堆焊的特點(diǎn)

一、堆焊的特點(diǎn) 字體 大 中 小堆焊是一種異種材質(zhì)的熔化焊，因此堆焊的特點(diǎn)和異種材料焊接相類似。堆焊層被稀釋，熔合區(qū)變脆，熱影響的結(jié)果，導(dǎo)致堆焊層及熱影響區(qū)成分、組織、性能變化是堆焊的明顯特點(diǎn)。 1.稀釋率 堆焊時基材和堆焊金屬熔化，相互溶解?；娜芙庥诙押附饘僦械牧糠Q為稀釋率。稀釋率增加使堆焊金屬的合金元素比例下降。引起堆焊層性能下降，堆焊材料耗量增加。用多層堆焊、增加堆焊層厚度、增加堆焊材料中的合金元素量的方法，可以補(bǔ)償稀釋作用的影響。各種堆焊方法的稀釋率見表9-31。 表9-31 幾種堆焊方法的特點(diǎn)比較堆焊方法稀釋率(%)熔敷速度(kg/h)最小堆焊厚 度(mm)熔敷效率(%)氧-乙炔焰堆焊手工送絲自動送絲手工送粉1101101100.51.80.56.80.51.80.80.80.21001008595手工電弧堆焊10200.55.43.265鎢極氬弧堆焊10200.54.52.498100熔化極氣體保護(hù)電弧堆焊其中：自保護(hù)電弧堆焊104015400.95.42.311.33.23.290958085埋弧堆焊單 絲多 絲串聯(lián)電弧單帶極多帶極30601525102510208154.511.311.327.211.315.9123622683.24.84.83.04.09595959595等離子弧堆焊自動送粉手工送絲自動送絲雙熱絲5155155155150.56.80.53.60.53.613270.252.42.42.48595981009810098100電渣堆焊101415751595100注：指單層堆焊結(jié)果;鋼母材上堆焊銅及銅合金可低到2%;較早些的文獻(xiàn)記載為0.8。 2.堆焊熔合區(qū) 堆焊熔合區(qū)有時會出現(xiàn)延伸性下降的脆性交界面。受沖擊載荷作用時可能產(chǎn)生堆焊層剝離現(xiàn)象。在高溫條件下工作時，可能會發(fā)生碳遷移現(xiàn)象，導(dǎo)致高溫強(qiáng)度和抗腐蝕能力降低。若基材與堆焊層熱膨脹系數(shù)差別較大時，在焊接、焊后熱處理、或使用過程中，可能發(fā)生裂紋。在鐵基材料上堆焊有色金屬時，鐵會污染對鐵含量有嚴(yán)格限制的堆焊金屬。以上堆焊熔合區(qū)易出現(xiàn)的問題，可用預(yù)先堆焊過渡層或障礙層的辦法消除其影響。如在鋼基材上堆焊銅合金時，常用鎳、因康鎳合金、鋁青銅作障礙層。 3.反復(fù)受熱的影響 由于堆焊工藝本身特點(diǎn)的要求，往往采用預(yù)熱、緩冷、多層焊工藝，因此焊縫區(qū)受熱情況復(fù)雜。反復(fù)熱循環(huán)將引起堆焊層化學(xué)成分和金相組織的變化，造成組織和成分的不均勻分布。不同的堆焊方法，熱循環(huán)狀況不同，對堆焊層的影響也不同。如氧-乙炔焰堆焊鈷鉻鎢合金時，由于加熱、冷卻速度都較慢(與電弧堆焊比較)，因此，堆焊層中碳化物粗大。使用還原性火焰堆焊有增碳作用，碳量增加使堆焊層耐磨性提高。