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)】

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[責(zé)任編輯：薛俊歌]