專利名稱：一種核二級(jí)泵軸套表面強(qiáng)化處理方法
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)泵軸套表面強(qiáng)化處理方法。
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)滑軸套又是核泵中的關(guān)鍵部件。水潤(rùn)滑軸套具有不燃燒，降低摩擦副的摩擦振動(dòng)、噪聲和由摩擦引起的對(duì)軸套的磨損等優(yōu)點(diǎn)。由于其較為苛刻的工況條件，軸套的內(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)滑軸套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)軸套表面性能的要求。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)在軸套的外表面堆焊一層強(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)中還沒有采用等離子弧堆焊技術(shù)強(qiáng)化軸套外表面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種核二級(jí)泵軸套表面強(qiáng)化處理方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為—種核二級(jí)泵軸套表面強(qiáng)化處理方法在軸套外表面堆焊強(qiáng)化合金粉末Ni60合金層。所述Ni60合金層厚度為O. 5-3. 5毫米。所述軸套表面強(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套焊前熱處理；其次進(jìn)行焊接；最后進(jìn)行焊后熱處理，即將軸套焊接件在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焊前將Ni60合金粉末在200-250°C下保溫1_3小時(shí)后，緩冷至室溫。所述軸套焊前熱處理將軸套在200-350°C下，保溫2-4小時(shí)，進(jìn)而減少內(nèi)部應(yīng)力，避免焊接過程中產(chǎn)生開裂。所述焊接參數(shù)為焊接電流160-190A、焊接電壓30-35V、送粉速度25_35g/min、焊接頻率20_30Hz、焊接速度30-50mm/min、擺動(dòng)幅度27_35mm。本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明利用了軸套基體不銹鋼較好的焊接性，將等離子弧堆焊技術(shù)用于軸套表面的強(qiáng)化，根據(jù)軸套實(shí)際的使用工況和要求，通過選擇合適的強(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軸套的表面強(qiáng)化，另外選擇適當(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，得到強(qiáng)化后的軸套材料具有良好的性能。2.本發(fā)明采用單道連續(xù)自動(dòng)焊接，直至焊滿整個(gè)軸套表面。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，所以在焊接過程中需嚴(yán)格控制層間溫度不超過400°C。3.力學(xué)性能高本發(fā)明經(jīng)等離子弧堆焊技術(shù)強(qiáng)化后的軸套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)軸套不銹鋼基體和強(qiáng)化堆焊層之間冶金結(jié)合良好，無未熔合、氣孔、夾渣等缺陷。另外軸套基體的稀釋率較低，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)效率高本發(fā)明等離子弧堆焊技術(shù)的生產(chǎn)效率高，是傳統(tǒng)的手工堆焊技術(shù)的5倍，另外可以節(jié)省超過60%的合金用量。5.本發(fā)明制造過程中機(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。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的核泵水潤(rùn)滑軸套表面強(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本發(fā)明實(shí)施例提供的中軸套外表面焊接示意圖。圖4本發(fā)明實(shí)施例提供的處理后軸套效果實(shí)驗(yàn)圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明實(shí)施例中所述的核二級(jí)泵軸套表面強(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)泵軸套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，將選擇的合適的強(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，再將軸套試件進(jìn)行焊前熱處理，為了減小焊接應(yīng)力、降低冷卻速度，軸套需進(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，即之后將軸套安裝在等離子弧堆焊機(jī)對(duì)應(yīng)的卡盤工裝上，選擇調(diào)整合適的參數(shù)進(jìn)行焊接，采用外圓槍焊接。之后進(jìn)行焊后熱處理，即軸套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)泵軸套表面強(qiáng)化處理方法，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Ni60作為強(qiáng)化合金粉末，其元素含量為Fe3. 69%, Cr 14. 85%, CO. 76%, B3. 11%, Si4. 45%, Ni73. 14%，粒度在 45-150 μ m 之間。焊前將Ni50合金粉末在250°C下保溫I個(gè)小時(shí)后，緩冷至室溫。2)軸套焊前熱處理將軸套在350°C下，保溫2個(gè)小時(shí)以減少內(nèi)部應(yīng)力，避免焊接過程中產(chǎn)生開裂。
