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2Cr13不銹鋼零件焊接、鍍硬鉻的工藝研究
陜西黃河集團有限公司六車間 楊 波 2015/5/9 19:57:40
摘要：針對2Cr13不銹鋼零件焊接后鍍硬鉻時，出現(xiàn)焊縫表面鍍鉻層不完整，與零件表面鍍層差異明顯的問題，通過選取14種不同加工方式的工藝實驗，對實驗結(jié)果進行分析對比，篩選出最優(yōu)的加工工藝方法，從實驗結(jié)果推斷出產(chǎn)生問題的理論緣由，解決實際問題，確保零件加工質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：馬氏體不銹鋼2Cr13 表面鍍D.YCr7 鍍鉻層
1 任務(wù)來源
高碳馬氏體不銹鋼2Cr13，因其出色的綜合性能及成本優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于制造強度、硬度要求較高，對耐腐蝕要求不苛刻的結(jié)構(gòu)件、工具、刀具、軸類等。我公司某產(chǎn)品中的套筒A就選用了該材料，該套筒由兩個零件焊接成型，為了提高套筒表面的耐磨性及耐腐蝕性，圖紙要求焊后表面鍍硬鉻。目前存在的問題：焊縫表面鍍鉻層不完整，與零件表面鍍層差異明顯（見圖1，金相組織見圖2、3）。針對此問題，質(zhì)量部組織相關(guān)人員進行了討論、分析，并委托工藝處進行相關(guān)工藝試驗，為了解決焊縫表面鍍鉻層的問題，公司要求對此零件的焊接和電鍍工藝進行系統(tǒng)研究。
圖1 套筒零件 圖2 鍍層金相組織 100X 圖3 鍍層金相組織 500X
2 工藝研究目的
2.1 通過本次工藝研究篩選出最佳的焊接方法及焊料，使2Cr13的焊縫既能滿足力學性能，同時保證焊縫表面與母材表面鍍鉻層顏色一致。
2.2 通過試驗研究確定不銹鋼2Cr13鍍硬鉻的工藝參數(shù)。
2.3 根據(jù)試驗研究數(shù)據(jù)，完善工藝文件。
3 工藝研究方案
3.1 零部件簡介
某產(chǎn)品零件套筒（A）由兩項零件套筒（B）和軸套（C）對接焊接而成，套筒壁厚5毫米，外徑尺寸為47毫米，零件材料為圓鋼2Cr13-GB/T1220-1992。套筒焊接成型后經(jīng)熱處理、機械加工，最后表面鍍D.YCr7。
3.2問題分析
零件表面硬鉻鍍層不完整主要發(fā)生在焊縫表面處。原因分析如下：
1）焊縫成分與母材成分有所不同。2Cr13屬于馬氏體，焊接時可選用的焊條有很多種，根據(jù)實際條件生產(chǎn)時選用的焊條是A302，屬于奧氏體，焊縫成分與母材成分有所不同，現(xiàn)有鍍硬鉻工藝不能滿足在母材和焊縫表面同時鍍上硬鉻。
2）焊縫表面的氧化膜未清除干凈。不銹鋼表面氧化膜組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用常規(guī)方法很難徹底清除。要在其表面電沉積結(jié)合力優(yōu)良的硬鉻鍍層，必須徹底清除表面的氧化膜，保持表面清潔活化，在鉻電沉積過程中采取有效操作措施，克服不銹鋼自鈍化對電鍍鉻結(jié)合力的不利影響。
3.3 研究方案的制定
根據(jù)原因分析，為獲得符合使用要求的焊縫金屬，結(jié)合我公司的現(xiàn)有生產(chǎn)條件，首先，選定兩種焊接方法：焊條電弧焊和鎢極氬弧焊。焊條電弧焊在我公司是焊接碳鋼的主要方法之一，焊接操作也較為成熟，但此法在國際上已很少使用，該方法效率較低；鎢極氬弧焊，采用直流正接能提高焊接質(zhì)量。其次，選用合適的焊接材料：為保證焊縫金屬的化學成分和組織與母材相似，首選馬氏體不銹鋼焊條；再選用塑性和韌性較好的奧氏體不銹鋼焊條；采用氬弧焊焊接時，選用ER410、ER420焊絲。按不同的焊接方法和焊接工藝參數(shù)焊接后，經(jīng)機械加工，對其進行電鍍硬鉻。電鍍硬鉻初選兩種方案。鍍硬鉻前，徹底清除焊縫表面的氧化膜，保持零件表面清潔活化，在鉻電沉積過程中采取有效的操作措施，克服不銹鋼自鈍化對電鍍鉻結(jié)合力的不利影響，以保證試件表面硬鉻鍍層完整。依據(jù)試驗結(jié)果，選出合適的焊條（焊絲）和鍍硬鉻操作工藝參數(shù)，并將這些參數(shù)應(yīng)用于套筒（A）生產(chǎn)，對研究結(jié)果進行驗證。具體方案如下：
3.3.1 試件準備
1) 試件材料
選用與零件材料相同的牌號2Cr13 GB/T1220-1992。
2）試件數(shù)量
根據(jù)選用的焊料種類、焊接參數(shù)的不同，初步確定每種焊料需要試件36件（棒料、板料各半），共計252件。
3.3.2 試件加工工藝流程
調(diào)質(zhì)→粗加工→焊接→熱處理→X射線探傷→精加工→X射線探傷→電鍍→力學性能試驗。
3.3.2.1 焊接
此工序在焊接車間進行, 焊接操作人員必須為高級工。
1）焊前準備
焊前準備包括編制焊接工藝文件、坡口加工、預(yù)熱、焊接設(shè)備、焊工資格審查、保溫措施、焊料的烘干等。
2）焊接試驗內(nèi)容
2Cr13馬氏體不銹鋼的焊接尚不成熟，沒有現(xiàn)成的標準參考，加之我們的研究不僅要保證成型后的焊縫金屬滿足力學性能要求，還應(yīng)滿足焊縫金屬與零件母材能夠同時鍍覆硬鉻，以實現(xiàn)提高2Cr13馬氏體不銹鋼的（未完，下一頁）
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