CN109604769B - 环形工件的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环形工件的焊接方法，属于焊接技术领域。该焊接方法包括：在环形工件的端面和内壁上形成堆焊槽；在所述环形工件的内壁上的堆焊槽的侧壁处形成环形焊缝，所述环形焊缝包括依次层叠而成的焊道，所述环形焊缝上最后一层所述焊道的部分区域沿所述堆焊槽的宽度方向延伸至所述堆焊槽外；将所述环形工件的内壁上的堆焊槽焊满；在所述环形工件的端面上的堆焊槽的侧壁处形成所述环形焊缝；将所述环形工件的端面上的堆焊槽焊满。本发明能防止在低碳调质钢的环形工件上堆焊铜合金时，铜钢结合面出现分层而导致堆焊层从环形工件上脱离的情况，保证堆铜质量。

Description

环形工件的焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种环形工件的焊接方法。

背景技术

堆焊是一种用电焊或气焊法把金属熔化，堆在工具或机器零件上的焊接方法。目前通常需要在环形工件的内壁和端面堆焊铜合金(CuAl₁₀Fe₅Ni₅)，以提高环形工件的耐磨性能。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

当环形工件为低碳调质钢时，由于其合金元素总含量＞3％，因此具有较高的淬硬倾向，冷裂倾向较大，使堆焊难以进行，并且在堆焊时，铜钢结合面容易出现分层的情况，而导致堆焊层从环形工件上脱离，使得堆铜质量无法得到保证。

发明内容

本发明实施例提供了一种环形工件的焊接方法，能防止在低碳调质钢的环形工件上堆焊铜合金时，铜钢结合面出现分层而导致堆焊层从环形工件上脱离的情况，保证堆铜质量。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种环形工件的焊接方法，所述焊接方法包括：在环形工件的端面和内壁上形成堆焊槽；在所述环形工件的内壁上的堆焊槽的侧壁处形成环形焊缝，所述环形焊缝包括依次层叠而成的焊道，所述环形焊缝上最后一层所述焊道的部分区域沿所述堆焊槽的宽度方向延伸至所述堆焊槽外；将所述环形工件的内壁上的堆焊槽焊满；在所述环形工件的端面上的堆焊槽的侧壁处形成所述环形焊缝；将所述环形工件的端面上的堆焊槽焊满。

进一步地，，所述环形工件的端面上的堆焊槽具有一筒状侧面和环形底面，所述环形底面沿所述环形工件的径向延伸至所述环形工件的内壁，所述在所述环形工件的端面上的堆焊槽的侧壁处形成环形焊缝包括：在所述筒状侧面和所述环形底面的交界处沿所述环形工件的周向焊接，以形成环状的第一层焊道；在所述第一层焊道上逐层形成多道焊道，以在所述环形工件的端面形成所述环形焊缝。

进一步地，所述环形工件的内壁上的堆焊槽具有筒状底面和两个环形侧面，所述筒状底面沿所述环形工件的轴向延伸，所述在所述环形工件的内壁上的堆焊槽的侧壁处形成环形焊缝包括：分别在所述两个环形侧面和所述筒状底面的交界处沿所述环形工件的周向焊接，以形成两个环状的第一层焊道；在所述第一层焊道上逐层形成多道焊道，以在所述环形工件的内壁上形成所述环形焊缝。

进一步地，所述将所述环形工件的内壁上的堆焊槽焊满，包括：在所述内壁上的堆焊槽内形成多层焊道，直至将所述堆焊槽焊满，所述多层焊道中的每一层焊道采用如下方式形成：在所述内壁上的堆焊槽内从所述内壁上的堆焊槽的两条环形焊缝处向中间交替形成多道环形焊道，以形成一层焊道。

进一步地，所述将所述环形工件的端面上的堆焊槽焊满，包括：在所述端面上的堆焊槽内形成多层焊道，直至将所述端面上的堆焊槽焊满，所述多层焊道中的每一层焊道采用如下方式形成：在所述端面上的堆焊槽内从所述环形焊缝处沿着径向形成多道环形焊道，以形成一层焊道。

