專利名稱：快速焊接修復(fù)大型qt500-7球墨鑄鐵件缺陷的焊接材料及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鑄鐵件挽救工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種快速焊接修復(fù)大型QT500-7球墨鑄鐵件缺陷的焊接材料，本發(fā)明還涉及利用該種焊接材料快速焊接修復(fù)大型QT500-7球墨鑄鐵件缺陷的方法。
背景技術(shù)：
鑄造過程エ藝復(fù)雜，球墨鑄鐵件缺陷在所難免，由于鑄鐵固有的凝固特性，在焊接過程中極易產(chǎn)生焊補區(qū)白口和裂紋。而諸如機床床身、大型齒輪及風(fēng)電器件等球墨鑄鐵件的缺陷幾率較高，而且焊接修復(fù)的附加值較大，對缺陷球墨鑄鐵件實施挽救修復(fù)是企業(yè)增資節(jié)能的重要舉措，有利于環(huán)境保護和節(jié)約地球資源。目前，對球墨鑄鐵件進行高質(zhì)量修復(fù)的方法是氣焊和電弧熱態(tài)焊。這兩種方法用來焊補中小型球墨鑄鐵件操作方便，效果很好。但若對于大型球墨鑄鐵件則會因為加(預(yù)) 熱難度大，氣焊無法實現(xiàn)熔合焊接；電弧焊冷速過大，焊接區(qū)加工性能差。尤其是對于大型球墨鑄鐵件的較大缺陷，會因為焊接過程熱的過度輸入而容易造成焊接區(qū)應(yīng)カ過大導(dǎo)致球墨鑄鐵件變形或出現(xiàn)開裂，焊接難度較大。球墨鑄鐵生產(chǎn)中由于添加了反石墨化的球化元素，焊接區(qū)白ロ、裂紋傾向更大。焊接修復(fù)球墨鑄鐵件比球墨鑄鐵要求更高，難度更大。對此，生產(chǎn)企業(yè)對于球墨鑄鐵件重要加工面上的較大缺陷往往顯得束手無策，只能報廢。大型報廢件的肢解和破碎過程需要花費大量的能源；球墨鑄鐵件的再生產(chǎn)又一次需要熔煉，這在消耗能源的同時，排放的廢氣和熔渣也對環(huán)境造成了二次污染，這中間還不包括勞動カ 和時間成本的浪費。因此，研發(fā)用于大型QT500-7球墨鑄鐵件缺陷的快速焊接修復(fù)方法及其焊接材料非常必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種快速焊接修復(fù)大型QT500-7球墨鑄鐵件缺陷的焊接材料，解決了現(xiàn)有技術(shù)下球墨鑄鐵件缺陷難以處理的難題。本發(fā)明的另一目的在干，提供ー種利用上述焊接材料焊接材料快速焊接修復(fù)大型 QT500-7球墨鑄鐵件缺陷的方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，ー種快速焊接修復(fù)大型QT500-7球墨鑄鐵件缺陷的焊接材料，由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成Fe2O3 30% -35%, Al 25% -30%, Na2CO3 1. 4% -1. 6%, Na2B4O7 4% -6%, CaF2 4 % -6 %, CaO 5% -8%, SiO2 0. 5 %-1. 5 %、石墨 5. 0 %-7. 0 %、75Si_Fe4. 0 %-5. 0 %、 75Mn-Fe 1. 0-2. 0 Ni 0. 5 % -2 Bi 0. 1 % -0. 3 %,60Si-Cal. 0 % -2. 0 RE-Mg 0. 3% -0. 8%,Q14 生鐵 7% -10%，總重量為 100%。本發(fā)明采用的另ー技術(shù)方案是，ー種利用上述的焊接材料快速焊接修復(fù)大型 QT500-7球墨鑄鐵件缺陷的方法，按照以下步驟具體實施
