专利名称：快速焊接修复大型qt500-7球墨铸铁件缺陷的焊接材料及方法
技术领域：
本发明属于铸铁件挽救工程技术领域，涉及ー种快速焊接修复大型QT500-7球墨铸铁件缺陷的焊接材料，本发明还涉及利用该种焊接材料快速焊接修复大型QT500-7球墨铸铁件缺陷的方法。
背景技术：
铸造过程エ艺复杂，球墨铸铁件缺陷在所难免，由于铸铁固有的凝固特性，在焊接过程中极易产生焊补区白口和裂纹。而诸如机床床身、大型齿轮及风电器件等球墨铸铁件的缺陷几率较高，而且焊接修复的附加值较大，对缺陷球墨铸铁件实施挽救修复是企业增资节能的重要举措，有利于环境保护和节约地球资源。目前，对球墨铸铁件进行高质量修复的方法是气焊和电弧热态焊。这两种方法用来焊补中小型球墨铸铁件操作方便，效果很好。但若对于大型球墨铸铁件则会因为加(预) 热难度大，气焊无法实现熔合焊接；电弧焊冷速过大，焊接区加工性能差。尤其是对于大型球墨铸铁件的较大缺陷，会因为焊接过程热的过度输入而容易造成焊接区应カ过大导致球墨铸铁件变形或出现开裂，焊接难度较大。球墨铸铁生产中由于添加了反石墨化的球化元素，焊接区白ロ、裂纹倾向更大。焊接修复球墨铸铁件比球墨铸铁要求更高，难度更大。对此，生产企业对于球墨铸铁件重要加工面上的较大缺陷往往显得束手无策，只能报废。大型报废件的肢解和破碎过程需要花费大量的能源；球墨铸铁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，这中间还不包括劳动カ 和时间成本的浪费。因此，研发用于大型QT500-7球墨铸铁件缺陷的快速焊接修复方法及其焊接材料非常必要。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种快速焊接修复大型QT500-7球墨铸铁件缺陷的焊接材料，解决了现有技术下球墨铸铁件缺陷难以处理的难题。本发明的另一目的在干，提供ー种利用上述焊接材料焊接材料快速焊接修复大型 QT500-7球墨铸铁件缺陷的方法。本发明采用的技术方案是，ー种快速焊接修复大型QT500-7球墨铸铁件缺陷的焊接材料，由以下组分的粉末按重量百分比均勻混合組成Fe2O3 30% -35%, Al 25% -30%, Na2CO3 1. 4% -1. 6%, Na2B4O7 4% -6%, CaF2 4 % -6 %, CaO 5% -8%, SiO2 0. 5 %-1. 5 %、石墨 5. 0 %-7. 0 %、75Si_Fe4. 0 %-5. 0 %、 75Mn-Fe 1. 0-2. 0 Ni 0. 5 % -2 Bi 0. 1 % -0. 3 %,60Si-Cal. 0 % -2. 0 RE-Mg 0. 3% -0. 8%,Q14 生铁 7% -10%，总重量为 100%。本发明采用的另ー技术方案是，ー种利用上述的焊接材料快速焊接修复大型 QT500-7球墨铸铁件缺陷的方法，按照以下步骤具体实施
步骤1、对有缺陷的球墨铸铁件的缺陷部位实施打磨，加工出坡ロ ；步骤2、沿坡口上缘周边造型，使用型砂或水泥沿缺陷坡口上部周边修筑提坝，提坝的上缘需留有点火引信的引入槽；步骤3、将配制好的焊接材料混合均勻后装填入坡口和提坝内部，埋入点火引信后夯实、填满，最后在上面压上压盖；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，熔化后所产生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、在焊接区撒上木粉和珍珠岩的混合物，使熔敷金属缓冷凝固得到包括熔渣和多余金属层的焊接区金属；步骤6、待焊接区冷却到低于200士 10°C后，去掉压盖，打掉造型提坝，露出焊接区；步骤7、应用机加工方法去除焊接区高出球墨铸铁件表面部分的熔渣和金属层，形成光滑焊补区域即成。本发明的有益效果是，适于快速焊接修复牌号为QT500-7的大型球墨铸铁缺陷用的焊接材料，在室温下施焊，能有效地降低白口和裂纹倾向，焊缝焊縫成分、组织、色泽与球墨铸铁件本体一致；焊缝成份和组织为典型的铁素体-珠光体球墨铸铁组织；焊缝強度与和硬度与球墨铸铁件本体基本一致；焊缝抗裂性增强、可加工；焊接持续时间仅2-5分钟。