进一步地，在焊满所述环形工件的内壁上的堆焊槽和所述环形工件的端面上的堆焊槽时，层间温度为100至200℃。

进一步地，在所述堆焊槽的侧壁处形成环形焊缝之前，还包括：对环形工件进行预热，预热温度为150至200℃。

进一步地，在所述堆焊槽的侧壁处形成所述环形焊缝时，焊接电流为260至280A，将所述堆焊槽焊满时的焊接电流为280至300A。

进一步地，在所述将所述环形工件的内壁上的堆焊槽焊满之后，所述方法还包括：采用硅酸铝纤维保温材料对所述环形工件进行保温，并对所述环形工件进行预热，在所述将所述环形工件的端面上的堆焊槽焊满之后，所述方法还包括：采用硅酸铝纤维保温材料对所述环形工件进行保温。

进一步地，在所述堆焊槽的侧壁处形成所述环形焊缝时，焊接电压为22至24V，将所述堆焊槽焊满时的焊接电压为24至26V。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例通过在环形工件的端面和内壁上形成堆焊槽，这样可以在环形工件的端面和内壁上进行堆焊，以提高环形工件的端面和内壁处的耐磨性能。并且在堆焊时，沿堆焊槽的端面和内壁上的侧壁处形成环形焊缝，即先在环形工件的铜钢结合面处焊接形成少量的焊缝，这样避免依次焊接过多而导致堆焊层从堆焊槽内脱离。然后本实施例还将环形焊缝上最后一层焊道部分区域沿堆焊槽的宽度方向延伸至堆焊槽外，即让最后一层焊道的部分区域焊接在环形工件的壁面上，这样增大堆焊层与环形工件的接触面积，有利于增大堆焊层和环形工件的结合力，避免在后续焊满堆焊槽时的焊缝应力将堆焊层从环形工件的堆焊槽上扯脱，导致铜钢结合面出现分层而使堆焊层从环形工件上脱离的情况，保证堆铜质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种环形工件的堆焊方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种环形工件上形成堆焊槽的状态示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种环形工件的堆焊方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的一种在环形工件的内壁上形成堆焊层的示意图；

图5是本发明实施例提供的一种在环形工件的端面上形成堆焊层的示意图；

图6是本发明实施例提供的一种焊枪与变位机行进方向的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种环形工件的堆焊方法的流程图。如图1所示，该焊接方法包括：

步骤101：在环形工件的端面和内壁上形成堆焊槽。

其中，环形工件包括两个端面，即步骤101包括在环形工件1的两个端面上均形成堆焊槽(参见图2)，且位于环形工件1的端面的堆焊槽3为环形槽；而由于环形工件1的内壁为筒状曲面，因此位于环形工件1的内壁的堆焊槽2为曲面槽。

步骤102：在环形工件的内壁上的堆焊槽的侧壁处形成环形焊缝。

其中，环形焊缝包括依次层叠而成的焊道，环形焊缝上最后一层焊道的部分区域沿堆焊槽的宽度方向延伸至堆焊槽外。

本实施例中，环形工件的内壁上的堆焊槽的侧壁处是指：位于堆焊槽底面上的两个侧壁。如图2所示，两个侧壁分别靠近环形工件1的两个端面。

步骤103：将环形工件的内壁上的堆焊槽焊满。

步骤104：在环形工件的端面上的堆焊槽的侧壁处形成环形焊缝。

其中，环形工件的端面上的堆焊槽的侧壁处是指：位于堆焊槽底面上的一个侧壁。如图2所示，该侧壁靠近环形工件1的外壁面。

步骤105：将环形工件的端面上的堆焊槽焊满。

本发明实施例通过在环形工件的端面和内壁上形成堆焊槽，这样可以在环形工件的端面和内壁上进行堆焊，以提高环形工件的端面和内壁处的耐磨性能。并且在堆焊时，沿堆焊槽的端面和内壁上的侧壁处形成环形焊缝，即先在环形工件的铜钢结合面处焊接形成少量的焊缝，这样避免依次焊接过多而导致堆焊层从堆焊槽内脱离。然后本实施例还将环形焊缝上最后一层焊道部分区域沿堆焊槽的宽度方向延伸至堆焊槽外，即让最后一层焊道的部分区域焊接在环形工件的壁面上，这样增大堆焊层与环形工件的接触面积，有利于增大堆焊层和环形工件的结合力，避免在后续焊满堆焊槽时的焊缝应力将堆焊层从环形工件的堆焊槽上扯脱，导致铜钢结合面出现分层而使堆焊层从环形工件上脱离的情况，保证堆铜质量。

