一种耐磨抗冲击型落砂管的制造工艺及其焊接方法
【专利摘要】本发明公开了一种耐磨抗冲击型落砂管的制造工艺及其焊接方法，通过独特的渗碳淬火的处理工艺：将钢材随炉升温至900-950℃后，在甲烷或者乙烷环境中拉拔后进行5-7小时的渗碳处理，并采用油冷和水冷交替冷却；本发明还设计了一种耐磨抗冲击型落砂管的焊接方法，在落砂管底部增设了积砂区，积砂区深度为50-100mm，当钢砂通过进砂管流下时，钢砂直接冲击积砂区积留钢砂，减少对管壁的冲击力；本发明所设计的一种耐磨抗冲击型落砂管的制造工艺及其焊接方法能够提高落砂管硬度及耐磨性，且去除焊接应力，使得焊缝牢固不易开裂，同时减少落砂管弯曲部位所受到的冲击力，增加了落砂管的使用寿命。
【专利说明】一种耐磨抗冲击型落砂管的制造工艺及其焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料表面加工领域，涉及一种抛丸机用落砂管，特别是一种耐磨抗冲击型落砂管的制造工艺及其焊接方法。
【背景技术】
[0002]目前现有的落砂管，一般由一根钢管直接弯曲制成，此类产品由于使用普通钢材，经过弯曲拉伸处理后，弯曲部位的材料经过延展，较其他部位更薄，且当钢砂流下时，也直接集中冲击落砂管的弯曲部位，从而造成弯曲部磨损严重，极易破损，弯曲部位一旦出现破损则落砂管往往直接报废，无法再使用，造成了极大的浪费。
[0003]若不采用直接弯曲钢管的方法，而是将加厚的弯曲钢管两头分别焊接直钢管，由于传统焊接工艺中，由于焊接引起的材料性能变坏，从而影响焊件原有的性能，或者焊缝由于焊接应力或其他致脆因素共同作用下，产生裂纹和气孔等，使用过程中容易破损脱落，且焊接过程中产生高温及大量的有害气体，既不节能也不环保，稍不留意就会对工作人员造成损伤，危害健康。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种耐磨抗冲击型落砂管的制造工艺及其焊接方法，能够提高落砂管硬度及耐磨性，且去除焊接应力，使得焊缝牢固不易开裂，同时减少落砂管弯曲部位所受到的冲击力。
[0005]为了解决以上技术问题，本发明提供一种耐磨抗冲击型落砂管的制造工艺，选择钢材坯料的重量百分比化学成分为:C:0.26-0.38%、S1:0.20-0.30%、Mn:0.88-1.0%、Cr:0.85-1.0%、Mo:0.16-0.22%、N:0.015-0.030%、P:0.010-0.032%、S:0.001-0.0018%、Nb:0.01-0.25%、V:0.18-0.36%，其余为Fe和杂质，具体包括如下具体步骤:
[0006]步骤(I):将钢材坯料置于加热炉中加热至900-950°C，并拉拔为所需尺寸的钢管坯料；
[0007]选用的钢材坯料属碳含量较低，既没有低碳钢的低强度硬度和低耐磨性，也不像高碳钢热硬性差、淬透性低，C含量在0.26-0.38%范围内，既保证了钢材具有一定的柔韧性，也使得钢材的屈服点和抗拉强度升高，满足了一定的硬度和耐磨性，热加工及切削性能良好，经淬火、回火后，具有良好的综合力学性能，能够达到的最高硬度约为HRC55(HB538)，σ b 为 600 ?IlOOMPa ；
[0008]Mn含量为0.88-1.0%，Mn含量过高，则使得钢材坯料脆性增强，变得易碎，恰当含量的锰具有很好的脱氧能力，能把钢中的FeO还原成铁，改善钢的质量；还可以与硫形成MnS，从而减轻了硫的有害作用；同时能降低钢的脆性，改善钢的热加工性能；锰能大部分溶于铁素体，形成置换固溶体，使铁素体强化，继而提高钢的强度和硬度；
[0009]本发明中Cr的含量为0.85-1.0%，一定的Cr含量显著提高了钢材强度、硬度和耐磨性，以及钢材的抗氧化性和耐腐蚀性；Nb的含量为0.01-0.25%，可细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，并且可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力；
[0010]步骤(2):将步骤(I)中得到的钢管坯料在900_950°C进行渗碳处理，处理时间为5-7小时；
[0011]步骤(3):将步骤(2)中完成渗碳的钢管坯料冷却至200-260°C并保温，保温时间为20-30分钟；