步驟1、對有缺陷的球墨鑄鐵件的缺陷部位實施打磨，加工出坡ロ ；步驟2、沿坡口上緣周邊造型，使用型砂或水泥沿缺陷坡口上部周邊修筑提壩，提壩的上緣需留有點火引信的引入槽；步驟3、將配制好的焊接材料混合均勻后裝填入坡口和提壩內(nèi)部，埋入點火引信后夯實、填滿，最后在上面壓上壓蓋；步驟4、點燃點火引信，使得焊接材料中的發(fā)熱劑發(fā)生放熱反應(yīng)，將焊接材料中的所有組分全部熔化，熔化后所產(chǎn)生的鐵液密度高于熔渣沉入坡口中，而熔渣上浮與鐵液發(fā)生分層；步驟5、在焊接區(qū)撒上木粉和珍珠巖的混合物，使熔敷金屬緩冷凝固得到包括熔渣和多余金屬層的焊接區(qū)金屬；步驟6、待焊接區(qū)冷卻到低于200士 10°C后，去掉壓蓋，打掉造型提壩，露出焊接區(qū)；步驟7、應(yīng)用機加工方法去除焊接區(qū)高出球墨鑄鐵件表面部分的熔渣和金屬層，形成光滑焊補區(qū)域即成。本發(fā)明的有益效果是，適于快速焊接修復(fù)牌號為QT500-7的大型球墨鑄鐵缺陷用的焊接材料，在室溫下施焊，能有效地降低白口和裂紋傾向，焊縫焊縫成分、組織、色澤與球墨鑄鐵件本體一致；焊縫成份和組織為典型的鐵素體-珠光體球墨鑄鐵組織；焊縫強度與和硬度與球墨鑄鐵件本體基本一致；焊縫抗裂性增強、可加工；焊接持續(xù)時間僅2-5分鐘。


圖1是采用本發(fā)明方法對球墨鑄鐵件缺陷打磨后的待焊部位形狀圖；圖2是采用本發(fā)明方法用型砂或水泥對缺陷上部修筑提壩造型圖；圖3是采用本發(fā)明方法的焊接之前的焊粉裝填示意圖；圖4是采用本發(fā)明方法的焊后焊接區(qū)結(jié)構(gòu)圖；圖5是采用本發(fā)明方法機加工后的球墨鑄鐵件焊接區(qū)結(jié)構(gòu)圖。其中，1.球墨鑄鐵件，2.提壩，3.壓蓋，4.焊接材料，5.點火引信，6.熔敷金屬， 7.焊接區(qū)金屬，8.坡ロ。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明的快速焊接修復(fù)大型QT500-7球墨鑄鐵件缺陷的焊接材料，由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成Fe2O3 30% -35%,Al 25% -30%, Na2CO3 1.4%-1.6%、 Na2B4O7 4% -6 %, CaF2 4% -6 %, CaO 5 %-8 %、SiO2O. 5 %-1. 5 %、石墨 5. 0 %-7. 0 %、 75Si-Fe 4. 0 % -5. 0 %,75Mn-Fe 1. 0-2. 0 NiO. 5 % -2 Bi 0. 1 % -0. 3 %,60Si-Ca 1. 0% -2. 0%, RE-Mg 0. 3% -0. 8%,Q14 生鐵 % -10%，總重量為 100%。本發(fā)明的上述焊接材料，按照其功能包括四部分的粉末組成第一部分為發(fā)熱劑(或稱鋁熱劑)，包括!^e2O3和Al，兩者發(fā)生放熱化學(xué)反應(yīng)后，既提供了焊接冶金所需要的熱量，反應(yīng)產(chǎn)物狗又可作為主要的熔敷金屬形成焊縫，Al2O3進入熔渣，亦可參與熔池中的造渣反應(yīng)。
