專利名稱：一種快速焊接修復(fù)大型zg20鑄鋼件缺陷的方法及焊接材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鑄件焊接修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種快速焊接修復(fù)大型ZG20鑄鋼件缺陷的方法，本發(fā)明還涉及ー種快速焊接修復(fù)大型ZG20鑄鋼件缺陷的焊接材料。
背景技術(shù)：
鑄造是材料成形的第一道エ序，由于鑄造生產(chǎn)過程的復(fù)雜性，不可避免的造成各種鑄造缺陷。缺陷導(dǎo)致的鑄件報廢除了給生產(chǎn)企業(yè)帶來直接的經(jīng)濟損失之外，廢品件的后續(xù)處理也給社會帶來壓力，對環(huán)境造成傷害。尤其是大型廢品件的肢解和破碎過程需要花費大量的能源；鑄件的再生產(chǎn)又一次需要熔煉，這在消耗能源的同時，排放的廢氣和熔渣也對環(huán)境造成了二次污染。當然，這還不包括勞動カ和時間成本的浪費。因此，對大型缺陷鑄件進行挽救修復(fù)是企業(yè)增資節(jié)能、提高經(jīng)濟效益的舉措，有利于環(huán)境資源的可持續(xù)發(fā)展及人類社會的健康。大型鑄鋼件缺陷焊接修復(fù)的難度在于因鑄件導(dǎo)熱過快引起的焊接區(qū)熔合不良， 或因熔敷金屬量多導(dǎo)致熱應(yīng)カ過大而開裂。采用電渣焊修補缺陷則易造成焊接區(qū)金屬晶粒粗大，引起焊區(qū)性能降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種快速焊接修復(fù)大型ZG20鑄鋼件缺陷的方法，實現(xiàn)在室溫下直接焊接修補缺陷鑄件，井能有效地抑制焊區(qū)晶粒粗化，降低裂紋傾向，焊接區(qū)色澤與鑄件本體一致。本發(fā)明的另ー目的在于提供ー種快速焊接修復(fù)大型ZG20鑄鋼件缺陷的焊接材料。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，ー種快速焊接修復(fù)大型鑄鋼件缺陷的焊接材料，用于大型ZG35CrMo鑄鋼件焊接修復(fù)時，由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成三氧化ニ鐵 33% _38%、鋁對％ 、純堿 1.4% -1.6%、硼砂 4% _7%、螢石 8% -12%、氧化鈣6% -8%、中碳錳鐵4% -5%、ニ氧化硅6% -8%、三氧化ニ鉻3% _5%、鉬鐵-2%, 總重量為100% ；用于大型ZG20鑄鋼件焊接修復(fù)時，由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成三氧化ニ鐵-38%、鋁20% -25%、純堿1.4% -1.6%、硼砂5% _7%、螢石 8%-10%、氧化鈣10%-12%、ニ氧化硅6. 5%-7. 5%、氧化錳3. 5%-5%，總重量為100%。本發(fā)明所采用的另ー技術(shù)方案是，ー種快速焊接修復(fù)大型鑄鋼件缺陷的方法，該方法按照以下步驟實施步驟1、在缺陷鑄件的缺陷部位加工出坡ロ ；步驟2、沿坡ロ開口上緣周邊造型沿缺陷坡口上部周邊修筑提壩，提壩的上緣設(shè)置點火引信的引入槽；步驟3、裝填焊接材料針對具體牌號的鑄鋼件，將相應(yīng)配制的焊接材料裝填入坡 ロ及提壩形成的空間中，埋入點火引信后夯實、填滿焊接材料，最后在提壩上沿壓上壓鐵；步驟4、點燃點火引信，使得焊接材料中的發(fā)熱劑發(fā)生放熱反應(yīng)，將焊接材料中的所有組分全部熔化變?yōu)槿鄯蠼饘?，熔敷金屬中的鐵液密度高于熔渣沉入坡口中，而熔渣上浮與鐵液發(fā)生分層；步驟5、放熱反應(yīng)后0. 5-1分鐘，立即用水噴注使熔敷金屬快速冷卻，得到包括熔渣和多余金屬層的焊接區(qū)金屬；步驟6、待焊接區(qū)金屬冷卻到400°C以下，去掉壓鐵和提壩，去除焊接區(qū)金屬高出鑄件表面的部分，即成。本發(fā)明的有益效果是，應(yīng)用鑄造放熱冒ロ技術(shù)和鋁熱劑發(fā)熱原理，焊接區(qū)機械保護作用良好；焊接速度可控性好，環(huán)保性好；焊接溫度低，對鑄件本體的熔化程度小，熔合區(qū)窄??；焊接區(qū)組織致密，通過調(diào)整焊粉材料成分，獲得與不同牌號鑄鋼件相對應(yīng)的焊縫金屬，非常適合各類大型鑄鋼件各種缺陷的焊接修復(fù)。


