超级双相不锈钢基体上堆焊Co-Cr-W硬质合金的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及堆焊Co-Cr-W硬质合金工艺技术领域，具体涉及一种超级双相不锈钢 基体上堆焊Co-Cr-W硬质合金的方法，该方法是采用新基体材料代替传统基体材料进行表 面堆焊Co-Cr-W硬质合金工艺。
【背景技术】
[0002] 随着我国核电建设的快速发展，核泵作为核电站的核心装备之一，对其关键件的 材料及焊接可靠性均提出了更严格的质量及技术要求。其中核级泵轴套在核电站大修期检 修时，往往都是基体材料奥氏体不锈钢腐蚀情况严重，针对这种腐蚀情况的出现，只能更换 新的零件，以保证机组的正常运行。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术核级泵轴套基体材料腐蚀情况严重的问题，本发明的目的在于提供 一种超级双相不锈钢基体上堆焊Co-Cr-W硬质合金的方法，即，以超级双相不锈钢替代奥 氏体不锈钢作为基体材料，并在其表面堆焊Co-Cr-W硬质合金，满足设备在工作运行下的 耐磨性和耐腐蚀性能。
[0004] 本发明技术方案如下：
[0005] -种超级双相不锈钢基体上堆焊Co-Cr-W硬质合金的方法，该方法是以超级双 相不锈钢作为基体材料，根据单件小批量的生产特点，通过钨极氩弧焊在基体材料表面 堆焊Co-Cr-W硬质合金；按重量百分含量计，所述超级双相不锈钢（ASME SA276S32760) 化学成分为：Cr24-26% ;Ni6-8 % ;Μο3-4% ;Ν0· 2-0. 3% ;Cu0.0 5-1% ;W0. 5-1% ;C 彡 0· 03% ; Si 彡 I. 0% ;Mn 彡 I. 0% ;P 彡 0· 03% ;S 彡 0· 01%。
[0006] 焊接过程中，所采用的焊接材料按目前核级泵轴套硬度等级要求，选择RCC-M S8000标准中的6级焊接材料，选用焊接材料为焊丝ERCoCr-A。
[0007] 焊接之前，工件整体均匀预热，预热温度不低于250°C ;焊接过程中控制层间温度 < 350°C，焊后采用伊索1260陶瓷纤维毯或蛭石粉保温缓冷。
[0008] 钨极氩弧焊堆焊Co-Cr-W硬质合金时，采用直流弧焊电源，直流正接。焊接过程 中，填充焊丝直径φ4.8ιτιηι，焊接电流150~170A，焊接电压15~18V，钨极直径cp3.0min， 氦气流量8~12L/min。
[0009] 堆焊时钨极尖端与工件表面须保持约为钨极直径1. 5倍的距离，钨极与工件表面 夹角约75°。堆焊层厚度1.5mm。
[0010] 本发明所产生的有益效果及优点如下：
[0011] 1、本发明通过研究材料特性、优化工艺参数、焊接过程质量控制，实现了在超级双 相不锈钢基体上堆焊C 0-Cr-W硬质合金，获得满足核电法规RCC-M标准要求的试验数据。以 此为依据制定超级双相不锈钢基体上堆焊Co-Cr-W硬质合金工艺，解决了核级泵轴套基体 材料在使用过程中的腐蚀问题，满足设备在工作运行下的耐磨性和耐腐蚀性能，保证机组 的正常运行。
[0012] 2、本发明制造过程满足核电法规RCC-M标准要求。
[0013] 3、本发明按核电法规RCC-M标准要求进行焊接工艺评定试验，获得满足标准要求 的试验数据。以此为依据制定超级双相不锈钢基体上堆焊Co-Cr-W硬质合金工艺和成品件 的批量生产。
[0014] 4、本发明技术标准：RCC-M S8000,堆焊层厚度：1. 5mm，堆焊层硬度等级：RCC-M标 准 6 级 HRC39 ~47,化学成分：RCC-M S8332a)，金相检验：RCC-MS8332b)。
【附图说明】
[0015] 图1为实施例1中试件焊前坡口形式及尺寸图。
