专利名称：复合双金属大型齿轮再制造技术用堆焊焊条的制作方法
技术领域：
本发明属于材料科学与工程领域。
背景技术：
大型齿轮是冶金机械、矿山机械、农业机械、石油化工机械等行业广泛使用的传动零部件，在传统的冶炼、浇铸、锻造、热处理及机械加工的制造过程中，不仅消耗了大量的能源，而且严重的污染了环境；即使退役后的大型齿轮仍然造成环境污染。通过绿色再制造技术可以使其恢复原来的形状和尺寸，并且提高了其使用寿命，从而减少了其制造过程对能源的浪费和环境的污染。
再制造技术是利用原有零部件，采用高新的表面工程技术及其它加工技术使零部件恢复尺寸、形状和性能，形成再制造毛坯，经加工过程形成再制造的产品。特别是绿色再制造是以优质、高效、节能、节材、环保为主要目标，统筹考虑零部件整个寿命周期内的再制造策略，从而使报废(退役)产品在对环境污染最小，资源利用率最高的情况下重新达到最佳的性能。
大型齿轮的制造过程为钢水的冶炼、浇铸、钢锭的锻造、热处理及齿轮毛坯的加工，形成最终产品。在上述大型齿轮的制造过程中，不仅消耗了大量的能源，而且严重的污染了环境；大型齿轮经使用一定的时间后，由于表面磨损而报废。报废的齿轮一方面作为废钢，通过再循环，重新进入齿轮的制造过程，重新浪费能源和污染环境；另一方面闲置于废品库，也造成对环境的污染。大型齿轮的绿色再制造过程是当大型齿轮报废后，通过先进的表面技术，使其恢复原来的形状和尺寸，并且提高了其使用寿命，从而减少了其制造过程对能源的浪费和环境的污染。
齿轮的再制造过程通常采用堆焊技术来恢复其形状和性能。对于大型齿轮(直径大于4米)，如果采用普通的堆焊焊条，由于大型齿轮碳当量较大，必须在焊前对齿轮预热至450℃左右，而且焊后必须进行热处理，否则会焊裂。大型齿轮由于直径较大，很难制造出用于其热处理的加热炉，即使能够制造出如此大的加热炉，由于其体积较大，将会浪费大量的能源，给企业造成巨大的经济损失，使采用堆焊对复合双金属大型齿轮进行绿色再制造受到了一定的限制。
发明内容
为了能够实现对大型齿轮进行绿色再制造，本发明提供一种用于绿色再制造双金属大型齿轮(直径在4米以上)堆焊用焊条。该焊条的特点是焊前不用对大型齿轮进行预热，焊后不用进行热处理，现场使用非常方便，硬度范围为HRC21-30，大型齿轮再制造后宜于加工。采用这种堆焊焊条再制造的双金属复合大型齿轮的使用寿命是原齿轮的2-3倍。
这种用于绿色再制造双金属大型齿轮(直径在4米以上)堆焊用焊条，焊条药皮的化学成分是(wt％)金红石2-4％，大理石40-50％，萤石15-25％，石英2-5％，白土子3-6％，高碳铬铁0-3％，高碳锰铁3-5％，硅铁1-3％，钛铁8-13％，钼铁5-7％，铈的氧化物7-12％，金属镍3-5％；焊芯采用H08A钢焊丝；采用的粘结剂水玻璃的模数为2.7-3.0，浓度(波美度)为48-50。对于硅铁、铬铁和锰铁使用前需要进行钝化处理，钝化工艺硅铁粉末温度为720-750℃，铬铁粉末温度为550-600℃，锰铁粉末温度为300-350℃，以上金属粉末经钝化工艺之后均保温1小时。
这种堆焊焊条设计的原则是根据大型齿轮的服役条件，不仅要求堆焊修复后的大型齿轮在其工作时要具有较高的硬度、耐磨性，而且还要求堆焊后具有较高的抗开裂性能，同时还应该具有一定的可加工性。从提高堆焊金属的硬度，耐磨性角度考虑，堆焊金属要具有较高的含碳量，并有适量的铬、锰、硅等合金元素。从提高堆焊金属的抗开裂性能角度考虑，过量的碳会提高堆焊金属的淬硬性，增加片状马氏体的数量，从而增加堆焊金属的开裂倾向；而添加钼、钛可以细化晶粒，添加镍可以提高奥氏体稳定性，减缓奥氏体向片状马氏体的转变，增加残余奥氏体量，提高堆焊金属的塑、韧性；特别是添加铈氧化物可以脱氧、脱硫，净化堆焊熔池，而且细化结晶晶粒，变质夹杂物，均可以提高堆焊金属的抗开裂性能。另外，从对堆焊残余应力场的数值模拟研究工作可知，降低马氏体开始转变温度Ms点可以降低堆焊金属的残余应力，虽然提高堆焊金属中的含碳量可以降低Ms点，但是，却增加了片状马氏体的数量，降低了堆焊金属的抗力；添加金属Ni不仅减少片状马氏体的数量，而且，降低Ms点，降低堆焊金属的残余应力，特别是对于母材热影响区，由于其成分不可改变，因此，降低其应力分布显得尤为重要。