[0012]步骤(4):将步骤(3)中冷却后的钢管坯料回炉加热至840_880°C，并保温3.5-4.5小时；
[0013]步骤(5):将步骤(4)中的高温钢管坯料水冷至200_250°C，并保温2.5-3.5小时，空冷至室温后得到耐磨抗冲击型落砂管。
[0014]本发明的进一步限定技术方案为:
[0015]前述的耐磨抗冲击型落砂管的制造工艺，选择钢材坯料的重量百分比化学成分为:C:0.26%、Si:0.20%、Mn:0.88%、Cr:0.85%、Mo:0.16%、N:0.015%、P:0.010%、S:0.001%、Nb:0.01%、V:0.18%，其余为 Fe 和杂质。
[0016]前述的耐磨抗冲击型落砂管的制造工艺，选择钢材坯料的重量百分比化学成分为:C:0.38%、Si:0.30%、Mn:1.0%、Cr:1.0%、Mo:0.22%、N:0.030%、P:0.032%、S:0.0018%、Nb:0.25%、V:0.36%，其余为 Fe 和杂质。
[0017]前述的耐磨抗冲击型落砂管的制造工艺，选择钢材坯料的重量百分比化学成分为:C:0.3%、Si:0.25%、Mn:0.9%、Cr:0.9%、Mo:0.20%、N:0.20%、P:0.25%、S:0.0015%、Nb:0.02%、V:0.25%，其余为Fe和杂质。
[0018]前述的耐磨抗冲击型落砂管的制造工艺，步骤(I)中的钢材坯料置于加热炉中加热完成后，在通入甲烷或者乙烷的密闭环境中进行拉拔操作，步骤(2)中的渗碳处理过程中，通入煤油、苯或酒精中的一种；
[0019]渗碳淬火工艺之前，先将钢材坯料在通入甲烷或者乙烷的密闭高温环境中进行拉拔，作为后续渗碳工艺的前序，保证工件内侧能够充分渗碳，同时达到工件整体均匀渗碳的目的；
[0020]拉拔完成后再次渗碳，以得到更高的表面硬度、耐磨性和疲劳强度，渗碳后钢材表面的化学成分可接近高碳钢，而工件的中心部分仍然保持原有的韧性和塑性，使工件能承受冲击载荷；
[0021]前述的耐磨抗冲击型落砂管的制造工艺，步骤(3)的冷却处理分为两道工序:
[0022]第一冷却工序:采用油冷以15_17°C /s的冷却速率将钢管坯料水冷至580-600°C;
[0023]第二冷却工序:采用水冷以3_5°C /s的冷却速率将钢管坯料水冷至200_260°C ；
[0024]进行冷却时，若单纯使用水冷，水中冷却应力大，工件容易变形开裂；单用油冷，则冷却速度慢，淬透直径小，工件不易淬透；本发明采用先油冷、后水冷的方法，不但保证工件心部有足够的冷却速度，而且避免了冷却速度过大，造成工件内部由于热胀冷缩不均匀造成内应力致使工件变形或开裂。
[0025]前述的耐磨抗冲击型落砂管的制造工艺，步骤(5)中钢管坯料在30_35°C水中进行水冷。
[0026]本发明还设计了一种耐磨抗冲击型落砂管的焊接方法，选用焊料的重量百分比化学成分为:c:0.03-0.07%、Si:0.15-0.45%、Sb:0.5-3.5%、Mn:1.5-1.8%、N1:3.0-3.6%、Cr:
0.45-1.25%、Mo:0.8-1.5%、T1:0.005-0.025%，其余为 Fe 和不可避免的杂质；
[0027]选择的焊料中，Sb的含量为0.5-3.5%，不但可以细化焊料合金的组织，降低熔点，提高焊料的强度和润湿性，同时可以避免Sb含量过大而造成焊料的脆性增大，影响机械加工性能和焊点的可靠性；Ni含量为3.0-3.6%，提高流动性的同时亦不会过多增加焊料的脆性，防止裂纹的形成；Mo含量为0.8-1.5%，钥在烧结中优先形成碳化物，直接作用是弥散强化，提高烧结件的强度，硬度和耐磨性，并提高回火稳定性，降低回火脆性，具体步骤为:
[0028]a:选用两根耐磨抗冲击型落砂管，对其进行预热处理，预热温度为100-200°C ；
[0029]焊接前对钢管进行100_200°C的预热处理，以及焊后550_600°C的热处理，有利于减低钢管热影响区的最高硬度，防止产生冷裂纹，并改善接头塑性，减小焊后残余应力；
[0030]b:将其中一根耐磨抗冲击型落砂管竖直设置，其下端封闭且侧壁开口，开口距离下端的距离为50-100mm，将另一根耐磨抗冲击型落砂管的一端口与开口密封导通焊接且沿水平方向向下倾斜，其与水平方向的夹角为45-55度；
