专利名称：一种快速焊接修复大型zg20铸钢件缺陷的方法及焊接材料的制作方法
技术领域：
本发明属于铸件焊接修复技术领域，涉及ー种快速焊接修复大型ZG20铸钢件缺陷的方法，本发明还涉及ー种快速焊接修复大型ZG20铸钢件缺陷的焊接材料。
背景技术：
铸造是材料成形的第一道エ序，由于铸造生产过程的复杂性，不可避免的造成各种铸造缺陷。缺陷导致的铸件报废除了给生产企业带来直接的经济损失之外，废品件的后续处理也给社会带来压力，对环境造成伤害。尤其是大型废品件的肢解和破碎过程需要花费大量的能源；铸件的再生产又一次需要熔炼，这在消耗能源的同时，排放的废气和熔渣也对环境造成了二次污染。当然，这还不包括劳动カ和时间成本的浪费。因此，对大型缺陷铸件进行挽救修复是企业增资节能、提高经济效益的举措，有利于环境资源的可持续发展及人类社会的健康。大型铸钢件缺陷焊接修复的难度在于因铸件导热过快引起的焊接区熔合不良， 或因熔敷金属量多导致热应カ过大而开裂。采用电渣焊修补缺陷则易造成焊接区金属晶粒粗大，引起焊区性能降低。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种快速焊接修复大型ZG20铸钢件缺陷的方法，实现在室温下直接焊接修补缺陷铸件，井能有效地抑制焊区晶粒粗化，降低裂纹倾向，焊接区色泽与铸件本体一致。本发明的另ー目的在于提供ー种快速焊接修复大型ZG20铸钢件缺陷的焊接材料。本发明所采用的技术方案是，ー种快速焊接修复大型铸钢件缺陷的焊接材料，用于大型ZG35CrMo铸钢件焊接修复时，由以下组分的粉末按重量百分比均勻混合組成三氧化ニ铁 33% _38%、铝对％ 、纯碱 1.4% -1.6%、硼砂 4% _7%、萤石 8% -12%、氧化钙6% -8%、中碳锰铁4% -5%、ニ氧化硅6% -8%、三氧化ニ铬3% _5%、钼铁-2%, 总重量为100% ；用于大型ZG20铸钢件焊接修复时，由以下组分的粉末按重量百分比均勻混合组成三氧化ニ铁-38%、铝20% -25%、纯碱1.4% -1.6%、硼砂5% _7%、萤石 8%-10%、氧化钙10%-12%、ニ氧化硅6. 5%-7. 5%、氧化锰3. 5%-5%，总重量为100%。本发明所采用的另ー技术方案是，ー种快速焊接修复大型铸钢件缺陷的方法，该方法按照以下步骤实施步骤1、在缺陷铸件的缺陷部位加工出坡ロ ；步骤2、沿坡ロ开口上缘周边造型沿缺陷坡口上部周边修筑提坝，提坝的上缘设置点火引信的引入槽；步骤3、装填焊接材料针对具体牌号的铸钢件，将相应配制的焊接材料装填入坡 ロ及提坝形成的空间中，埋入点火引信后夯实、填满焊接材料，最后在提坝上沿压上压铁；步骤4、点燃点火引信，使得焊接材料中的发热剂发生放热反应，将焊接材料中的所有组分全部熔化变为熔敷金属，熔敷金属中的铁液密度高于熔渣沉入坡口中，而熔渣上浮与铁液发生分层；步骤5、放热反应后0. 5-1分钟，立即用水喷注使熔敷金属快速冷却，得到包括熔渣和多余金属层的焊接区金属；步骤6、待焊接区金属冷却到400°C以下，去掉压铁和提坝，去除焊接区金属高出铸件表面的部分，即成。本发明的有益效果是，应用铸造放热冒ロ技术和铝热剂发热原理，焊接区机械保护作用良好；焊接速度可控性好，环保性好；焊接温度低，对铸件本体的熔化程度小，熔合区窄小；焊接区组织致密，通过调整焊粉材料成分，获得与不同牌号铸钢件相对应的焊缝金属，非常适合各类大型铸钢件各种缺陷的焊接修复。