本实施例中，堆焊采用手工钨极氩弧焊的焊接方法进行焊接，焊接材料牌号CuAl₁₀Fe₅Ni₅(Φ4.0mm)，焊材成分见表1。保护气体为氩气，确保氩气纯度≥99.99％。其中，焊材成分包括：铜、锌、锡、锰、铁、硅、镍、铝和铅，锌的重量份为0.5份，锡的重量份为0.2份，锰的重量份为3.0份，铁的重量份3.5至5.5份，硅的重量份硅0.1份，镍的重量份3.5至6.5份，铝的重量份8.0至11.0份，铅的重量份0.1份，余量为铜。

表1焊材成分表(质量分数％)

Cu

Zn

Sn

Mn

Fe

Si

Ni

Al

Pb

余量

0.5

0.2

3.0

3.5～5.5

0.1

3.5～6.5

8.0～11.0

0.1

图3是本发明实施例提供的另一种环形工件的堆焊方法的流程图。如图3所示，该堆焊方法包括：

步骤201：在环形工件的端面和内壁上形成堆焊槽。

其中，环形工件包括两个端面，即步骤201包括在环形工件的两个端面上均形成堆焊槽(参见图2)，且位于环形工件的端面的堆焊槽为环形槽；而由于环形工件的内壁为筒状曲面，因此位于环形工件的端面的堆焊槽为曲面槽。

步骤201还包括，在堆焊之前采用不锈钢轮清理堆焊槽的内壁面。这样可以清理待堆焊槽内的氧化膜。通过清理堆焊槽内的氧化膜可以提高堆焊的质量。

步骤202：对环形工件进行预热，预热温度为150至200℃。

步骤202包括：将环形工件整体进炉预热，预热温度150至200℃，且预热时加热速度小于200℃/h，保温时间1小时以上。

其中，预热能够降低焊缝处的冷却速度，使焊后的环形工件能够缓慢的冷却，减小焊缝及热影响区的淬硬程度，提高焊接接头的抗裂性，防止产品产生焊接裂纹，同时预热能够抑制堆焊层硬度的增加，将堆焊层的硬度控制在与环形工件的硬度相当的范围内，使得获得的环形工件能够具有较长的使用寿命。

步骤203：在环形工件的内壁上的堆焊槽的侧壁处形成环形焊缝。

其中，环形焊缝包括依次层叠而成的焊道，环形焊缝上最后一层焊道的部分区域沿堆焊槽的宽度方向延伸至堆焊槽外。

在本实施例中，形成环形焊缝的焊接电流为260至280A。由于铜的导热系数比钢大，为避免在钢本体(环形工件为钢材结构件)堆焊时钢侧(环形工件侧)过热，引起铜钢结合面分层，形成环形焊缝时选取上述电流值，并且在本实施例中，铜层上堆焊时，热传导太快，必须采用大电流才能保证焊材融化，因此铜层上堆焊时选取电流值参数见表2。

表2焊接参数

本实施例中，环形工件的内壁上的堆焊槽具有筒状底面和两个环形侧面，筒状底面沿环形工件的轴向延伸。

步骤203可以包括：分别在两个环形侧面和筒状底面的交界处沿环形工件的周向焊接，以形成两个环状的第一层焊道。在第一层焊道上逐层形成多道焊道，以在环形工件的内壁上形成环形焊缝。

堆焊环形工件的内壁时，由于堆焊槽为曲面槽，且堆焊槽具有两个环形侧面。堆焊时以周向焊接的方式沿堆焊槽的环形侧面形成两个环形焊缝，两个环形焊缝分别位于堆焊槽相对的两个环形侧面上。

步骤204：将环形工件的内壁上的堆焊槽焊满。

步骤204可以包括：在内壁上的堆焊槽内形成多层焊道，直至将堆焊槽焊满，多层焊道中的每一层焊道采用如下方式形成。在内壁上的堆焊槽内从内壁上的堆焊槽的两条环形焊缝处向中间交替形成多道环形焊道，以形成一层焊道具体地，以周向焊接的方式，分别沿两个环形焊缝向中间交替形成多道环形焊道，以形成一层焊道。

其中步骤203至204可以具体参见图4。如图4所示，先在堆焊槽的环形侧面形成环形焊缝A。形成环形焊缝A的过程包括：在堆焊槽的一个环形侧面处(如图4中1所示)依次堆焊形成环形焊缝A的第1层焊道、第2层焊直至将堆焊槽的深度方向填满。然后，在堆焊槽的另一个环形侧面处(如图4中2所示)，堆焊形成环形焊缝A的第1层焊道、第2层焊道直至将堆焊槽的深度方向填满。在形成环形焊缝的最后一层单层焊体时，需将该层焊道搭至环形工件的壁面上，即使最后一层焊道也与环形工件的壁面焊接在一起，从而增大堆焊层和环形工件的结合力，避免在焊接后续其他位置的单层焊缝时，因焊缝应力而将堆焊层从环形工件上扯脱，产生铜钢结合面的分层。