图1是采用本发明方法对球墨铸铁件缺陷打磨后的待焊部位形状图；图2是采用本发明方法用型砂或水泥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是采用本发明方法机加工后的球墨铸铁件焊接区结构图。其中，1.球墨铸铁件，2.提坝，3.压盖，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QT500-7球墨铸铁件缺陷的焊接材料，由以下组分的粉末按重量百分比均勻混合组成Fe2O3 30% -35%,Al 25% -30%, Na2CO3 1.4%-1.6%、 Na2B4O7 4% -6 %, CaF2 4% -6 %, CaO 5 %-8 %、SiO2O. 5 %-1. 5 %、石墨 5. 0 %-7. 0 %、 75Si-Fe 4. 0 % -5. 0 %,75Mn-Fe 1. 0-2. 0 NiO. 5 % -2 Bi 0. 1 % -0. 3 %,60Si-Ca 1. 0% -2. 0%, RE-Mg 0. 3% -0. 8%,Q14 生铁 % -10%，总重量为 100%。本发明的上述焊接材料，按照其功能包括四部分的粉末組成第一部分为发热剂(或称铝热剂)，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热量，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Na2CO3、Na2B4O7、CaF2、CaO 和 Si02。其中的 Na2B4O7 和 CaF2 兼具稀释剂作用，可用来调节熔渣粘度；CaF2和S^2还具除氢及预防焊接冷裂纹的作用。第三部分为脱氧、脱硫剂，包括Al、60Si-Ca、75Mn_Fe、Ca0及RE-Mg等。第四部分为合金剂，针对QT500-7球墨铸铁件成分及性能要求，选用不同合金粉末作为焊接填充材料，以获得与所修复铸件组织和性能相匹配的焊接区金属。包括石墨、生铁、75硅铁、60硅钙、75锰铁等组分。熔化后既可形成焊缝金属，又具有合金化作用。添加适量的镍、铋金属还有细化晶粒作用，有利于提高焊缝力学性能。本发明焊接材料组分中的发热剂和造渣剂具有通用性，而针对牌号为QT500-7球墨铸铁件的焊接修复需要，合金剂在种类及含量方面均具有相应的多祥性。在本发明的焊接材料成份中，各组分及含量限定理由分别是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，Fe2O3加入量不宜过多。为了使焊缝金属获得铁素体+珠光体基体的球铁组织，防止焊缝和熔合区产生白 ロ，保证焊接(补)区的机械加工性能，粉末中含碳量和含硅量均较高；不仅如此，为了改善焊缝的机械性能并促进石墨化，加入少量的M和Al ；为了浄化焊缝金属，减小S、H等有害杂质元素的影响，还加入了 Al、60Si-Ca、75Mn-Fe、Ca0及RE-Mg等；为了细化晶粒、促进石墨形核与快速生长，还添加了微量的Bi元素。本发明焊接材料中的发热剂和造渣剂具有通用性，针对不同牌号球墨铸铁件的焊接修复需要，焊接材料的差别在于合金剂在种类及含量方面，通过调节合金剂成分及其含量，能够满足不同牌号球墨铸铁件的焊接修复要求。本发明的焊接材料快速焊接修复大型QT500-7球墨铸铁件缺陷的方法，利用上述的焊接材料进行，按照以下步骤具体实施步骤1、对有缺陷的球墨铸铁件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 (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、装填焊接材料将焊接材料4混合均勻后装填入图2所示的坡ロ 8和提坝 2内部，埋入点火引信5后夯实、填满，最后在上面压上压盖3 (耐火砖)，如图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，将焊接材料中的所有组分全部熔化，熔化后所产生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、在焊接区撒上木粉和珍珠岩的混合物，使熔敷金属6缓冷凝固得到包括熔渣和多余金属层的焊接区金属7 ；步骤6、待焊接区冷却到低于200士 10°C后，去掉压盖3 (耐火砖)，打掉造型提坝 2，露出如图4所示的焊接区金属7 ；
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步骤7、应用机加工方法去除焊接区金属7高出球墨铸铁件表面部分的熔渣和金属层，形成如图5所示的光滑焊补区域即成。本发明的技术特征在于缺陷坡ロ 8上缘的造型提坝2、焊接材料的装填、点火引信 5的引入及压盖3结构的使用，尤其是焊接后期的保温缓冷，是实现大型球墨铸铁件缺陷快速焊接修复的关键所在。在沿缺陷坡ロ 8上缘修筑提坝造型时，预留高约3mm，宽约5mm的引信槽是必不可少的。该引信槽的开设方位要便于操作，而且宽和高位向不能搞错，以防焊接过程中熔渣与金属液的过度外流。