所以，新型堆焊焊条的设计原则为1)、控制适当的含碳量，保证适当堆焊金属焊的硬度；2)、加入适量的铬、锰、钼等合金元素，保证堆焊金属具有较高的强硬性和耐磨性；3)、加入适量铈氧化物，以改善焊后一次结晶组织和二次结晶组织，变质夹杂物；4)、加入适量的金属镍粉，以改善堆焊组织，降低马氏体相变温度Ms点，改善应力分布。从而提高堆焊金属的抗开裂性能。通过成分调整和优化，使堆焊金属的硬度在HRC21-30左右，保证了堆焊后的大型齿轮具有一定的可加工性。
实施例 下面公开是本发明的一个实施例，焊条药皮的化学成分是(wt％)金红石2.4，大理石46.1，萤石21.5，石英2.7，白土子4.6，高碳铬铁2.8，高碳锰铁3.5，硅铁2.6，钛铁8.8，钼铁5.2，铈的氧化物2.8，金属镍5。焊芯采用H08A钢焊丝。采用的粘结剂水玻璃的模数为2.9，浓度(波美度)为49。对于硅铁、铬铁和锰铁使用前需要进行钝化处理，钝化工艺硅铁粉末为730℃，铬铁粉末为560℃，锰铁粉末为320℃，以上金属粉末经钝化工艺之后均保温1小时。将上述配方中的相关粉末采用混料机进行混合，然后加入水玻璃搅拌均匀，用焊条涂敷机挤压出焊条，在280℃对焊条进行烘干，然后进行磨头磨尾。
采用上述制造的堆焊焊条对报废的大型齿轮进行再制造，焊前对焊条在350℃烘干1小时，去除药皮中的结晶水，使用直流焊机，进行反接，焊接电流为180A，焊接电压为80V。经焊前不用对大型齿轮进行预热、焊后不用进行热处理，通过堆焊再制造的大型齿轮齿面的硬度为HRC24-27，经加工后可以代替经整体铸造生产的大型齿轮，不仅减少了制造工序，节省了原料和能源，同时也提高了使用寿命。
采用本发明的堆焊焊条对大型复合齿轮进行绿色再制造，简化了大型齿轮制造方法，减少了能源消耗，避免了制造过程对环境的污染；通过免预热、免热处理堆焊使废旧的大型齿轮恢复了原来的形状和尺寸，并且提高了其使用寿命，真正实现了绿色再制造，对解决我国冶金机械、矿山机械、农业机械、石油化工机械等各行各业所普遍存在的大型齿轮绿色再制造这一难题具有重要的工程意义，其市场空间十分广阔。
权利要求
1.一种用于大型复合齿轮再制造的堆焊焊条，其特征是焊条药皮的化学成分为(wt％)金红石2-4％，大理石40-50％，萤石15-25％，石英2-5％，白土子3-6％，高碳铬铁0.001-3％，高碳锰铁3-5％，硅铁1-3％，钛铁8-13％，钼铁5-7％，铈的氧化物7-12％，金属镍3-5％；焊芯采用H08A钢焊丝；采用的粘结剂水玻璃的模数为2.7-3.0，浓度(波美度)为48-50。
2.根据权利要求1所述的大型复合齿轮再制造的堆焊焊条，其特征是硅铁、铬铁和锰铁使用前需要进行钝化处理，钝化工艺硅铁粉末温度为720-750℃；钝化工艺铬铁粉末温度为550-600℃，钝化工艺锰铁粉末温度为300-350℃，上述金属粉末经钝化工艺之后保温1小时。
全文摘要
本发明涉及一种用于复合双金属大型齿轮(直径在4米以上)绿色再制造的堆焊焊条，该焊条药皮的化学成分为(wt％)金红石2－4％，大理石40－50％，萤石15－25％，石英2－5％，白土子3－6％，高碳铬铁0－3％，高碳锰铁3－5％，硅铁1－3％，钛铁8－13％，钼铁5－7％，铈氧化物7－12％，金属镍3－5％。焊芯为H08A钢焊丝。采用的粘结剂水玻璃的模数为2.7－3.0，浓度(波美度)为48－50。采用本堆焊焊条可以不用焊前预热、焊后热处理对大型废旧齿轮进行堆焊再制造，堆焊金属具有较高的抗开裂性能；通过合金化作用，堆焊金属具有一定的硬度(HRC21－30)和耐磨性；同时，具有一定的可加工性。
文档编号B23K35/22GK1644299SQ200510007159
公开日2005年7月27日 申请日期2005年1月24日 优先权日2005年1月24日
发明者杨庆祥, 王爱荣, 刘建华 申请人:燕山大学