[0016] 图2为实施例1中试件焊缝及热影响区的宏观及微观金相检验图；其中：（a)宏 观；（b)微观热影响区；（c)微观焊缝。
[0017] 图3为实施例1化学分析检验示意图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步详述。
[0019] 本发明以超级双相不锈钢作为基体材料，并在超级双相不锈钢基体上堆焊 Co-Cr-W硬质合金，超级双相不锈钢ASME SA276S32760的化学成分如表1。焊接材料按目 前核级泵轴套硬度等级要求，选择RCC-M S8000标准中的6级焊接材料，根据单件小批量的 生产特点，焊接方法采用钨极氩弧焊，选用焊接材料为焊丝ERCo,其成分如表2。
[0020] 表1超级双相不锈钢化学成分(重量百分含量Wt. %)
[0024] 实施例1
[0025] 本实施例以超级双相不锈钢作为核级泵轴套工件的基体材料，并在超级双相不锈 钢基体上堆焊Co-Cr-W硬质合金，其工艺过程如下：
[0026] 1、焊前预热：焊前工件整体均匀预热，预热温度250°C，预热时间(补充)。
[0027] 2、焊接工艺参数
[0028] 钨极氩弧焊堆焊Co-Cr-W硬质合金采用直流弧焊电源，直流正接。填充焊丝直径 与焊接电流、焊接电压、钨极直径、氩气流量的关系下表3 :
[0029] 表 3
[0031] 3、试件的形状和尺寸应能代表实际产品，考虑焊接变形产生的收缩量，焊前里孔 和外圆均需留量，试件焊前坡口形式及尺寸如图1。
[0032] 4、焊接操作要领
[0033] 堆焊时钨极尖端与工件表面须保持约为钨极直径1. 5倍的距离，钨极与工件表面 夹角约75°。电弧引燃后，待基体表面堆焊起始点形成熔池后，将电弧作适当大小的圆弧形 摆动。当熔池适当扩大后，将焊丝端部加入钨极与电弧之间，使其熔化并使熔滴滴入熔池； 而后退出焊丝，将电弧在熔池前缘作弧形摆动，使熔池向堆焊进行方向扩展。当熔池面积达 到适当大小时，再将焊丝端部加入钨极与电弧之间熔化，并使熔滴滴入熔池，如此按以上要 领重复进行。
[0034] 堆焊前还应仔细检查钨极氩弧焊设备、高频引弧、保护气、冷却水等控制系统是否 正常。堆焊过程中，弧长应保持不变。钨极摆动幅度不应大于钨极直径的3倍。多道堆焊 时，焊道两侧边缘应平缓，不可过厚，避免造成道间熔合不良，形成未焊透、夹渣、气孔等缺 陷。
[0035] 5、焊接过程质量控制
[0036] 稀释率是评价堆焊层质量的重要指标。稀释率大，基体材料混入焊层熔敷金属的 量多，改变了堆焊合金的化学成分，严重影响堆焊合金的性能，如硬度、耐蚀性、耐磨性、耐 热性等。
[0037] 为使工件表面硬度及化学成分达到标准要求，选择堆焊两层来降低母材表面工作 层的稀释率，且第一层堆焊后进行机械加工表面PT检验无任何缺陷显示再进行第二层堆 焊。
[0038] 6、焊接过程中控制层间温度< 350°C，焊后采用伊索1260陶瓷纤维毯或蛭石粉保 温缓冷。
[0039] 7、试验检验结果：
[0040] ( 1)无损检验
[0041] 焊缝表面液体渗透检验，按照RCC-M S8000标准规定满足最高级质量要求评判，检 验结果合格。
[0042] (2)硬度检验
[0043] 焊缝表面硬度检验，按照RCC-M S8000标准规定在加工到最小尺寸的堆焊表面上 作硬度曲线测量，均匀测量10个HRC硬度值，取平均值在39~47,且最大值与最小值不得 超过5个点，检验结果如下表4,合格。
[0044]表 4
[0046] (3)金相检验
[0047] 焊缝及热影响区按照RCC-M S8000标准规定进行5倍的宏观及200倍的微观金相 检验。检验结果无裂纹、未熔合等其它缺陷及异常组织，如图2 (a-c)所示。
[0048] (4)化学分析检验
