一种在不锈钢基体表面堆焊耐磨耐腐蚀层的方法及步骤

　　本发明涉及堆焊领域，尤其涉及一种在不锈钢基体表面堆焊耐磨耐腐蚀层的方法。

　　背景技术：

　　奥氏体不锈钢材料由于其优异的耐腐蚀性能应用极为广泛，包括各种结构件如轴、轴套、阀门与法兰。同时奥氏体不锈钢由于其本身的特性，强度、硬度偏低，当存在金属间摩擦或磨粒磨损时，耐磨性能非常差，导致使用寿命偏短。目前通常的做法是堆焊一层钴基或镍基的硬面层。

　　但是，堆焊钴基时，焊层中由于不锈钢中镍元素的熔入，硬度会发生明显下降，有效焊层必须达到3mm以上(包含加工余量时必须达到5mm左右)才能满足硬度要求，同时钴基材料非常昂贵，整个成本非常高；堆焊镍基时，一方面镍基材料同样偏贵，更重要的是镍基硬面层堆焊时非常容易开裂，必须在350℃～500℃的预热温度下进行堆焊，施工条件非常恶劣，且对于不规则的堆焊表面，成功率非常低。

　　技术实现要素：

　　发明目的：针对现有技术的不足与缺陷，本发明提供一种在不锈钢基体表面堆焊耐磨耐腐蚀层的方法，具有操作简单、成本低的特点。

　　技术方案：本发明的一种在不锈钢基体表面堆焊耐磨耐腐蚀层的方法，其特征在于：包括下述步骤：

　　(1)行走机构采用十字滑架，十字滑架由十字滑架竖直梁与十字滑架水平梁组成，并在十字滑架竖直梁底部设置焊枪，焊枪在焊接时保持不动，通过旋转平台带动工件旋转；每焊完成一圈360度后，十字滑架按照设定的距离步进，进行不停弧连续焊接；

　　(2)焊接的不锈钢基体放置在旋转平台上方，并在不锈钢基体上方放置堆焊层；其中不锈钢基体为奥氏体不锈钢合金，合金成分中含有16％～22％的cr元素与8％～12％的ni元素；其中堆焊层为cw1460焊丝，焊丝焊态下硬度hrc为57～62；

　　(3)焊接时工件不预热，直接采用脉冲焊进行焊接，焊接电流峰值为230a～270a/基值130a～170a，焊接电压为12v～14v，焊接速度为240mm/min～300mm/min，步进距离为2.8mm～3.2mm，送丝速度为1700mm/min～2500mm/min，热丝电流为40a～90a；

　　(4)焊接后，熔化的焊丝嵌入不锈钢基体与其结为一体结构，对焊层进行检测，焊层厚度为1.5mm～3.5mm，焊缝合金成分中含有11％～13.5％的cr元素与1％～4％的ni元素，焊缝硬度hrc为35～50，即完成耐磨耐腐蚀层的堆焊。

　　其中，所述的步骤(1)中焊枪的焊接电源为福尼斯tt5000用于维持焊接过程中的焊接电弧，福尼斯tt2200用于提供焊接过程中的热丝能量。

　　其中，所述的步骤(2)中cw1460焊丝含有0.45％～0.55％的c元素、1％以下的mn元素、2.5％～3.5％的si元素、0.5％以下的ni元素、9％～10％的cr元素，其余为fe元素。

　　其中，所述的步骤(2)中焊接前采用电动百叶片进行待焊区域的清理。

　　其中，所述的步骤(2)中工件放置在旋转平台上时，通过橡胶榔头敲击工件，调整其中心位置与旋转平台中心位置重合即可。

　　有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明焊丝成分中ni、co等价值较高的元素含量很低或没有，所以材料成本偏低；有效焊层可以低至0.5mm，仍然能够保持足够的耐腐蚀耐磨损性能，进一步降低制造成本；通过焊接工艺参数的调整，焊层硬度可以在hrc35～50范围内变化，可以满足耐磨工况下硬度搭配的个性化需求；施工条件要求低，工件较小时不需预热，工件较大或堆焊位置不规则时，仅需预热至100℃～150℃，节约施工成本的同时确保较好的施工条件。

　　附图说明

　　图1为本发明的结构示意图；

　　图2为本发明的堆焊层与不锈钢基体的结构示意图；

　　图3为本发明的熔化的焊丝与不锈钢基体的结构示意图；

　　图中1为十字滑架竖直梁、2为十字滑架水平梁、3为焊枪、4为堆焊层、5为不锈钢基体、6为旋转平台、7为熔化的焊丝。

　　具体实施方式

　　下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案做进一步的描述。

　　本发明的一种在不锈钢基体表面堆焊耐磨耐腐蚀层的方法，包括下述步骤：

　　(1)行走机构采用十字滑架，十字滑架由十字滑架竖直梁1与十字滑架水平梁2组成，并在十字滑架竖直梁1底部设置焊枪3，焊枪3在焊接时保持不动，通过旋转平台6带动工件旋转；每焊完成一圈360度后，十字滑架按照设定的距离步进，进行不停弧连续焊接；焊枪3的焊接电源为福尼斯tt5000用于维持焊接过程中的焊接电弧，福尼斯tt2200用于提供焊接过程中的热丝能量；