第二部分為造渣劑，包括Na2CO3、Na2B4O7、CaF2、CaO 和 Si02。其中的 Na2B4O7 和 CaF2 兼具稀釋劑作用，可用來調(diào)節(jié)熔渣粘度；CaF2和S^2還具除氫及預(yù)防焊接冷裂紋的作用。第三部分為脫氧、脫硫劑，包括Al、60Si-Ca、75Mn_Fe、Ca0及RE-Mg等。第四部分為合金劑，針對QT500-7球墨鑄鐵件成分及性能要求，選用不同合金粉末作為焊接填充材料，以獲得與所修復(fù)鑄件組織和性能相匹配的焊接區(qū)金屬。包括石墨、生鐵、75硅鐵、60硅鈣、75錳鐵等組分。熔化后既可形成焊縫金屬，又具有合金化作用。添加適量的鎳、鉍金屬還有細化晶粒作用，有利于提高焊縫力學(xué)性能。本發(fā)明焊接材料組分中的發(fā)熱劑和造渣劑具有通用性，而針對牌號為QT500-7球墨鑄鐵件的焊接修復(fù)需要，合金劑在種類及含量方面均具有相應(yīng)的多祥性。在本發(fā)明的焊接材料成份中，各組分及含量限定理由分別是為了使得焊接過程得以進行，加入了大量的!^e2O3和Al粉作為發(fā)熱劑。反應(yīng)產(chǎn)生的能量不僅能夠維持放熱反應(yīng)的繼續(xù)進行，而且還能足以熔化各種金屬粉料，并使母材局部熔化，共同形成焊縫，達到焊接的目的。為了使焊渣聚集、上浮且與熔敷金屬分離，預(yù)防焊縫金屬夾渣，加入了 Na2CO3. Na2B4O7, CaF2和CaO作為造渣劑和稀釋劑。為減小焊接區(qū)金屬的高溫氧化所導(dǎo)致的焊縫氣孔，F(xiàn)e2O3加入量不宜過多。為了使焊縫金屬獲得鐵素體+珠光體基體的球鐵組織，防止焊縫和熔合區(qū)產(chǎn)生白 ロ，保證焊接(補)區(qū)的機械加工性能，粉末中含碳量和含硅量均較高；不僅如此，為了改善焊縫的機械性能并促進石墨化，加入少量的M和Al ；為了浄化焊縫金屬，減小S、H等有害雜質(zhì)元素的影響，還加入了 Al、60Si-Ca、75Mn-Fe、Ca0及RE-Mg等；為了細化晶粒、促進石墨形核與快速生長，還添加了微量的Bi元素。本發(fā)明焊接材料中的發(fā)熱劑和造渣劑具有通用性，針對不同牌號球墨鑄鐵件的焊接修復(fù)需要，焊接材料的差別在于合金劑在種類及含量方面，通過調(diào)節(jié)合金劑成分及其含量，能夠滿足不同牌號球墨鑄鐵件的焊接修復(fù)要求。本發(fā)明的焊接材料快速焊接修復(fù)大型QT500-7球墨鑄鐵件缺陷的方法，利用上述的焊接材料進行，按照以下步驟具體實施步驟1、對有缺陷的球墨鑄鐵件1的缺陷部位實施打磨，加工出坡ロ 8，如圖1 ；步驟2、沿坡ロ 8上緣周邊造型。使用型砂或水泥沿缺陷坡ロ 8上部周邊修筑提壩 2 (缺陷上部造型體)，用以除渣和預(yù)防金屬液溢流，提壩2的上緣需留有點火引信5的引入槽，如圖2;步驟3、裝填焊接材料將焊接材料4混合均勻后裝填入圖2所示的坡ロ 8和提壩 2內(nèi)部，埋入點火引信5后夯實、填滿，最后在上面壓上壓蓋3 (耐火磚)，如圖3 ；步驟4、點燃點火引信5，使得焊接材料中的發(fā)熱劑發(fā)生放熱反應(yīng)，將焊接材料中的所有組分全部熔化，熔化后所產(chǎn)生的鐵液密度高于熔渣沉入坡ロ 8中，而熔渣上浮與鐵液發(fā)生分層；步驟5、在焊接區(qū)撒上木粉和珍珠巖的混合物，使熔敷金屬6緩冷凝固得到包括熔渣和多余金屬層的焊接區(qū)金屬7 ；步驟6、待焊接區(qū)冷卻到低于200士 10°C后，去掉壓蓋3 (耐火磚)，打掉造型提壩 2，露出如圖4所示的焊接區(qū)金屬7 ；