[0049] 对于湿法化学分析用金属屑取样，在未经处理的堆焊层表面至少去掉0. 5mm厚度 后，在与规定的最小最终厚度的相应深度处进行，如图3所示。
[0050] 化学成分分析结果如下表5 (重量百分含量wt. %):
[0051] 表 5
[0053] 通过超级双相不锈钢基体上堆焊Co-Cr-W硬质合金试验研究，进一步优化了工 艺，创新点是基体材料采用超级双相不锈钢代替奥氏体不锈钢。
[0054] 试验研究还表明，超级双相不锈钢是由奥氏体加铁素体组成，兼有两相组织的特 性，具有较好的综合机械性能和很好的抗腐蚀能力，焊接性能良好，基体上堆焊Co-Cr-W硬 质合金，其试验结果满足核电法规RCC-M标准的要求，保证产品工况运转的复杂条件，解决 了核级泵轴套在使用过程中的腐蚀问题，具有广泛的实用性。
【主权项】
1. 一种超级双相不锈钢基体上堆焊C0-Cr-W硬质合金的方法，其特征在于：该方法 是以超级双相不锈钢作为基体材料，通过钨极氩弧焊在基体材料表面堆焊Co-Cr-W硬质 合金；按重量百分含量计，所述超级双相不锈钢化学成分为：Cr24-26% ;Ni6-8% ;Mo3-4% ; NO. 2-0. 3% ；Cu0.0 5-1% ；W0. 5-1% ；C ^ 0. 03% ；Si ^ I. 0% ；Mn ^ I. 0% ；P ^ 0. 03% ；S ^ 0. 01%〇2. 根据权利要求1所述的超级双相不锈钢基体上堆焊Co-Cr-W硬质合金的方法，其特 征在于：焊接过程中，选用焊接材料为焊丝ERCoCr-A。3. 根据权利要求1所述的超级双相不锈钢基体上堆焊Co-Cr-W硬质合金的方法，其特 征在于：焊接之前对工件整体均匀预热，预热温度不低于250°C ;焊接过程中控制层间温度 < 350°C ;焊后采用伊索1260陶瓷纤维毯或蛭石粉保温缓冷。4. 根据权利要求1所述的超级双相不锈钢基体上堆焊Co-Cr-W硬质合金的方法，其特 征在于：钨极氩弧焊堆焊Co-Cr-W硬质合金时，采用直流弧焊电源，直流正接。5. 根据权利要求4所述的超级双相不锈钢基体上堆焊Co-Cr-W硬质合金的方法，其特 征在于：钨极氩弧焊过程中，填充焊丝直径φ4.8_，焊接电流150~170A，焊接电压15~ 18V，鹤极直径Φ 3. 0_，氦气流量8~12L/min。6. 根据权利要求1所述的超级双相不锈钢基体上堆焊Co-Cr-W硬质合金的方法，其特 征在于：堆焊时钨极尖端与工件表面须保持约为钨极直径1. 5倍的距离，钨极与工件表面 夹角约75°。7. 根据权利要求1所述的超级双相不锈钢基体上堆焊Co-Cr-W硬质合金的方法，其特 征在于：堆焊层厚度I. 5mm。
【专利摘要】本发明公开了一种超级双相不锈钢基体上堆焊Co-Cr-W硬质合金的方法，该方法以超级双相不锈钢为基体材料，通过钨极氩弧焊在基体材料表面堆焊Co-Cr-W硬质合金；超级双相不锈钢成分为：Cr24-26%；Ni6-8％；Mo3-4%；N0.2-0.3%；Cu0.05-1%；W0.5-1%；C≤0.03%；Si≤1.0%；Mn≤1.0%；P≤0.03%；S≤0.01%。本发明通过研究材料特性、优化工艺参数、焊接过程质量控制，实现了在超级双相不锈钢基体上堆焊Co-Cr-W硬质合金，获得满足核电法规RCC-M标准要求的试验数据，解决了核级泵轴套基体材料在使用过程中的腐蚀问题。
【IPC分类】B23K9/23, B23K9/167, B23K9/04
【公开号】CN104972201
【申请号】CN201410139226
【发明人】范灵利, 刘恒, 关锰, 张艳敏
【申请人】沈阳鼓风机集团核电泵业有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2014年4月8日