專利名稱：快速焊接修復(fù)ht300灰鑄鐵件缺陷的焊接材料及修復(fù)方法
快速焊接修復(fù)HT300灰鑄鐵件缺陷的焊接材料及修復(fù)方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于鑄件挽救工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種快速焊接修復(fù)大型HT300灰鑄鐵件缺陷的焊接材料，本發(fā)明還涉及利用該種焊接材料對大型HT300灰鑄鐵件缺陷進行快速焊接修復(fù)的方法。
背景技術(shù)：
鑄造過程工藝復(fù)雜，鑄件缺陷在所難免，對缺陷鑄件實施挽救修復(fù)是企業(yè)增資節(jié)能的重要舉措，有利于環(huán)境保護和節(jié)約資源。
由于鑄鐵固有的凝固特性，在焊接過程中極易產(chǎn)生焊補區(qū)白口和裂紋。目前，對灰鑄鐵件進行高質(zhì)量修復(fù)的方法是氣焊和電弧熱態(tài)焊。這兩種方法用來焊補中小型鑄件操作簡單，效果很好；但若對于大型鑄件則會因為加(預(yù))熱難度大，氣焊無法實現(xiàn)熔合焊接； 電弧焊冷速過大，焊接區(qū)加工性能差。而諸如重型機床床身、大型齒輪及風(fēng)電器件等HT300 鑄鐵件的缺陷幾率較高，而且這種合成鑄鐵的焊接修復(fù)附加值較大。尤其是對于較大的缺陷，會因為焊接過程熱的過度輸入而容易造成焊接區(qū)應(yīng)力過大導(dǎo)致鑄件白口、變形或出現(xiàn)開裂，焊接難度更大。鑄件生產(chǎn)企業(yè)對于重要加工面上的缺陷往往顯得束手無策，只能報廢。大型報廢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。這還不包括勞動力和時間成本的浪費。
因此，研究和開發(fā)針對大型HT300灰鑄鐵件缺陷的快速焊接修復(fù)方法及焊接材料不僅非常必要，而且具有較高的經(jīng)濟價值和社會效益。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種快速焊接修復(fù)大型HT300灰鑄鐵件缺陷的焊接材料，解決了現(xiàn)有技術(shù)條件下灰鑄鐵件缺陷難以處理的問題。
本發(fā)明的另一目的是提供一種利用上述焊接材料對大型HT300灰鑄鐵件缺陷進行快速焊接修復(fù)的方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種快速焊接修復(fù)大型HT300灰鑄鐵件缺陷的焊接材料，由以下組分的粉末按質(zhì)量百分比均勻混合而成
Fe2O3 30% -35%, Al 25% -30% ；Na2CO3 1. 0% -1. 6%, Na2B4O7 4. 0% -6. 0%, CaF2 4. 0 % -6. 0 CaO 7. 0 % -10. 0 %、SiO2 0. 5 % -1. 5 % ；石墨 3. 0 % -4. 0 %、生鐵 6. 0 % -8. 0 %、75 硅鐵 3. 5 % -5. 0 %、鎳 0. 5 % -1. 2 %、鉍 0. 1 % -0. 5 %,60 硅鈣 1. 0 % -2. 0 %,30 鈦鐵 0. 5 % -1. 8 %,75 錳鐵 1. 2-2. 0 %,50 鉻鐵 1. 0-1. 5 %,50 鉬鐵 0. 5-1. 0%、錫青銅 0. 5-0. 6%、18 硼鐵 0. 1-0. 5%,60 釩鐵 0. 1-0. 5%，總重量為 100%。
本發(fā)明采用的另一技術(shù)方案是，一種利用上述的焊接材料快速焊接修復(fù)大型 HT300灰鑄鐵件缺陷的方法，利用上述的組分及含量配制焊接材料，再按照以下步驟具體實施
步驟1、對有缺陷的灰鑄鐵件的缺陷部位實施打磨，加工出坡口 ；
步驟2、沿坡口上緣周邊造型，使用型砂或水泥沿缺陷坡口上部周邊修筑提壩，提壩的上緣需留有點火引信的引入槽；
步驟3、將配制好的焊接材料混合均勻后裝填入坡口和提壩內(nèi)部，埋入點火引信后夯實、填滿，最后在上面壓上壓蓋；
