費。激光熔覆技術(shù)目前主要應(yīng)用于外壁熔覆，受激光器體積限制無法應(yīng)用于小徑鋼管的內(nèi)壁熔覆，雖然采用光纖傳輸或者光路耦合可以獲得與管內(nèi)壁呈冶金結(jié)合的熔覆層，但是受功率限制，制備的熔覆層較薄且激光器的造價高，光路系統(tǒng)復(fù)雜、使用條件苛刻，維護困難，很難獲得大范圍推廣。氬弧焊配合焊絲也可以應(yīng)用于內(nèi)圓熔覆，但是氬弧焊是以非壓縮的自由電弧為熱源，自由電弧的導(dǎo)向性差，這就導(dǎo)致了熔覆的成型差，缺陷難以控制，難以應(yīng)用于高精度領(lǐng)域。離心鑄造工藝復(fù)雜，且受冶金工藝限制加入的合金元素有限，性能提高有限。專利CN102051614提出了一種等離子冶金鍍層的方法，該專利是在將工件先預(yù)熱300-900°C，然后使工件高速旋轉(zhuǎn)，在此條件下進行等離子炬無擺動熔覆，該方法雖然理論上可以在鋼管內(nèi)壁制備熔覆層，但是由于熔池在鋼管高速旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生飛濺，不但會影響熔覆層成型，而且會影響槍的工作穩(wěn)定性，難以長時間工作。傳統(tǒng)等離子熔覆技術(shù)難以應(yīng)用于鋼管的內(nèi)壁熔覆，因其輸出能量高，且能量集中，熱影響區(qū)大，工件容易變形。且傳統(tǒng)的等離子熔覆常因為合金元素的氧化燒損而堵住送粉孔，影響熔覆過程的連續(xù)性。本專利提出了一種鋼管內(nèi)壁強化的新方法，一方面，該方法以脈沖等離子為熱源，通過調(diào)節(jié)占空比控制微束等離子的熱輸出，通過等離子炬擺動可以實現(xiàn)單道18-22_的堆焊寬度，堆焊過程同步水冷可以有效防止工件變形。另一方面，自主研制的鐵基合金粉末通過添加Al元素來有效脫氧和提高熔池的流動性(鋁熱反應(yīng)放熱)。二者結(jié)合可以實現(xiàn)等離子炬的長期穩(wěn)定工作，且制備的堆焊層成型好、熱影響區(qū)小，耐磨、耐腐蝕。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決鋼制管狀零件的耐磨性、耐蝕性及使用壽命問題，本發(fā)明提供一種鋼制管狀零件的等離子堆焊方法。
[0004]本發(fā)明是通過以下步驟來實現(xiàn)的:
(1)、將需要強化的鋼管內(nèi)壁進行除油、除銹，并上鏜床將內(nèi)徑鏜至特定尺寸；
(2)、將鋼管裝入脈沖微束等離子堆焊機床，將堆焊鋼管的旋轉(zhuǎn)線速度調(diào)整至300_/min，離子炬的支撐臂隨鋼管旋轉(zhuǎn)作同步軸向進給，進給速度12-16mm/轉(zhuǎn)，在支撐臂移動的同時處于支撐臂端部的滑臺載著等離子炬來回擺動，擺動速度為400-500mm/min，擺動距離為10-18mm。搭接率為11% ； (3)、堆焊過程中，在鋼管外壁同步水冷，水冷噴嘴與等離子噴嘴保持同心，并同步運動，以防止鋼管變形；
(4)、堆焊完成后將工件在150-250°C保溫I小時。
[0005]本發(fā)明的顯著效果是:
(I )、本方法是一種綠色生產(chǎn)，工件可循環(huán)利用，避免可傳統(tǒng)的化學(xué)鍍、電鍍等工藝帶來的環(huán)境污染和資源浪費，符合國家的循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)政策；(2)、設(shè)備造價低且易于操作，可以降低對基體材質(zhì)的要求，在基體表面獲得一層高硬度、耐磨、耐腐蝕且無裂紋和氣孔的堆焊層，結(jié)合基體良好的韌性可以極大提高堆焊工件的使用壽命。
【附圖說明】
[0006]圖1是鋼管內(nèi)壁的脈沖微束等離子堆焊過程示意圖。
[0007]1-待堆焊鋼管，2-支撐臂，3-滑臺，4-等離子炬，5-堆焊層。
[0008]圖2是脈沖微束等離子堆焊鋼管的剖視圖(堆焊層厚度約2mm)。
[0009]圖3是拋光后堆焊鋼管。
【具體實施方式】
[0010]實施例1
本實施例為煤礦上因磨損而導(dǎo)致缸套內(nèi)徑大于臨界尺寸而報廢的液壓支架缸套。
[0011]采用以下方法進行脈沖微束等離子堆焊修復(fù)。
[0012]1、將報廢的缸套進行除油、除銹，并上鏜床將缸套的內(nèi)徑鏜至比設(shè)計內(nèi)徑小2mm。