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步驟7、應(yīng)用機加工方法去除焊接區(qū)金屬7高出球墨鑄鐵件表面部分的熔渣和金屬層，形成如圖5所示的光滑焊補區(qū)域即成。本發(fā)明的技術(shù)特征在于缺陷坡ロ 8上緣的造型提壩2、焊接材料的裝填、點火引信 5的引入及壓蓋3結(jié)構(gòu)的使用，尤其是焊接后期的保溫緩冷，是實現(xiàn)大型球墨鑄鐵件缺陷快速焊接修復(fù)的關(guān)鍵所在。在沿缺陷坡ロ 8上緣修筑提壩造型時，預(yù)留高約3mm，寬約5mm的引信槽是必不可少的。該引信槽的開設(shè)方位要便于操作，而且寬和高位向不能搞錯，以防焊接過程中熔渣與金屬液的過度外流。本發(fā)明的快速焊接修復(fù)大型QT500-7球墨鑄鐵件缺陷的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)球墨鑄鐵件上的各種缺陷的室溫下焊接修復(fù)，焊縫成份和組織與所焊補球墨鑄鐵件本體相對應(yīng)，性能與球墨鑄鐵件本體相匹配，焊區(qū)色澤與球墨鑄鐵件本體一致；焊縫抗裂性強，可機加工。實施例1首先，配制用于大型QT500-7球墨鑄鐵件焊接的焊接材料，由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成Fe20330%> Al 27%, Na2CO3 1. 6%, Na2B4O7 6%, CaF2 6%, CaO 6%, SiO2 1. 0%, 石墨 7. 0%、75Si-Fe 5. 0%、75Mn_Fe 1.0%、Ni 0.5%、Bi 0. 2%、60Si_Ca 1. 2%, RE-Mg 0. 5%,Q14生鐵7%，總重量為100%。然后，利用上述配制好的焊接材料，按照以下步驟具體實施步驟1、對有缺陷的球墨鑄鐵件1的缺陷部位實施打磨，加工出坡ロ 8，如圖1 ；步驟2、沿坡ロ 8上緣周邊造型。使用型砂或水泥沿缺陷坡ロ 8上部周邊修筑提壩 2，用以除渣和預(yù)防金屬液溢流，提壩2的上緣需留有點火引信5的引入槽，如圖2 ；步驟3、裝填焊接材料將由3大部分組成的焊接材料4混合均勻后裝填入圖2所示的坡ロ 8和提壩2內(nèi)部，埋入點火引信5后夯實、填滿，最后在上面壓上壓蓋3，如圖3 ；步驟4、點燃點火引信5，使得焊接材料發(fā)生放熱反應(yīng)，將焊接材料中的所有組分全部熔化，熔化后所產(chǎn)生的鐵液密度高于熔渣沉入坡ロ 8中，而熔渣上浮與鐵液發(fā)生分層；步驟5、在焊接區(qū)撒上木粉和珍珠巖的混合物，使熔敷金屬6緩冷凝固得到包括熔渣和多余金屬層的焊接區(qū)金屬7 ；步驟6、待焊接區(qū)冷卻到低于200°C后，去掉壓蓋3，打掉造型提壩2，露出如圖4所示的焊接區(qū)金屬7 ；步驟7、應(yīng)用機加工方法去除焊接區(qū)金屬7高出球墨鑄鐵件表面部分的熔渣和金屬層，形成如圖5所示的光滑焊補區(qū)域即成。實施例1中，焊接粉末熔敷金屬的化學(xué)成分(Wt% )為C 3. 5，Si 2. 71,Mn 0. 55， S 0.017，P 0.041，與所修復(fù)QT500-7球墨鑄鐵件材料的組成基本相同，即金相組織相同。 焊縫金屬力學(xué)性能為抗拉強度ob* 520MPa，伸長率δ為7. 6%，硬度HB為220。實施例2首先，配制用于大型QT500-7球墨鑄鐵件焊接的焊接材料，由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成Fe2O3 33%,Al 28%, Na2CO3 1. 4%, Na2B4O7 4%, CaF2 4%, CaO 5%, SiO2 0. 5%, 石墨 6. 0%、75Si-Fe 4. 5%、75Mn_Fe 1.5%、Ni 0.9%、Bi 0. l%、60Si_Ca 1. 5%, RE-Mg0. 6%,Q14生鐵9%，總重量為100%。