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，熔化后所產(chǎn)生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、在焊接區(qū)表面撒上木粉和珍珠巖的混合物，使熔敷金屬緩冷凝固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)冷卻到低于200士 10°C后，去掉壓蓋，打掉造型提壩，露出焊接區(qū) ^riM
步驟7、應(yīng)用機加工方法去除焊接區(qū)金屬高出灰鑄鐵件表面部分的熔渣和金屬層， 形成光滑焊補區(qū)域即成。
本發(fā)明的有益效果是，能夠?qū)崿F(xiàn)HT300高牌號大型灰鑄鐵件缺陷的快速焊接修復(fù)，焊接持續(xù)時間僅用2-5分鐘，省時省力；能有效地降低白口和裂紋傾向，而且焊縫成分、 組織、色澤與鑄鐵件本體一致；焊縫成份和組織為典型的鑄鐵組織；焊縫強度與和硬度與鑄鐵件本體基本一致；焊縫抗裂性增強，具有良好的加工性和抗裂性能。


圖1是采用本發(fā)明方法對灰鑄鐵件缺陷打磨后的待焊部位形狀圖2是采用本發(fā)明方法用型砂或水泥對缺陷上部修筑提壩造型圖3是采用本發(fā)明方法的焊接之前的焊粉裝填示意圖4是采用本發(fā)明方法的焊后焊接區(qū)結(jié)構(gòu)圖5是采用本發(fā)明方法機加工后的焊接區(qū)結(jié)構(gòu)圖。
其中，1.灰鑄鐵件，2.提壩，3.壓蓋，4.焊接材料，5.點火引信，6.熔敷金屬，7.焊接區(qū)金屬，8.坡口。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。
本發(fā)明的快速焊接修復(fù)大型HT300灰鑄鐵件缺陷的焊接材料，由以下組分的粉末按質(zhì)量百分比均勻混合而成
Fe2O3 30% -35%, Al 25% -30% ；Na2CO3 1. 0% -1. 6%, Na2B4O7 4. 0% -6. 0%, CaF2 4. 0 % -6. 0 CaO 7. 0 % -10. 0 %、SiO2 0. 5 % -1. 5 % ；石墨 3. 0 % -4. 0 %、生鐵 6. 0 % -8. 0 %、75 硅鐵 3. 5 % -5. 0 %、鎳 0. 5 % -1. 2 %、鉍 0. 1 % -0. 5 %,60 硅鈣 1. 0 % -2. 0 %,30 鈦鐵 0. 5 % -1. 8 %,75 錳鐵 1. 2-2. 0 %,50 鉻鐵 1. 0-1. 5 %,50 鉬鐵 0. 5-1. 0%、錫青銅 0. 5-0. 6%、18 硼鐵 0. 1-0. 5%,60 釩鐵 0. 1-0. 5%，總重量為 100%。
本發(fā)明的上述焊接材料，按照其功能包括四部分的粉末組分組成
第一部分為發(fā)熱劑(或稱鋁熱劑)，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熱量，反應(yīng)產(chǎn)物i^e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Na2CO3、Na2B407、CaF2、CaO 和 Si02。其中的 Na2B4O7 和 CaF2 兼具稀釋劑作用，可用來調(diào)節(jié)熔渣粘度；CaF2和S^2還具有除氫、預(yù)防焊接冷裂紋的作用。
第三部分為脫氧、脫硫劑，包括鋁、30鈦鐵、60硅鈣、75錳鐵及CaO等。
第四部分為合金劑，針對HT300灰鑄鐵件成分及性能要求，選用多個化合物及合金粉末作為焊接填充材料，以獲得與所修復(fù)鑄件組織和性能相匹配的焊接區(qū)金屬。主要包括石墨、生鐵、75硅鐵、鎳、60硅鈣、30鈦鐵、75錳鐵、50鉻鐵、50鉬鐵、18硼鐵、60釩鐵、錫青銅(屑)等組分。熔化后既可形成焊縫金屬，又具有合金化作用。添加適量的鉍金屬還有細(xì)化晶粒作用，有利于提高焊縫力學(xué)性能。
本發(fā)明焊接材料組分中的發(fā)熱劑和造渣劑具有通用性；而針對牌號為HT300灰鑄鐵件的焊接修復(fù)需要，合金劑在種類及含量方面均具有相應(yīng)的多樣性。
上述的焊接材料成份中，各組分及含量限定理由分別如下
為了使得焊接過程得以進行，加入了大量的!^e2O3和鋁粉作為發(fā)熱劑。反應(yīng)產(chǎn)生的能量不僅能夠維持放熱反應(yīng)持續(xù)進行，而且還有足夠的熱量熔化各種金屬粉料，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 Na2C03、 Na2B4O7, CaF2和CaO等作為造渣劑和稀釋劑。