其中，在分别在内壁上的堆焊槽内从内壁上的堆焊槽的两条环形焊缝处向中间(如图4中a所示方向)交替形成多道环形焊道形成多层环形焊道B时，逐层堆焊其他位置，并且焊接顺序可以是依次焊接第3道焊道、第4道焊道、第5道焊道、第6道焊道(参见图4中3、4、5和6)，直至形成第一层环形焊道B。然后按上述顺序堆焊形成第二层环形焊道B、第三层环形焊道B。

本实施例中，多层焊道的层间温度为100至200℃。若如特殊情况焊接中断时间超过10min或者不能保证每一层焊道的层间温度，则需重新将环形工件进炉预热工件至150至200℃或者采用火焰枪进行加热，加热时应均匀加热，预热到150至200℃。

上述实现方式中，堆焊时以周向焊接的方式进行，即形成环形焊缝、第3道焊道、第4道焊道、第5道焊道、第6道焊道等焊缝时均环绕环形工件的环形侧面进行堆焊。这样，可以避免轴向焊接时存在的焊接熄弧点，由于焊接熄弧点的焊缝质量较难控制，若在堆焊时采用轴焊接容易使铜钢结合面处产生分层，因此周向焊接的方式可以提高焊接质量。

在将环形工件的内壁上的堆焊槽焊满之后，采用硅酸铝纤维保温材料对环形工件进行保温。并在1小时内，按照步骤202重新预热。

步骤205：在环形工件的端面上的堆焊槽的侧壁处形成环形焊缝。

其中，环形焊缝包括依次层叠而成的焊道，环形焊缝上最后一层焊道的部分区域沿堆焊槽的宽度方向延伸至堆焊槽外。

本实施例中，环形工件的端面上的堆焊槽具有一筒状侧面和环形底面，环形底面沿环形工件的径向延伸至环形工件的内壁。

步骤205可以包括：在筒状侧面和环形底面的交界处沿环形工件的周向焊接，以形成环状的第一层焊道。在第一层焊道上逐层形成多道焊道，以在环形工件的端面形成环形焊缝。

堆焊环形工件的端面时，所述堆焊槽为环形槽，堆焊槽具有一筒状侧面。堆焊时以周向焊接的方式沿堆焊槽的一筒状侧面形成环形焊缝。

步骤206：将环形工件的端面上的堆焊槽焊满。

步骤206可以包括：在端面上的堆焊槽内形成多层焊道，直至将端面上的堆焊槽焊满，多层焊道中的每一层焊道采用如下方式形成。在端面上的堆焊槽内从的环形焊缝处沿着径向替形成多道环形焊道，以形成一层焊道。

其中步骤205至206可以具体参见图5。如图5所示，先将堆焊槽筒状侧面处堆焊填满，即形成环形焊缝A。形成环形焊缝A的过程包括：在堆焊槽的筒状侧面处(如图5中1所示)依次堆焊形成环形焊缝A的第1层焊道、第2层焊道直至将堆焊槽的深度方向填满。在形成环形焊缝A的最后一层焊道时，需将该焊道搭至环形工件的壁面上，即最后一层焊道也与环形工件的壁面焊接在一起，从而增大堆焊层和环形工件的结合力，避免在焊接后续其他位置的堆焊时，因焊缝应力而将堆焊层从环形工件上扯脱，产生铜钢结合面的分层。

其中，在堆焊槽内从的侧壁(如图5中1所示)处沿着径向形成多道环形焊道B时，焊接顺序可以是依次焊接第2道环形焊道、第3道环形焊道(参见图5中2、和3)，直至形成第一层环形焊道B。然后按上述顺序堆焊形成第二层环形焊道B、第三层环形焊道B。

上述实现方式中，堆焊时以周向焊接的方式进行，即形成环形焊缝A、第2道焊道、第3道焊道等焊缝时均以圆周的行进轨迹进行堆焊。这样，可以避免轴向焊接时存在的焊接熄弧点，由于焊接熄弧点的焊缝质量较难控制，若在堆焊时采用轴焊接容易使铜钢结合面处产生分层，因此周向焊接的方式可以提高焊接质量。