焊接本實(shí)施例中利用等離子弧焊槍，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。通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移弧電流來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190A、焊接電壓35V、送粉速度25g/min、焊接頻率20Hz、焊接速度30mm/min、擺動(dòng)幅度27mm。使用外圓槍，單道連續(xù)自動(dòng)焊接，直至焊滿整個(gè)工件后停弧。焊后熱處理 取出軸套，立即投入蛭石粉(20-40目)中緩冷至室溫，之后取出軸套，經(jīng)PT檢驗(yàn)并未出現(xiàn)有裂紋和夾渣等缺陷。采用精密切削至最終尺寸。切取上述軸套部分試塊進(jìn)行硬度和金相檢驗(yàn)(按照《GB/T 230. 2-2002金屬洛氏硬度試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》；《GB/T 13298-1991 :金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》)堆焊層的洛氏硬度在55-59HRC之間，平均硬度為56. 9HRC。維氏硬度計(jì)對(duì)堆焊層剖面進(jìn)行硬度檢測(cè)，可見堆焊層的硬度相對(duì)于軸套不銹鋼基體有明顯提高，并且在熔合區(qū)域有明顯的硬度過渡區(qū)。通過金相檢驗(yàn)，可知堆焊層與基體沒有出現(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，詳見圖5。實(shí)施例2當(dāng)核二級(jí)泵軸套基材為奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼時(shí)，通過該發(fā)明對(duì)焊接過程中的熱輸入量進(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Ni60作為強(qiáng)化合金粉末，其元素含量為Fe3. 69%, Cr 14. 85%, CO. 76%, B3. 11%, Si4. 45%, Ni73. 14%，粒度在 45-150 μ m 之間。焊前將Ni 50合金粉末在200°C下保溫I個(gè)小時(shí)后，緩冷至室溫。2)軸套焊前熱處理將軸套在200°C下，保溫2個(gè)小時(shí)以減少內(nèi)部應(yīng)力，避免焊接過程中產(chǎn)生開裂。焊接本實(shí)施例中利用等離子弧焊槍，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。通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移弧電流來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35g/min、焊接頻率30Hz、焊接速度50mm/min、擺動(dòng)幅度35mm。使用外圓槍，單道連續(xù)自動(dòng)焊接，直至焊滿整個(gè)工件后?；?。焊后熱處理取出軸套，立即投入蛭石粉(20-40目)中緩冷至室溫，之后取出軸套，經(jīng)PT檢驗(yàn)并未出現(xiàn)有裂紋和夾渣等缺陷。采用精密切削至最終尺寸。切取上述軸套部分試塊進(jìn)行硬度和金相檢驗(yàn)(按照《GB/T 230. 2-2002金屬洛氏硬度試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》；《GB/T 13298-1991 :金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》)堆焊層的洛氏硬度在55-59HRC之間，平均硬度為57. 6HRC。維氏硬度計(jì)對(duì)堆焊層剖面進(jìn)行硬度檢測(cè)，可見堆焊層的硬度相對(duì)于軸套不銹鋼基體有明顯提高，并且在熔合區(qū)域有明顯的硬度過渡區(qū)。通過金相檢驗(yàn)，可知堆焊層與基體沒有出現(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套焊前熱處理；其次進(jìn)行焊接；最后進(jìn)行焊后熱處理，即將軸套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焊前將Ni60合金粉末在200°C下保溫3小時(shí)后，緩
冷至室溫。所述軸套焊前熱處理將軸套在200°C下，保溫4小時(shí)，進(jìn)而減少內(nèi)部應(yīng)力，避免焊接過程中產(chǎn)生開裂。所述焊接參數(shù)為焊接電流170A、焊接電壓32V、送粉速度30g/min、焊接頻率25Hz、焊接速度40mm/min、擺動(dòng)幅度30mm。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套焊前熱處理；其次進(jìn)行焊接；最后進(jìn)行焊后熱處理，即將軸套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焊前將Ni60合金粉末在220°C下保溫2小時(shí)后，緩冷至室溫。所述軸套焊前熱處理將軸套在300°C下，保溫3小時(shí)，進(jìn)而減少內(nèi)部應(yīng)力，避免焊接過程中產(chǎn)生開裂。所述焊接參數(shù)為焊接電流180A、焊接電壓30V、送粉速度25g/min、焊接頻率30Hz、焊接速度50mm/min、擺動(dòng)幅度27mm。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)泵軸套表面強(qiáng)化處理方法，其特征在于在軸套外表面堆焊強(qiáng)化合金粉末Ni60合金層。
2.按權(quán)利要求1所述的核二級(jí)泵軸套表面強(qiáng)化處理方法，其特征在于所述M60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)泵軸套表面強(qiáng)化處理方法，其特征在于所述軸套表面強(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套焊前熱處理；其次進(jìn)行焊接；最后進(jìn)行焊后熱處理，即將軸套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)泵軸套表面強(qiáng)化處理方法，其特征在于所述強(qiáng)化合金粉末干燥處理焊前將Ni60合金粉末在200-250°C下保溫1_3小時(shí)后，緩冷至室溫。
5.按權(quán)利要求3所述的核二級(jí)泵軸套表面強(qiáng)化處理方法，其特征在于所述軸套焊前熱處理將軸套在200-350°C下，保溫2-4小時(shí)，進(jìn)而減少內(nèi)部應(yīng)力，避免焊接過程中產(chǎn)生開
6.按權(quán)利要求3所述的核二級(jí)泵軸套表面強(qiáng)化處理方法，其特征在于所述焊接參數(shù)為焊接電流160-190Α、焊接電壓30-35V、送粉速度25_35g/min、焊接頻率20_30Hz、焊接速度 30-50mm/min、擺動(dòng)幅度 27_35mm。
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)泵軸套表面強(qiáng)化處理方法。在軸套外表面堆焊強(qiáng)化合金粉末Ni60合金層。本發(fā)明利用了軸套基體不銹鋼較好的焊接性，將等離子弧堆焊技術(shù)用于軸套表面的強(qiáng)化，根據(jù)軸套實(shí)際的使用工況和要求，通過選擇合適的強(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軸套的表面強(qiáng)化，另外選擇適當(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，得到強(qiáng)化后的軸套材料具有良好的性能。
文檔編號(hào)B23K9/04GK103028825SQ20111030240
公開日2013年4月10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)明者王學(xué)軍, 鄧德偉 申請(qǐng)人:沈陽透平機(jī)械股份有限公司