[发明专利]钢管内壁的脉冲微束等离子堆焊方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁零件表面强化领域，尤其涉及钢管零件内壁的堆焊强化方法。

背景技术

在矿山、油田、电厂和机械领域，液压缸、油缸等钢管应用广泛，由于工作条件恶劣，要求这些钢管内壁必须具备耐磨、耐蚀和抗冲击性能。传统的处理方法是将钢管调质后表面电镀、化学镀、激光熔覆、氩弧焊和离心铸造然而电镀和化学镀不但污染环境，而且镀层只有几个微米，使用过程中会出现鼓泡、腐蚀坑及划伤等问题，严重影响使用寿命。再者，当钢管内径严重磨损后电镀无法修复只能报废，造成巨大浪费。激光熔覆技术目前主要应用于外壁熔覆，受激光器体积限制无法应用于小径钢管的内壁熔覆，虽然采用光纤传输或者光路耦合可以获得与管内壁呈冶金结合的熔覆层，但是受功率限制，制备的熔覆层较薄且激光器的造价高，光路系统复杂、使用条件苛刻，维护困难，很难获得大范围推广。氩弧焊配合焊丝也可以应用于内圆熔覆，但是氩弧焊是以非压缩的自由电弧为热源，自由电弧的导向性差，这就导致了熔覆的成型差，缺陷难以控制，难以应用于高精度领域。离心铸造工艺复杂，且受冶金工艺限制加入的合金元素有限，性能提高有限。专利CN102051614提出了一种等离子冶金镀层的方法，该专利是在将工件先预热300-900℃，然后使工件高速旋转，在此条件下进行等离子炬无摆动熔覆，该方法虽然理论上可以在钢管内壁制备熔覆层，但是由于熔池在钢管高速旋转时会产生飞溅，不但会影响熔覆层成型，而且会影响枪的工作稳定性，难以长时间工作。传统等离子熔覆技术难以应用于钢管的内壁熔覆，因其输出能量高，且能量集中，热影响区大，工件容易变形。且传统的等离子熔覆常因为合金元素的氧化烧损而堵住送粉孔，影响熔覆过程的连续性。本专利提出了一种钢管内壁强化的新方法，一方面，该方法以脉冲等离子为热源，通过调节占空比控制微束等离子的热输出，通过等离子炬摆动可以实现单道18-22mm的堆焊宽度，堆焊过程同步水冷可以有效防止工件变形。另一方面，自主研制的铁基合金粉末通过添加Al元素来有效脱氧和提高熔池的流动性（铝热反应放热）。二者结合可以实现等离子炬的长期稳定工作，且制备的堆焊层成型好、热影响区小，耐磨、耐腐蚀。

发明内容

为了解决钢制管状零件的耐磨性、耐蚀性及使用寿命问题，本发明提供一种钢制管状零件的等离子堆焊方法。

本发明是通过以下步骤来实现的：

（1）、将需要强化的钢管内壁进行除油、除锈，并上镗床将内径镗至特定尺寸；

（2）、将钢管装入脉冲微束等离子堆焊机床，将堆焊钢管的旋转线速度调整至300mm/min，离子炬的支撑臂随钢管旋转作同步轴向进给，进给速度12-16mm/转，在支撑臂移动的同时处于支撑臂端部的滑台载着等离子炬来回摆动，摆动速度为400-500mm/min，摆动距离为10-18mm。搭接率为11%；

（3）、堆焊过程中，在钢管外壁同步水冷，水冷喷嘴与等离子喷嘴保持同心，并同步运动，以防止钢管变形；

（4）、堆焊完成后将工件在150-250℃保温1小时。

本发明的显著效果是：

（1）、本方法是一种绿色生产，工件可循环利用，避免可传统的化学镀、电镀等工艺带来的环境污染和资源浪费，符合国家的循环经济产业政策；（2）、设备造价低且易于操作，可以降低对基体材质的要求，在基体表面获得一层高硬度、耐磨、耐腐蚀且无裂纹和气孔的堆焊层，结合基体良好的韧性可以极大提高堆焊工件的使用寿命。

附图说明

图1是钢管内壁的脉冲微束等离子堆焊过程示意图。

1-待堆焊钢管，2-支撑臂，3-滑台，4-等离子炬，5-堆焊层。

图2是脉冲微束等离子堆焊钢管的剖视图（堆焊层厚度约2mm）。

图3是抛光后堆焊钢管。

具体实施方式

实施例1

本实施例为煤矿上因磨损而导致缸套内径大于临界尺寸而报废的液压支架缸套。

采用以下方法进行脉冲微束等离子堆焊修复。

1、将报废的缸套进行除油、除锈，并上镗床将缸套的内径镗至比设计内径小2mm。

2、将加工好的缸套装载到熔覆机床，根据缸套的尺寸调整旋转速度，保证缸套内壁的线速度在300mm/min，将装载等离子炬的支撑臂伸入缸套内部，并调整喷嘴与内壁的高度至5mm；将滑台的摆动速度设定为500mm/min，摆动距离18mm；支撑臂的进给速度16mm/转，搭接率11%。

3、将脉冲微束等离子堆焊机的功率值设定为2KW，等离子束斑的直径为5mm，将粉末同步送入熔池。