专利名称：铸管模内壁埋弧堆焊修复方法
技术领域：
本发明属于埋弧焊方法，特别是一种耐热钢铸管模内壁的埋弧堆焊修复方法。
大直径铸管模经过上千次使用后，由于疲劳磨损产生裂纹，几经小修后内圆车大且布满疲劳裂纹，无法再用。目前可以对管模端部磨损部位施行埋弧焊进行修补，能涉及长度不足1m，而最长铸管模长度可达10m，这种深孔内壁埋弧堆焊尚无实施方法，其原因是焊接难度大。首先是由于铸管模材料为耐热铬钼合金钢，合金元素在5％以下，碳当量为0.57-0.93％，其焊接性能很差，合金元素显著地提高了钢的淬硬性，在高冷却速度下尤甚，处理不当会在焊后或热处理后产生裂纹。
其次是由于铸管模长达6-10m，属深孔焊接，管内温度很高，平均在300℃以上，操作人员无法进入管内作业，远距离操作时，送丝、送焊剂都无法有效进行。
再次，在焊接过程中更换焊丝时，难以准确找到接头位置，造成漏焊或过焊。
目前有许多研究人员试图解决这些难题。如实用新型专利96236064.3公开了一种可调两用堆焊装置，将焊枪上的导电嘴和推力送丝机之间的焊枪杆加长并在导电嘴的本体上设置强制冷却系统，使送丝机不因受热而损坏。这里的焊丝是用软管输送的，这就限制了焊丝的输送距离，并且很难准确定位。同时，该装置也没有焊剂输送装置，因此不能适用于深孔埋弧堆焊。
实用新型专利申请“深孔埋弧焊机械手”解决了深孔埋弧堆焊的焊丝、焊剂输送问题，和推力送丝机的保护问题，为解决大直径铸管模内壁修复提供了必不可少的设备。该机械手将焊丝输送管、电缆穿管和焊剂螺旋输送机组装在一个可以垂直升降和前后移动的机械手中，该机械手可以自由进出长铸管模，将焊丝和焊剂送到深孔内的施焊部位，同时，由于设置了冷却水循环系统，对机械手悬臂内部进行了有效的冷却，不仅保护了推力送丝机不受焊接高温的影响，也使机械手本身得到有效冷却，从而可以长期稳定地进行操作。
本发明的目的是提供一种利用专利申请“深孔埋弧焊机械手”，选取用与管模材质相匹配的焊丝、焊剂、焊条，在PLC的控制下，完成对铸管模内壁的埋弧堆焊过程，在经过探伤，局部修补、高温回火和机加工后，完成对铸管模内壁的修复过程。
本发明的另一个目的是提供一种焊接过程中的焊接参数选择方案，以确保获得最佳的焊接效果。
按照本发明的铸管模内壁埋弧堆焊修复方法，首先将待修复的铸管模内壁镗去已损坏层，以清除所有裂纹为准和在完成对堆焊层的检验和对缺陷修补后将内壁堆焊层机加工到规定尺寸，并采取下列步骤1、将待修复的铸管模安装在可作无级调速的自动转胎上，并将待焊接区预热到250℃-300℃，预热区宽度为80-100mm。
2、将设有焊丝进给系统、焊枪、导电嘴、焊剂螺旋输送系统和电缆穿管的，可以自由升降和前后移动的自动埋弧焊机深孔埋弧焊机械手伸进铸管模内壁，将焊枪对准待修补位置。
3、选用与母材相匹配的焊丝、焊剂，装入自动埋弧焊推力送丝机和焊剂仓，在PLC的控制下，启动埋弧焊机开始焊接过程。
4、在整个铸管模内壁完成堆焊24小时后，对堆焊层进行超声波探伤检查，如发现有缺陷，要用与母材相匹配的焊条进行修补。
5、将堆焊完的合格铸管模在580℃-700℃温度范围内进行高温回火。
将经过回火处理的铸管模内壁进行最后机加工到规定尺寸，完成整个修复过程。
铸管模材质一般为低合金铬钼钢，此时要选用H08CrMoA焊丝和HJ251焊剂、修补缺陷时选用R307焊条。
为了获得最佳焊接效果，要在所述的焊接过程中实现焊接参数的最佳匹配焊丝直径用φ1.6mm-3.2mm，焊接电流选用250-350A，焊接电压用30-38V，焊接速度选用260-350mm/min，焊丝伸出焊枪的长度为18-32mm。
对于低合金铬钼钢铸管模，焊接参数选用焊丝直径用φ1.6mm，焊接电流选用250-280A，焊接电压选用30-32V，焊接速度选用260-280mm/min，焊丝伸出焊枪的长度为18-20mm。
焊丝直径用φ2.0mm、φ2.4mm或φ3.2mm，相应焊接电流为300-330A、350-380A或380-400A，相应焊接电压为32-34V、34-36V或36-38V，相应焊接线速度为280-300mm/min、310-330mm/min、330-350mm/min，相应焊丝伸出焊枪的长度为20-25mm、25-30mm或30-32mm。