本发明的快速焊接修复大型QT500-7球墨铸铁件缺陷的方法，能够实现球墨铸铁件上的各种缺陷的室温下焊接修复，焊缝成份和组织与所焊补球墨铸铁件本体相对应，性能与球墨铸铁件本体相匹配，焊区色泽与球墨铸铁件本体一致；焊缝抗裂性強，可机加工。实施例1首先，配制用于大型QT500-7球墨铸铁件焊接的焊接材料，由以下组分的粉末按重量百分比均勻混合組成Fe20330%> Al 27%, Na2CO3 1. 6%, Na2B4O7 6%, CaF2 6%, CaO 6%, SiO2 1. 0%, 石墨 7. 0%、75Si-Fe 5. 0%、75Mn_Fe 1.0%、Ni 0.5%、Bi 0. 2%、60Si_Ca 1. 2%, RE-Mg 0. 5%,Q14生铁7%，总重量为100%。然后，利用上述配制好的焊接材料，按照以下步骤具体实施步骤1、对有缺陷的球墨铸铁件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，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、装填焊接材料将由3大部分組成的焊接材料4混合均勻后装填入图2所示的坡ロ 8和提坝2内部，埋入点火引信5后夯实、填满，最后在上面压上压盖3，如图3 ；步骤4、点燃点火引信5，使得焊接材料发生放热反应，将焊接材料中的所有组分全部熔化，熔化后所产生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、在焊接区撒上木粉和珍珠岩的混合物，使熔敷金属6缓冷凝固得到包括熔渣和多余金属层的焊接区金属7 ；步骤6、待焊接区冷却到低于200°C后，去掉压盖3，打掉造型提坝2，露出如图4所示的焊接区金属7 ；步骤7、应用机加工方法去除焊接区金属7高出球墨铸铁件表面部分的熔渣和金属层，形成如图5所示的光滑焊补区域即成。实施例1中，焊接粉末熔敷金属的化学成分(Wt% )为C 3. 5，Si 2. 71,Mn 0. 55， S 0.017，P 0.041，与所修复QT500-7球墨铸铁件材料的組成基本相同，即金相组织相同。 焊缝金属力学性能为抗拉强度ob* 520MPa，伸长率δ为7. 6%，硬度HB为220。实施例2首先，配制用于大型QT500-7球墨铸铁件焊接的焊接材料，由以下组分的粉末按重量百分比均勻混合組成Fe2O3 33%,Al 28%, Na2CO3 1. 4%, Na2B4O7 4%, CaF2 4%, CaO 5%, SiO2 0. 5%, 石墨 6. 0%、75Si-Fe 4. 5%、75Mn_Fe 1.5%、Ni 0.9%、Bi 0. l%、60Si_Ca 1. 5%, RE-Mg0. 6%,Q14生铁9%，总重量为100%。然后，利用上述配制好的焊接材料，按照实施例1中的具体步骤实施，获得熔敷金属的化学成分(Wt % )为=C 3. 3，Si 2. 67，Mn 0. 50，S 0. 018，P 0. 045，与所修复 QT500-7 球墨铸铁件材料的組成基本相同，即金相组织相同。焊缝金属力学性能为抗拉强度%为 530MPa，伸长率δ为6. 8%，硬度HB为Μ7。实施例3首先，配制用于大型QT500-7球墨铸铁件焊接的焊接材料，由以下组分的粉末按重量百分比均勻混合組成Fe2O3 33%,Al 28%, Na2CO3 1. 5%, Na2B4O7 4%, CaF2 4%, CaO 5%, SiO2 1. 0%, 石墨 7. 0%、75Si-Fe 5. 0%、75Mn_Fe 1.4%、Ni 1.0%、Bi 0. l%、60Si_Ca 1. 5%, RE-Mg
0.5%,Q14生铁7%，总重量为100%。然后，利用上述配制好的焊接材料，按照实施例1中的具体步骤实施，获得熔敷金属的化学成分(Wt % )为C 3. 61，Si 2. 74，Mn 0.50，S 0.019，P 0. 046，与所修复 QT500-7 球墨铸铁件材料的組成基本相同，即金相组织相同。焊缝金属力学性能为抗拉强度%为 491MPa，伸长率δ为7. 6%，硬度HB为216。上述实施例中，焊接粉末熔敷金属的化学成分与所修复球墨铸铁件材料的組成基本相同，即金相组织基本相同，达到了球墨铸铁件的焊接修复要求。实施例4首先，配制用于大型QT500-7球墨铸铁件焊接的焊接材料，由以下组分的粉末按重量百分比均勻混合組成Fe2O3 35%,Al 25%, Na2CO3 1. 4%, Na2B4O7 5%, CaF2 5%, CaO 7%, SiO2 0. 6%, 石墨 5%、75Si-Fe 4%、75Mn_Fe 1%, Ni 1.5%、Bi 0. 2%,60Si-Cal. 0%, RE-Mg 0.3%、 Q14生铁8%，总重量为100%。然后，利用上述配制好的焊接材料，按照实施例1中的具体步骤实施。实施例5首先，配制用于大型QT500-7球墨铸铁件焊接的焊接材料，由以下组分的粉末按重量百分比均勻混合組成Fe2O3 30 %, Al 26 %, Na2CO3 1. 5 Na2B4O7 4.5%、CaF2 4 %, CaO 8%, SiO2
