一种明弧堆焊方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种明弧堆焊方法，属于堆焊加工技术领域。
【背景技术】
[0002]堆焊技术是材料表面工程技术的一种重要方法，其是在母材表面堆焊一层不同于母材材质的特殊合金。堆焊层材料可以是焊剂和焊丝，加热热源可以是任何能熔化母材和焊材的热源，利用这一热源使母材和焊材同时熔凝进而达到冶金结合，其目的是改善母材的耐磨、耐蚀及抗氧化等性能。
[0003]堆焊的方法可以分为埋弧堆焊和明弧堆焊。与埋弧堆焊方法相比，用自动明弧堆焊方法进行堆焊时，具有自动化程度高，生产效率高，而且，由于采用自保护药芯焊丝，焊丝成分能方便调节且可以实现不用外加气体保护装置，在焊道表面形成微渣或无渣，省去了多层多道焊时敲渣的麻烦等优点，已主要用于磨辊的修复和制造行业。
[0004]目前，国内外学者对明弧堆焊的研宄主要集中于，对焊丝化学成分种类和含量、焊接工艺、堆焊层的冷却方法的研宄，其目的都是尽量减少堆焊层裂纹，提高堆焊层的各种特色性能，学者们进行的这些研宄对提高堆焊层的性能有很大贡献。但是忽略了焊接熔池在还没凝固前的意义，没有人想过对焊接熔池进行旋转搅拌。
[0005]对焊接熔池施加搅拌，使沿母材表面优先生长的树枝晶被打碎并分布到熔池的各个部位，形成分布均匀的细小晶核，使焊接熔池各个部位均匀形核，这不仅有效减少了缩孔，而且阻碍了低熔点杂质在迟滞结晶部位的聚集，还降低了枝晶间因快速凝固产生的温度梯度及热应力而形成的熔覆层内的残余应力，抑制了堆焊层微裂纹萌生和发展的条件，从而大大减少或者消除了堆焊层的宏观和微观裂纹，获得表面光滑、无缺陷、且与基体结合良好无厚度限制，具有较高机械性能的堆焊层。
[0006]经对国内外公开发表的相关文献检索，尚未发现自动搅拌式明弧堆焊方法。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种自动搅拌式明弧堆焊方法，以提高堆焊件质量、节约堆焊成本。
[0008]本发明通过下列技术方案实现:一种自动搅拌式明弧堆焊方法，用常规的自动明弧堆焊在母材表面制备复合涂层，进行自动明弧堆焊时对尚未凝固的焊接熔池进行连续旋转搅拌，搅拌速度可以无级调节，且为移动式搅拌。
[0009]所述自动明弧堆焊方法使用的焊丝为高铬合金药芯焊丝，其化学成分及其质量百分比为:C: 5.65%、Cr:28.80%、S1:1.37%、Mn:1.12%、P:0.012%、S:0.0079%、余量为 Fe ;母材为低碳钢。
[0010]使用上述焊丝和母材时焊接工艺参数为:明弧堆焊时的焊接工艺参数为:焊接电压为33~35V，送丝速度为3.5-4.5m/min，焊接速度0.2-0.4m/min，焊丝伸出长度为2?3cm0
[0011]本发明中涉及的自动旋转搅拌式装置，包括调速控制器6、调速电动机7、固定装置8、连接棒9、螺纹连接管10、搅拌棒11，调速电动机7通过固定装置8与焊机送丝机构3连接在一起，搅拌棒11利用螺纹连接管10通过连接棒9与调速电动机7连接；搅拌棒11通过固定装置8与焊机送丝机构3固定在一起，搅拌棒11伸入焊接熔池I的内部；调速控制器6与调速电动机7串联，调速控制器6与电源相连；所述焊机送丝机构3包括药芯焊丝2、焊丝控制器4、焊接电源5，药芯焊丝2位于焊机送丝机构3的内部，焊丝控制器4固定于机送丝机构3上，焊丝控制器4与焊接电源5相连接。焊机送丝机构3与搅拌棒11呈15-30°角，搅拌棒11 (直径5mm)长度要求为在焊接时能顺利对焊接熔池进行搅拌。调速电机为无级调速电机。
[0012]使用时，将母材放置于水平的焊机工作台上，搅拌装置随焊接小车移动，并能在焊机控制箱处控制搅拌棒移动和旋转速度。
