白口鑄鐵軋輥的表面缺陷修補方法
2023-05-13 16:08:31 1
專利名稱：白口鑄鐵軋輥的表面缺陷修補方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬零件的表面缺陷修補方法，確切地說，涉及一種用合金粉末對白口鑄鐵軋輥表面缺陷進行火焰噴焊修補的新工藝，屬於用熔融態的金屬復層材料進行火焰噴鍍的技術領域。
冷硬軋輥按使用部門區分，主要有兩大類，一類是冶金用軋輥，如各種常見的軋鋼輥，其內部為球墨鑄鐵，表面為白口鑄鐵層(8-35毫米)，其使用過程中發生的掉皮問題，已由山東工業大學的同志攻克了參見《焊接》1989年第10期，第13-17頁。另一類是非冶金用軋輥(如造紙輥、橡膠輥、塑料輥、石棉輥等)，其內部是灰口鑄鐵，中間為麻口鑄鐵，表面有6-20毫米的白口鑄鐵層，此類軋輥對輥面質量要求很高，加工後表面粗糙度應為Ra3.2-Ra1.6，硬度為HS70左右，成品輥上連針眼大小的缺陷都不允許。但是白口鑄鐵的生產鑄造工藝決定了此類軋輥的白口層不可避免地會出現渣眼、氣孔等缺陷，如果，此類缺陷發生在加工餘量上，對成品質量不會有影響，如果出現在精加工之後，輥身表面上仍殘存這種特徵為直徑小而淺的渣眼、氣孔缺陷，又不能很好解決之，就會使整個軋輥報廢，經濟損失相當可觀。一般直徑為500毫米的軋輥，經加工後每個售價都在萬元以上，有的每個價值為4-5萬元。由於加工後仍有渣眼、氣孔等缺陷而造成報廢的半成品輥約佔成品輥的15%左右，有的廠高達30%以上。尤其是實心輥，報廢后還很難劈碎回爐，只好丟棄一旁。不僅造成很大的經濟損失，還浪費了大量的鋼鐵材料。生產軋輥的工廠要求解決此種表面缺陷修補工藝的呼聲非常強烈。
眾所周知，白口鑄鐵硬度高、脆性大、收縮率也大，可焊性極差，幾乎國內外專家都認為白口鑄鐵是不可焊補的。尤其對這種在軋輥表面上直徑約1-5毫米，深度＜4毫米的缺陷，如果採用電弧冷焊修補，因軋輥基體要被熔化，而軋輥直徑較大，通常為Φ250-Φ550毫米，修補部位又很小，冷卻速度非常快，局部修補會產生很大的熱應力，很容易產生裂紋。並且，焊接規範不易控制電流大時，要產生裂紋、咬肉等，電流小時，又會出現焊不透，夾渣等，再者，電弧冷焊的焊補層硬度低，不能達到軋輥的使用要求。採用電鑽摩擦焊補的缺陷是只能解決直徑小於2毫米的針眼狀缺陷，且成活率很低。採用釺焊、粘接等方法，修補層的硬度和結合硬度也都達不到使用要求。總之，非冶金類白口鑄鐵軋輥表面缺陷至今尚無有效的修補方法。
本發明的目的是提供一種用火焰噴焊合金粉末的白口鑄鐵軋輥表面缺陷的修補方法。
本發明是這樣實現的首先進行噴前處理使用角向磨光機清除缺陷表面汙物、鏽斑和使用手動衝擊鑽把缺陷加工成具有一定粗糙度的螺孔，籍此露出新鮮的金屬表面;用角向磨光機清除表面缺陷上的汙物，去掉稜角、清淨殘渣時，可從缺陷邊緣向外擴寬5-10毫米。用衝擊鑽加工的螺孔深度一般＜4毫米。
