小孔徑銷孔氧－乙炔焊鈷基合金堆焊工藝分析

江小山 周平

中國中車長江銅陵車輛有限公司 安徽銅陵 244142

1 小孔徑氧乙炔鈷基合金堆焊問題分析

1.1 回火爆槍

在相對密封的小孔徑銷孔等特殊結構堆焊過程中，在結構限制下，焊炬會因此回旋火焰的產(chǎn)生對自身加熱，在不斷升高的焊炬溫度影響下，回火爆槍現(xiàn)象會在達到乙炔燃點時發(fā)生，局部堆焊層將因此出現(xiàn)質量問題，如硬度超高、出現(xiàn)夾渣和密集性氣孔[1]。

1.2 火焰燃燒穩(wěn)定不足

受氣瓶內氣體壓力、儲存量的不斷減小影響，堆焊過程中的火焰性質會隨之發(fā)生變化，這種情況下操作人員的氣體流量調節(jié)需建立在仔細觀察火焰的前提下，且操作人員需同時具備豐富經(jīng)驗，這種穩(wěn)定性較差的火焰會直接影響堆焊質量。

1.3 較大的焊炬整體結構尺寸

結合《JB/T6969-1993 射吸式焊炬》標準可以了解到，對于整體較大的焊炬結構尺寸來說，其不適用于相對密封的小孔徑銷孔等特殊結構堆焊，由此引發(fā)的相關問題同樣不容忽視[2]。

2 小孔徑氧乙炔鈷基合金堆焊工藝優(yōu)化實踐

2.1 解決方案

結合上文提及的相關問題，本文將針對性制定解決方案。第一，開展水冷焊炬研制，以此解決回火爆槍現(xiàn)象，長時間處于相對密閉空間內焊炬過熱問題可由此解決；第二，增設氣體流量計，需結合射吸式焊炬基體，在乙炔調節(jié)閥和氧氣調節(jié)閥分別設置氣體流量計，氣體流量變化動態(tài)檢測可在堆焊過程中完成，以此隨時調整氣體流量，火焰焰型穩(wěn)定可順利實現(xiàn)；第三，研制專用焊炬，需結合結構尺寸特點，保證堆焊在小型密閉空間內具備較高的可操作性。

2.2 具體設計

采用黃銅作為焊炬主體材料，為實現(xiàn)熱傳導性的增加，采用紫銅作為焊嘴材料，循環(huán)水冷卻效果可由此提升。在整體結構尺寸的設計中，遵循上文提及的GB/T6969 標準，以此與創(chuàng)新設計的焊嘴和后接體部件充分配合，新增氣體流量控制檢測功能和循環(huán)水冷卻功能，焊嘴可在堆焊過程中在線檢測乙炔氣體、氧氣的流量，動態(tài)調整可順利實現(xiàn)。在具體的裝配中，各氣閥需實現(xiàn)流量的均勻調節(jié)和氣路的靈活關閉，焊炬接頭與焊嘴、軟管后部接體與接頭的配合需做到互換和氣密，同時焊炬需預留調整余量（1-3 個螺距）于各密封螺母配合處。

2.3 密封性試驗

需保證一定進氣壓力下的氣閥和所有氣管連接處不出現(xiàn)漏氣，需提高50%的最大氧氣工作壓力進行氧氣通路的密封性試驗，需按照0.25MPa 的壓力進行混合氣和乙炔通路的密封性試驗，還需要按照0.6MPa 水壓進行循環(huán)冷卻水管路連接處的密封性試驗。需通入壓縮氣體在打開或關閉的兩種狀態(tài)下進行氧氣通路、混合氣和乙炔通路的密封性試驗，并持續(xù)20s 將其浸沒在水中，通過試驗可確定不存在漏氣現(xiàn)象。需通入0.6MPa 循環(huán)水于循環(huán)冷卻水管路，由此可確定所有接頭在30min 內不存在漏水現(xiàn)象和水珠[3]。

2.4 抗回火試驗

燃燒試驗需在控制氧氣工作壓力和氧氣工作壓力的前提下進行，需要分別控制在0.4MPa、0.006-0.008MPa，同時保證存在呈圓柱狀的焊炬焰芯，且存在半球形或圓錐形的頂端，不存在彎曲和偏斜，焊炬火焰燃燒在10ms/s 的風速工況下需要保持穩(wěn)定，回火現(xiàn)象不得出現(xiàn)于持續(xù)燃燒的情況下。具體試驗采用風速儀（ZRQF-F30J 型）進行風速測量，與地面垂直的朝上焊炬火焰焊炬焰心形狀觀察需保持30s 自然狀態(tài)，引燃焊炬嘴后需基于中性火焰和10ms/的風速（風向與火焰垂直）觀察是否存在正常燃燒的焰芯。在循環(huán)水冷卻系統(tǒng)開啟后，即可開展抗回火試驗，在焊炬引燃后需進行標準中性焰調節(jié)，在經(jīng)過30s 的穩(wěn)定后，需深入8mm 深、Φ16mm 直徑的盲孔內，在經(jīng)過30s 穩(wěn)定后，按照10轉/min 進行工件旋轉，盲孔內的高速燃燒火焰會使得火焰回旋大量產(chǎn)生并持續(xù)加熱焊嘴本體，以此保持30min，對回火爆槍現(xiàn)象是否發(fā)生進行驗證。基于試驗可以確定，上述試驗項目均順利通過，使用測溫儀（MS6506 型）測量焊嘴部位穩(wěn)定，在8℃室溫下，試驗后焊嘴部位溫度為10℃，設計能夠較好滿足實際需要。

2.5 堆焊工藝性試驗

堆焊工藝試驗圍繞深度為14mm、直徑為16.0-14.8mm 的錐孔進行，堆焊試驗過程需要詳細記錄，堆焊層表面需開展HRC 硬度檢測和PT 檢驗，以此保證不存在線性顯示的PT 檢驗結果，不存在4mm 以上的圓形顯示，不存在一條直線上排列的3 個及以上顯示（同時需存在3m 內的兩顯示間邊與邊距離）。加工掉2mm堆焊層厚度，HRC 硬度值需至少進行5 次測量，需得到38HRC-50HRC 區(qū)間的硬度值，且存在5HRC 內的最小值和最大值差，按照《金屬材料洛氏硬度試驗》（GB/T230.1-2018）開展具體試驗。具體試驗過程開展三組堆焊試驗，按照3 件一組開展。采用直徑φ2。的焊絲，焰心與內焰比例需控制在1:1.5，流量需基于火焰比例適時調節(jié)，回火爆槍次數(shù)和堆焊過程及時間需細致記錄，工件堆焊后進行Φ12 通孔加工，以此PT 探傷檢車堆焊層，HRC 硬度值測量基于Φ12 直徑的圓周開展，均布測量數(shù)為10 個。結合試驗結果可確定，回火爆槍現(xiàn)象未出現(xiàn)，火焰焰型燃燒穩(wěn)定，可得到41-45HRC 區(qū)間的堆焊層硬度檢測結果，且能夠在28-30min 完成單件堆焊，預期目標達成。

3 結語

綜上所述，氧乙炔焊炬能夠作為小孔徑氧乙炔堆焊問題處理的切入點。在此基礎上，本文涉及的優(yōu)化設計和相關試驗，則直觀展示了實用性較高的小孔徑氧乙炔鈷基合金堆焊工藝，為更好應用該工藝，基于信息技術的仿真探索也需要得到重點關注。