圆盘剪刀片堆焊修复工艺及其修复的圆盘剪刀片

摘要

本圆盘剪刀片堆焊修复工艺包括如下步骤：①去除磨损的外缘加工成为直径为D1的圆盘剪刀片基片；②酸洗除锈；③用碳素钢制作外径D2、内径D1、厚度与基片相同的圆环片修复零件，D2－D为12～30mm，其内缘两面有环形凹槽；④修复零件与基片装配为一体；⑤焊条预热处理，用含W、Mo、V、Cr的金属堆焊焊条；⑥对装配一体的圆盘剪刀片预热处理；⑦多次堆焊填充修复零件内缘的凹槽；⑧堆焊后的圆盘剪刀片于450℃～550℃、保温0.8～1.2小时，随炉冷却至10℃～30℃；再2次480℃～560℃、保温0.8～1.2小时回火处理；⑨机械加工得表面平整、外径D的修复的圆盘剪刀片，其具有良好硬度和耐磨性能的剪切刃，加工能力与新刀片相当，利用了废刀片，降低生产成本。

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种圆盘剪刀片的修复工艺及其修复的圆盘剪刀片，具体为一种圆盘剪刀片堆焊修复工艺及其修复的圆盘剪刀片。

(二)技术背景

圆盘剪刀片是钢板切割时的主要工具，因其硬度及强度要求高，多用合金钢制作，还要经过复杂的热处理，成本较高。目前圆盘剪刀片外缘刃口磨损后就不得不报废弃置，消耗较大，造成生产成本居高不下。

(三)发明内容

本发明的目的是设计一种圆盘剪刀片堆焊修复工艺，可将外缘刃口崩坏或磨损的圆盘剪刀片基片修复为标准直径的满足切割硬度要求的圆盘剪刀片，圆盘剪刀片基片重复使用，降低生产费用。

本发明的圆盘剪刀片堆焊修复工艺包括如下步骤：

①机械加工去除磨损的外缘，使原直径为D的圆盘剪刀片加工成为直径为D₁的圆盘剪刀片基片；

②旧圆盘剪刀片进行酸洗，去除表面锈迹，以减少焊接杂质；

③采用碳素结构钢，如Q235-A、或45号、或35号、或25号钢，制作修复零件，此修复零件为外径为D₂、内径为D₁、厚度为与基片厚度H相同的圆环片，D₂-D为12～30mm，其内缘正反两面均有外径D₃≥D、深度h为圆环厚度0.1～0.3倍、即h＝(0.1～0.3)H的环形凹槽；

④修复零件与圆盘剪刀片基片装配为一体；

⑤金属堆焊焊条进行1～1.5小时、300℃～400℃的预热处理，所用焊条为含W、Mo、V、Cr的金属堆焊焊条，如D327、D337金属堆焊焊条，或者与上述标准牌号焊条所含金属成份、比例一致自制焊条；

⑥对装配一体的圆盘剪刀片进行0.5～1小时、350℃～400℃的预热处理；

⑦用预热后的焊条对预热后的装配一体的圆盘剪刀片施焊，多次堆焊，使堆焊金属填充修复零件内缘的环形凹槽；堆焊使用的焊条直径为3.2mm时，焊接电流为90～100A；焊条直径为4.0mm时，焊接电流为150～180A；焊条直径为5.0mm时，焊接电流为180～220A；

⑧堆焊完成后将圆盘剪刀片置于回火炉内加热至450℃～550℃、保温0.8～1.2小时，随炉冷却至10℃～30℃；再进行2次480℃～560℃、保温0.8～1.2小时回火处理，出炉温度190℃～220℃；

⑨热处理后进行机械加工，使圆盘剪刀片表面平整，其外径符合规定尺寸D。

所得到的修复的圆盘剪刀片为圆环形刀片，外缘为剪切刃，厚度为H、外径为D，其中部是去除了磨损外缘的废弃的圆盘剪刀片所形成的、直径为D₁的圆盘剪刀片基片，基片外环是与之连接的环形修复片，修复片上下面为厚h的堆焊金属层，h＝(0.1～0.3)H，修复片芯层为碳素钢制作的修复零件，堆焊金属与基片、修复零件之间熔融结合。

本实用新型的优点为：1、回收利用废弃的圆盘剪刀片，大大降低生产成本；2、经过金相显微镜分析，修复的圆盘剪刀片的修复零件与基片二者通过堆焊金属有机结合，保证了修复的圆盘剪刀片的使用强度，同时，堆焊层剖面的硬度呈现出阶梯形公布，其合金堆焊层表面硬度最高，达650Hv，故修复后的圆盘剪刀片具有良好硬度和耐磨性能的剪切刃；3、本修复工艺简单易行，一般的机械厂均可实施，便于推广应用。

