小孔径销孔氧－乙炔焊钴基合金堆焊工艺分析

江小山 周平

中国中车长江铜陵车辆有限公司 安徽铜陵 244142

1 小孔径氧乙炔钴基合金堆焊问题分析

1.1 回火爆枪

在相对密封的小孔径销孔等特殊结构堆焊过程中，在结构限制下，焊炬会因此回旋火焰的产生对自身加热，在不断升高的焊炬温度影响下，回火爆枪现象会在达到乙炔燃点时发生，局部堆焊层将因此出现质量问题，如硬度超高、出现夹渣和密集性气孔[1]。

1.2 火焰燃烧稳定不足

受气瓶内气体压力、储存量的不断减小影响，堆焊过程中的火焰性质会随之发生变化，这种情况下操作人员的气体流量调节需建立在仔细观察火焰的前提下，且操作人员需同时具备丰富经验，这种稳定性较差的火焰会直接影响堆焊质量。

1.3 较大的焊炬整体结构尺寸

结合《JB/T6969-1993 射吸式焊炬》标准可以了解到，对于整体较大的焊炬结构尺寸来说，其不适用于相对密封的小孔径销孔等特殊结构堆焊，由此引发的相关问题同样不容忽视[2]。

2 小孔径氧乙炔钴基合金堆焊工艺优化实践

2.1 解决方案

结合上文提及的相关问题，本文将针对性制定解决方案。第一，开展水冷焊炬研制，以此解决回火爆枪现象，长时间处于相对密闭空间内焊炬过热问题可由此解决；第二，增设气体流量计，需结合射吸式焊炬基体，在乙炔调节阀和氧气调节阀分别设置气体流量计，气体流量变化动态检测可在堆焊过程中完成，以此随时调整气体流量，火焰焰型稳定可顺利实现；第三，研制专用焊炬，需结合结构尺寸特点，保证堆焊在小型密闭空间内具备较高的可操作性。

2.2 具体设计

采用黄铜作为焊炬主体材料，为实现热传导性的增加，采用紫铜作为焊嘴材料，循环水冷却效果可由此提升。在整体结构尺寸的设计中，遵循上文提及的GB/T6969 标准，以此与创新设计的焊嘴和后接体部件充分配合，新增气体流量控制检测功能和循环水冷却功能，焊嘴可在堆焊过程中在线检测乙炔气体、氧气的流量，动态调整可顺利实现。在具体的装配中，各气阀需实现流量的均匀调节和气路的灵活关闭，焊炬接头与焊嘴、软管后部接体与接头的配合需做到互换和气密，同时焊炬需预留调整余量（1-3 个螺距）于各密封螺母配合处。

2.3 密封性试验

需保证一定进气压力下的气阀和所有气管连接处不出现漏气，需提高50%的最大氧气工作压力进行氧气通路的密封性试验，需按照0.25MPa 的压力进行混合气和乙炔通路的密封性试验，还需要按照0.6MPa 水压进行循环冷却水管路连接处的密封性试验。需通入压缩气体在打开或关闭的两种状态下进行氧气通路、混合气和乙炔通路的密封性试验，并持续20s 将其浸没在水中，通过试验可确定不存在漏气现象。需通入0.6MPa 循环水于循环冷却水管路，由此可确定所有接头在30min 内不存在漏水现象和水珠[3]。

2.4 抗回火试验

燃烧试验需在控制氧气工作压力和氧气工作压力的前提下进行，需要分别控制在0.4MPa、0.006-0.008MPa，同时保证存在呈圆柱状的焊炬焰芯，且存在半球形或圆锥形的顶端，不存在弯曲和偏斜，焊炬火焰燃烧在10ms/s 的风速工况下需要保持稳定，回火现象不得出现于持续燃烧的情况下。具体试验采用风速仪（ZRQF-F30J 型）进行风速测量，与地面垂直的朝上焊炬火焰焊炬焰心形状观察需保持30s 自然状态，引燃焊炬嘴后需基于中性火焰和10ms/的风速（风向与火焰垂直）观察是否存在正常燃烧的焰芯。在循环水冷却系统开启后，即可开展抗回火试验，在焊炬引燃后需进行标准中性焰调节，在经过30s 的稳定后，需深入8mm 深、Φ16mm 直径的盲孔内，在经过30s 稳定后，按照10转/min 进行工件旋转，盲孔内的高速燃烧火焰会使得火焰回旋大量产生并持续加热焊嘴本体，以此保持30min，对回火爆枪现象是否发生进行验证。基于试验可以确定，上述试验项目均顺利通过，使用测温仪（MS6506 型）测量焊嘴部位稳定，在8℃室温下，试验后焊嘴部位温度为10℃，设计能够较好满足实际需要。

2.5 堆焊工艺性试验

堆焊工艺试验围绕深度为14mm、直径为16.0-14.8mm 的锥孔进行，堆焊试验过程需要详细记录，堆焊层表面需开展HRC 硬度检测和PT 检验，以此保证不存在线性显示的PT 检验结果，不存在4mm 以上的圆形显示，不存在一条直线上排列的3 个及以上显示（同时需存在3m 内的两显示间边与边距离）。加工掉2mm堆焊层厚度，HRC 硬度值需至少进行5 次测量，需得到38HRC-50HRC 区间的硬度值，且存在5HRC 内的最小值和最大值差，按照《金属材料洛氏硬度试验》（GB/T230.1-2018）开展具体试验。具体试验过程开展三组堆焊试验，按照3 件一组开展。采用直径φ2。的焊丝，焰心与内焰比例需控制在1:1.5，流量需基于火焰比例适时调节，回火爆枪次数和堆焊过程及时间需细致记录，工件堆焊后进行Φ12 通孔加工，以此PT 探伤检车堆焊层，HRC 硬度值测量基于Φ12 直径的圆周开展，均布测量数为10 个。结合试验结果可确定，回火爆枪现象未出现，火焰焰型燃烧稳定，可得到41-45HRC 区间的堆焊层硬度检测结果，且能够在28-30min 完成单件堆焊，预期目标达成。

3 结语

综上所述，氧乙炔焊炬能够作为小孔径氧乙炔堆焊问题处理的切入点。在此基础上，本文涉及的优化设计和相关试验，则直观展示了实用性较高的小孔径氧乙炔钴基合金堆焊工艺，为更好应用该工艺，基于信息技术的仿真探索也需要得到重点关注。