圖1是采用本發(fā)明方法對鑄件缺陷打磨后的待焊部位形狀圖；圖2是采用本發(fā)明方法對缺陷上部修筑提壩造型圖；圖3是采用本發(fā)明方法的焊接之前的焊粉裝填示意圖；圖4是采用本發(fā)明方法的焊后焊接區(qū)結(jié)構(gòu)圖；圖5是采用本發(fā)明方法加工后的鑄件焊接區(qū)。其中，1.缺陷鑄件，2.提壩，3.壓鐵，4.焊接材料，5.點火引信，6.熔敷金屬，7.焊
接區(qū)金屬，8.坡ロ。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明的快速焊接修復(fù)大型鑄鋼件缺陷的焊接材料，按照其功能包括三部分的粉末第一部分為發(fā)熱劑，包括!^e2O3和Al，兩者發(fā)生放熱化學(xué)反應(yīng)后，既提供了焊接冶金所需要的能量，反應(yīng)產(chǎn)物狗又可作為主要的熔敷金屬形成焊縫，Al2O3進入熔渣，亦可參與熔池中的造渣反應(yīng)。第二部分為造渣劑，包括Na2C03、Na2B4O7, CaF2和CaO，其中的Na2B4O7和CaF2還兼有稀釋劑的作用，可用來調(diào)節(jié)熔渣粘度。第三部分為合金劑，針對不同種類的鑄鋼件需要應(yīng)用不同的焊接填充粉料，以獲得與所修復(fù)鑄鋼件組織和性能相匹配的焊接區(qū)金屬，相應(yīng)進行針對性補充，熔化后既可形成焊縫金屬，又具有合金化作用。
上述焊接材料組分中，發(fā)熱劑和造渣劑具有通用性；而針對不同牌號鑄鋼件的焊接修復(fù)需要，合金劑在種類及含量方面具有一定的差別。針對大型鑄鋼件，具體包括以下兩種方案第一種技術(shù)方案是用于大型ZG35CrMo鑄鋼件焊接修復(fù)的焊接材料，由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成三氧化ニ鐵33% _38%、鋁對％ 、純堿1.4% _1.6%、硼砂4% _7%、螢石 8% -12%、氧化鈣6% -8%、中碳錳鐵4% -5%、ニ氧化硅6% -8%、三氧化ニ鉻3% -5%, 鉬鐵-2%，總重量為100%。在本方案的焊接材料中，各組分及含量限定如下為了使得焊接過程得以進行，加入了大量的!^e2O3和Al粉作為發(fā)熱劑。反應(yīng)產(chǎn)生的能量不僅能夠維持放熱反應(yīng)的繼續(xù)進行，而且還能足以熔化各種金屬粉料，并使母材局部熔化，共同形成焊縫，達到焊接的目的。為了使焊渣聚集、上浮且與熔敷金屬分離，預(yù)防焊縫金屬夾渣，加入了 CaF2、CaO, Na2CO3^Na2B4O7等作為造渣劑和稀釋劑。為減小焊接區(qū)金屬的高溫氧化所導(dǎo)致的焊縫氣孔， !^e2O3加入量不宜過多。另外，在焊粉當中還添加了一定量的SiO2和Cr2O3，用來補充放熱反應(yīng)、過渡合金元素Cr、并用于造渣。為了使焊縫金屬獲得與鑄鋼件相匹配的組織和性能，浄化焊縫金屬，減小S、P等有害雜質(zhì)元素的影響，焊接粉末中含錳量較高，且添加了 CaO。本發(fā)明所采用的第二種技術(shù)方案是用于大型ZG20鑄鋼件焊接修復(fù)的焊接材料， 由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成三氧化ニ鐵-38%、鋁20% _25%、純堿 1.4% _1.6%、硼砂 5% _7%、螢石 8%-10%、氧化鈣10%-12%、ニ氧化硅6. 