[0013]2、將加工好的缸套裝載到熔覆機床，根據(jù)缸套的尺寸調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度，保證缸套內(nèi)壁的線速度在300mm/min，將裝載等離子炬的支撐臂伸入缸套內(nèi)部，并調(diào)整噴嘴與內(nèi)壁的高度至5mm ;將滑臺的擺動速度設(shè)定為500mm/min，擺動距離18mm ;支撐臂的進給速度16mm/轉(zhuǎn)，搭接率11%。
[0014]3、將脈沖微束等離子堆焊機的功率值設(shè)定為2KW，等離子束斑的直徑為5mm，將粉末同步送入恪池。
[0015]4、選用的鐵基合金粉末各合金元素的重量百分比為:62.9%Fe，19.41%Cr，
11.27%Ni，1.54%Μο，2.13%C，0.68%Si，1.24%Β，0.8%A1。粉末的粒度為 100-270 目，其顆粒密度小，流動性和抗氧化性好。
[0016]5、堆焊過程中，在鋼管外壁同步水冷，水冷噴嘴與等離子噴嘴保持同心，并同步運動，以防止鋼管變形。
[0017]6、脈沖微束等離子堆焊的液壓支架缸套表面硬度可達到HRC55，使用壽命是鍍鉻缸套的8-10倍。
[0018]實施例2
本實施例為氣缸套的表面強化。
[0019]1、將氣缸套的內(nèi)徑鏜至比設(shè)計內(nèi)徑小2mm。
[0020]2、將加工好的氣缸套裝載到熔覆機床，根據(jù)氣缸套的尺寸調(diào)整其旋轉(zhuǎn)速度，使其內(nèi)壁的線速度為300mm/min;將裝載等離子炬的支撐臂伸入缸套內(nèi)部，并調(diào)整噴嘴與內(nèi)壁的高度至5mm ;將滑臺的擺動速度設(shè)定為400mm/min，擺動距離14mm ;支撐臂的進給速度12mm/轉(zhuǎn)，搭接率11%。
[0021]3、將脈沖微束等離子堆焊機的功率值設(shè)定為1.5KW，等離子束斑的直徑為3mm，將粉末同步送入恪池。
[0022]4、選用自主研發(fā)的基合金粉末:合金元素的重量百分比為:62.9%Fe，19.41%Cr，
11.27%Ni，1.54%Μο，2.13%C，0.68%Si，1.24%Β，0.8%A1。粉末的粒度為 100-270 目，其顆粒密度小，流動性好。
[0023]5、脈沖微束等離子堆焊的氣缸套表面硬度可達到HRC55，具有較高的耐磨性和抗氧化性。
【主權(quán)項】
1.一種鋼管內(nèi)壁的脈沖微束等離子堆焊方法，其具體的實施步驟是:將需要強化的鋼管內(nèi)壁進行除油、除銹，并上鏜床將內(nèi)徑鏜至特定尺寸；預(yù)處理完成后將鋼管裝入脈沖微束等離子堆焊機床，將堆焊鋼管的旋轉(zhuǎn)線速度調(diào)整至300mm/min，離子炬的支撐臂隨鋼管旋轉(zhuǎn)作同步軸向進給，進給速度12-16mm/轉(zhuǎn)，在支撐臂移動的同時處于支撐臂端部的滑臺載著等離子炬來回擺動，擺動速度為400-500mm/min，擺動距離為10_18mm，搭接率為11% ;堆焊過程中，在鋼管外壁同步水冷，水冷噴嘴與等離子噴嘴保持同心，并同步運動，以防止鋼管變形；堆焊完成后將工件在150-250°C保溫I小時。
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種強化、修復(fù)易磨損、腐蝕鋼管內(nèi)壁(如缸套、油缸等)的脈沖微束等離子堆焊方法。本方法可解決惡劣工況條件下工件內(nèi)壁的磨損、腐蝕問題，延長工件壽命。本方案的工藝步驟如下：(1)將鋼管內(nèi)壁除銹、除油并車削至設(shè)計尺寸；(2)將工件裝上堆焊專用車床，調(diào)節(jié)等離子輸出占空比為50-60%，在工件旋轉(zhuǎn)同時，等離子炬往復(fù)擺動并作軸向進給，實現(xiàn)堆焊層的螺旋搭接，搭接率為11%-20%；等離子的輸出功率為1.5-2KW，弧斑直徑為2-5mm，鋼管旋轉(zhuǎn)線速度約為300mm/min，等離子炬的擺動速度為400-500mm/min，擺動距離為10-18mm；選用的鐵基合金粉末各元素的重量百分比為：62.9%Fe，19.41%Cr，11.27%Ni，1.54%Mo，2.13%C，0.68%Si，1.24%B，0.8%Al。制備的堆焊層硬度約HRC55，具有優(yōu)良的耐磨、耐腐蝕性能。本工藝無污染排放。
【IPC分類】B23K10/02
【公開號】CN105710519
【申請?zhí)枴緾N201410711726
【發(fā)明人】陸峰, 王元宗
【申請人】陸峰, 山東海納等離子科技有限公司