　　(2)焊接的不锈钢基体5放置在旋转平台6上方，并在不锈钢基体5上方放置堆焊层4；其中不锈钢基体5为奥氏体不锈钢合金，合金成分中含有16％～22％的cr元素与8％～12％的ni元素；其中堆焊层4为cw1460焊丝，焊丝焊态下硬度hrc为57～62；cw1460焊丝含有0.45％～0.55％的c元素、1％以下的mn元素、2.5％～3.5％的si元素、0.5％以下的ni元素、9％～10％的cr元素，其余为fe元素；焊接前采用电动百叶片进行待焊区域的清理；工件放置在旋转平台6上时，通过橡胶榔头敲击工件，调整其中心位置与旋转平台6中心位置重合即可

　　(3)焊接时工件不预热，直接采用脉冲焊进行焊接，焊接电流峰值为230a～270a/基值130a～170a，焊接电压为12v～14v，焊接速度为240mm/min～300mm/min，步进距离为2.8mm～3.2mm，送丝速度为1700mm/min～2500mm/min，热丝电流为40a～90a；

　　(4)焊接后，熔化的焊丝7嵌入不锈钢基体5与其结为一体结构，对焊层进行检测，焊层厚度为1.5mm～3.5mm，焊缝合金成分中含有11％～13.5％的cr元素与1％～4％的ni元素，焊缝硬度hrc为35～50，即完成耐磨耐腐蚀层的堆焊。

　　实施例1：304材料管子模拟件堆焊2mm厚度cw1460：

　　母材为304锻造管件，外径为192mm，壁厚20mm，高度70mm。其中c元素含量≤0.08％、mn元素含量为2％、p元素含量≤0.045％、s元素含量≤0.03％、si元素含量≤1％、cr元素含量为18％～20％、ni元素含量为8％～11％。

　　完成堆焊后，采用游标卡尺检测焊后外径尺寸，与焊前外径尺寸对比，得出焊层厚度2mm左右；采用specx便携式成分检测设备检测焊缝合金成分为cr：13％、ni：3％、fe：余量，采用便携式里氏硬度计检测焊缝hrc硬度为40～42。

　　实施例2：304材料管子模拟件堆焊3mm厚度cw1460：

　　母材为304锻造管件，外径为192mm，壁厚20mm，高度70mm。其中c元素含量≤0.08％、mn元素含量为2％、p元素含量≤0.045％、s元素含量≤0.03％、si元素含量≤1％、cr元素含量为18％～20％、ni元素含量为8％～11％。

　　完成堆焊后，采用游标卡尺检测焊后外径尺寸，与焊前外径尺寸对比，得出焊层厚度3mm左右；采用specx便携式成分检测设备检测焊缝合金成分为cr：11.5％、ni：1.5％、fe：余量，采用便携式里氏硬度计检测焊缝hrc硬度为46～48。

　　实施例3：316l材料轴套堆焊2.5mm厚度cw1460：

　　母材为316l锻造轴套，自由端外径为75mm，壁厚6.5mm，法兰端外径为120mm，法兰高度20mm，工件总高度100mm。其中c元素含量≤0.03％、mn元素含量为2％、p元素含量≤0.045％、s元素含量≤0.03％、si元素含量≤1％、cr元素含量为16％～18％、ni元素含量为11％～14％、mo元素含量为2％～3％。

　　完成堆焊后，采用游标卡尺检测焊后外径尺寸，与焊前外径尺寸对比，得出焊层厚度2.5mm左右；采用specx便携式成分检测设备检测焊缝合金成分为cr：11.6％、ni：2.4％、mo：0.5％、fe：余量，采用便携式里氏硬度计检测焊缝hrc硬度为43～45。

　　技术特征：

　　技术总结

　　本发明公开了一种在不锈钢基体表面堆焊耐磨耐腐蚀层的方法，(1)行走机构采用十字滑架，在十字滑架竖直梁底部设置焊枪，通过旋转平台带动工件旋转；十字滑架按照设定的距离步进，进行不停弧连续焊接；(2)焊接的不锈钢基体放置在旋转平台上方，并在不锈钢基体上方放置堆焊层；(3)焊接时工件不预热，直接采用脉冲焊进行焊接；(4)焊接后，熔化的焊丝嵌入不锈钢基体与其结为一体结构，对焊层进行检测，完成耐磨耐腐蚀层的堆焊。本发明具有操作简单、成本低的特点。

　　技术研发人员：石少坚;孙骞;杨修荣;李香琪

　　受保护的技术使用者：福尼斯（南京）表面工程技术有限公司

　　技术研发日：2019.05.09

　　技术公布日：2019.08.13