在本实施例中，采用上述相同的方式对环形工件的另一端面进行堆焊。

在将环形工件的端面上的堆焊槽焊满之后,采用硅酸铝纤维保温材料对环形工件进行保温，并在1个小时须进炉退火热处理。

步骤207：对环形工件进行退火热处理。

具体地：退火热处理初始进炉温度为100℃至150℃，将环形工件放入炉内后，先将炉内逐步升温至300℃至400℃后保温2h至2.5h，再升温至510℃至530℃后保温1h至1.5h，然后让环形工件随炉冷却至100℃后，出炉在空气中自然冷却至室温。

可选地，堆焊方法采用变位机辅助焊接，变位机的旋转方向与焊枪行进方向相反。如图6所示，使用变位机对环形工件1的内壁进行堆焊。其中，焊枪3行进方向(如图6中b所示)和变位机旋转的方向(如图6中c所示)相反，这样，变位机的旋转方向与焊枪3行进方向相反可以将堆焊槽2内的杂质推出堆焊槽外。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种环形工件的堆焊方法，其特征在于，所述堆焊方法包括：

在环形工件的端面和内壁上形成堆焊槽，所述堆焊槽为所述环形工件的端面和内壁上的凹陷结构，所述环形工件的端面上的堆焊槽具有一筒状侧面和环形底面，所述环形底面沿所述环形工件的径向延伸至所述环形工件的内壁，所述环形工件的内壁上的堆焊槽具有筒状底面和两个环形侧面，所述筒状底面沿所述环形工件的轴向延伸；

在所述环形工件的内壁上的堆焊槽的侧壁处形成环形焊缝，所述环形焊缝包括沿所述堆焊槽的深度方向依次层叠而成的焊道，所述环形焊缝上最后一层所述焊道的部分区域沿所述堆焊槽的宽度方向延伸至所述堆焊槽外且与所述环形工件的壁面焊接在一起，在所述环形工件的内壁上的堆焊槽的侧壁处形成环形焊缝包括：分别在所述两个环形侧面和所述筒状底面的交界处沿所述环形工件的周向焊接，以形成两个环状的第一层焊道；在所述第一层焊道上逐层形成多道焊道，以在所述环形工件的内壁上形成所述环形焊缝；

在所述内壁上的堆焊槽内形成多层焊道，直至将所述堆焊槽焊满，所述多层焊道中的每一层焊道采用如下方式形成：在所述内壁上的堆焊槽内从所述内壁上的堆焊槽的两条环形焊缝处向中间交替形成多道环形焊道；

在所述环形工件的端面上的堆焊槽的侧壁处形成所述环形焊缝，在所述环形工件的端面上的堆焊槽的侧壁处形成环形焊缝包括：在所述筒状侧面和所述环形底面的交界处沿所述环形工件的周向焊接，以形成环状的第一层焊道；在所述第一层焊道上逐层形成多道焊道，以在所述环形工件的端面形成所述环形焊缝；

在所述端面上的堆焊槽内形成多层焊道，直至将所述端面上的堆焊槽焊满，所述多层焊道中的每一层焊道采用如下方式形成：在所述端面上的堆焊槽内从所述环形焊缝处沿着径向形成多道环形焊道。

2.根据权利要求1所述的堆焊方法，其特征在于，在焊满所述环形工件的内壁上的堆焊槽和所述环形工件的端面上的堆焊槽时，层间温度为100至200℃。

3.根据权利要求1所述的堆焊方法，其特征在于，在所述堆焊槽的侧壁处形成环形焊缝之前，还包括：

对环形工件进行预热，预热温度为150至200℃。

4.根据权利要求1所述的堆焊方法，其特征在于，在所述堆焊槽的侧壁处形成所述环形焊缝时，焊接电流为260至280A，将所述堆焊槽焊满时的焊接电流为280至300A。

5.根据权利要求1所述的堆焊方法，其特征在于，在所述将所述环形工件的内壁上的堆焊槽焊满之后，所述方法还包括：

采用硅酸铝纤维保温材料对所述环形工件进行保温，并对所述环形工件进行预热，

在所述将所述环形工件的端面上的堆焊槽焊满之后，所述方法还包括：

采用硅酸铝纤维保温材料对所述环形工件进行保温。

6.根据权利要求1所述的堆焊方法，其特征在于，在所述堆焊槽的侧壁处形成所述环形焊缝时，焊接电压为22至24V，将所述堆焊槽焊满时的焊接电压为24至26V。

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