鋼管內壁的脈沖微束等離子堆焊方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鋼鐵零件表面強化領域，尤其涉及鋼管零件內壁的堆焊強化方法。
【背景技術】
[0002]在礦山、油田、電廠和機械領域，液壓缸、油缸等鋼管應用廣泛，由于工作條件惡劣，要求這些鋼管內壁必須具備耐磨、耐蝕和抗沖擊性能。傳統的處理方法是將鋼管調質后表面電鍍、化學鍍、激光熔覆、氬弧焊和離心鑄造然而電鍍和化學鍍不但污染環境，而且鍍層只有幾個微米，使用過程中會出現鼓泡、腐蝕坑及劃傷等問題，嚴重影響使用壽命。再者，當鋼管內徑嚴重磨損后電鍍無法修復只能報廢，造成巨大浪費。激光熔覆技術目前主要應用于外壁熔覆，受激光器體積限制無法應用于小徑鋼管的內壁熔覆，雖然采用光纖傳輸或者光路耦合可以獲得與管內壁呈冶金結合的熔覆層，但是受功率限制，制備的熔覆層較薄且激光器的造價高，光路系統復雜、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用于內圓熔覆，但是氬弧焊是以非壓縮的自由電弧為熱源，自由電弧的導向性差，這就導致了熔覆的成型差，缺陷難以控制，難以應用于高精度領域。離心鑄造工藝復雜，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熱300-900°C，然后使工件高速旋轉，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壁制備熔覆層，但是由于熔池在鋼管高速旋轉時會產生飛濺，不但會影響熔覆層成型，而且會影響槍的工作穩定性，難以長時間工作。傳統等離子熔覆技術難以應用于鋼管的內壁熔覆，因其輸出能量高，且能量集中，熱影響區大，工件容易變形。且傳統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性。本專利提出了一種鋼管內壁強化的新方法，一方面，該方法以脈沖等離子為熱源，通過調節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(鋁熱反應放熱)。二者結合可以實現等離子炬的長期穩定工作，且制備的堆焊層成型好、熱影響區小，耐磨、耐腐蝕。
【發明內容】
[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，本發明提供一種鋼制管狀零件的等離子堆焊方法。
[0004]本發明是通過以下步驟來實現的:
(1)、將需要強化的鋼管內壁進行除油、除銹，并上鏜床將內徑鏜至特定尺寸；
(2)、將鋼管裝入脈沖微束等離子堆焊機床，將堆焊鋼管的旋轉線速度調整至300_/min，離子炬的支撐臂隨鋼管旋轉作同步軸向進給，進給速度12-16mm/轉，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]本發明的顯著效果是:
(I )、本方法是一種綠色生產，工件可循環利用，避免可傳統的化學鍍、電鍍等工藝帶來的環境污染和資源浪費，符合國家的循環經濟產業政策；(2)、設備造價低且易于操作，可以降低對基體材質的要求，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致缸套內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。
[0012]1、將報廢的缸套進行除油、除銹，并上鏜床將缸套的內徑鏜至比設計內徑小2mm。
[0013]2、將加工好的缸套裝載到熔覆機床，根據缸套的尺寸調整旋轉速度，保證缸套內壁的線速度在300mm/min，將裝載等離子炬的支撐臂伸入缸套內部，并調整噴嘴與內壁的高度至5mm ;將滑臺的擺動速度設定為500mm/min，擺動距離18mm ;支撐臂的進給速度16mm/轉，搭接率11%。
[0014]3、將脈沖微束等離子堆焊機的功率值設定為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、將氣缸套的內徑鏜至比設計內徑小2mm。
[0020]2、將加工好的氣缸套裝載到熔覆機床，根據氣缸套的尺寸調整其旋轉速度，使其內壁的線速度為300mm/min;將裝載等離子炬的支撐臂伸入缸套內部，并調整噴嘴與內壁的高度至5mm ;將滑臺的擺動速度設定為400mm/min，擺動距離14mm ;支撐臂的進給速度12mm/轉，搭接率11%。
[0021]3、將脈沖微束等離子堆焊機的功率值設定為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。
【主權項】
1.一種鋼管內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壁進行除油、除銹，并上鏜床將內徑鏜至特定尺寸；預處理完成后將鋼管裝入脈沖微束等離子堆焊機床，將堆焊鋼管的旋轉線速度調整至300mm/min，離子炬的支撐臂隨鋼管旋轉作同步軸向進給，進給速度12-16mm/轉，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】本發明公布了一種強化、修復易磨損、腐蝕鋼管內壁(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)將鋼管內壁除銹、除油并車削至設計尺寸；(2)將工件裝上堆焊專用車床，調節等離子輸出占空比為50-60%，在工件旋轉同時，等離子炬往復擺動并作軸向進給，實現堆焊層的螺旋搭接，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
【申請號】CN201410711726
【發明人】陸峰, 王元宗
【申請人】陸峰, 山東海納等離子科技有限公司