[0031]c:将焊接好的落砂管缓慢加热到550-600°C并保温，保温时间T根据工件厚度d计算，具体公式为
【权利要求】
1.一种耐磨抗冲击型落砂管的制造工艺，其特征在于，选择钢材坯料的重量百分比化学成分为:C:0.26-0.38%、S1:0.20-0.30%、Mn:0.88-1.0%、Cr:0.85-1.0%、Mo:0.16-0.22%、N:0.015-0.030%、P:0.010-0.032%、S:0.001-0.0018%、Nb:0.01-0.25%、V:0.18-0.36%，其余为Fe和杂质，具体包括如下具体步骤: 步骤(1):将上述钢材坯料置于加热炉中加热至900-950°C，并拉拔为所需尺寸的钢管坯料； 步骤(2):将步骤(1)中得到的钢管坯料在900-950°C进行渗碳处理，处理时间为5-7小时； 步骤(3):将步骤(2)中完成渗碳的钢管坯料冷却至200-260°C并保温，保温时间为20-30分钟； 步骤(4):将步骤(3)中冷却后的钢管坯料回炉加热至840-880°C，并保温3.5-4.5小时； 步骤(5):将步骤(4)中的高温钢管坯料水冷至200-250°C，并保温2.5-3.5小时，空冷至室温后得到耐 磨抗冲击型落砂管。
2.根据权利要求1所述的耐磨抗冲击型落砂管的制造工艺，其特征在于，选择钢材坯料的重量百分比化学成分为:C:0.26%、Si:0.20%、Mn:0.88%、Cr:0.85%、Mo:0.16%、N:0.015%、P:0.010%、S:0.001%、Nb:0.01%、V:0.18%，其余为 Fe 和杂质。
3.根据权利要求1所述的耐磨抗冲击型落砂管的制造工艺，其特征在于，选择钢材坯料的重量百分比化学成分为:C:0.38%、Si:0.30%、Mn:1.0%、Cr:1.0%、Mo:0.22%、N:0.030%、P:0.032%、S:0.0018%、Nb:0.25%、V:0.36%，其余为 Fe 和杂质。
4.根据权利要求1所述的耐磨抗冲击型落砂管的制造工艺，其特征在于，选择钢材坯料的重量百分比化学成分为:C:0.3%、S1:0.25%、Mn:0.9%、Cr:0.9%、Mo:0.20%、N:0.20%、P:0.25%、S:0.0015%、Nb:0.02%、V:0.25%，其余为 Fe 和杂质。
5.根据权利要求1至4中任意一项权利要求所述的耐磨抗冲击型落砂管的制造工艺，其特征在于，步骤(1)中的钢材坯料置于加热炉中加热完成后，在通入甲烷或者乙烷的密闭环境中进行拉拔操作，步骤(2 )中的渗碳处理过程中，通入煤油、苯或酒精中的一种。
6.根据权利要求5所述的耐磨抗冲击型落砂管的制造工艺，其特征在于，步骤(3)的冷却处理分为两道工序: 所述第一冷却工序:采用油冷以15-17°C /s的冷却速率将钢管坯料水冷至580-600°C; 所述第二冷却工序:采用水冷以以3-5°C /s的冷却速率将钢管坯料水冷至200-260°C。
7.根据权利要求6所述的耐磨抗冲击型落砂管的制造工艺，其特征在于，步骤(5)中钢管坯料在30-35 °C水中进行水冷。
8.基于权利要求1所述的耐磨抗冲击型落砂管的焊接方法，其特征在于，选用焊料的重量百分比化学成分为:C:0.03-0.07%、Si:0.15-0.45%、Sb:0.5-3.5%, Mn:1.5-1.8%、Ni:.3.0-3.6%、Cr:0.45-1.25%、Mo:0.8-1.5%、Ti:0.005-0.025%，，其余为 Fe 和不可避免的杂质，具体步骤为: a:选用两根耐磨抗冲击型落砂管，对其进行预热处理，预热温度为100-200°C ；b:将其中一根耐磨抗冲击型落砂管竖直设置，其下端封闭且侧壁开口，所述开口距离下端的距离为50-100mm，将另一根耐磨抗冲击型落砂管的端口与所述侧壁开口对缝焊接且向下倾斜，两根耐磨抗冲击型落砂管的夹角为45-55度； c:将焊接好的落砂管缓慢加热到550-600°C并保温，保温时间T根据工件厚度d计算，具体公式为T =D/35其中，保温时间τ的单位为小时，d的单位为毫米，之后真空缓冷至室温。
【文档编号】B23K31/00GK103949984SQ201410143787
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日
【发明者】潘绍兵 申请人:大丰市飞腾铸造机械有限公司