5%-7. 5%、氧化錳3. 5%_5%，總重量為100%。在本方案的焊接材料中，各組成及含量限定理由分別敘述如下為了使得焊接過程得以進行，加入了大量的!^e2O3和Al粉作為發(fā)熱劑。反應(yīng)產(chǎn)生的能量不僅能夠維持放熱反應(yīng)的繼續(xù)進行，而且還能足以熔化各種金屬粉料，并使母材局部熔化，共同形成焊縫，達到焊接的目的。為了使焊渣聚集、上浮且與熔敷金屬分離，預(yù)防焊縫金屬夾渣，加入了 Na2CO3. Na2B4O7, CaF2和CaO等作為造渣劑。另外，在焊粉當中還添加了一定量的SiO2,用來補充放熱反應(yīng)、過渡合金元素Si、并用于造渣。為了使焊縫金屬獲得與鑄件相匹配的組織和性能，浄化焊縫金屬，減小S元素的有害影響，焊接粉末中含3. 5% -5% MnO0本發(fā)明的快速焊接修復(fù)大型鑄鋼件缺陷的方法，針對不同牌號的大型鑄鋼件，使用上述的焊接材料，按照以下步驟具體實施步驟1、對缺陷鑄件1的缺陷部位實施打磨，加工出坡ロ 8，如圖1 ；步驟2、沿坡ロ 8開口上緣周邊造型。使用型砂或水泥沿缺陷坡ロ 8上部周邊修筑造型提壩2 (缺陷上部造型體)，用以除渣和預(yù)防金屬液溢流，提壩2的上緣需留有點火引信 5的引入槽，如圖2;步驟3、裝填焊接材料針對具體牌號的鑄鋼件，將相應(yīng)配制的焊接材料4裝填入坡ロ 8及提壩2形成的空間中，埋入點火引信5后夯實、填滿焊接材料，最后在提壩2上沿壓上壓鐵3，如圖3;步驟4、點燃點火引信5，將焊接材料4中的所有組分全部熔化變?yōu)槿鄯蠼饘?，熔敷金屬6中的鐵液密度高于熔渣沉入坡ロ 8中，而熔渣上浮與鐵液發(fā)生分層；步驟5、開始反應(yīng)后0. 5-1分鐘，立即用水噴注到提壩及其周圍的鑄件上表面使熔敷金屬6快速冷卻，得到包括熔渣和多余金屬層的焊接區(qū)金屬7 ；步驟6、待焊接區(qū)金屬7冷卻到400で以下，去掉壓鐵3，取掉造型提壩2，如圖4，通過機加工方法去除焊接區(qū)金屬7高出鑄件表面的部分，再將焊接區(qū)表面打磨光滑，形成如圖5所示的焊補區(qū)域，即成。本發(fā)明的特點是，沿缺陷上緣修筑提壩造型，須預(yù)留高約3mm，寬約5mm的引信槽， 注意槽的寬和高位向，以防焊接過程中熔渣與金屬液的過度外流；應(yīng)用高速水流對焊接區(qū)激冷是實現(xiàn)快速焊接修復(fù)的關(guān)鍵所在。該焊接方法既簡化了焊材生產(chǎn)エ藝，又節(jié)約了能源，對環(huán)境無污染，而且還能夠獲得與鑄件本體成分、組織、性能及色澤相匹配的焊接區(qū)，實現(xiàn)大型鑄鋼件大缺陷的高性能快速焊接修復(fù)。實施例1首先，配制用于大型ZG35CrMo鑄鋼件焊接修復(fù)的焊接材料，由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成三氧化ニ鐵36 %、鋁沈％、純堿1. 5 %、硼砂6 %、螢石8 %、氧化鈣6 %、中碳錳鐵 5%、ニ氧化硅6. 5%、三氧化ニ鉻3. 5%、鉬鐵1.5%，總重量為100%。然后，利用上述配制好的焊接材料，按照下述步驟具體實施步驟1、對缺陷鑄件1的缺陷部位實施打磨，加工出坡ロ 8 ；步驟2、沿坡ロ 8上緣周邊造型。使用型砂或水泥沿缺陷坡ロ 8上部周邊修筑提壩 2，提壩2的上緣留有點火引信5的引入槽；步驟3、裝填焊接材料將配制的焊接材料4裝填入坡ロ 8及提壩2中，埋入點火引信5后夯實、填滿，最后在上面壓上壓鐵3 ；步驟4、點燃點火引信5，使得焊接材料4中的發(fā)熱劑發(fā)生放熱反應(yīng)，將焊接材料4 中的所有組分全部熔化變?yōu)槿鄯蠼饘?，熔敷金屬6中的鐵液密度高于熔渣沉入坡ロ 8中， 而熔渣上浮與鐵液發(fā)生分層；步驟5、開始反應(yīng)后0. 5-1分鐘，立即用水噴注到提壩及其周圍的鑄件上表面使熔敷金屬6快速冷卻，得到包括熔渣和多余金屬層的焊接區(qū)金屬7 ；步驟6、待焊接區(qū)金屬冷卻到400°C以下，去掉壓鐵3，打去提壩2，再去除焊接區(qū)金屬7高出鑄件表面的部分，即成。本實施例1中，焊接粉末熔敷金屬的化學(xué)成分如表1示，與所修復(fù)鑄鋼件材料的組成基本相同，即金相組織相同，達到了鑄件的焊接修復(fù)要求。表1本發(fā)明實施例1中焊接粉末熔敷金屬化學(xué)成份(重量％ )
