[发明专利]钛材零件表面堆焊硬化工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属材料表面硬化技术领域，具体涉及钛材零件表面堆焊硬化工艺。

背景技术

钛材具有优异的抗腐蚀能力，在航空航天、舰船结构及民用领域获得了广泛应用。但是，钛的表面耐擦伤和耐磨损性能却不能令人满意。纯钛的硬度只有HRC15，用它来作阀门的密封件，其硬度是远远不够的。尤其在有相对滑动的密封副中，如闸板阀的闸板，截止阀的阀瓣，硬密封的球阀阀座等。为了改善钛及其合金的耐磨性能，已经研究了多种表面处理技术，如微弧氧化、电镀和化学镀、渗氮、离子注入、气相沉积、等离子喷涂等。这些方法存在以下缺点：

1、对于电镀和化学镀，为提高镀层和基体的结合力，需要严格进行镀前处理和镀后热处理，工艺流程复杂，并且容易产生污染环境的废弃物。

2、对于微弧氧化，电解液成分、温度、时间、电参数等对氧化物薄膜影响较大；单位面积耗能较大，限制了加工工件的面积；氧化膜与基体结合力较差。

3、对于渗氮、离子注入、气相沉积、等离子喷涂等，设备投资较大，工艺难度大。在磨损冲刷十分苛刻的工况条件下，仅靠这几种工艺形成的微薄的硬化层是满足不了使用要求的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供钛材零件表面堆焊硬化工艺，达到结合力强、耐擦伤性能好、方法简单、工艺流程短、成本低、易于在生产中推广应用的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

钛材零件表面堆焊硬化工艺，包括以下步骤：

1）焊前在母材表面加工堆焊槽，

2）焊丝准备：焊丝采用与母材材质相同或相近的板材剪制而成，

3）采用钨极混合气体保护焊对堆焊槽进行焊接，

4）所焊的堆焊层为2层，堆焊层总厚度4mm，堆焊完成后，对堆焊层表面进行机械加工，保留焊层厚度2mm。

在本发明的一个优选实施例中，所述堆焊槽深度为2.5mm，且所述堆焊槽与水平面夹角为45度。

在本发明的一个优选实施例中，所述步骤2）剪制下来的焊丝进行真空退火然后再将焊丝用酒精清洗后，晾干留用。

在本发明的一个优选实施例中，所述步骤3）的堆焊工艺参数为：焊接电流120～160A，电弧电压12～14V，焊接速度15cm/min，氩气流量12～15L/min，焊接层数2层，保证层间温度＜200℃。

在本发明的一个优选实施例中，所述步骤3）中保护气体混合比例为85%氩气+10%氧气+5%氮气。

在本发明的一个优选实施例中，所述混合气体满足以下纯度，其中氩气纯度≥99.99%，氧气纯度≥99.6%，氮气纯度≥99.5%。

在本发明的一个优选实施例中，钨极混合气体保护焊采用的焊枪喷嘴选用长喷嘴，且焊接之前调整焊枪钨电极伸出喷嘴8～10mm。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、由于堆焊设备只需要一套手工钨极氩弧焊设备、两个气体配比器和三个气瓶，设备投资小。

2、由于手工钨极氩弧焊技术很容易学习掌握，操作难度小。

3、通过焊前加工堆焊槽，焊后加工堆焊面，很容易保证需要的硬化层厚度。

4、硬化层通过熔化堆焊获得，结合强度高，不会发生脱落。

5、与电镀、化学镀等工艺相比，堆焊工艺不会产生污染环境的废弃物。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1是本发明的氩弧焊枪喷嘴示意图。

图2是本发明的保护气体和添加气体装置示意图。

图3是本发明实施例的阀瓣堆焊示意图，A面表示堆焊层加工至成品时的位置。

附图标号说明：201——氮气瓶；202——氧气瓶；203——氩气瓶；204-氮气瓶阀；205-氧气瓶阀；206-氩气瓶阀；207-氮气瓶流量计；208-氧气瓶流量计；209-氩气瓶流量计；210-第一气体配比器；211-第二气体配比器。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参照图1，为本发明的氩弧焊枪喷嘴示意图，其中喷嘴呈倒梯形状，喷嘴全长56mm，