[发明专利]一种提高埋弧堆焊层硬度的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于埋弧堆焊技术领域，特别是涉及一种利用复合脉冲交变纵向磁场作用下改善埋弧堆焊层冶金质量，提高其硬度的装置及方法。

背景技术

埋弧堆焊是一种借助在焊剂层下燃烧的电弧作为热源，将具有一定使用性能的合金材料熔覆在母体材料的表面，以赋予母材特殊使用性能的工艺方法，埋弧堆焊以其焊接质量稳定、焊接生产率高、无弧光及烟尘少等优点，常应用在大直径容器、轧钢生产线的各种辊类等大型零件的制造与修复过程中，这些产品大多数对硬度要求很高。专利ZL88105652是通过在药芯焊丝中添加合金元素的方法来提高堆焊层的硬度。专利ZL200710035128是通焊条药皮中加入大量的铁粉以及多种合金元素且不加任何矿石粉的技术方案，改变了现有堆焊焊条的成分结构，使堆焊金属硬度提高。以上专利只能提高特定材质堆焊层硬度，且需要改变焊接材料成分来提高堆焊层硬度，近年来这些合金元素价格大幅上涨、提高了成本，同时也加重了对环境的污染。另外有文献介绍，外加纵向磁场能够细化管线钢埋弧焊缝金属晶粒组织，提高管线钢埋弧焊熔覆金属的低温韧性或抗腐蚀性能，但是对堆焊层硬度未有报导。本发明是在埋弧堆焊过程中外加复合脉冲交变纵向磁场，在磁场的作用下，使堆焊层金属晶粒得到细化，出现硬质相碳化物改善组织，从而提高埋弧堆焊层硬度。

发明内容：

本发明目的是提供一种在埋弧堆焊过程中外加复合脉冲交变纵向磁场(磁力线电弧同轴)，磁场作用于电弧和熔池的装置和方法。该发明磁头结构紧凑、重量轻、直接安装在焊枪上，不影响正常生产，且是在不改变传统埋弧焊工况如焊接材料和焊接工艺参数等情况下，使堆焊层焊缝的微观组织得到细化，并提高堆焊层金属硬度。本发明适合于各种中厚板碳钢、合金钢材料的埋弧堆焊。

技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的：

一种提高埋弧堆焊层硬度的方法，其特征在于：所述方法是按以下步骤进行：

(1)、将用铜管绕制而成的磁头安装在埋弧焊焊枪上，铜管外接内循环水冷器，内循环水冷器中将冷却水通过管道进入铜管回流到水冷器，从而达到冷却水的循环；磁场电源的输出两端接铜管的两端输出；

(2)、将磁头置于工件的正上方，磁头距工件距离在30mm～50mm；启动磁场电源，选取与焊接电流及焊接电压相应的激磁电流、磁场频率；使磁头产生复合脉冲交变纵向磁场；

(3)、使埋弧焊枪在磁头产生的复合脉冲交变纵向磁场内进行焊接。

在步骤(2)中所述磁场参数：占空比为50％，激磁电流为160-500A/80-230A(峰值/基值)、磁场频率为5Hz。

在步骤(3)的焊接时，磁头是安装在焊枪上的，焊缝始终在复合脉冲交变纵向磁场的作用下成形。

一种如上所述的提高埋弧堆焊层硬度的装置，包括焊接小车(焊丝盘、焊剂漏斗、焊枪)、焊机、磁场电源以及内循环水冷器。其特征在于：焊枪上装有一个磁头，磁头中的铜螺线管与内循环水冷器连接，同时铜螺线管通过导线连接至外部的一个磁场电源上。

本发明的优点如下：

1、可以在不改变传统埋弧焊工况的情况下，使堆焊层焊缝的微观组织得到改善，硬度提高了5.09HRC。

2、堆焊层晶粒度由原来的28.96μm下降到24.25μm，晶粒得到细化。

3、本发明适合于各种中厚板碳钢、合金钢材料的埋弧堆焊。

附图说明：

图1为本发明的主要结构示意图。

图2为本发明的激磁电流波形图。

具体实施方式：下面结合附图对本发明做进一步描述：

在图1中，1焊机，2焊枪，3焊丝盘，4送丝机构，5磁头，6电弧区，7焊丝，8焊剂，9磁场电源，10内循环水冷器，11母材，12焊缝金属，13渣壳，14熔渣，15熔池。

本发明提供一种提高埋弧堆焊层硬度的装置及方法，所述装置主要有埋弧焊机、与焊机连接的埋弧焊小车、磁场电源、内循环水冷器与安装在埋弧焊枪上的磁头组成。磁头由连接法兰、铜螺线管、陶瓷垫片、磁芯组成。

如图1所示，本发明的主要结构是：焊机1与焊枪2连接，焊丝盘3通过送丝机构4、磁头5往电弧区6输送焊丝7；标注8为焊剂，磁头内设有铜螺线管；磁场电源9与内循环水冷器10分别通过导线与铜螺线管相连，使埋弧焊枪始终在磁头产生的复合脉冲交变纵向磁场内进行焊接。

所述方法是在堆焊过程中，通过复合脉冲交变纵向磁场对埋弧堆焊熔池进行动态控制，以减弱基体的稀释，减少了偏析，细化晶粒，从而提高堆焊层的硬度。

所述方法是按以下步骤进行：