不銹鋼和鎳基合金堆焊層在490 870高溫退火時，可能析出碳化物和相沉淀物，這將引起堆焊層變脆，并降低抗腐蝕能力。 字?jǐn)?shù)：1437知識來源：王文翰 主編.焊接技術(shù)手冊.鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社.2004.第480-481頁.一、堆焊方法 字體 大 中 小堆焊用的焊接方法很多，幾乎所有的熔焊方法都能用來堆焊。選擇堆焊方法時要考慮焊件的大小、形狀和批量、堆焊層厚度、堆焊金屬成分和性能等。 1.常用堆焊方法特點(diǎn)的比較 常用堆焊方法特點(diǎn)的比較見表13-38。 表13-38 幾種堆焊方法特點(diǎn)的比較堆 焊 方 法熔敷速度 (kg/h)最小稀釋率 (%)最小堆焊厚度 (mm)氧-乙炔火焰堆 焊：手工送絲0.452.710.8自動送絲0.456.810.8焊條電弧堆焊0.74.2152.4埋弧堆焊：單絲4.68.1303.2多絲1127154.5串列電弧1116104.5續(xù)表堆 焊 方 法熔敷速度 (kg/h)最小稀釋率 (%)最小堆焊厚度 (mm)埋弧堆焊單帶極1236103雙帶極226854鎢極氬弧堆焊0.453.6102.4熔化極氣體保護(hù)堆焊4.56.8303.2粉末等離子堆焊4.56.85*0.255雙熱絲等離子堆焊13275*2.4電渣堆焊15751015基材熔解于堆焊金屬中的量稱為稀釋率。表中最小稀釋率系指單層堆焊結(jié)果。 *鋼基體上堆焊銅及其合金可達(dá)2%。 2.常用堆焊方法的選擇 堆焊方法的選擇依據(jù)是： 滿足堆焊層性能要求; 滿足堆焊焊件結(jié)構(gòu)的要求; 滿足冶金特點(diǎn)的要求; 滿足堆焊材料使用狀態(tài)的要求和滿足效率及經(jīng)濟(jì)性的要求。 常用堆焊方法的適用范圍見表13-39。 表13-39 常用堆焊方法的適用范圍方法 項目氧乙 炔堆焊焊條電 弧堆焊埋弧堆焊熔化極 氣體保 護(hù)堆焊鎢極氬 弧堆焊等離子 弧堆焊電渣堆焊設(shè)備復(fù) 雜度簡單簡單較復(fù) 雜、易實 現(xiàn)機(jī)械 化、自動 化較復(fù) 雜、可實 現(xiàn)機(jī)械 化、自動 化較復(fù)雜比TIG 焊機(jī)復(fù)雜較復(fù)雜設(shè)備 價格便宜便宜較高較高較便宜較高較高續(xù)表方法 項目氧乙 炔堆焊焊條電 弧堆焊埋弧堆焊熔化極 氣體保 護(hù)堆焊鎢極氬 弧堆焊等離子 弧堆焊電渣堆焊堆焊材 料狀態(tài)任意狀 態(tài)焊條 (鋼芯、藥 芯、鑄芯)絲(實 芯、管狀) 帶極絲(實 芯、管狀)、 帶極管狀焊 絲、棒狀絲、棒、 粉絲 (實 芯、藥芯)、 帶極稀釋率小較大大較大較小可調(diào)小冶金 影響用碳化 焰時增碳合金元 素有燒損可通過 焊劑過渡 合金元素合金元 素Ar焊 時無燒 損，CO2 焊時有燒 損合金元 素不燒 損、不氧 化溫度梯 度大，易 產(chǎn)生裂紋可摻合 金元素， 熔合線附 近成分變 化率大效率低較低高較高較低較高高應(yīng)用 范圍光潔、 精密小面 積堆焊， 如閥門、 帶鋸、犁 鏵等小批量 堆焊件和 磨損件修 復(fù)大面 積、大批 量件、水 平位置堆 焊，如大 型容器壁 及軋輥堆 焊Ar保 護(hù)可堆焊 鈷、鎳、鋁 基合金和 青銅等。 