图1是采用本发明方法对铸件缺陷打磨后的待焊部位形状图；图2是采用本发明方法对缺陷上部修筑提坝造型图；图3是采用本发明方法的焊接之前的焊粉装填示意图；图4是采用本发明方法的焊后焊接区结构图；图5是采用本发明方法加工后的铸件焊接区。其中，1.缺陷铸件，2.提坝，3.压铁，4.焊接材料，5.点火引信，6.熔敷金属，7.焊
接区金属，8.坡ロ。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明的快速焊接修复大型铸钢件缺陷的焊接材料，按照其功能包括三部分的粉末第一部分为发热剂，包括!^e2O3和Al，两者发生放热化学反应后，既提供了焊接冶金所需要的能量，反应产物狗又可作为主要的熔敷金属形成焊縫，Al2O3进入熔渣，亦可參与熔池中的造渣反应。第二部分为造渣剂，包括Na2C03、Na2B4O7, CaF2和CaO，其中的Na2B4O7和CaF2还兼有稀释剂的作用，可用来调节熔渣粘度。第三部分为合金剂，针对不同种类的铸钢件需要应用不同的焊接填充粉料，以获得与所修复铸钢件组织和性能相匹配的焊接区金属，相应进行针对性补充，熔化后既可形成焊缝金属，又具有合金化作用。
上述焊接材料组分中，发热剂和造渣剂具有通用性；而针对不同牌号铸钢件的焊接修复需要，合金剂在种类及含量方面具有一定的差別。针对大型铸钢件，具体包括以下两种方案第一种技术方案是用于大型ZG35CrMo铸钢件焊接修复的焊接材料，由以下组分的粉末按重量百分比均勻混合組成三氧化ニ铁33% _38%、铝对％ 、纯碱1.4% _1.6%、硼砂4% _7%、萤石 8% -12%、氧化钙6% -8%、中碳锰铁4% -5%、ニ氧化硅6% -8%、三氧化ニ铬3% -5%, 钼铁-2%，总重量为100%。在本方案的焊接材料中，各组分及含量限定如下为了使得焊接过程得以进行，加入了大量的!^e2O3和Al粉作为发热剂。反应产生的能量不仅能够维持放热反应的继续进行，而且还能足以熔化各种金属粉料，并使母材局部熔化，共同形成焊縫，达到焊接的目的。为了使焊渣聚集、上浮且与熔敷金属分离，预防焊缝金属夹渣，加入了 CaF2、CaO, Na2CO3^Na2B4O7等作为造渣剂和稀释剂。为减小焊接区金属的高温氧化所导致的焊缝气孔， !^e2O3加入量不宜过多。另外，在焊粉当中还添加了一定量的SiO2和Cr2O3，用来补充放热反应、过渡合金元素Cr、并用于造渣。为了使焊缝金属获得与铸钢件相匹配的组织和性能，浄化焊缝金属，减小S、P等有害杂质元素的影响，焊接粉末中含锰量较高，且添加了 CaO。本发明所采用的第二种技术方案是用于大型ZG20铸钢件焊接修复的焊接材料， 由以下组分的粉末按重量百分比均勻混合組成三氧化ニ铁-38%、铝20% _25%、纯碱 1.4% _1.6%、硼砂 5% _7%、萤石 8%-10%、氧化钙10%-12%、ニ氧化硅6. 5%-7. 5%、氧化锰3. 5%_5%，总重量为100%。在本方案的焊接材料中，各組成及含量限定理由分別叙述如下为了使得焊接过程得以进行，加入了大量的!