序號CSiMnSPNiしUCrFe
權(quán)利要求
1.ー種快速焊接修復(fù)大型ZG20鑄鋼件缺陷的方法，其特征在于，該方法按照以下步驟實施步驟1、在缺陷鑄件(1)的缺陷部位加工出坡ロ(8)；步驟2、沿坡ロ(8)開口上緣周邊造型沿缺陷坡ロ(8)上部周邊修筑提壩0)，提壩 (2)的上緣設(shè)置點火引信(5)的引入槽；步驟3、裝填焊接材料針對具體牌號的鑄鋼件，將相應(yīng)配制的焊接材料(4)裝填入坡 ロ(8)及提壩( 形成的空間中，埋入點火引信( 后夯實、填滿焊接材料，最后在提壩(2) 上沿壓上壓鐵(3)；步驟4、點燃點火引信(5)，使得焊接材料中的發(fā)熱劑發(fā)生放熱反應(yīng)，將焊接材料 (4)中的所有組分全部熔化變?yōu)槿鄯蠼饘?6)，熔敷金屬(6)中的鐵液密度高于熔渣沉入坡 ロ(8)中，而熔渣上浮與鐵液發(fā)生分層；步驟5、放熱反應(yīng)后0. 5-1分鐘，立即用水噴注使熔敷金屬(6)快速冷卻，得到包括熔渣和多余金屬層的焊接區(qū)金屬(7)；步驟6、待焊接區(qū)金屬(7)冷卻到400°C以下，去掉壓鐵(3)和提壩O)，去除焊接區(qū)金屬(7)高出鑄件表面的部分，即成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速焊接修復(fù)大型ZG20鑄鋼件缺陷的方法，其特征在干，用于大型ZG20鑄鋼件焊接修復(fù)時，所述的焊接材料(4)由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成三氧化ニ鐵-38%、鋁20% -25%、純堿1.4% -1.6%、硼砂5% _7%、螢石 8%-10%、氧化鈣10%-12%、ニ氧化硅6. 5%-7. 5%、氧化錳3. 5%-5%，總重量為100%。
3.ー種快速焊接修復(fù)大型ZG20鑄鋼件缺陷的焊接材料，其特征在干，用干大型ZG20鑄鋼件焊接修復(fù)吋，由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成三氧化ニ鐵-38%、鋁 20% -25%、純堿 1.4% -1.6%、硼砂 5% _7%、螢石 8%-10%、氧化鈣10%-12%、ニ氧化硅6. 5%-7. 5%、氧化錳3. 5%-5%，總重量為100%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種快速焊接修復(fù)大型ZG20鑄鋼件缺陷的焊接材料，由以下組分按重量百分比組成三氧化二鐵35％-38％、鋁20％-25％、純堿1.4％-1.6％、硼砂5％-7％、螢石8％-10％、氧化鈣10％-12％、二氧化硅6.5％-7.5％、氧化錳3.5％-5％，總重量為100％。本發(fā)明還公開了一種快速焊接修復(fù)大型ZG20鑄鋼件缺陷的方法，通過將前述的焊接材料裝填入坡口及堤壩中，使焊接材料發(fā)生放熱反應(yīng)，快速冷卻后去除焊接區(qū)金屬高出鑄件表面的部分。本發(fā)明方法修復(fù)后的焊縫成份、組織細小致密、性能和色澤與鑄件本體一致。
文檔編號B23K35/362GK102554458SQ20121000140
公開日2012年7月11日 申請日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者徐錦鋒, 翟秋亞 申請人:西安理工大學(xué)