CO2保護(hù) 可堆焊鐵 基合金如 軸瓦、泥 漿泵等要求高 的形狀復(fù) 雜的小 件，如汽 輪機(jī)葉片 上堆焊鈷 基 合 金 等。含鋁 鎳基合金 的堆焊鐵基、 鎳基、鈷 基、難熔 金屬均能 堆焊。如 流量控制 閥、擠壓 機(jī)螺桿、 汽車發(fā)動 機(jī)排氣閥 等適合大 厚度與垂 直線成 4560 斜面的堆 焊。利用 模具也可 以進(jìn)行水 平和垂直 面的堆焊字?jǐn)?shù)：1413知識來源：張應(yīng)立 主編.焊工便攜手冊.北京：中國電力出版社.2007.第795-797頁.堆焊方法操作要點(diǎn)5.鎢極氬弧堆焊 (1)采用直流正接可減少和避免鎢極對堆焊層的污染。 (2)堆焊時應(yīng)嚴(yán)格控制工藝規(guī)范參數(shù)，如電流、堆焊速度、送絲速度和焊槍擺動。 (3)用衰減電流的方法控制堆焊層的凝固速度，可以減少縮孔和弧坑裂紋。 (4)采用擺動焊槍、脈動電流、盡量減少電流或者將電弧主要對著熔敷層等辦法來降低稀釋率。 (5)將堆焊材料以顆粒狀輸送到電弧區(qū)，隨著工件表面被電弧熔化，如將碳化鎢顆粒導(dǎo)入到熔化的表面上，碳化鎢顆?；静蝗劢?，當(dāng)熔化金屬凝固時，就得到碳化鎢均勻地分散在工件表面的堆焊層。用這種方法可堆焊鉆管接頭。 六、鎢極氬弧堆焊工藝 字體 大 中 小鎢極氬弧堆焊是一種非熔化極的堆焊方法，一般用下降特性的直流電源，也可以用帶有連續(xù)高頻電流的交流電源。由于氬氣的良好保護(hù)性，有效地防止了合金元素的燒損和氧化。適用于鈦作穩(wěn)定劑的不銹鋼、含鋁的鎳基合金、不允許碳吸附和易揮發(fā)材料的堆焊。嚴(yán)格控制堆焊電流、堆焊速度、送絲速度和焊槍擺動等工藝參數(shù)，可以獲得高質(zhì)量堆焊層。 為了減少滲鎢現(xiàn)象，需采用直流正接方式。 為了降低稀釋率可以采用焊槍擺動、脈沖電流、減小電流、電弧主要對著熔敷層等工藝措施。 為了減少縮孔和弧坑裂紋傾向，可采用電流衰減，控制收尾時熔池凝固速度的辦法。 為了使某些硬化相顆粒均勻分布在堆焊層中，還研究采用了將強(qiáng)化相顆粒直接送到電弧區(qū)。隨著工件表面被熔化，強(qiáng)化相顆?；静蝗刍?，而又由于熔池的擾動作用，使之均勻的分散在熔池中，隨著熔池的凝固得到優(yōu)良的耐磨堆焊層。如堆焊鉆管接頭時用這種方法，得到碳化鎢強(qiáng)化相顆粒均勻分布的堆焊層。 字?jǐn)?shù)：406知識來源：王文翰 主編.焊接技術(shù)手冊.鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社.2004.第490頁七、堆焊金屬材料的選擇 字體 大 中 小堆焊金屬材料的選擇是一個綜合性的技術(shù)問題。首先考慮工件的要求和經(jīng)濟(jì)性，還要考慮工件的材質(zhì)、批量及所用的堆焊方法等因素。 1.堆焊金屬選擇的一般規(guī)律 要求最大抗磨料磨損時，選用含碳化物或其他硬度相同的堆焊金屬，如碳化鎢、合金鑄鐵等，前者耐磨性高，后者價格便宜，均有較多應(yīng)用。 