1.3%、石墨 5%、75Si-Fe 4%、75Mn_Fe 1.8%、Ni 2%, Bi 0. 3%,60Si-Cal. 8%, RE-Mg 0. 8%,Q14生铁9%，总重量为100%。然后，利用上述配制好的焊接材料，按照实施例1中的具体步骤实施。本发明方法既简化了焊材生产エ艺，又节约了能源，对环境无污染，而且还能够保证焊材的强石墨化能力，获得与球墨铸铁件本体成分、组织、性能及色泽相匹配的焊接区， 实现了大型QT500-7球墨铸铁件大缺陷的高性能快速焊接修复。综上所述，本发明的材料及方法，适于快速焊接修复大型QT500-7球墨铸铁件缺陷，在室温下施焊，能有效地降低白口和裂纹倾向，焊缝色泽与球墨铸铁件本体一致；焊缝成份和组织为典型的球墨铸铁组织；焊缝強度与和硬度与球墨铸铁件本体基本一致；焊缝抗裂性增强、可加工；焊接持续时间仅2-5分钟。
权利要求
1.ー种快速焊接修复大型QT500-7球墨铸铁件缺陷的焊接材料，其特征在干，由以下组分的粉末按重量百分比均勻混合組成Fe2O3 30 % -35 Al 25 % -30 %, Na2CO3 1. 4 % -1. 6 Na2B4O7 4 % -6 %, CaF2 4 % -6 %, CaO 5% -8%, SiO2 0. 5 %-1. 5 %、石墨 5. 0 %-7. 0 %、75Si_Fe4. 0 %-5. 0 %、 75Mn-Fe 1. 0-2. 0 Ni 0. 5 % -2 Bi 0. 1 % -0. 3 %,60Si-Cal. 0 % -2. 0 RE-Mg 0. 3% -0. 8%,Q14 生铁 7% -10%，总重量为 100%。
2.ー种利用权利要求1所述的焊接材料快速焊接修复大型QT500-7球墨铸铁件缺陷的方法，其特征在干，利用权利要求1所述的组分及含量配制焊接材料，再按照以下步骤具体实施步骤1、对有缺陷的球墨铸铁件(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 0)，提坝⑵的上缘需留有点火引信(5)的引入槽；步骤3、将配制好的焊接材料(4)混合均勻后装填入坡ロ(8)和提坝O)内部，埋入点火引信( 后夯实、填满，最后在上面压上压盖(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，熔化后所产生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、在焊接区撒上木粉和珍珠岩的混合物，使熔敷金属(6)缓冷凝固得到包括熔渣和多余金属层的焊接区金属(7)；步骤6、待焊接区冷却到低于200士 10°C后，去掉压盖(3)，打掉造型提坝0)，露出焊接区金属(7)；步骤7、应用机加工方法去除焊接区金属(7)高出球墨铸铁件表面部分的熔渣和金属层，形成光滑焊补区域即成。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在干，预留的引信槽高约3mm，宽约5mm。
全文摘要
本发明公开一种快速焊接修复大型QT500-7球墨铸铁件缺陷的焊接材料，由以下组分的粉末按重量百分比均匀混合组成Fe2O3 30％-35％、Al25％-30％，Na2CO3 1.4％-1.6％、Na2B4O7 4％-6％、CaF2 4％-6％、CaO 5％-8％、SiO2 0.5％-1.5％、石墨5.0％-7.0％、75Si-Fe 4.0％-5.0％、75Mn-Fe 1.0-2.0％、Ni 0.5％-2％、Bi 0.1％-0.3％、60Si-Ca 1.0％-2.0％、RE-Mg 0.3％-0.8％、Q14生铁7％-10％，总重量为100％。本发明还公开利用上述的焊接材料快速焊接修复大型QT500-7球墨铸铁件缺陷的方法。本发明的材料及方法能够实现室温下QT500-7球墨铸铁件快速焊接修复，能有效地降低白口和裂纹倾向，而且焊缝成分、组织和色泽与球墨铸铁件基本一致。
文档编号B23K23/00GK102528325SQ20121000602
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月10日 优先权日2012年1月10日
发明者徐锦锋, 翟秋亚 申请人:西安理工大学