為了使焊縫金屬獲得灰鑄鐵組織，防止焊縫和熔合區(qū)產(chǎn)生白口，保證焊接(補)區(qū)的機械加工性能，粉末中含碳量和含硅量控制均比較嚴(yán)格；為了改善焊縫的機械性能，保障基體組織中珠光體含量并促進石墨化，加入少量的鎳、鋁和銅；為了凈化焊縫金屬，減小硫元素的有害影響，還加入了鈣；為了細(xì)化晶粒、促進石墨形核與快速生長，還添加了微量的 Bi,Ti等元素。這樣，既簡化了焊材生產(chǎn)工藝，又節(jié)約了能源，對環(huán)境無污染，而且還能夠保證焊材比較的強石墨化能力，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HT300灰鑄鐵件大缺陷的高性能快速焊接修復(fù)。
本發(fā)明的對大型HT300灰鑄鐵件缺陷進行快速焊接修復(fù)的方法，利用上述的焊接材料，按照以下步驟具體實施
步驟1、對有缺陷的灰鑄鐵件1的缺陷部位實施打磨，加工出坡口 8，如圖1 ；
步驟2、沿坡口 8上緣周邊造型。使用型砂或水泥沿缺陷坡口 8上部周邊修筑提壩 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、裝填焊接材料將配制好的焊接材料4裝填入圖2所示的坡口 8和提壩2 構(gòu)成的空間內(nèi)，埋入點火引信5后夯實、填滿，最后在上面壓上壓蓋3 (耐火磚)，如圖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口 8中， 而熔渣上浮與鐵液發(fā)生分層；
步驟5、在焊接區(qū)表面撒上木粉和珍珠巖的混合物，使熔敷金屬6緩冷凝固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)冷卻到低于200士 10°C后，去掉壓蓋3 (耐火磚)，打掉造型提壩2，露出如圖4所示的焊接區(qū)金屬7 ；
步驟7、應(yīng)用機加工方法去除焊接區(qū)金屬7高出鑄件表面的部分，形成如圖5所示的光滑焊補區(qū)域，即成。
本發(fā)明方法的重點在于，缺陷坡口 8上緣的造型提壩2、焊接材料的裝填、點火引信5的引入及壓蓋3結(jié)構(gòu)的使用，尤其是焊接后期的保溫緩冷，是實現(xiàn)大型HT300灰鑄鐵件缺陷快速焊接修復(fù)的關(guān)鍵技術(shù)之所在。在沿缺陷坡口 8上緣修筑提壩造型時，預(yù)留高約 3mm，寬約5mm的引信槽是必不可少的。該引信槽的開設(shè)方位要便于操作，而且寬和高位向不能搞錯，以防焊接過程中熔渣與金屬液的過度外流。
本發(fā)明的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)大型HT300灰鑄鐵件上的各種缺陷的室溫下焊接修復(fù)， 焊縫成份和組織與所焊補鑄件本體相對應(yīng)，性能與鑄件本體相匹配，焊區(qū)色澤與鑄件本體一致。焊縫抗裂性強，可實現(xiàn)機加工。
實施例1
首先，配制用于大型HT300灰鑄鐵件焊接的焊接材料，由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成
Fe2O3 34%, Al 27% ；Na2CO3 1. 0%, Na2B4O7 4. 0%, CaF2 4. 0%, CaO 8. 0%, SiO2 1.5%;石墨 3.0%、生鐵 7. 0%、75 硅鐵 4. 0%、鎳 0. 5%、鉍 0. 2%、60 硅鈣 1.0%、30 鈦鐵 1.0%,75 錳鐵 1. 4%、50 鉻鐵 1. 0%、50 鉬鐵 0.5%、錫青銅 0. 5%、18 硼鐵 0. 2%、60 釩鐵0.2%，總重量為100%。
再按照前述的修復(fù)方法進行焊接實施，上述實施例中，修復(fù)后的焊接粉末熔敷金屬的化學(xué)成分(Wt% )分別是
C 為 2. 70,Si 為 1. 70,Mn 為 0. 96,Mo 為 0. 03,Cr 為 0. 05,Cu 為 0. 06,Ti 為 0. 02、V為 0.01、S 為 0. 08、P 為 0. 15。
焊縫金屬力學(xué)性能為抗拉強度σ b是^6MPa，硬度HBS是232。
