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        泥漿泵液缸修復(fù)的電弧堆焊工藝

        2014-10-21 12:49:13張健牛恩輝
        科技視界 2014年34期
        關(guān)鍵詞:焊接工藝液壓缸

        張健 牛恩輝

        【摘 要】本文分析研究了鉆井泥漿泵液缸的可焊性,針對(duì)性能要求選擇了合理的堆焊材料和工藝參數(shù),使修復(fù)工作滿(mǎn)足使用要求。

        【關(guān)鍵詞】手工電弧堆焊;焊接工藝;液壓缸

        0 引言

        目前各公司因生產(chǎn)需要,急需一批鉆井泥漿泵液缸,從時(shí)間、成本來(lái)看不宜重新買(mǎi)液缸。根據(jù)井隊(duì)要求,大隊(duì)決定采用手工電弧堆焊技術(shù)來(lái)修復(fù)液缸,液缸是用來(lái)抽吸鉆井泥漿液,工作面要承受很大的壓力和摩擦,要求具有較高的耐磨性和硬度,而要修復(fù)的部件恰好就是液缸的工作面,為滿(mǎn)足工作面達(dá)到工作要求,工藝參數(shù)的確定及設(shè)備的選用等進(jìn)行了分析研究,使修復(fù)液缸工作取得了較為理想的結(jié)果。

        1 母材基體焊接性與堆焊材料選擇

        1.1 母材基體焊接性分析

        液缸材質(zhì)是T10A,為碳素工具鋼,屬高碳鋼。這種鋼材的焊接性主要取決于碳的含量,隨著碳含量的增加,焊接性逐漸變差。另外,碳鋼中的Mn和Si對(duì)焊接性也有影響。它們的含量增加,也導(dǎo)致碳鋼的焊接性變差,但不及碳作用強(qiáng)烈。焊接工藝中通常把Mn和Si的影響折算相當(dāng)于碳的作用,(稱(chēng)作碳當(dāng)量CE),其經(jīng)驗(yàn)公式如下:CE=C+Mn/6+(Cr+MO+V)/5+(Ni+Cu)/15,CE值增加,產(chǎn)生的冷裂紋增加的可能性增加,焊接性變差,通常CE>0.4%時(shí),冷裂紋的敏感性將增大。實(shí)際上,焊接性的好壞,一方面取決于碳、錳、硅的含量,另一方面取決于焊接接頭的冷熱速度,它受上述三種元素共同影響著熱影響區(qū)和焊縫的組織,通常組織決定了焊接性的好壞。在某些焊接循環(huán)及冷卻速度下,碳鋼的焊縫和熱影響區(qū)中,形成淬硬組織甚至馬氏體。馬氏體的形成對(duì)碳鋼的焊接影響最大,馬氏體含量越多,則材質(zhì)硬度越高,焊接性越差。因?yàn)楹负蟮拇罅狂R氏體、或者它所表現(xiàn)出的高硬度,在焊接應(yīng)力作用下會(huì)引起熱影響區(qū)和焊縫的裂紋。

        以上分析可知,由于T10A鋼的含碳量很高,在焊接時(shí)易產(chǎn)生硬脆的高碳馬氏體,因而淬硬傾向和裂紋敏感傾向更大,焊接性更差。這對(duì)焊接材料的選擇,堆焊工藝參數(shù)制定都帶來(lái)一定的困難。

        1.2 堆焊材料的選擇

        根據(jù)井隊(duì)使用的目的,液缸只是用于導(dǎo)流泥漿。在常溫下工作,主要承受擠壓磨損,而由于摩擦面間常常有銹、沙子、化學(xué)藥劑等存在,產(chǎn)生了磨料磨損加劇,采用堆焊法主要目的有兩點(diǎn):第一、回復(fù)配件尺寸;第二、要求堆焊與層與針對(duì)相同或相近,但能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求及使用要求的性能,即:要有硬度和耐磨性。當(dāng)然,過(guò)高地提高硬度和耐磨性沒(méi)有必要,反而會(huì)增加加工量,造成浪費(fèi)。為了降低修復(fù)成本,對(duì)已選用普通焊條配合,合理工藝,達(dá)到性能要求。

        普通低碳鋼焊條J507焊芯及熔敷金屬的機(jī)械性能,如表1所示:

        表1 焊芯及熔敷金屬化學(xué)成分(%)

        表2 焊芯熔渣的化學(xué)成分(%)

        表3 熔敷金屬的力學(xué)性能

        J507焊條屬低氫焊條,使用其施焊的熔敷金屬具有優(yōu)于其它焊條的機(jī)械性能,同時(shí)具有較好的抗熱、冷裂縫的特性。

        2 堆焊層硬度與母體的匹配

        堆焊技術(shù)主要用于較低強(qiáng)度、硬度的普通母材表面上裹敷一層滿(mǎn)足高硬度、耐磨、耐高壓及耐腐蝕,或滿(mǎn)足其中之一性能要求的工作表面,它要求在工藝參數(shù)選擇上盡量保證降低母材對(duì)堆焊層的稀釋率。(稀釋率是表示堆焊焊縫中含母材金屬的百分率),這樣可以保證達(dá)到滿(mǎn)足工作要求的高性能堆焊層。對(duì)于我們所選用J422焊條來(lái)說(shuō),由于其熔敷金屬的成分影響決定了其堆焊層在低稀釋率下達(dá)不到要求的硬度。唯一的方法是反其道而行之,選擇合理的工藝參數(shù),采用高稀釋率,提高堆焊層的硬度,同時(shí)要防止對(duì)焊裂縫的產(chǎn)生。

        3 堆焊工藝參數(shù)的選擇

        綜上所述,要防止堆焊層的裂紋及獲得高硬度堆焊層,在工藝要采用合理的工藝手段和工藝參數(shù)。結(jié)合大隊(duì)的具體情況,采用的設(shè)備為時(shí)代WS-400型直流弧焊機(jī)。

        工藝過(guò)程如圖1所示:

        圖1

        具體過(guò)程如下:

        J507焊條Ф3.2mm焊前烘干,烘干溫度300~350℃,

        保溫1.5~2小時(shí);

        工件預(yù)熱300~350℃,堆焊過(guò)程中用氧氣、乙炔氣隨時(shí)加熱;

        堆焊電流采用直流正接法,電流為180~220A,電壓為25-30V;

        堆焊層焊道分為三層,打底焊道、堆焊焊道及退火焊道。

        層間溫度保持在300~350℃;

        焊后保溫,爐溫540℃,保溫在1.5~2小時(shí)后,爐冷至室溫,機(jī)加工。

        4 結(jié)果及評(píng)價(jià)

        焊后經(jīng)檢驗(yàn),母材硬度達(dá)到HRC≥30。

        結(jié)果表明:選擇J507焊條,采用手工電弧焊技術(shù)及合理的工藝,修復(fù)液缸是可行的。采用高參數(shù),提高母材對(duì)堆焊層的稀釋率,能夠提高堆焊層的硬度,滿(mǎn)足工作要求。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì),編.焊接手冊(cè)[M].1993,2.

        [2]鞏水利.焊接[J]1999(6).

        [責(zé)任編輯:薛俊歌]

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