專利名稱：鑄鐵齒輪斷齒修復(fù)堆焊用特種焊條的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料科學(xué)與工程領(lǐng)域，特別是涉及一種鑄鐵齒輪斷齒修復(fù)堆焊用焊
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背景技術(shù)：
齒輪是機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣泛的零件之一，對(duì)于一些輕載、低速、不受沖擊、精度 和結(jié)構(gòu)緊湊要求不高的不重要齒輪，常用灰鑄鐵制造。灰鑄鐵齒輪一般在鑄造后進(jìn)行去應(yīng) 力退火、正火，機(jī)械加工后表面淬火，目的是提高耐磨性?；诣T鐵齒輪多用于開式齒輪傳動(dòng)。 近年來(lái)在閉式傳動(dòng)中，采用球墨鑄鐵代替鑄鋼制造齒輪的趨勢(shì)越來(lái)越大。然而，鑄鐵齒輪韌 性較低，在沖擊載荷作用下很容易產(chǎn)生失效。齒輪傳動(dòng)的失效形式及影響因素較多，其中齒輪輪齒斷裂(斷齒)是較為常見的 齒輪損傷形式，也是造成齒輪失效的重要原因。實(shí)際使用中最常見的是過載斷齒和疲勞斷 齒兩種形式。過載斷齒是當(dāng)實(shí)際載荷大大超過設(shè)計(jì)載荷，或因輪齒接觸不良造成載荷嚴(yán)重集 中，使得輪齒的應(yīng)力超過其極限應(yīng)力，在短期內(nèi)產(chǎn)生輪齒整個(gè)或局部斷裂的現(xiàn)象。疲勞斷齒是輪齒在長(zhǎng)期受到過高的交變應(yīng)力重復(fù)作用下，在輪齒的根部彎曲應(yīng)力 較大且應(yīng)力相對(duì)集中的部位產(chǎn)生疲勞裂紋，隨著作用次數(shù)增多，原始的疲勞裂紋不斷擴(kuò)展， 當(dāng)齒根剩余截面上的應(yīng)力超過其極限應(yīng)力時(shí)，輪齒就會(huì)因過載造成斷齒。此外，較為常見的還有隨機(jī)斷齒。隨機(jī)斷齒是指意外情況引起的斷齒，如異物進(jìn) 入、潤(rùn)滑不良、材料缺陷、磨刮裂紋、熱處理殘余應(yīng)力過高等原因引起的輪齒折斷現(xiàn)象。雖然鑄鐵齒輪價(jià)格便宜，但是其使用量較大，特別是斷齒一般為突發(fā)事件，在沒有 備用齒輪的情況下，斷齒會(huì)嚴(yán)重的影響正常的生產(chǎn)，給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在 技術(shù)條件允許的情況下，對(duì)齒輪斷齒進(jìn)行堆焊修復(fù)，既符合“綠色制造”的要求，又可以直接 為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。然而，在鑄鐵齒輪斷齒堆焊修復(fù)過程中，容易產(chǎn)生組織白口化及出現(xiàn)裂紋等問題； 采用傳統(tǒng)的堆焊焊條，即使在焊前對(duì)鑄鐵齒輪預(yù)熱(400°C左右)，而且焊后進(jìn)行熱處理的 條件下，堆焊金屬及熱影響區(qū)開裂傾向仍然很大。同時(shí)，焊前預(yù)熱、焊后熱處理，將會(huì)浪費(fèi)大 量的能源，使焊接工藝復(fù)雜化，并增加工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，給企業(yè)造成相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失。
發(fā)明內(nèi)容