(四)附图说明

图1为本圆盘剪刀片堆焊修复工艺修复零件与基片装配一体后的结构示意图；

图2为本圆盘剪刀片堆焊修复工艺修复零件与基片装配一体后施焊结束后的结构示意图；

图3为本修复的圆盘剪刀片结构示意图；

图4为本修复的圆盘剪刀片堆焊层表面硬度分布图。

(五)具体实施方式

实施例1

原标准直径D为362mm、厚度H为30mm的圆盘剪刀片。

①机械加工去除磨损的外缘，如采用车削或线切割切除磨损的外缘，使原直径为362mm的圆盘剪刀片加工成为直径D₁为350mm的圆盘剪刀片基片；

②旧圆盘剪刀片进行酸洗，去除表面锈迹；

③采用碳素结构钢Q235-A制作修复零件，此修复零件为外径D₂为374mm、内径为350mm、厚度H为30mm的圆环片，其内缘正反两面均有外径D₃为365mm、深度h为4mm的环形凹槽；

④修复零件2与圆盘剪刀片基片1装配为一体；如图1所示；

⑤金属堆焊焊条进行1小时、320℃的预热处理，所用焊条为Φ3.2的D327金属堆焊焊条；

⑥对装配一体的圆盘剪刀片进行0.5小时、350℃的预热处理；

⑦用预热后的焊条对预热后的装配一体的圆盘剪刀片施焊，多次堆焊，使堆焊金属3填充修复零件内缘的环形凹槽；焊接电流为90A；如图2所示；

⑧堆焊完成后将圆盘剪刀片置于回火炉内加热至450℃、保温0.8小时，随炉冷却至20℃；再进行2次480℃、保温0.8小时回火处理，出炉温度210℃；

⑨热处理后进行机械加工，使圆盘剪刀片表面平整，其外径符合规定尺寸362mm，即修复的圆盘剪刀片，如图3所示。

如图3所示，所得到的修复的圆盘剪刀片为圆环形刀片，外缘为剪切刃，厚度H＝30mm、外径D＝362mm，其中部是去除了磨损外缘的废弃的圆盘剪刀片所形成的、直径D₁＝350mm的圆盘剪刀片基片，基片外环是环形修复片，修复片上下面为厚h＝4mm的堆焊金属层，修复片芯层为碳素钢制作的修复零件，堆焊金属3与基片1、修复零件2之间熔融结合。

为了确定焊接工艺质量，对修复后的圆盘剪刀片进行了金相分析和硬度检测。从光学显微镜的照片和电子显微镜的照片来看，堆焊层与基片和修复零件之间的晶界结合是连续的，即在堆焊过程中部分的熔融堆焊组织与熔化的堆焊合金形成熔池，并发生了冶金反应，二者形成有机结合。与基片和修复零件的基体组织比较，结合区附近的基体区晶粒明显细化，这是由于堆焊时的高温，促使邻近的基体发生了再结晶，导致了组织的细化。热影响区的组织为奥氏体+回火马氏体+少量的铁素体，由于热影响区的基体在堆焊时的温度超过临界点Ac3，处于奥氏体状态，堆焊后通过基体的传热发生淬火过程，得到马氏体组织+残余的奥氏体极少量的铁素体组织，同时本发明的工艺采用多层堆焊的方法，后续堆焊时产生的余热使热影响区中的马氏体部分回火得到回火马氏体组织，同时经过进一步回火处理，促使一部分奥氏体及马氏体转变生成回火马氏体组织。由于堆焊过程中，熔合区的温度较高，马氏体中固熔了C及Cr、V、Mo等合金元素，在回火过程中，从基体中析出碳化物弥散分布在马氏体基体上，由于合金元素的存在，提高了马氏体的回火转变温度，在520℃高温回火中，马氏体转变生成回火马氏体，同时一部分的残余奥氏体转变为马氏体，最终回火组织为回火马氏体+碳化物+少量的残余奥氏体。堆焊层组织类似于铸态的合金钢，其组织为网状莱氏体和奥氏体的产物，堆焊层的奥氏体转变生成马氏体、贝氏体组织，回火后堆焊层组织主要为莱氏体+细小回火马氏体+碳化物+极少量的残余奥氏体。