^e2O3和Al粉作为发热剂。反应产生的能量不仅能够维持放热反应的继续进行，而且还能足以熔化各种金属粉料，并使母材局部熔化，共同形成焊縫，达到焊接的目的。为了使焊渣聚集、上浮且与熔敷金属分离，预防焊缝金属夹渣，加入了 Na2CO3. Na2B4O7, CaF2和CaO等作为造渣剂。另外，在焊粉当中还添加了一定量的SiO2,用来补充放热反应、过渡合金元素Si、并用于造渣。为了使焊缝金属获得与铸件相匹配的组织和性能，浄化焊缝金属，减小S元素的有害影响，焊接粉末中含3. 5% -5% MnO0本发明的快速焊接修复大型铸钢件缺陷的方法，针对不同牌号的大型铸钢件，使用上述的焊接材料，按照以下步骤具体实施步骤1、对缺陷铸件1的缺陷部位实施打磨，加工出坡ロ 8，如图1 ；步骤2、沿坡ロ 8开口上缘周边造型。使用型砂或水泥沿缺陷坡ロ 8上部周边修筑造型提坝2 (缺陷上部造型体)，用以除渣和预防金属液溢流，提坝2的上缘需留有点火引信 5的引入槽，如图2;步骤3、装填焊接材料针对具体牌号的铸钢件，将相应配制的焊接材料4装填入坡ロ 8及提坝2形成的空间中，埋入点火引信5后夯实、填满焊接材料，最后在提坝2上沿压上压铁3，如图3;步骤4、点燃点火引信5，将焊接材料4中的所有组分全部熔化变为熔敷金属6，熔敷金属6中的铁液密度高于熔渣沉入坡ロ 8中，而熔渣上浮与铁液发生分层；步骤5、开始反应后0. 5-1分钟，立即用水喷注到提坝及其周围的铸件上表面使熔敷金属6快速冷却，得到包括熔渣和多余金属层的焊接区金属7 ；步骤6、待焊接区金属7冷却到400で以下，去掉压铁3，取掉造型提坝2，如图4，通过机加工方法去除焊接区金属7高出铸件表面的部分，再将焊接区表面打磨光滑，形成如图5所示的焊补区域，即成。本发明的特点是，沿缺陷上缘修筑提坝造型，须预留高约3mm，宽约5mm的引信槽， 注意槽的宽和高位向，以防焊接过程中熔渣与金属液的过度外流；应用高速水流对焊接区激冷是实现快速焊接修复的关键所在。该焊接方法既简化了焊材生产エ艺，又节约了能源，对环境无污染，而且还能够获得与铸件本体成分、组织、性能及色泽相匹配的焊接区，实现大型铸钢件大缺陷的高性能快速焊接修复。实施例1首先，配制用于大型ZG35CrMo铸钢件焊接修复的焊接材料，由以下组分的粉末按重量百分比均勻混合組成三氧化ニ铁36 %、铝沈％、纯碱1. 5 %、硼砂6 %、萤石8 %、氧化钙6 %、中碳锰铁 5%、ニ氧化硅6. 5%、三氧化ニ铬3. 5%、钼铁1.5%，总重量为100%。然后，利用上述配制好的焊接材料，按照下述步骤具体实施步骤1、对缺陷铸件1的缺陷部位实施打磨，加工出坡ロ 8 ；步骤2、沿坡ロ 8上缘周边造型。使用型砂或水泥沿缺陷坡ロ 8上部周边修筑提坝 2，提坝2的上缘留有点火引信5的引入槽；步骤3、装填焊接材料将配制的焊接材料4装填入坡ロ 8及提坝2中，埋入点火引信5后夯实、填满，最后在上面压上压铁3 ；步骤4、点燃点火引信5，使得焊接材料4中的发热剂发生放热反应，将焊接材料4 中的所有组分全部熔化变为熔敷金属6，熔敷金属6中的铁液密度高于熔渣沉入坡ロ 8中， 而熔渣上浮与铁液发生分层；步骤5、开始反应后0. 5-1分钟，立即用水喷注到提坝及其周围的铸件上表面使熔敷金属6快速冷却，得到包括熔渣和多余金属层的焊接区金属7 ；步骤6、待焊接区金属冷却到400°C以下，去掉压铁3，打去提坝2，再去除焊接区金属7高出铸件表面的部分，即成。本实施例1中，焊接粉末熔敷金属的化学成分如表1示，与所修复铸钢件材料的组成基本相同，即金相组织相同，达到了铸件的焊接修复要求。表1本发明实施例1中焊接粉末熔敷金属化学成份(重量％ )