實施例2
首先，配制用于大型HT300灰鑄鐵件焊接的焊接材料，由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成
Fe2O3 32%, Al 28% ；Na2CO3 1. 5%,Na2B4O7 5.0%、CaF2 6. 0%,Ca07. 0%%,Si021.0% ；石墨 3.5%、生鐵 6. 0%、75 硅鐵 3.5%、鎳 0. 6%、鉍 0. 1%、60 硅鈣 1.5%、30 鈦鐵 0. 5 %、75 錳鐵 1. 3%,50 鉻鐵 1. 2%,50 鉬鐵 0.6%,錫青銅 0. 5 %、18 硼鐵 0. 1 %、60 釩鐵0. 1%，總重量為100%。
再按照前述的修復(fù)方法進行焊接實施，上述實施例中，修復(fù)后的焊接粉末熔敷金屬的化學(xué)成分(Wt% )分別是
C 為 2. 63,Si 為 1. 66,Mn 為 0. 91、Mo 為 0. 03,Cr 為 0. 06,Cu 為 0. 05,Ti 為 0. 01、V為 0.01、S 為 0. 07、P 為 0. 17。
焊縫金屬力學(xué)性能為抗拉強度σ b為279MPa，硬度HBS為229。
實施例3
首先，配制用于大型HT300灰鑄鐵件焊接的焊接材料，由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成
Fe2O3 35%, Al 26% ；Na2CO3 1. 0%, Na2B4O7 4. 0%, CaF2 4. 0%, CaO 8. 0%, SiO20.5%;石墨 3.5%、生鐵 8. 0%、75 硅鐵 3. 5%、鎳 0. 5%、鉍 0. 2%、60 硅鈣 1. 0%、30 鈦鐵 1. 0%、75 錳鐵 1.4%,50 鉻鐵 1.0%,50 鉬鐵 0.5%、錫青銅 0. 5%、18 硼鐵 0. 2%、60 釩鐵0. 2%，總重量為100%。
再按照前述的修復(fù)方法進行焊接實施，上述實施例中，修復(fù)后的焊接粉末熔敷金屬的化學(xué)成分(Wt% )分別是
C 為 2. 89,Si 為 1. 84,Mn 為 0. 90,Mo 為 0. 03,Cr 為 0. 03,Cu 為 0. 05,Ti 為 0. 01、 V 為 0.01、S 為 0. 07、P 為 0. 16。
焊縫金屬力學(xué)性能為抗拉強度σ b為305MPa，硬度HBS為253。
焊縫金屬的化學(xué)成分與力學(xué)性能符合GB9439-88要求，與所修復(fù)HT300灰鑄鐵件材料的組成基本相同，即金相組織基本相同，達到了鑄件的焊接修復(fù)要求。
實施例4
首先，配制用于大型HT300灰鑄鐵件焊接的焊接材料，由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成
Fe2O3 30%, Al 25% ；Na2CO3 1. 1%, Na2B4O7 5. 5%, CaF2 4. 5%, CaO 8. 6%, SiO2 0.6%;石墨 4%、生鐵 6. 5%、75 硅鐵 4. 5%、鎳 1%、鉍0. 4%、60硅鈣 2%、30鈦鐵0. 7%、 75 錳鐵 1. 8 %、50 鉻鐵 1. 5 %、50 鉬鐵 0.9%、錫青銅 0. 6 %、18 硼鐵 0. 4 %、60 釩鐵 0.4%， 總重量為100%。
再按照前述的修復(fù)方法進行焊接實施。
實施例5
首先，配制用于大型HT300灰鑄鐵件焊接的焊接材料，由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成
Fe2O3 30%, Al 30% ；Na2CO3 1. 0%, Na2B4074. 1%, CaF2 4. 1 %, CaO 9. 2%, SiO20.7%;石墨3.2%、生鐵 6. 2%、75 硅鐵 3. 6%、鎳 0. 7%、鉍 0. 3%、60 硅鈣 1.2%、30 鈦鐵1.5%,75 錳鐵 1. 2%、50 鉻鐵 1. 1 %、50 鉬鐵 0.7%、錫青銅 0. 6%、18 硼鐵 0. 3%、60 釩鐵 0. 3%，總重量為100%。
再按照前述的修復(fù)方法進行焊接實施。