然後不經予熱就直接進行噴焊修補先用高槍(噴嘴到軋輥表面距離為40-70毫米)在缺陷表面噴敷一層厚度為0.1毫米的專用合金粉末，然後用低槍(噴嘴到軋輥表面距離為5-20毫米)將該合金粉末焊熔，並不斷重複上述噴粉、焊熔的修補操作，做到隨噴隨熔，使缺陷逐漸填滿。此時噴熔的工藝參數為氧氣壓力是4公斤/釐米2，乙炔壓力是0.35公斤/釐米2，合金粉末粒度為200-320目，噴焊槍的火焰是中性略偏向碳化焰，火焰長度為150-200毫米，用靠近焰芯的內焰熔化粉末。這時使用的噴焊工具可以選用上海焊割工具廠生產的SPH-1/h型噴焊槍，所用的噴焊專用鎳基合金粉末的組成成分是(重量比)碳(C)0.2-0.6，硼(B)0.5-2.0，矽(Si)2.5-4.0，鐵(Fe)5-10，鉻(Cr)8-12，鎳(Ni)餘量;粉末形狀為球形，熔點為980-1050℃。
接著，立即用手錘快速輕擊焊熔線外側的受熱區域，消除焊接熱應力，時間在30-60秒之間。
最後，用角向磨光機把焊補部位的高出軋輥表面部分磨去，使輥面尺寸一致。噴熔焊補是本發明的主要技術特色。它的特點是填補的噴熔材料(合金粉末)熔點低於基體材料的熔點。噴熔時，基體金屬基體不被熔化，靠熔化了的合金粉末將基體金屬表面潤溼、溶解，相互滲透、擴散，形成一層新的合金區(熔合區)將修補層與基體牢固地結合在一起，因此，以噴熔法為特色的本發明控制了基體的熔化，不存在修補層金屬被稀釋的問題，能夠保證修補層所具有的組織與性能，如保持原來的硬度和具有一定的塑性、韌性。此外，噴熔法本來就比電弧焊對基體的熱輸入量少，基體受熱影響小，有利於減少熱應力，從而可以有效地控制熱應力裂紋。本發明在噴熔操作前又取消了傳統噴熔工藝中的基體預熱工序，使熱應力的產生儘量減少到最低限度，再加上修補後的及時錘擊，消除熱應力，可以有效保證本發明操作工藝不會產生裂紋或龜裂現象。
本發明使用的填補材料(即合金粉末)是保證修補層使用性能的重要因素。這種填補材料既要工藝性優良，能與基體在儘可能短的霎時間內達到牢固結合，不脫落，又要具有相當的硬度，以與白口鑄鐵的硬度(HS65-75)相匹配，保證使用過程中有較高的耐磨性，還要具有一定的塑性變形能力和較小的收縮係數，以便在其冷卻過程中能松馳應力和減小收縮量，從而減小熱應力。經過多次調整工藝和上千次的修補試驗，現有的鎳基或鐵基合金粉末的綜合性能都達不到上述使用要求，發明人就自行配製了本發明專用的鎳基合金粉末，經實施試驗和現場應用，其工藝性、抗裂性和使用性能都獲得了比較滿意的效果。經測試，該填補材料可以滿足不同硬度(HS65-75)要求的白口鑄鐵表面缺陷的修補，其硬度值為HS70±5，可與白口鑄鐵軋輥硬度相匹配。其與基體的結合強度與焊接結合強度相當，金相分析表明，結合工藝性良好，熔點(980-1050℃)也較低，粉末形狀為球形，粉末顆粒粒度為200-320目。
總之，本發明的缺陷製備方法獨特而妥當，操作工藝方法簡單易行，修復速度快，配以專用的合金粉末，基體受熱影響小，不產生裂紋，又保證了結合強度和使用硬度，修復成本低，經濟效益高，是修補非冶金類白口鑄鐵軋輥表面缺陷比較理想的新工藝。
圖1是本發明修補的白口鑄鐵軋輥表面缺陷的示意圖。
