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生對自身加熱，在不斷升高的焊炬溫度影響下，回火爆槍現象會在達到乙炔燃點時發生，局部堆焊層將因此出現質量問題，如硬度超高、出現夾渣和密集性氣孔[1]。

1.2 火焰燃燒穩定不足

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生變化，這種情況下操作人員的氣體流量調節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驗，這種穩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，在乙炔調節閥和氧氣調節閥分別設置氣體流量計，氣體流量變化動態檢測可在堆焊過程中完成，以此隨時調整氣體流量，火焰焰型穩定可順利實現；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，為實現熱傳導性的增加，采用紫銅作為焊嘴材料，循環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，動態調整可順利實現。在具體的裝配中，各氣閥需實現流量的均勻調節和氣路的靈活關閉，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下進行氧氣通路、混合氣和乙炔通路的密封性試驗，并持續20s 將其浸沒在水中，通過試驗可確定不存在漏氣現象。需通入0.6MPa 循環水于循環冷卻水管路，由此可確定所有接頭在30min 內不存在漏水現象和水珠[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定，回火現象不得出現于持續燃燒的情況下。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，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。在循環水冷卻系統開啟后，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，在經過30s 的穩定后，需深入8mm 深、Φ16mm 直徑的盲孔內，在經過30s 穩定后，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生并持續加熱焊嘴本體，以此保持30min，對回火爆槍現象是否發生進行驗證。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，回火爆槍次數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，均布測量數為10 個。結合試驗結果可確定，回火爆槍現象未出現，火焰焰型燃燒穩定，可得到41-45HRC 區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。