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(duì)密封的小孔徑銷孔等特殊結(jié)構(gòu)堆焊過程中，在結(jié)構(gòu)限制下，焊炬會(huì)因此回旋火焰的產(chǎn)生對(duì)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(huì)在達(dá)到乙炔燃點(diǎn)時(shí)發(fā)生，局部堆焊層將因此出現(xiàn)質(zhì)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(nèi)氣體壓力、儲(chǔ)存量的不斷減小影響，堆焊過程中的火焰性質(zhì)會(huì)隨之發(fā)生變化，這種情況下操作人員的氣體流量調(diào)節(jié)需建立在仔細(xì)觀察火焰的前提下，且操作人員需同時(shí)具備豐富經(jīng)驗(yàn)，這種穩(wěn)定性較差的火焰會(huì)直接影響堆焊質(zhì)量。

1.3 較大的焊炬整體結(jié)構(gòu)尺寸

結(jié)合《JB/T6969-1993 射吸式焊炬》標(biāo)準(zhǔn)可以了解到，對(duì)于整體較大的焊炬結(jié)構(gòu)尺寸來說，其不適用于相對(duì)密封的小孔徑銷孔等特殊結(jié)構(gòu)堆焊，由此引發(fā)的相關(guān)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(shí)踐

2.1 解決方案

結(jié)合上文提及的相關(guān)問題，本文將針對(duì)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(shí)間處于相對(duì)密閉空間內(nèi)焊炬過熱問題可由此解決；第二，增設(shè)氣體流量計(jì)，需結(jié)合射吸式焊炬基體，在乙炔調(diào)節(jié)閥和氧氣調(diào)節(jié)閥分別設(shè)置氣體流量計(jì)，氣體流量變化動(dòng)態(tài)檢測可在堆焊過程中完成，以此隨時(shí)調(diào)整氣體流量，火焰焰型穩(wěn)定可順利實(shí)現(xiàn)；第三，研制專用焊炬，需結(jié)合結(jié)構(gòu)尺寸特點(diǎn)，保證堆焊在小型密閉空間內(nèi)具備較高的可操作性。

2.2 具體設(shè)計(jì)

采用黃銅作為焊炬主體材料，為實(shí)現(xiàn)熱傳導(dǎo)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(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)中，遵循上文提及的GB/T6969 標(biāo)準(zhǔn)，以此與創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)調(diào)整可順利實(shí)現(xiàn)。在具體的裝配中，各氣閥需實(shí)現(xiàn)流量的均勻調(diào)節(jié)和氣路的靈活關(guān)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(shí)焊炬需預(yù)留調(diào)整余量（1-3 個(gè)螺距）于各密封螺母配合處。

2.3 密封性試驗(yàn)

需保證一定進(jìn)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(jìn)行氧氣通路的密封性試驗(yàn)，需按照0.25MPa 的壓力進(jìn)行混合氣和乙炔通路的密封性試驗(yàn)，還需要按照0.6MPa 水壓進(jìn)行循環(huán)冷卻水管路連接處的密封性試驗(yàn)。需通入壓縮氣體在打開或關(guān)閉的兩種狀態(tài)下進(jìn)行氧氣通路、混合氣和乙炔通路的密封性試驗(yàn)，并持續(xù)20s 將其浸沒在水中，通過試驗(yàn)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(nèi)不存在漏水現(xiàn)象和水珠[3]。

2.4 抗回火試驗(yàn)

燃燒試驗(yàn)需在控制氧氣工作壓力和氧氣工作壓力的前提下進(jìn)行，需要分別控制在0.4MPa、0.006-0.008MPa，同時(shí)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(fēng)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(yàn)采用風(fēng)速儀（ZRQF-F30J 型）進(jìn)行風(fēng)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(fēng)速（風(fēng)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(yàn)，在焊炬引燃后需進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)中性焰調(diào)節(jié)，在經(jīng)過30s 的穩(wěn)定后，需深入8mm 深、Φ16mm 直徑的盲孔內(nèi)，在經(jīng)過30s 穩(wěn)定后，按照10轉(zhuǎn)/min 進(jìn)行工件旋轉(zhuǎn)，盲孔內(nèi)的高速燃燒火焰會(huì)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(duì)回火爆槍現(xiàn)象是否發(fā)生進(jìn)行驗(yàn)證?；谠囼?yàn)可以確定，上述試驗(yàn)項(xiàng)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(yàn)后焊嘴部位溫度為10℃，設(shè)計(jì)能夠較好滿足實(shí)際需要。

2.5 堆焊工藝性試驗(yàn)

堆焊工藝試驗(yàn)圍繞深度為14mm、直徑為16.0-14.8mm 的錐孔進(jìn)行，堆焊試驗(yàn)過程需要詳細(xì)記錄，堆焊層表面需開展HRC 硬度檢測和PT 檢驗(yàn)，以此保證不存在線性顯示的PT 檢驗(yàn)結(jié)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(gè)及以上顯示（同時(shí)需存在3m 內(nèi)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(jìn)行5 次測量，需得到38HRC-50HRC 區(qū)間的硬度值，且存在5HRC 內(nèi)的最小值和最大值差，按照《金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)》（GB/T230.1-2018）開展具體試驗(yàn)。具體試驗(yàn)過程開展三組堆焊試驗(yàn)，按照3 件一組開展。采用直徑φ2。的焊絲，焰心與內(nèi)焰比例需控制在1:1.5，流量需基于火焰比例適時(shí)調(diào)節(jié)，回火爆槍次數(shù)和堆焊過程及時(shí)間需細(xì)致記錄，工件堆焊后進(jìn)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(gè)。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)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(jié)果，且能夠在28-30min 完成單件堆焊，預(yù)期目標(biāo)達(dá)成。

3 結(jié)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(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的優(yōu)化設(shè)計(jì)和相關(guān)試驗(yàn)，則直觀展示了實(shí)用性較高的小孔徑氧乙炔鈷基合金堆焊工藝，為更好應(yīng)用該工藝，基于信息技術(shù)的仿真探索也需要得到重點(diǎn)關(guān)注。