要求抗沖擊及磨料磨損時，選用既能耐磨料磨損又能承受沖擊載荷的堆焊金屬。耐磨料磨損的堆焊金屬承受沖擊載荷能力強(qiáng)弱的順序是： 合金鑄鐵、馬氏體鋼、奧氏體高錳鋼。馬氏體鋼價格便宜，應(yīng)用最普遍。 要求在腐蝕性介質(zhì)中工作時，選用抗腐蝕能力強(qiáng)的不銹鋼、銅基合金、鎳基合金、若要求同時具有耐磨能力時，則可選用鈷基和鎳基合金。 要求高溫耐磨時，可選用鈷基合金，含Laves相的鈷基合金更好。若同時存在沖擊時，可選用含Cr5%的馬氏體鋼。若要求更高的抗熱能力和熱強(qiáng)度時，可選用馬氏體不銹鋼。 在滿足工件技術(shù)要求的同時，要注意經(jīng)濟(jì)效益和資源的合理利用。影響經(jīng)濟(jì)效益的因素很多，如堆焊材料的成本、堆焊設(shè)備的折舊、生產(chǎn)效率和運(yùn)輸費(fèi)用等。 堆焊金屬選用的一般規(guī)律見表13-36。 表13-36 堆焊金屬選用的一般規(guī)律工作條件可選用的堆焊金屬高應(yīng)力金屬間磨損亞共晶鈷基合金、含金屬 間化合物的鈷基合金低應(yīng)力金屬間磨損堆焊用合金鋼金屬間磨損+腐蝕或氧化大多數(shù)鈷基或鎳基合金低應(yīng)力磨料磨損、沖擊浸蝕、磨料浸蝕高合金鑄鐵續(xù)表工作條件可選用的堆焊金屬低應(yīng)力嚴(yán)重磨料磨損碳化物氣蝕不銹鋼、鈷基合金嚴(yán)重沖擊高錳鋼嚴(yán)重沖擊+腐蝕+氧化亞共晶鈷基合金高溫下金屬間磨損亞共晶鈷基合金、含金屬 間化合物的鈷基合金鑿削磨損奧氏體錳鋼熱穩(wěn)定性、高溫蠕變強(qiáng)度(450)鈷基合金、含碳化物的鎳 基合金2.堆焊合金的選擇步驟 (1) 分析工作條件，確定可能破壞的類型和對堆焊金屬的要求。 (2)按一般規(guī)律列出幾種可供選擇比較的堆焊金屬材料。 (3)分析待選材料與基體材料的相容性 (包括熱應(yīng)力和裂紋)。初步確定堆焊工藝方法及工藝方案。 (4) 堆焊零件的現(xiàn)場實驗。 (5)綜合考慮使用壽命和成本，最后選定堆焊合金材料。 (6)選定堆焊方法，制定堆焊生產(chǎn)工藝規(guī)程。 3.堆焊材料不同形態(tài)適用的堆焊方法 目前國內(nèi)可提供的堆焊材料形狀及適用的堆焊方法見表13-37。 表13-37 堆焊材料不同形態(tài)適用的堆焊方法堆焊材料形狀適用的堆焊方法絲 (d0.55.8mm)氧乙炔焰堆焊、熔化極氣體保護(hù)電 弧堆焊、振動堆焊、等離子弧堆焊、埋 弧堆焊帶(t=0.40.8mm，B=30 300mm)埋弧堆焊、電渣堆焊續(xù)表堆焊材料形狀適用的堆焊方法鑄棒(d2.28.0mm)氧乙炔焰堆焊、等離子弧堆焊、鎢 極氬弧堆焊粉 (粒)等離子弧堆焊、氧乙炔焰堆焊管狀焊絲自保護(hù)電弧堆焊、氧乙炔焰堆焊、 埋弧堆焊、鎢極氬弧堆焊堆焊用焊條 (鋼芯、鑄芯、 藥芯)焊條電弧堆焊除常規(guī)棒料外，我國已能用水平連續(xù)法生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的高合金鑄棒。 