然后，利用上述配制好的焊接材料，按照實施例1中的具體步驟實施，獲得熔敷金屬的化學(xué)成分(Wt % )為=C 3. 3，Si 2. 67，Mn 0. 50，S 0. 018，P 0. 045，與所修復(fù) QT500-7 球墨鑄鐵件材料的組成基本相同，即金相組織相同。焊縫金屬力學(xué)性能為抗拉強度%為 530MPa，伸長率δ為6. 8%，硬度HB為Μ7。實施例3首先，配制用于大型QT500-7球墨鑄鐵件焊接的焊接材料，由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成Fe2O3 33%,Al 28%, Na2CO3 1. 5%, Na2B4O7 4%, CaF2 4%, CaO 5%, SiO2 1. 0%, 石墨 7. 0%、75Si-Fe 5. 0%、75Mn_Fe 1.4%、Ni 1.0%、Bi 0. l%、60Si_Ca 1. 5%, RE-Mg
0.5%,Q14生鐵7%，總重量為100%。然后，利用上述配制好的焊接材料，按照實施例1中的具體步驟實施，獲得熔敷金屬的化學(xué)成分(Wt % )為C 3. 61，Si 2. 74，Mn 0.50，S 0.019，P 0. 046，與所修復(fù) QT500-7 球墨鑄鐵件材料的組成基本相同，即金相組織相同。焊縫金屬力學(xué)性能為抗拉強度%為 491MPa，伸長率δ為7. 6%，硬度HB為216。上述實施例中，焊接粉末熔敷金屬的化學(xué)成分與所修復(fù)球墨鑄鐵件材料的組成基本相同，即金相組織基本相同，達到了球墨鑄鐵件的焊接修復(fù)要求。實施例4首先，配制用于大型QT500-7球墨鑄鐵件焊接的焊接材料，由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成Fe2O3 35%,Al 25%, Na2CO3 1. 4%, Na2B4O7 5%, CaF2 5%, CaO 7%, SiO2 0. 6%, 石墨 5%、75Si-Fe 4%、75Mn_Fe 1%, Ni 1.5%、Bi 0. 2%,60Si-Cal. 0%, RE-Mg 0.3%、 Q14生鐵8%，總重量為100%。然后，利用上述配制好的焊接材料，按照實施例1中的具體步驟實施。實施例5首先，配制用于大型QT500-7球墨鑄鐵件焊接的焊接材料，由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成Fe2O3 30 %, Al 26 %, Na2CO3 1. 5 Na2B4O7 4.5%、CaF2 4 %, CaO 8%, SiO2
1.3%、石墨 5%、75Si-Fe 4%、75Mn_Fe 1.8%、Ni 2%, Bi 0. 3%,60Si-Cal. 8%, RE-Mg 0. 8%,Q14生鐵9%，總重量為100%。然后，利用上述配制好的焊接材料，按照實施例1中的具體步驟實施。本發(fā)明方法既簡化了焊材生產(chǎn)エ藝，又節(jié)約了能源，對環(huán)境無污染，而且還能夠保證焊材的強石墨化能力，獲得與球墨鑄鐵件本體成分、組織、性能及色澤相匹配的焊接區(qū)， 實現(xiàn)了大型QT500-7球墨鑄鐵件大缺陷的高性能快速焊接修復(fù)。綜上所述，本發(fā)明的材料及方法，適于快速焊接修復(fù)大型QT500-7球墨鑄鐵件缺陷，在室溫下施焊，能有效地降低白口和裂紋傾向，焊縫色澤與球墨鑄鐵件本體一致；焊縫成份和組織為典型的球墨鑄鐵組織；焊縫強度與和硬度與球墨鑄鐵件本體基本一致；焊縫抗裂性增強、可加工；焊接持續(xù)時間僅2-5分鐘。
