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1、 6堆焊 它是在金屬零件表面或邊緣，熔焊上耐磨、耐蝕或特殊性能的金屬層，修復(fù)外形不合格的金屬零件及產(chǎn)品，提高使用壽命，降低生產(chǎn)成本，或者用它靜造雙金屬零部件。 堆焊是在金屬材料或零件表面熔焊上耐磨、耐蝕等特殊性能的金屬層的一種工藝方法。通過堆焊可以修復(fù)外形不合格的金屬零部件及產(chǎn)品，或制造雙金屬零部件。采用堆焊可以延長零部件的使用壽命，降低成本，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，尤其對(duì)合理使用材料(特別是貴重金屬)具有重要意義。 堆焊工藝技術(shù)已被廣泛地用于航天、兵器、能源、冶金、電站、礦山、石油、化工設(shè)備、建筑、農(nóng)機(jī)、紡織，以及工模具的制造與修復(fù)領(lǐng)域。 一、堆焊材料的分類 所有堆焊材料可歸納為鐵基、鎳基、鈷基、碳化
2、鎢基和銅基等幾種類型。鐵基堆焊材料性能變化范圍廣，韌性和耐磨性匹配好，能滿足許多不同的要求，而且價(jià)格低，所以應(yīng)用最廣泛。鎳基、鈷基堆焊材料價(jià)格較高，但高溫性能好，耐腐蝕，主要用于要求耐高溫磨損、耐高溫腐蝕的場合。銅基堆焊材料耐蝕性好，并能減少金屬間的磨損。碳化鎢基堆焊材料價(jià)格較高，但在耐嚴(yán)重磨料磨損的條件下，堆焊仍然占有重要地位。 二、常用堆焊材料及堆焊工藝 (一)鐵基堆焊材料及堆焊工藝 鐵基堆焊材料按合金元素含量分為：低合金、中合金和高合金三種。為防止堆焊層開裂(高鉻鑄鐵允許堆焊裂紋存在)，工件通常需焊前預(yù)熱和焊后緩冷。低、中、高碳鋼和低合金鋼的預(yù)熱溫度可根據(jù)下列公式求得碳當(dāng)量后估算： 式中
3、：W(C)eq表示碳當(dāng)量；W(C)、W(Mn)、表示碳、錳、等合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。預(yù)熱溫度一般確定如下：碳當(dāng)量為0.4，預(yù)熱溫度100；碳當(dāng)量為0.5，預(yù)熱溫度150；碳當(dāng)量為0.6，預(yù)熱溫度200；碳當(dāng)量為0.7，預(yù)熱溫度250；碳當(dāng)量為0.8，預(yù)熱溫度300。通常，預(yù)熱溫度可略高些。 1低合金鋼堆焊材料 其合金元素總量小于5，根據(jù)堆焊金屬金相組織又可分為珠光體和馬氏體二類。 (1)珠光體鋼堆焊材料的成分、性能、用途和堆焊工藝。 常用珠光體鋼堆焊材料碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般小于0.5，主要合金元素有Mn、Cr、Mo、si等。焊后自然冷卻時(shí)，堆焊層主要是珠光體類組織，硬度為20HRC38HRC。當(dāng)合金
4、元素含量偏高或冷卻較快時(shí)，可能產(chǎn)生部分馬氏體。 珠光體鋼堆焊材料焊接性能優(yōu)良，這類堆焊層金屬多在焊態(tài)使用，熱處理可改善堆焊層性能。該堆焊層硬度中等，具有一定的耐磨性、良好的韌性和切削加工性能，價(jià)格便宜。主要用于堆焊耐磨層之前恢復(fù)母材尺寸的堆焊、過渡層的堆焊，也可用于不要求高硬度的零件表面的堆焊，如車輪、齒輪、軸類、拖拉機(jī)輥?zhàn)?、鏈輪牙、履帶板、連鑄機(jī)夾送輥、送料臺(tái)輥?zhàn)蛹半x心鑄造模的堆焊。 堆焊主要方法是焊條電弧堆焊和熔化極自動(dòng)堆焊，包括藥芯焊絲埋弧堆焊和帶極埋弧堆焊、藥芯焊絲熔化極氣體保護(hù)堆焊和藥芯焊絲自保護(hù)堆焊，個(gè)另情況下采用電渣堆焊。堆焊時(shí)焊接參數(shù)應(yīng)嚴(yán)格控制，層間溫度不宜過高。 MAG藥芯焊