字?jǐn)?shù)：1266知識來源：張應(yīng)立 主編.焊工便攜手冊.北京：中國電力出版社.2007.第793-795頁二、堆焊前的準(zhǔn)備及焊后熱處理 字體 大 中 小1.堆焊前準(zhǔn)備 做好堆焊前的準(zhǔn)備工作是保證堆焊質(zhì)量的重要因素，主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn)： (1)確定零件堆焊部位的要求。 (2)確定堆焊方法、焊接參數(shù)、堆焊材料 (焊條、焊絲、焊劑等)，堆焊用設(shè)備、熔化極形狀及極性的選擇等。 (3) 清除焊件表面油、污、裂紋。 (4) 烘干焊條、焊劑。 2.焊前表面處理和退火 需要堆焊的焊件表面，在焊前要脫脂除銹和清除污物。有些焊件在工作過程中表面往往已產(chǎn)生裂紋和剝離，有的表面還有腐蝕坑等，這些缺陷不去除將對堆焊層的質(zhì)量不利，因此這類焊件焊前要進(jìn)行去應(yīng)力退火，還要用機(jī)械加工的方法把表面缺陷徹底除掉。 3.焊前預(yù)熱和焊后緩冷 焊有開裂傾向的碳鋼和低合金鋼時，防止開裂和剝落的有效方法是預(yù)熱和緩冷。預(yù)熱溫度高低，與堆焊金屬的碳當(dāng)量，與工件的材質(zhì)、大小和堆焊部位的剛度等有關(guān)。預(yù)熱溫度一般選150600。表13-40列出了碳鋼或低合金鋼的預(yù)熱溫度。 表13-40 根據(jù)碳當(dāng)量選擇預(yù)熱溫度碳當(dāng)量(%)預(yù)熱溫度()0.40100以上0.50150以上0.60200以上0.70250以上0.80300以上碳當(dāng)量Ceq一般按公式CeqC+Mn/6+Cr+Mo+V/5+Ni+Cu/15%計算。 對于堆焊金屬硬度比較高、堆焊面積比較大的焊件，如鍛模、大閥體等，需要整體預(yù)熱。對于僅需局部堆焊的焊件，可以局部預(yù)熱。而對于那些在堆焊過程中就能夠被整體加熱的小零件，可以不預(yù)熱。 為了防止裂紋和剝離，除了焊前預(yù)熱外，還要焊后緩冷，緩冷的方法是： 堆焊后可將堆焊零件放在石棉灰、石棉毯或硅酸鋁等保溫材料中緩冷。對于淬硬傾向小的堆焊金屬，如1Cr13、2Cr13等，焊后為了獲得較高的硬度，也可選用空冷，機(jī)械加工后不再進(jìn)行加熱處理。對于淬硬傾向大的焊金屬，如高鉻鑄鐵、碳化鎢、鈷基合金等，焊后要進(jìn)行600700回火1h，再緩冷以免出現(xiàn)裂紋。 4.隔離層堆焊 為了減少應(yīng)力，防止堆焊層產(chǎn)生裂紋和剝離，可先用塑、韌性好的焊條堆焊隔離層，將堆焊層與基體隔離。如在碳鋼上堆焊高錳鋼時，可先在碳鋼上堆焊一層鉻鎳或鉻錳奧氏體鋼，然后再在奧氏體鋼上堆焊高錳鋼，這樣既可減少焊接應(yīng)力，又不影響高錳鋼焊后采取快冷的措施。 5.減少母材對堆焊層合金元素和稀釋率 堆焊過程中，部分母材金屬要熔入堆焊金屬中，堆焊金屬中的部分合金元素也要燒損，這些都會使堆焊硬度改變和力學(xué)性能下降。因此在選擇堆焊方法時，要進(jìn)行比較，盡量選擇稀釋率低的焊接方法。 6.減少焊件堆焊后的變形 對細(xì)長