在自动埋弧焊机的PLC控制系统中设有焊接点纵横座标位置记忆和控制系统。解决因在堆焊途中更换焊丝、意外中途停电或其它临时故障而停止焊接后，再重新起弧定位难的问题，做到了接头不偏不移，纵横座标位置不变。
整个焊接过程由PLC控制系统进行控制，包括供管模堆焊用的无级调速自动转胎管模内壁回转线速度，即焊接速度的可控硅控制，焊接接头的记忆定位控制，每焊完一周的步进控制，焊接电压的调节等。通过调节焊接电压、焊接速度、步进距离来控制堆焊层的厚度，每焊完一周的步进距离小，堆焊层就高，反之，堆焊层就低；焊接电压低，说明焊丝进给速度快，堆焊层就高，反之，焊接电压增高，焊丝进给速度减慢，堆焊层就薄；同样，转胎旋转速度慢，堆焊层就高，反之，转胎速度快，即焊接速度快，堆焊层就薄。因此可以根据需要，选择焊接参数的最佳匹配，来达到预定的堆焊层厚度要求。
由于铬钼合金钢对温度很敏感，所以始终要保持施焊部位的预热温度不能低于规定温度，如果因故不能连续作业，如事故停电，更换焊丝或其它机械故障时，必须对堆焊部位采取保温措施，防止焊接部位温度的迅速下降。
铸管模的预热方法可采用煤气加热，气焊火焰加热或电加热。
对于焊后检查发现缺陷进行修补的工艺要求和进行埋弧堆焊时相同。检验工作应在完成堆焊24小时后方可进行焊缝探伤，按照本发明的方法对铸管模内壁进行修复，取得了良好的效果，可节省大量购置管模的资金，显著降低生产成本。
权利要求
1.一种铸管模内壁埋弧堆焊修复方法，包括将待修复的铸管模内壁镗去已损坏层，以清除所有裂纹为准，和在完成堆焊后对焊接层的检验和对缺陷修补后将内壁堆焊层机加工到规定尺寸，其特征在于(1)将待修复的铸管模安装在可作无级调速的自动转胎上，并将待焊接区预热到250-300℃，预热区宽度为80-100mm，(2)将设有焊丝进给系统、焊枪、导电嘴、焊剂螺旋输送系统和电缆穿管的，可以自由升降和前后移动的自动埋弧焊机深孔埋弧焊机械手伸进铸管模内壁，将焊枪对准待修补位置，(3)选用与母材相匹配的焊丝、焊剂，装入自动埋弧焊机的推力送丝机和焊剂仓，在PLC的控制下，启动埋弧焊机开始焊接过程，(4)在整个铸管模内壁完成堆焊24小时后，对堆焊层进行超声波探伤检查，如发现有缺陷，要用与母材相匹配的焊条进行修补，(5)将堆焊完的合格铸管模在580℃-700℃温度范围内进行高温回火。
2.根据权利要求1所述的铸管模内壁埋弧堆焊修复方法，其特征在于当铸管模材质为低合金铬钼钢时，选用H08CrMoA焊丝和HJ251焊剂、修补缺陷时选用R307焊条。
3.根据权利要求1所述的铸管模内壁埋弧堆焊修复方法，其特征在于在所述的焊接过程中实现焊接参数的最佳匹配，焊丝直径用φ1.6mm-3.2mm，焊接电流选用250-350A，焊接电压选用30-38V，焊接速度选用260-350mm/min，焊丝伸出焊枪的长度为18-32mm。
4.根据权利要求1或3铸管模内壁埋弧堆焊修复方法，其特征在于对于低合金铬钼钢铸管模，焊接参数选用焊丝直径用φ1.6mm，焊接电流选用250-280A，焊接电压选用30-32V，焊接速度选用260-280mm/min，焊丝伸出焊枪的长度为18-20mm，焊丝直径为φ2.0mm、φ2.4mm或φ3.2mm时，相应焊接电流为300-330A、350-380A或380-400A，相应焊接电压为32-34V、34-36V或36-38V，相应焊接线速度为280-300mm/min、310-330mm/min、330-350mm/min，相应焊丝伸出焊枪的长度为20-25mm、25-30mm或30-32mm。
5.根据权利要求1铸管模内壁埋弧堆焊修复方法，其特征在于所述的自动埋弧焊机的PLC控制系统中设有焊接点纵横座标位置记忆和定位控制系统。
全文摘要
本发明提供了一种用自动埋弧堆焊法修复铸管模的工艺,采用深孔埋弧焊用的机械手,选择和铸管模母材相匹配的焊丝、焊剂、焊条,对已清除疲劳裂纹的内壁磨损层后的管模进行自动埋弧堆焊,选择焊接参数,使焊接速度(管模内壁旋转线速度)、焊接电压和每焊完一周后的步进距离实现最佳匹配,采用PLC控制系统实现对焊接接头的记忆定位控制,达到预定的堆焊层厚度和要求的堆焊层质量,可大量减少管模购置费,降低生产成本。
文档编号B23K9/04GK1355080SQ0012334
公开日2002年6月26日 申请日期2000年11月30日 优先权日2000年11月30日
发明者黄宝义, 白雨增, 于泉涌 申请人:王英杰