權(quán)利要求
1.ー種快速焊接修復(fù)大型QT500-7球墨鑄鐵件缺陷的焊接材料，其特征在干，由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成Fe2O3 30 % -35 Al 25 % -30 %, Na2CO3 1. 4 % -1. 6 Na2B4O7 4 % -6 %, CaF2 4 % -6 %, CaO 5% -8%, SiO2 0. 5 %-1. 5 %、石墨 5. 0 %-7. 0 %、75Si_Fe4. 0 %-5. 0 %、 75Mn-Fe 1. 0-2. 0 Ni 0. 5 % -2 Bi 0. 1 % -0. 3 %,60Si-Cal. 0 % -2. 0 RE-Mg 0. 3% -0. 8%,Q14 生鐵 7% -10%，總重量為 100%。
2.ー種利用權(quán)利要求1所述的焊接材料快速焊接修復(fù)大型QT500-7球墨鑄鐵件缺陷的方法，其特征在干，利用權(quán)利要求1所述的組分及含量配制焊接材料，再按照以下步驟具體實施步驟1、對有缺陷的球墨鑄鐵件(1)的缺陷部位實施打磨，加工出坡ロ(8)；步驟2、沿坡ロ(8)上緣周邊造型，使用型砂或水泥沿缺陷坡ロ(8)上部周邊修筑提壩 0)，提壩⑵的上緣需留有點火引信(5)的引入槽；步驟3、將配制好的焊接材料(4)混合均勻后裝填入坡ロ(8)和提壩O)內(nèi)部，埋入點火引信( 后夯實、填滿，最后在上面壓上壓蓋(3)；步驟4、點燃點火引信(5)，使得焊接材料中的發(fā)熱劑發(fā)生放熱反應(yīng)，將焊接材料 (4)中的所有組分全部熔化，熔化后所產(chǎn)生的鐵液密度高于熔渣沉入坡ロ(8)中，而熔渣上浮與鐵液發(fā)生分層；步驟5、在焊接區(qū)撒上木粉和珍珠巖的混合物，使熔敷金屬(6)緩冷凝固得到包括熔渣和多余金屬層的焊接區(qū)金屬(7)；步驟6、待焊接區(qū)冷卻到低于200士 10°C后，去掉壓蓋(3)，打掉造型提壩0)，露出焊接區(qū)金屬(7)；步驟7、應(yīng)用機加工方法去除焊接區(qū)金屬(7)高出球墨鑄鐵件表面部分的熔渣和金屬層，形成光滑焊補區(qū)域即成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在干，預(yù)留的引信槽高約3mm，寬約5mm。
全文摘要
本發(fā)明公開一種快速焊接修復(fù)大型QT500-7球墨鑄鐵件缺陷的焊接材料，由以下組分的粉末按重量百分比均勻混合組成Fe2O3 30％-35％、Al25％-30％，Na2CO3 1.4％-1.6％、Na2B4O7 4％-6％、CaF2 4％-6％、CaO 5％-8％、SiO2 0.5％-1.5％、石墨5.0％-7.0％、75Si-Fe 4.0％-5.0％、75Mn-Fe 1.0-2.0％、Ni 0.5％-2％、Bi 0.1％-0.3％、60Si-Ca 1.0％-2.0％、RE-Mg 0.3％-0.8％、Q14生鐵7％-10％，總重量為100％。本發(fā)明還公開利用上述的焊接材料快速焊接修復(fù)大型QT500-7球墨鑄鐵件缺陷的方法。本發(fā)明的材料及方法能夠?qū)崿F(xiàn)室溫下QT500-7球墨鑄鐵件快速焊接修復(fù)，能有效地降低白口和裂紋傾向，而且焊縫成分、組織和色澤與球墨鑄鐵件基本一致。
文檔編號B23K23/00GK102528325SQ20121000602
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者徐錦鋒, 翟秋亞 申請人:西安理工大學(xué)