為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鑄鐵齒輪斷齒進(jìn)行堆焊修復(fù)，發(fā)明了一種用堆焊用焊條。該焊條 的特點(diǎn)是焊前不用對(duì)鑄鐵齒輪進(jìn)行預(yù)熱，焊后不用進(jìn)行熱處理，現(xiàn)場(chǎng)使用非常方便，硬度范 圍為HB120-220，鑄鐵齒輪堆焊后宜于加工。這種用于修復(fù)斷齒鑄鐵齒輪堆焊用焊條其特征在于大理石35-50，白土子3-6，螢 石20-30，石英1-3，金紅石2-4，鈦鐵4-7，鉬鐵2_5，高碳錳鐵1_3，硅鐵1_3，氧化釔4_7，金 屬鎳10-14。焊芯為H08A鋼焊絲。采用的粘結(jié)劑水玻璃的模數(shù)為2. 7-3. 0，濃度(波美度)為
348-50。對(duì)于硅鐵和高碳錳鐵使用前需要進(jìn)行鈍化處理，鈍化工藝硅鐵粉末為720-750°C，高 碳錳鐵粉末為300-350°C，以上金屬粉末均保溫1小時(shí)。這種堆焊焊條設(shè)計(jì)的原則是根據(jù)鑄鐵齒輪的服役條件，雖然齒輪工作條件為輕 載、低速、不受沖擊，其精度和結(jié)構(gòu)緊湊要求不高，但是，堆焊過程中要求具有較高的抗開裂 性能，同時(shí)焊后還應(yīng)該具有一定的可加工性。根據(jù)本課題組前期研制鑄鐵齒輪堆焊焊條的 研究結(jié)果表明，從提高堆焊金屬的抗開裂性能角度考慮，堆焊會(huì)使鑄鐵齒輪的熱影響區(qū)組 織白口化，碳的存在形式由韌性的石墨變成為脆性的碳化物，使熱影響區(qū)存在較大的殘余 拉應(yīng)力，從而增加了堆焊金屬的開裂傾向；而添加鎳可以堆焊金屬中提高奧氏體穩(wěn)定性，增 加殘余奧氏體量，可以松弛熱影響區(qū)的殘余拉應(yīng)力，同時(shí)，提高堆焊金屬的塑、韌性；添加稀 土氧化物可以脫氧、脫硫，凈化堆焊熔池，而且細(xì)化結(jié)晶晶粒，變質(zhì)夾雜物，可以提高堆焊金 屬的抗開裂性能；研究表明，稀土氧化物中氧化釔的作用最明顯。所以，新型鑄鐵堆焊焊條 的設(shè)計(jì)原則為1)、加入較多量的金屬鎳粉，以改善堆焊組織，改善殘余應(yīng)力分布狀態(tài)；2)、 加入適量稀土氧化物，以改善焊后結(jié)晶組織，變質(zhì)夾雜物，從而提高堆焊金屬的抗開裂性能 3)、加入適量的鉬鐵，保證堆焊金屬具有一定的強(qiáng)硬性。4)、加入適量的鈦鐵、錳鐵和硅鐵， 進(jìn)行脫氧，并起到合金化作用；5)、加入金紅石、大理石、瑩石、白土子等起到造渣、脫氣作 用。通過成分調(diào)整和優(yōu)化，使堆焊金屬的硬度在HB120-220左右，保證了堆焊后的鑄鐵齒輪 具有一定的可加工性。與本課題組研制的堆焊熱軋輥、熱剪刃和冷剪刃焊條(已申報(bào)專利)相比較，鑄鐵 齒輪硬度較低，所以焊條藥皮中不用加入石墨(碳)、高碳鉻鐵(鉻)、鎢鐵(鎢)等，而鑄 鐵堆焊后易產(chǎn)生白口，抗開裂性能較差，所以，本發(fā)明中加入了較多的鎳(10-14wt%)。與 本課題組研制的堆焊大型齒輪焊條(已申報(bào)專利)相比較，大型齒輪硬度略高(HRC21-30)， 所以在其焊條藥皮中加入少量的高碳鉻鐵(鉻)，而鑄鐵堆焊其抗開裂性能較差，所以加入 的金屬鎳(10-14wt% )比堆焊大型齒輪焊條的金屬鎳(3-5wt% )要多；同時(shí)，加入變質(zhì)效 果更好的氧化釔，而不是鈰混合氧化物。至于加入適量的鈦鐵、錳鐵、硅鐵、金紅石、大理石、 瑩石、白土子等作用在本課題組研制的系列堆焊焊條配方中相同，所以這些原料的加入量 在各種堆焊焊條中相近。