圖中，1是軋輥，2是軋輥表面的氣孔、渣眼等缺陷，它大多出現在軋輥的精車加工之後、磨加工之前的工序中，其直徑在Φ1-6毫米之間，深度為1-4毫米。經本發明工藝修補後可正常發揮其在生產線中的作用。
本發明已經試驗實施，僅為天津磨床總廠軋輥分廠修復的帶有此類表面缺陷的軋輥就有200餘棵，經過本發明焊補的軋輥，修補表面的色澤與母材一致，用肉眼難以區分，其粘接牢固緊密，硬度高，經用戶的多年使用，沒有一個反映軋輥質量有問題的。為工廠挽回經濟損失近百萬元，而且，保證了軋輥工廠的生產進度，減少了材料、能源、工時等消耗。如果能在更大範圍內推廣應用本發明成果修復非冶金軋輥，只需化費一棵軋輥價值的千分之幾費用來修補其表面缺陷，就能使軋輥化廢為寶，其經濟效益和社會效益將會更加顯著。
權利要求
1.一種白口鑄鐵軋輥的表面缺陷修補方法，是採用火焰噴焊合金粉末工藝完成的，其特徵在於首先進行噴前處理使用角向磨光機清除缺陷表面汙物和使用手動衝擊鑽把缺陷加工成具有一定粗糙度的螺孔，籍此露出新鮮的金屬表面；然後不經予熱就直接進行噴焊修補先用高槍(噴嘴到軋輥表面距離為40-70毫米)在缺陷表面噴敷一層厚度為0.1毫米的專用合金粉末，然後用低槍(噴嘴到軋輥表面距離為5-20毫米)將該合金粉末焊熔，並不斷重複上述噴粉、焊熔的修補操作，做到隨噴隨熔，使缺陷逐漸填滿；此時，噴熔的工藝參數為氧氣壓力是4公斤/釐米2，乙炔壓力是0.35公斤力/釐米2，合金粉末粒度為200-320目；噴焊槍的火焰是中性略偏向碳化焰，火焰長度為150-200毫米，用靠近焰芯的內焰熔化粉末；接著，立即用手錘快速輕擊焊熔線外側的受熱區域，以消除熱應力；最後，用角向磨光機把焊補部位的高出軋輥表面部分磨去，使輥面尺寸一致。
2.如權利要求1所述的白口鑄鐵軋輥表面缺陷的修補方法，其特徵在於用角向磨光機清除缺陷表面汙物時，可從缺陷邊緣向外擴磨5-10毫米。
3.如權利要求1所述白口鑄鐵軋輥表面缺陷的修補方法，其特徵在於噴熔焊補的工具可以選用上海焊割工具廠生產的SPH-1-h型噴焊槍。
4.如權利要求1所述的白口鑄鐵軋輥表面缺陷的修補方法，其特徵在於噴焊所用的專用鎳基合金粉末，其組成成分為(重量比)碳(C)0.2-0.6，硼(B)0.5-2.0，矽(Si)2.5-4.0，qrw(Fe)5-10，鉻(Cr)8-12，鎳(Ni)餘量，粉末顆粒形狀為球形，熔點為980-1050℃。
全文摘要
一種白口鑄鐵軋輥表面缺陷的修補方法，是用火焰噴焊專用鎳基合金粉末工藝完成的。它採用手動機械清除缺陷表面汙物和粗化修補表面，噴前不預熱，輪流使用高槍噴粉和低槍噴熔工序，將合金粉末逐層噴敷在缺陷表面，直至填平缺陷，並立即錘擊熔合線外側受熱影響區域，以消除熱應力，再磨去焊補多餘部分。以噴熔法為特色的本發明能保證基體受熱影響小，不會產生裂紋，修補層具有很好的硬度、塑性和結合強度，是深受工廠歡迎的噴焊新工藝。
文檔編號B23P6/00GK1089895SQ9310034
公開日1994年7月27日 申請日期1993年1月19日 優先權日1993年1月19日
發明者王瑞坤, 康連發 申請人:中國人民解放軍運輸工程學院