5、絲堆焊時(shí)，焊絲直徑一般為1.2mm3.2mm，保護(hù)氣體采用C02，流量大于20L/min.焊絲使用前在200300烘干1h2h。焊接規(guī)范：焊絲直徑1.2mm時(shí)，電流120A300A(平焊)，120A 260A(立焊)；焊絲直徑1.6mm時(shí)，電流200A 450A(平焊)，180A 270A(立焊)。堆焊采用直流反接。 藥芯焊絲自保護(hù)堆焊時(shí)，一般用3.2mm直徑焊絲。焊絲焊前在200300烘干lh2h。焊接參數(shù)為：電流300A 500A，電弧電壓26V 30V。 藥芯焊絲埋弧堆焊時(shí)，藥芯焊絲及配用的焊劑使用前應(yīng)在150200烘干1h。焊絲直徑3.2mm時(shí)，電流300A 450A，電弧電壓26V3
6、0V。 帶極埋弧堆焊時(shí)，配用專用焊劑過渡合金元素。 焊條電弧堆焊低碳鋼時(shí)，焊前不預(yù)熱；堆焊中碳鋼和低合金高強(qiáng)度鋼時(shí)應(yīng)預(yù)熱至150 250，低氫型焊條焊前應(yīng)在300 350烘干lh。并采用直流反接；鈦鈣型焊條可不烘干或100烘干1h，常用交流電源或直流正接。 (2)馬氏體鋼堆焊材料的性能、用途和堆焊工藝。 常用馬氏體鋼堆焊材料包括低碳、中碳和高碳馬氏體鋼堆焊焊條及藥芯焊絲。這類鋼堆焊的金相組織為馬氏體，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)少量珠光體、托氏體、貝氏體和殘余奧氏體。硬度在25HRC 65HRC范圍內(nèi)，主要決定于含碳量和馬氏體轉(zhuǎn)變量，并受到冷卻速度和合金元素含量的影響。 馬氏體鋼堆焊材料是韌性、強(qiáng)度和耐磨性綜
7、合性能最好的最經(jīng)濟(jì)的堆焊材料，也是堆焊更脆、更耐磨或更高強(qiáng)度材料前的過渡層堆焊材料。其耐磨性隨含碳量和含鉻量的增加而增加，對(duì)粘著磨損和低應(yīng)力磨料磨損有很好的抵抗力，但耐高應(yīng)力磨料磨損的性能不很好，而且耐沖擊性能不如珠光體鋼和奧氏體鋼堆焊材料。此外，除少數(shù)品種外，馬氏體鋼堆焊層金屬耐熱和耐蝕性都不好。這類堆焊材料主要用于齒輪、挖泥斗、鏵犁、拖拉機(jī)刮板、水力、礦山機(jī)械磨損件、推土機(jī)、動(dòng)力鏟滾輪、汽車環(huán)鏈、農(nóng)業(yè)、建筑磨損件、軋輥、破碎機(jī)部件、挖掘機(jī)等的斗齒、螺旋槳、掘進(jìn)機(jī)滾刀、葉片等的堆焊。 馬氏體鋼堆焊材料的堆焊工藝方法主要是焊條電弧堆焊和熔化極自動(dòng)堆焊，包括藥芯焊絲MAG堆焊、藥芯焊絲自保護(hù)堆焊
8、、藥芯焊絲埋弧堆焊以及帶極埋弧堆焊。 焊條電弧堆焊時(shí)，低氫型焊條應(yīng)在300350烘1h；鈦鈣型焊條應(yīng)在100烘lh。母材應(yīng)脫脂和除銹。當(dāng)母材為低碳鋼時(shí)，堆焊低、中碳馬氏體鋼焊條可不預(yù)熱，堆焊高碳馬氏體鋼焊條則應(yīng)預(yù)熱200 300以上。當(dāng)母材為抗裂性差的低合金鋼和中、高碳鋼時(shí)，應(yīng)根據(jù)焊條和母材不同情況預(yù)熱150 350。低氫型焊條用直流反接；鈦鈣型焊條用交流電源或直流正接。 藥芯焊絲MAG堆焊時(shí)，焊絲直徑一般為3.2mm，C02氣保護(hù)，氣流量大于20Lmin，焊絲焊前在200 -300烘1h-2h。一般A-450焊絲預(yù)熱溫度200，A-600焊絲預(yù)熱溫度250。堆焊工藝參數(shù)為：I=300A-50