具體實(shí)施例方式下面公開是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，要求大理石37. 4，白土子3. 5，螢石22. 7，石英 1. 7，金紅石3. 8，鈦鐵5. 8，鉬鐵2. 6，高碳錳鐵2. 5，硅鐵1. 6，氧化釔5. 3，金屬鎳13. 1。焊 芯采用H08A鋼焊絲。采用的粘結(jié)劑水玻璃的模數(shù)為2. 7-3.0，濃度(波美度)為48-50。對(duì) 于硅鐵和高碳錳鐵使用前需要進(jìn)行鈍化處理，鈍化工藝硅鐵粉末為730°C，高碳錳鐵粉末為 320°C，以上金屬粉末均保溫1小時(shí)。將上述配方中的相關(guān)粉末采用混料機(jī)進(jìn)行混合，然后 加入水玻璃攪拌均勻，用焊條涂敷機(jī)擠壓出焊條，在250-300°C對(duì)焊條進(jìn)行烘干，然后進(jìn)行 磨頭磨尾。采用上述制造的堆焊焊條對(duì)華北油田使用的HT200鑄鐵齒輪斷齒進(jìn)行堆焊修復(fù)， 焊前對(duì)焊條在200-300°C烘干1小時(shí)，去除藥皮中的結(jié)晶水，使用直流焊機(jī)，進(jìn)行反接，焊接 電流為150-200A，焊接電壓為70-80V。經(jīng)焊前不用對(duì)鑄鐵齒輪進(jìn)行預(yù)熱、焊后不用進(jìn)行熱 處理，通過堆焊修復(fù)的鑄鐵齒輪齒面的硬度為HB170-200，經(jīng)加工后可以代替經(jīng)整體鑄造生產(chǎn)的鑄鐵齒輪，不僅減少了制造工序，節(jié)省了原料和能源，同時(shí)也提高了使用壽命。
采用本發(fā)明的堆焊焊條對(duì)鑄鐵齒輪斷齒進(jìn)行堆焊修復(fù)，減少了能源消耗，避免了 制造過程對(duì)環(huán)境的污染；通過免預(yù)熱、免熱處理堆焊使報(bào)廢的鑄鐵齒輪恢復(fù)了原來(lái)的形狀 和尺寸，并且提高了其使用壽命，對(duì)解決我國(guó)冶金機(jī)械、礦山機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、石油化工機(jī)械 等各行各業(yè)所普遍存在的鑄鐵齒輪斷齒堆焊修復(fù)這一難題具有重要的工程意義，其市場(chǎng)空 間十分廣闊。
權(quán)利要求
一種用于鑄鐵齒輪斷齒修復(fù)堆焊用焊條，其化學(xué)成分為(wt％)大理石35 50，白土子3 6，螢石20 30，石英1 3，金紅石2 4，鈦鐵4 7，鉬鐵2 5，高碳錳鐵1 3，硅鐵1 3，氧化釔4 7，金屬鎳10 14。焊芯為H08A鋼焊絲。采用的粘結(jié)劑水玻璃的模數(shù)為2.7 3.0，濃度(波美度)為48 50。
2.加入的稀土氧化物為氧化釔。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料科學(xué)與工程領(lǐng)域，本發(fā)明涉及一種用于鑄鐵齒輪斷齒修復(fù)堆焊用特種焊條，其化學(xué)成分為(wt％)大理石35-50，白土子3-6，螢石20-30，石英1-3，金紅石2-4，鈦鐵4-7，鉬鐵2-5，高碳錳鐵1-3，硅鐵1-3，氧化釔4-7，金屬鎳10-14。焊芯為H08A鋼焊絲。采用的粘結(jié)劑水玻璃的模數(shù)為2.7-3.0，濃度(波美度)為48-50。采用本堆焊焊條可以焊前不用預(yù)熱、焊后不用熱處理對(duì)鑄鐵齒輪斷齒進(jìn)行堆焊修復(fù)，堆焊金屬具有較高的抗開裂性能；通過合金化作用，堆焊金屬具有適當(dāng)?shù)挠捕?HB120-220)和耐磨性。
文檔編號(hào)B23K103/06GK101920404SQ20101023682
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者楊慶祥, 楊育林, 齊效文 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)