綜上所述，本發(fā)明的材料及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)大型高牌號HT300灰鑄鐵件缺陷的快速焊接修復(fù)，焊接持續(xù)時間僅用2-5分鐘，省時省力；焊縫色澤與鑄鐵件本體一致；焊縫成份和組織為典型的鑄鐵組織；焊縫強度與和硬度與鑄鐵件本體基本一致；焊縫抗裂性增強、可機加工。
權(quán)利要求
1.一種快速焊接修復(fù)大型HT300灰鑄鐵件缺陷的焊接材料，其特征在于，由以下組分的粉末按質(zhì)量百分比均勻混合而成Fe2O3 30 % -35 Al 25 % -30 % ；Na2CO3 1. 0 % -1. 6 Na2B4O7 4. 0 % -6. 0 CaF2 4. 0 % -6. 0 CaO 7. 0 % -10. 0 %、SiO2 0. 5 % -1. 5 % ；石墨 3. 0 % -4. 0 %、生鐵 6. 0 % -8. 0 %、75 硅鐵 3. 5 % -5. 0 %、鎳 0. 5 % -1. 2 %、鉍 0. 1 % -0. 5 %,60 硅鈣 1. 0 % -2. 0 %,30 鈦鐵 0. 5 % -1. 8 %,75 錳鐵 1. 2-2. 0 %,50 鉻鐵 1. 0-1. 5 %,50 鉬鐵 0. 5-1. 0%、錫青銅 0. 5-0. 6%、18 硼鐵 0. 1-0. 5%,60 釩鐵 0. 1-0. 5%，總重量為 100%。
2.一種利用權(quán)利要求1所述的焊接材料快速焊接修復(fù)大型HT300灰鑄鐵件缺陷的方法，其特征在于，利用權(quán)利要求1所述的組分及含量配制焊接材料，再按照以下步驟具體實施步驟1、對有缺陷的灰鑄鐵件(1)的缺陷部位實施打磨，加工出坡口(8)；步驟2、沿坡口(8)上緣周邊造型，使用型砂或水泥沿缺陷坡口(8)上部周邊修筑提壩 O)，提壩⑵的上緣需留有點火引信(5)的引入槽；步驟3、將配制好的焊接材料(4)混合均勻后裝填入坡口⑶和提壩(2)內(nèi)部，埋入點火引信( 后夯實、填滿，最后在上面壓上壓蓋(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，熔化后所產(chǎn)生的鐵液密度高于熔渣沉入坡口(8)中，而熔渣上浮與鐵液發(fā)生分層；步驟5、在焊接區(qū)表面撒上木粉和珍珠巖的混合物，使熔敷金屬(6)緩冷凝固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)金屬冷卻到低于200士 10°C后，去掉壓蓋(3)，打掉造型提壩O)，露出焊接區(qū)金屬(7)；步驟7、應(yīng)用機加工方法去除焊接區(qū)金屬(7)高出灰鑄鐵件表面部分的熔渣和金屬層， 形成光滑焊補區(qū)域即成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，預(yù)留的引信槽高約3mm，寬約5mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種快速焊接修復(fù)大型HT300灰鑄鐵件缺陷的焊接材料，由以下組分的粉末按質(zhì)量百分比均勻混合而成Fe2O330％-35％、Al25％-30％；Na2CO3 1.0％-1.6％、Na2B4O7 4.0％-6.0％、CaF2 4.0％-6.0％、CaO7.0％-10.0％、SiO2 0.5％-1.5％；石墨 3.0％-4.0％、生鐵 6.0％-8.0％、75硅鐵3.5％-5.0％、鎳0.5％-1.2％、鉍0.1％-0.5％、60硅鈣1.0％-2.0％、30鈦鐵0.5％-1.8％、75錳鐵1.2-2.0％、50鉻鐵1.0-1.5％、50鉬鐵0.5-1.0％、錫青銅0.5-0.6％、18硼鐵0.1-0.5％、60釩鐵0.1-0.5％，總重量為100％。本發(fā)明還公開利用上述的焊接材料快速焊接修復(fù)大型HT300灰鑄鐵件缺陷的方法。本發(fā)明的材料及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)室溫下快速焊接修復(fù)大型HT300灰鑄鐵件的缺陷。
文檔編號B23K35/34GK102528311SQ20121000694
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者徐錦鋒, 翟秋亞 申請人:西安理工大學(xué)