张健 牛恩辉
【摘 要】本文分析研究了钻井泥浆泵液缸的可焊性，针对性能要求选择了合理的堆焊材料和工艺参数，使修复工作满足使用要求。
【关键词】手工电弧堆焊;焊接工艺;液压缸
0 引言
目前各公司因生产需要，急需一批钻井泥浆泵液缸，从时间、成本来看不宜重新买液缸。根据井队要求，大队决定采用手工电弧堆焊技术来修复液缸，液缸是用来抽吸钻井泥浆液，工作面要承受很大的压力和摩擦，要求具有较高的耐磨性和硬度，而要修复的部件恰好就是液缸的工作面，为满足工作面达到工作要求，工艺参数的确定及设备的选用等进行了分析研究，使修复液缸工作取得了较为理想的结果。
1 母材基体焊接性与堆焊材料选择
1.1 母材基体焊接性分析
液缸材质是T10A，为碳素工具钢，属高碳钢。这种钢材的焊接性主要取决于碳的含量，随着碳含量的增加，焊接性逐渐变差。另外，碳钢中的Mn和Si对焊接性也有影响。它们的含量增加，也导致碳钢的焊接性变差，但不及碳作用强烈。焊接工艺中通常把Mn和Si的影响折算相当于碳的作用，（称作碳当量CE），其经验公式如下：CE=C+Mn/6+（Cr+MO+V）/5+（Ni+Cu）/15，CE值增加，产生的冷裂纹增加的可能性增加，焊接性变差，通常CE>0.4%时，冷裂纹的敏感性将增大。实际上，焊接性的好坏，一方面取决于碳、锰、硅的含量，另一方面取决于焊接接头的冷热速度，它受上述三种元素共同影响着热影响区和焊缝的组织，通常组织决定了焊接性的好坏。在某些焊接循环及冷却速度下，碳钢的焊缝和热影响区中，形成淬硬组织甚至马氏体。马氏体的形成对碳钢的焊接影响最大，马氏体含量越多，则材质硬度越高，焊接性越差。因为焊后的大量马氏体、或者它所表现出的高硬度，在焊接应力作用下会引起热影响区和焊缝的裂纹。
以上分析可知，由于T10A钢的含碳量很高，在焊接时易产生硬脆的高碳马氏体，因而淬硬倾向和裂纹敏感倾向更大，焊接性更差。这对焊接材料的选择，堆焊工艺参数制定都带来一定的困难。
1.2 堆焊材料的选择
根据井队使用的目的，液缸只是用于导流泥浆。在常温下工作，主要承受挤压磨损，而由于摩擦面间常常有锈、沙子、化学药剂等存在，产生了磨料磨损加剧，采用堆焊法主要目的有两点：第一、回复配件尺寸;第二、要求堆焊与层与针对相同或相近，但能满足设计要求及使用要求的性能，即：要有硬度和耐磨性。当然，过高地提高硬度和耐磨性没有必要，反而会增加加工量，造成浪费。为了降低修复成本，对已选用普通焊条配合，合理工艺，达到性能要求。
普通低碳钢焊条J507焊芯及熔敷金属的机械性能，如表1所示：
表1 焊芯及熔敷金属化学成分（%）
表2 焊芯熔渣的化学成分（%）
表3 熔敷金属的力学性能
J507焊条属低氢焊条，使用其施焊的熔敷金属具有优于其它焊条的机械性能，同时具有较好的抗热、冷裂缝的特性。
2 堆焊层硬度与母体的匹配
堆焊技术主要用于较低强度、硬度的普通母材表面上裹敷一层满足高硬度、耐磨、耐高压及耐腐蚀，或满足其中之一性能要求的工作表面，它要求在工艺参数选择上尽量保证降低母材对堆焊层的稀释率。（稀释率是表示堆焊焊缝中含母材金属的百分率），这样可以保证达到满足工作要求的高性能堆焊层。对于我们所选用J422焊条来说，由于其熔敷金属的成分影响决定了其堆焊层在低稀释率下达不到要求的硬度。唯一的方法是反其道而行之，选择合理的工艺参数，采用高稀释率，提高堆焊层的硬度，同时要防止对焊裂缝的产生。
3 堆焊工艺参数的选择
综上所述，要防止堆焊层的裂纹及获得高硬度堆焊层，在工艺要采用合理的工艺手段和工艺参数。结合大队的具体情况，采用的设备为时代WS-400型直流弧焊机。
工艺过程如图1所示：
图1
具体过程如下：
J507焊条Ф3.2mm焊前烘干，烘干温度300～350℃，
保温1.5～2小时;
工件预热300～350℃，堆焊过程中用氧气、乙炔气随时加热;
堆焊电流采用直流正接法，电流为180～220A，电压为25-30V;
堆焊层焊道分为三层，打底焊道、堆焊焊道及退火焊道。
层间温度保持在300～350℃;
焊后保温，炉温540℃，保温在1.5～2小时后，炉冷至室温，机加工。
4 结果及评价
焊后经检验，母材硬度达到HRC≥30。
结果表明：选择J507焊条，采用手工电弧焊技术及合理的工艺，修复液缸是可行的。采用高参数，提高母材对堆焊层的稀释率，能够提高堆焊层的硬度，满足工作要求。
【参考文献】
[1]中国机械工程学会焊接学会，编.焊接手册[M].1993，2.
[2]巩水利.焊接[J]1999（6）.
[责任编辑：薛俊歌]
