泥漿泵液缸修復的電弧堆焊工藝

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，針對性能要求選擇了合理的堆焊材料和工藝參數，使修復工作滿足使用要求。

【關鍵詞】手工電弧堆焊;焊接工藝;液壓缸

0 引言

目前各公司因生產需要，急需一批鉆井泥漿泵液缸，從時間、成本來看不宜重新買液缸。根據井隊要求，大隊決定采用手工電弧堆焊技術來修復液缸，液缸是用來抽吸鉆井泥漿液，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，而要修復的部件恰好就是液缸的工作面，為滿足工作面達到工作要求，工藝參數的確定及設備的選用等進行了分析研究，使修復液缸工作取得了較為理想的結果。

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對焊接性也有影響。它們的含量增加，也導致碳鋼的焊接性變差，但不及碳作用強烈。焊接工藝中通常把Mn和Si的影響折算相當于碳的作用，（稱作碳當量CE），其經驗公式如下：CE=C+Mn/6+（Cr+MO+V）/5+（Ni+Cu）/15，CE值增加，產生的冷裂紋增加的可能性增加，焊接性變差，通常CE>0.4%時，冷裂紋的敏感性將增大。實際上，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。在某些焊接循環及冷卻速度下，碳鋼的焊縫和熱影響區中，形成淬硬組織甚至馬氏體。馬氏體的形成對碳鋼的焊接影響最大，馬氏體含量越多，則材質硬度越高，焊接性越差。因為焊后的大量馬氏體、或者它所表現出的高硬度，在焊接應力作用下會引起熱影響區和焊縫的裂紋。

以上分析可知，由于T10A鋼的含碳量很高，在焊接時易產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。這對焊接材料的選擇，堆焊工藝參數制定都帶來一定的困難。

1.2 堆焊材料的選擇

根據井隊使用的目的，液缸只是用于導流泥漿。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、化學藥劑等存在，產生了磨料磨損加劇，采用堆焊法主要目的有兩點：第一、回復配件尺寸;第二、要求堆焊與層與針對相同或相近，但能滿足設計要求及使用要求的性能，即：要有硬度和耐磨性。當然，過高地提高硬度和耐磨性沒有必要，反而會增加加工量，造成浪費。為了降低修復成本，對已選用普通焊條配合，合理工藝，達到性能要求。

普通低碳鋼焊條J507焊芯及熔敷金屬的機械性能，如表1所示：

表1 焊芯及熔敷金屬化學成分（%）

表2 焊芯熔渣的化學成分（%）

表3 熔敷金屬的力學性能

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

2 堆焊層硬度與母體的匹配

堆焊技術主要用于較低強度、硬度的普通母材表面上裹敷一層滿足高硬度、耐磨、耐高壓及耐腐蝕，或滿足其中之一性能要求的工作表面，它要求在工藝參數選擇上盡量保證降低母材對堆焊層的稀釋率。（稀釋率是表示堆焊焊縫中含母材金屬的百分率），這樣可以保證達到滿足工作要求的高性能堆焊層。對于我們所選用J422焊條來說，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，采用高稀釋率，提高堆焊層的硬度，同時要防止對焊裂縫的產生。

3 堆焊工藝參數的選擇

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。結合大隊的具體情況，采用的設備為時代WS-400型直流弧焊機。

工藝過程如圖1所示：

圖1

具體過程如下：

J507焊條Ф3.2mm焊前烘干，烘干溫度300～350℃，

保溫1.5～2小時;

工件預熱300～350℃，堆焊過程中用氧氣、乙炔氣隨時加熱;

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小時后，爐冷至室溫，機加工。

4 結果及評價

焊后經檢驗，母材硬度達到HRC≥30。

結果表明：選擇J507焊條，采用手工電弧焊技術及合理的工藝，修復液缸是可行的。采用高參數，提高母材對堆焊層的稀釋率，能夠提高堆焊層的硬度，滿足工作要求。

【參考文獻】

[1]中國機械工程學會焊接學會，編.焊接手冊[M].1993，2.

[2]鞏水利.焊接[J]1999（6）.

[責任編輯：薛俊歌]