專利名稱：一種快速焊接修復大型zg20鑄鋼件缺陷的方法及焊接材料的制作方法
技術領域：
本發明屬于鑄件焊接修復技術領域，涉及ー種快速焊接修復大型ZG20鑄鋼件缺陷的方法，本發明還涉及ー種快速焊接修復大型ZG20鑄鋼件缺陷的焊接材料。
背景技術：
鑄造是材料成形的第一道エ序，由于鑄造生產過程的復雜性，不可避免的造成各種鑄造缺陷。缺陷導致的鑄件報廢除了給生產企業帶來直接的經濟損失之外，廢品件的后續處理也給社會帶來壓力，對環境造成傷害。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是企業增資節能、提高經濟效益的舉措，有利于環境資源的可持續發展及人類社會的健康。大型鑄鋼件缺陷焊接修復的難度在于因鑄件導熱過快引起的焊接區熔合不良， 或因熔敷金屬量多導致熱應カ過大而開裂。采用電渣焊修補缺陷則易造成焊接區金屬晶粒粗大，引起焊區性能降低。
發明內容
本發明的目的在于提供ー種快速焊接修復大型ZG20鑄鋼件缺陷的方法，實現在室溫下直接焊接修補缺陷鑄件，井能有效地抑制焊區晶粒粗化，降低裂紋傾向，焊接區色澤與鑄件本體一致。本發明的另ー目的在于提供ー種快速焊接修復大型ZG20鑄鋼件缺陷的焊接材料。本發明所采用的技術方案是，ー種快速焊接修復大型鑄鋼件缺陷的焊接材料，用于大型ZG35CrMo鑄鋼件焊接修復時，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%。本發明所采用的另ー技術方案是，ー種快速焊接修復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熱劑發生放熱反應，將焊接材料中的所有組分全部熔化變為熔敷金屬，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生分層；步驟5、放熱反應后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金屬；步驟6、待焊接區金屬冷卻到400°C以下，去掉壓鐵和提壩，去除焊接區金屬高出鑄件表面的部分，即成。本發明的有益效果是，應用鑄造放熱冒ロ技術和鋁熱劑發熱原理，焊接區機械保護作用良好；焊接速度可控性好，環保性好；焊接溫度低，對鑄件本體的熔化程度小，熔合區窄小；焊接區組織致密，通過調整焊粉材料成分，獲得與不同牌號鑄鋼件相對應的焊縫金屬，非常適合各類大型鑄鋼件各種缺陷的焊接修復。
圖1是采用本發明方法對鑄件缺陷打磨后的待焊部位形狀圖；圖2是采用本發明方法對缺陷上部修筑提壩造型圖；圖3是采用本發明方法的焊接之前的焊粉裝填示意圖；圖4是采用本發明方法的焊后焊接區結構圖；圖5是采用本發明方法加工后的鑄件焊接區。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
接區金屬，8.坡ロ。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。本發明的快速焊接修復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熱劑，包括!^e2O3和Al，兩者發生放熱化學反應后，既提供了焊接冶金所需要的能量，反應產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。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，可用來調節熔渣粘度。第三部分為合金劑，針對不同種類的鑄鋼件需要應用不同的焊接填充粉料，以獲得與所修復鑄鋼件組織和性能相匹配的焊接區金屬，相應進行針對性補充，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方案是用于大型ZG35CrMo鑄鋼件焊接修復的焊接材料，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粉作為發熱劑。反應產生的能量不僅能夠維持放熱反應的繼續進行，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。為減小焊接區金屬的高溫氧化所導致的焊縫氣孔， !^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、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等有害雜質元素的影響，焊接粉末中含錳量較高，且添加了 CaO。本發明所采用的第二種技術方案是用于大型ZG20鑄鋼件焊接修復的焊接材料， 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粉作為發熱劑。反應產生的能量不僅能夠維持放熱反應的繼續進行，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、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本發明的快速焊接修復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為熔敷金屬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生分層；步驟5、開始反應后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金屬7 ；步驟6、待焊接區金屬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金屬7高出鑄件表面的部分，再將焊接區表面打磨光滑，形成如圖5所示的焊補區域，即成。本發明的特點是，沿缺陷上緣修筑提壩造型，須預留高約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；應用高速水流對焊接區激冷是實現快速焊接修復的關鍵所在。該焊接方法既簡化了焊材生產エ藝，又節約了能源，對環境無污染，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，實現大型鑄鋼件大缺陷的高性能快速焊接修復。實施例1首先，配制用于大型ZG35CrMo鑄鋼件焊接修復的焊接材料，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中的發熱劑發生放熱反應，將焊接材料4 中的所有組分全部熔化變為熔敷金屬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生分層；步驟5、開始反應后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金屬7 ；步驟6、待焊接區金屬冷卻到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成分如表1示，與所修復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要求。表1本發明實施例1中焊接粉末熔敷金屬化學成份(重量％ )
序號CSiMnSPNiしUCrFe
權利要求
1.ー種快速焊接修復大型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熱劑發生放熱反應，將焊接材料 (4)中的所有組分全部熔化變為熔敷金屬(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生分層；步驟5、放熱反應后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金屬(7)；步驟6、待焊接區金屬(7)冷卻到400°C以下，去掉壓鐵(3)和提壩O)，去除焊接區金屬(7)高出鑄件表面的部分，即成。
2.根據權利要求1所述的快速焊接修復大型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
本發明公開了一種快速焊接修復大型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％。本發明還公開了一種快速焊接修復大型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，使焊接材料發生放熱反應，快速冷卻后去除焊接區金屬高出鑄件表面的部分。本發明方法修復后的焊縫成份、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 優先權日2010年6月21日
發明者徐錦鋒, 翟秋亞 申請人:西安理工大學