图4显示实验得到的圆盘剪刀片回火后堆焊层硬度分布情况，横坐标表示距堆焊层表面的距离，单位为mm，纵坐标表示硬度，单位为Hv。由图可见，堆焊层剖面的硬度分布呈阶梯形，表面的合金堆焊层硬度最高，耐磨性最强，热影响区下的基体硬度最低，热影响区的硬度介于二者之间。堆焊层合金元素含量高，显微硬度值达到650Hv。

总之，采用本发明的修复工艺，经多次堆焊、二次回火可制备获得具有良好硬度及耐磨性能的剪切刃，修复的圆盘剪刀片可再次使用，其加工能力与新的圆盘剪刀片相当。

实施例2

原标准直径D为1300mm、厚度H为70mm的圆盘剪刀片。

①机械加工去除磨损的外缘，使原直径为D＝1300mm的圆盘剪刀片加工成为直径为D₁＝1220mm的圆盘剪刀片基片；

②旧圆盘剪刀片进行酸洗，去除表面锈迹，以减少焊接杂质；

③采用45号钢制作修复零件，其外径为D₂＝1330mm、内径为D₁＝1220mm、厚度＝70mm，其内缘正反两面均有外径D₃＝1306mm、深度h＝20mm的环形凹槽；

④修复零件2与圆盘剪刀片基片1装配为一体；如图1所示；

⑤金属堆焊焊条进行1.5小时、400℃的预热处理，使用Φ5.0的D337金属堆焊焊条；

⑥对装配一体的圆盘剪刀片进行1小时、400℃的预热处理；

⑦用预热后的焊条对预热后的装配一体的圆盘剪刀片施焊，多次堆焊，使堆焊金属3填充修复零件内缘的环形凹槽；焊接电流为220A；如图2所示；

⑧堆焊完成后将圆盘剪刀片置于回火炉内加热至550℃、保温1.2小时，随炉冷却至30℃；再进行2次560℃、保温1.2小时回火处理，出炉温度220℃；

⑨热处理后进行机械加工，使圆盘剪刀片表面平整，其外径D＝1300mm，如图3所示。

如图3所示，所得到的修复的圆盘剪刀片厚度H＝70mm、外径D＝1300mm，其中部是去除了磨损外缘的废弃的圆盘剪刀片所形成的、直径D₁＝1220mm的圆盘剪刀片基片，基片外环是环形修复片，修复片上下面为厚h＝20mm的堆焊金属层，修复片芯层为碳素钢制作的修复零件，堆焊金属3与基片1、修复零件2之间熔合。

本例修复的圆盘剪刀片硬度分布情况与上例相似，其实际使用中加工能力与新的圆盘剪刀片相当。

实施例3

原标准直径D为820mm、厚度H为50mm的圆盘剪刀片。

①机械加工去除磨损的外缘，使原直径为D＝820mm的圆盘剪刀片加工成为直径为D₁＝780mm的圆盘剪刀片基片；

②旧圆盘剪刀片进行酸洗，去除表面锈迹，以减少焊接杂质；

③采用25号钢制作修复零件，其外径为D₂＝844mm，内径为D₁＝780mm、厚度H＝50mm，其内缘正反两面均有外径D₃＝826mm、深度h＝14mm的环形凹槽；

④修复零件2与圆盘剪刀片基片1装配为一体；如图1所示；

⑤金属堆焊焊条进行1.2小时、380℃的预热处理，使用Φ4.0的自制金属堆焊焊条，此焊条所含W、Mo、V、Cr等成份、比例与标准牌号的D337一致；

⑥对装配一体的圆盘剪刀片进行1小时、400℃的预热处理；

⑦用预热后的焊条对预热后的装配一体的圆盘剪刀片施焊，多次堆焊，使堆焊金属3填充修复零件内缘的环形凹槽；焊接电流为220A；如图2所示；

⑧堆焊完成后将圆盘剪刀片置于回火炉内加热至500℃、保温1小时，随炉冷却至20℃；再进行2次510℃、保温1小时回火处理，出炉温度200℃；

⑨热处理后进行机械加工，使圆盘剪刀片表面平整，其外径D＝820mm，如图3所示。

如图3所示，所得到的修复的圆盘剪刀片厚度H＝50mm、外径D＝820mm，其中部是去除了磨损外缘的废弃的圆盘剪刀片所形成的、直径D₁＝780mm的圆盘剪刀片基片，；基片外环是环形修复片，修复片上下面为厚h＝14mm的堆焊金属层，修复片芯层为碳素钢制作的修复零件，堆焊金属3与基片1、修复零件2之间熔合。

本例修复的圆盘剪刀片硬度与上例相似，实际使用中其加工能力与新的圆盘剪刀片相当。