[0013]本发明的优点和效果:在自动明弧堆焊过程中，通过改变搅拌棒的旋转速度，能有效打碎沿母材表面优先生长出来的树枝晶，使晶粒细化，并利于释放因快速凝固产生的温度梯度及热应力而形成的熔覆层内的残余应力，有助于减少熔覆层凝固后表面的宏观裂纹及微观裂纹，获得表面光滑、无缺陷、且与基体结合良好无厚度限制，具有较高机械性能的堆焊层。本发明的装置结构简单、操作非常简便、成本低，当与焊接参数良好搭配时，可提高焊层的耐磨耐蚀性能增加堆焊层的使用寿命。
【附图说明】
[0014]图1为本发明自动搅拌式明弧堆焊装置的结构示意图:
图2为实例I自动堆焊Fe-Cr-C系耐磨层的表面形貌；
图3为实例2自动堆焊Fe-Cr-C系耐磨层的表面形貌；
图4为实例3自动堆焊Fe-Cr-C系耐磨层的表面形貌；
图5为实例4自动堆焊Fe-Cr-C系耐磨层的表面形貌；
图6为实例5自动堆焊Fe-Cr-C系耐磨层的表面形貌；
图7为实例6自动堆焊Fe-Cr-C系耐磨层的表面形貌；
图8为实例I自动堆焊Fe-Cr-C系耐磨层的横截面形貌；
图9为实例2自动堆焊Fe-Cr-C系耐磨层的横截面形貌；
图10为实例3自动堆焊Fe-Cr-C系耐磨层的横截面形貌；
图11为实例4自动堆焊Fe-Cr-C系耐磨层的横截面形貌；
图12为实例5自动堆焊Fe-Cr-C系耐磨层的横截面形貌；
图13为实例6自动堆焊Fe-Cr-C系耐磨层的横截面形貌；
图14为实例I所得样品的冲击磨损实验后的SM形貌；
图15为实例5所得样品的冲击磨损实验后的SEM形貌。
[0015]图中:1-焊接熔池，2-药芯焊丝，3-焊机送丝机构，4-焊丝控制器，5-焊接电源，6-调速控制器，7-调速电动机，8-固定装置，9-连接棒，10-螺纹连接管，11-搅拌棒，12-焊缝，13-母材。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
[0017]实施例1 (对比试验)
本实施例所述明弧堆焊方法使用的焊丝为高铬合金药芯焊丝，其化学成分及其质量百分比为:C: 5.65%, Cr:28.80%, S1:1.37%、Mn:1.12%、P:0.012%、S:0.0079%、余量为 Fe ;母材是尺寸为150mmX50mmX20mm的低碳钢。
[0018]用常规的明弧自动堆焊方法在母材表面堆焊耐磨层，焊接工艺参数:焊接电压为34V，送丝速度为4m/min，焊接速度为0.3m/min,焊丝伸出长度为2?3cm，不施加搅拌；将获得的试样沿垂直于堆焊方向，在始末端切开，利用LEICA DFC280光学图像分析系统对焊层截面进行拍照分析；所获得涂层形貌见图2、8所示。
[0019]本实施例使用的自动旋转搅拌式装置，如图1所示，包括调速控制器6、调速电动机7、固定装置8、连接棒9、螺纹连接管10、搅拌棒11，调速电动机7通过固定装置8与焊机送丝机构3连接在一起，搅拌棒11利用螺纹连接管10通过连接棒9与调速电动机7连接；搅拌棒11通过固定装置8与焊机送丝机构3固定在一起，搅拌棒11伸入焊接熔池I的内部；调速控制器6与调速电动机7串联，调速控制器6与电源相连；所述焊机送丝机构3包括药芯焊丝2、焊丝控制器4、焊接电源5，药芯焊丝2位于焊机送丝机构3的内部，焊丝控制器4固定于机送丝机构3上，焊丝控制器4与焊接电源5相连接。焊机送丝机构3与搅拌棒11呈15°角，搅拌棒11 (直径5mm)长度要求为在焊接时能顺利对焊接熔池进行搅拌；调速电机为无级调速电机。
[0020]在自动明弧焊机焊接过程中，搅拌装置随着焊接小车移动，实现焊接过程中对焊接熔池的搅拌；使用时，将待焊接母材放置于水平的焊机工作台上，调整好焊丝的伸出长度和焊接参数，接通搅拌装置电源调整好搅拌棒旋转速度，然后进行自动明弧堆焊。
[0021]实施例2
本实施例所述明弧堆焊方法使用的焊丝为高铬合金药芯焊丝，其化学成分及其质量百分比为:C:5.65%、Cr:28.80%、S1:1.37%、Mn:1.12%、P:0.012%、S:0.0079%、余量为 Fe ;母材是尺寸为150mmX50mmX20m