专利名称：一种抽油机齿轮及轴的修复方法
技术领域：
本发明涉及的是油田采油机械-抽油机齿轮及轴的焊接修复方法，也适用于抽油机变速箱的焊接修复。
在油田，抽油机的使用十分广泛，但在实际使用过程中抽油机变速箱、齿轮及轴常因冲刷、腐蚀、冲击、疲劳、过载而造成打齿、磨损以及箱体产生裂纹，需要更换，这就使许多损坏的抽油机变速箱、齿轮及轴因不能修复使用而被扔掉，目前还没有能对损坏的抽油机变速箱、齿轮及轴提供一种满意的焊接修复方法。中国专利98107096.5提供了一种焊接修复低合金钢制品的方法，其主要是焊接修复蒸汽汽轮机部件。该方法是采用堆焊在制品表的面堆积一焊接修复层，再在该合金的临界温度对修复层和其相邻的部位局部作热处理后，在修复层再堆积一辅助焊接修复层，每个堆积步骤都用气体保护金属极电弧焊技术，其修复层和辅助修复层均为CrMo低合金钢，该方法适用于高速运转的蒸汽汽轮机部件的焊接修复。
本发明提供的是用于低速运转的抽油机部件的焊接修复，即在损坏部件的表面焊接三至五个修复层，依次称为过度层、强变形层、填充层、耐磨层和加工层，每一层的焊接采用特制焊条，焊条化学元素含量见表1。焊接时，每一次的焊接都将前一次的焊接堆积层作为下一层焊接时的热影响区，将堆焊产生的新的焊接热影响区的适宜温度区叠加在先前堆积的焊道形成的热影响区的硬部件上，从而形成一定程度的回火往复焊接，使该热影响区中的金相贝氏体组织不会迅速降温。抽油机部件的材质一般为低合金钢(35CrMo)或45#铸钢，焊接前和焊接后抽油机部件的硬度不会发生变化。热影响区的化学成份不受焊接熔池的影响，焊接熔合线是以焊接修复材料和被修复部件的基材材料间的界面定义的。本发明采用焊接回火工艺，并在焊药中添加不同的化学元素，避免了焊接后的热处理，使修复后的部件的物理化学性能得到改善和加强，尤其对抽油机变速箱的焊接修复，本发明不仅简单易行，而且能产生完美的修复效果，同时还不会使部件变形。
本发明具体实施工艺过程如下
1、首先对损坏部件进行清洁处理，去油污、除掉杂质及铁锈，对材质进行硬度测定，在温度为500～800℃预热，烘干排氢准备焊接。
2、将经过1处理的损坏部件暴露出部件基材部位，根据对要修复的部件硬度和强度的测定在表1中选择焊条，在损坏部件表面修复焊接，修复焊接顺序如下过度层选择表1中1#焊条在损坏部件的表面焊接形成强度较基材软的过度层，其作用是提高以后焊接层与基材的附着力，焊接温度控制在800～1000℃之间，使焊接热影响区的基材组织(过度层组织)生成珠光体＜10％和呈等轴状铁素体，晶粒度达到6级，焊接厚度为1～6mm，焊层硬度达到布氏硬度200～250HBS10/3000/10。
强变形层强变形层的焊接选择表1中2#焊条在过度层基础上施焊，其作用是消除其它层焊接时与基础材质不同而使部件产生应力与变形。
填充层焊接填充层时选择表1中的3#焊条在强变形层焊接基础上施焊，其作用是保证焊接修复的部件达到一定的厚度。
耐磨层选择表1中的4#焊条在填充层焊接基础上焊接耐磨层，其作用是增加焊件的硬度，提高使用寿命。
加工层焊接加工层选择表1中的5#或6#焊条在耐磨层焊接基础上施焊，加工层焊接后的硬度比基材的硬度低，便于机械加工。
按上述焊接修复顺序焊接时，每一次的焊接都将前一次的焊接堆积层作为下一层焊接时的热影响区，将堆焊产生的新的焊接热影响区的适宜温度区叠加在先前堆积的焊道形成的热影响区的硬部件上，从而形成一定程度的回火往复焊接，使该热影响区中的金相贝氏体组织不会迅速降温。
焊接强变形层、填充层、耐磨层和加工层时在温度＞750℃条件下进行，焊接修复厚度达到5～10mm，焊接过程中根据损坏部件的应用技术要求和磨损情况可将焊接层在1～5层之间调整。焊接后的强变形层、填充层、耐磨层和加工层经测定金相组织为粒状贝氏体和铁素体，其中粒状贝氏体为300～400HV0.2，铁素体约占20～30％，铁素体偏高区为200～300HV0.2，布氏硬度为200～400HBS/3000/10。修复中焊接被损坏部件时，不用惰性气体保护。
3、将焊接修复好的部件在室温下，以每小时20～300℃的速度进行降温，当室温低于16℃时，需用硅酸铝岩棉覆盖降温。此过程作用是防止裂纹，增加强度，排出应力，保证焊接修复好的部件达到使用性能要求。
4、焊接修复结束后，根据原部件的技术要求，对其进行机械加工，恢复原尺寸标准。
5、测定焊接修复后部件的硬度和强度是否与原件相同。
对于损坏的抽油机变速箱箱体进行焊接修复时，方法同1处理后，选择表2的焊条组成，采用热焊方法焊接，焊接后修复的部件需用硅酸铝岩棉覆盖在室温下保温48小时。