序号CSiMnSPNiしUCrFe
权利要求
1.ー种快速焊接修复大型ZG20铸钢件缺陷的方法，其特征在于，该方法按照以下步骤实施步骤1、在缺陷铸件(1)的缺陷部位加工出坡ロ(8)；步骤2、沿坡ロ(8)开口上缘周边造型沿缺陷坡ロ(8)上部周边修筑提坝0)，提坝 (2)的上缘设置点火引信(5)的引入槽；步骤3、装填焊接材料针对具体牌号的铸钢件，将相应配制的焊接材料(4)装填入坡 ロ(8)及提坝( 形成的空间中，埋入点火引信( 后夯实、填满焊接材料，最后在提坝(2) 上沿压上压铁(3)；步骤4、点燃点火引信(5)，使得焊接材料中的发热剂发生放热反应，将焊接材料 (4)中的所有组分全部熔化变为熔敷金属(6)，熔敷金属(6)中的铁液密度高于熔渣沉入坡 ロ(8)中，而熔渣上浮与铁液发生分层；步骤5、放热反应后0. 5-1分钟，立即用水喷注使熔敷金属(6)快速冷却，得到包括熔渣和多余金属层的焊接区金属(7)；步骤6、待焊接区金属(7)冷却到400°C以下，去掉压铁(3)和提坝O)，去除焊接区金属(7)高出铸件表面的部分，即成。
2.根据权利要求1所述的快速焊接修复大型ZG20铸钢件缺陷的方法，其特征在干，用于大型ZG20铸钢件焊接修复时，所述的焊接材料(4)由以下组分的粉末按重量百分比均勻混合组成三氧化ニ铁-38%、铝20% -25%、纯碱1.4% -1.6%、硼砂5% _7%、萤石 8%-10%、氧化钙10%-12%、ニ氧化硅6. 5%-7. 5%、氧化锰3. 5%-5%，总重量为100%。
3.ー种快速焊接修复大型ZG20铸钢件缺陷的焊接材料，其特征在干，用干大型ZG20铸钢件焊接修复吋，由以下组分的粉末按重量百分比均勻混合組成三氧化ニ铁-38%、铝 20% -25%、纯碱 1.4% -1.6%、硼砂 5% _7%、萤石 8%-10%、氧化钙10%-12%、ニ氧化硅6. 5%-7. 5%、氧化锰3. 5%-5%，总重量为100%。
全文摘要
本发明公开了一种快速焊接修复大型ZG20铸钢件缺陷的焊接材料，由以下组分按重量百分比组成三氧化二铁35％-38％、铝20％-25％、纯碱1.4％-1.6％、硼砂5％-7％、萤石8％-10％、氧化钙10％-12％、二氧化硅6.5％-7.5％、氧化锰3.5％-5％，总重量为100％。本发明还公开了一种快速焊接修复大型ZG20铸钢件缺陷的方法，通过将前述的焊接材料装填入坡口及堤坝中，使焊接材料发生放热反应，快速冷却后去除焊接区金属高出铸件表面的部分。本发明方法修复后的焊缝成份、组织细小致密、性能和色泽与铸件本体一致。
文档编号B23K35/362GK102554458SQ20121000140
公开日2012年7月11日 申请日期2010年6月21日 优先权日2010年6月21日
发明者徐锦锋, 翟秋亚 申请人:西安理工大学