抽油机部件的材质为低合金钢(35CrMo)或45#铸钢，焊接前和焊接后抽油机部件的硬度不会发生变化，硬度的测定在焊接部位的热影响区，该热影响区的化学成份不受焊接熔池的影响，但是焊接时由于温度的变化会产生明显的微晶组织硬化现象，这种硬度的变化与焊接熔合线的距离有密切关系，本方法要求的焊接熔合线是以焊接修复材料和被修复部件的基材材料间的界面定义的。以前要求被修复部件达到修复前的物理化学性能，需要采用焊后热处理工艺。本方法在焊药中添加不同的化学元素，具体化学元素含量见表1、表2，由于添加了化学元素，避免了焊接后的热处理，使损坏的部件修复后的物理化学性能达到使用标准。
使用本发明提供的焊接修复方法修复后的损坏部件(抽油机变速箱、中间轴齿轮)经大庆市机械产品质量监督检验站检测，并在大庆采油一厂应用，使用寿命可达三年，修复成本仅为购置新齿轮的60％。
表1焊接抽油机齿轮及轴使用的焊条化学元素含量 表2焊接抽油机变速箱箱体使用的焊条化学元素含量
权利要求
1.一种抽油机齿轮及轴的焊接修复方法，该方法先对损坏部件进行清洁处理，去油污、除掉杂质及铁锈，然后采用堆焊方式焊接修复，其特征在于焊接修复分过渡层、强变形层、填充层、耐磨层和加工层五个焊接层，并在不同的层次中使用特制的不同化学成份的焊条按上述顺序焊接。
2.根据权利要求1所述的“一种抽油机齿轮及轴的焊接修复方法”，其特征在于使用的特制焊条在焊接过渡层时用1#焊条，其化学元素含量为C 0.06％、Si 0.33％、Mn 0.77％、P 0.012％、S 0.010％、Cr 0.51％、Mo 0.31％、V 0.10％、Ni 0.03％、W 0.11％；焊接强变形层时使用2#焊条，其化学元素含量为C 0.09％、Si 0.38％、Mn 1.54％、P 0.030％、S 0.009％、Cr 0.94％、Mo 0.85％、V 0.10％、Ni 0.04％；焊接填充层时使用3#焊条，其化学元素含量为C 0.08％、Si 0.40％、Mn 1.88％、P 0.030％、S 0.003％、Cr 0.80％；焊接耐磨层时使用4#焊条，其化学元素含量为C 0.04％、Si 0.22％、Mn 0.12％、P 0.020％、S 0.008％％；焊接加工层时使用5#焊条，其化学元素含量为C 0.05％、Si 0.19％、Mn 0.40％、P 0.016％、S 0.012％、Cr 0.58％、Mo 0.29％或6#焊条，其化学元素含量为C 0.03％、Si 0.23％、Mn 0.13％、P 0.010％、S 0.010％、W 0.10％；
3.根据权利要求1、2所述的“一种抽油机齿轮及轴的焊接修复方法”，其特征在于焊接过渡层时焊接温度控制在800～1000℃之间，焊接厚度为1～6mm，焊层硬度达到布氏硬度200～250HBS10/3000/10。焊接强变形层、填充层、耐磨层和加工层时是在温度＞750℃条件下进行，焊接修复厚度达到5～30mm，焊接过程中根据损坏部件的应用技术要求和磨损情况可将焊接层在1～5层之间调整。
4.根据权利要求1、2、3所述的“一种抽油机齿轮及轴的焊接修复方法”，其特征在于实施焊接损坏部件过程不用惰性气体保护。
5.根据权利要求1、2、3、4所述的“一种抽油机齿轮及轴的焊接修复方法”，其特征在于焊接修复好的部件在室温下降温，以每小时20～300℃的速度进行降温，当室温低于16℃时需用硅酸铝岩棉保护下降温。
6.据权利要求1、2、3、4、5所述的“一种抽油机齿轮及轴的焊接修复方法”，其特征在于该焊接修复方法焊接修复抽油机变速箱箱体时，采用热焊焊接，焊接后的修复部件需用硅酸铝岩棉保护在室温下保温48小时。
7.根据权利要求6所述的“一种抽油机齿轮及轴的焊接修复方法”，其特征在于焊接修复时抽油机变速箱箱体时使用的特制焊条见表2。其中1#焊条化学元素含量为C 3.75～3.85％、Si 2.2～2.4％、Ma 0.8～0.9％、Cr 0.25～0.35％、Mo 0.3～0.35％、P 0.4～0.5％。2#焊条化学元素含量为C 3.6～3.75％、Si 2.3～2.5％、Ma 1.1～1.4％、P 0.7～0.9％、S＜0.06％、Ca 0.45～0.5％、W 0.4％。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7所述的“一种抽油机齿轮及轴的焊接修复方法”，其特征在于该焊接修复方法适用于被修复部件的材质为低合金钢(35CrMo)和45#铸钢。
全文摘要
本发明涉及的是一种抽油机齿轮及轴的焊接修复方法。该方法是在损坏部件的表面焊接三至五个修复层,每一层的焊接采用在焊药中添加了不同化学元素的特制焊条,每一次的焊接都将前一次的焊接堆积层作为下一层焊接时的热影响区,将堆焊产生的新的焊接热影响区的适宜温度区叠加在先前堆积的焊道形成的热影响区的硬部件上,从而形成一定程度的回火往复焊接。焊接后的部件不需热处理,修复后的部件物理化学性能可完全达到使用标准。
文档编号B23K31/02GK1313166SQ0013465
公开日2001年9月19日 申请日期2000年11月22日 优先权日2000年11月22日
发明者顿广宽, 顿子江 申请人:顿广宽, 顿子江