9、0A，U=26V30V，直流反接。焊后冷卻速度不宜過快，必要時(shí)進(jìn)行350焊后熱處理。 自保護(hù)藥芯焊絲堆焊時(shí)，焊絲直徑一般為3.2mm，焊絲伸出長30mm50mm,焊絲焊前在200 -300烘1h2h。堆焊工藝參數(shù)為：I=300A-500A，U=26V30V，工件焊前預(yù)熱200250。 藥芯焊絲埋弧堆焊以及帶極埋弧堆焊時(shí)，配用專用焊劑過渡合金元素。藥芯焊絲和焊劑焊前應(yīng)在150200烘1h。一般情況下，工件焊前預(yù)熱200300以上。藥芯焊絲埋弧堆焊工藝參數(shù)為：焊絲直徑3.2mm，I=350A-450A，V=29V-30V。 2中、高合金鋼及合金鑄鐵堆焊材料 高速鋼及工具鋼堆焊材料都屬于馬氏體鋼類型
10、，其焊接性、硬度等與馬氏體鋼相近似。 (1)高速鋼及熱作工具鋼、冷作工具鋼堆焊材料的性能、用途和堆焊工藝。高速鋼屬熱加工工具鋼的一個(gè)類型。其淬火回火組織為馬氏體加碳化物。高速鋼具有較高的熱硬性，在常溫和高溫(590 )都具有很好的耐磨料磨損性能。這類鋼主要用于金屬切削刀具、木工刀具、熱剪刀具、沖頭、沖裁陰模等的堆焊。 熱作工具鋼即熱加工工具鋼堆焊金屬，含碳量比高速鋼堆焊材料低些。具有較高的高溫硬度、較高的強(qiáng)度和抗沖擊韌性、較高的抗冷熱疲勞性以及高的高溫抗氧化性和耐磨性。熱鍛模鋼堆焊材料主要用于熱鍛模及熱軋輥堆焊與修復(fù)。熱軋輥鋼堆焊材料主要用于大型板坯連鑄機(jī)導(dǎo)輥、軋機(jī)卷取機(jī)助卷輥、夾送輥、熱軋開
11、坯輥、型材軋輥的堆焊。 冷作工具鋼有較高的常溫硬度和抗粘著磨損性能。其堆焊材料主要用于冷沖模、冷剪刀等的堆焊，沖裁及修邊模堆焊制造及修復(fù)，冷沖模堆焊制造及修復(fù)。 這類鋼常用堆焊方法是焊條電弧焊。焊前需根據(jù)工件大小和母材成分在200 600范圍內(nèi)預(yù)熱。例如，在補(bǔ)焊裂損或磨損的高速鋼刀具時(shí)，局部預(yù)熱200240即可。補(bǔ)焊后空冷，再刃磨加工到所需尺寸。最后進(jìn)行三次540回火，每次保溫1h，然后即可使用。補(bǔ)焊大件時(shí)，焊前工件應(yīng)退火。堆焊前工件預(yù)熱400 600以上，層間溫度應(yīng)不低于預(yù)熱溫度，焊后爐中緩冷，最后按高速鋼熱處理工藝進(jìn)行處理。再如，在局部堆焊修復(fù)模具時(shí)，應(yīng)視模具鋼不同預(yù)熱300500，堆焊后
12、進(jìn)行回火。對(duì)于堆焊厚度較大的裂損部位可先用Crl9Ni8Mn7焊條堆焊一層緩沖層，以減少裂紋傾向。 在軋輥修復(fù)和雙金屬軋輥制造中用的最多的堆焊工藝是絲極埋弧堆焊。藥芯帶極和實(shí)芯帶極埋弧堆焊在修復(fù)或制造平板軋機(jī)軋輥、卷曲機(jī)夾送輥和助卷輥、連鑄機(jī)導(dǎo)輥和拉矯輥等也獲得了越來越多的應(yīng)用。軋輥堆焊時(shí)預(yù)熱溫度視母材情況在200 400范圍內(nèi)選擇，預(yù)熱的保溫時(shí)間依軋輥直徑而定。堆焊時(shí)，層間溫度偏離預(yù)熱溫度不超過5070。在堆焊含碳量較高的母材時(shí)，最好先堆焊硬度為30HRC左右的珠光體堆焊材料一至二層，然后再堆焊耐磨層。焊后應(yīng)在隔熱材料中或爐中緩冷。 (2)高錳鋼及鉻錳鋼堆焊材料的成分、性能、用途和堆焊工藝。
13、高錳鋼也叫奧氏體錳鋼，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7 1.2，錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1014，組織為奧氏體，硬度約200HB，幾乎全部以鑄件形式應(yīng)用。這種鋼受強(qiáng)烈沖擊后能轉(zhuǎn)變成馬氏體，硬度可提高到450HB- 500HB,鉻錳鋼堆焊材料與高錳鋼堆焊材料具有相同的金相組織和相近的冷作硬化作用，在低應(yīng)力磨料磨損條件下耐磨性差，但在重沖擊時(shí)由于表面冷作硬化，耐磨性大大提高。用途也基本相同，只是鉻錳鋼焊接性更為優(yōu)良。 高錳鋼堆焊金屬只有在單相奧氏體狀態(tài)時(shí)才有良好的塑性和韌性，其組織取決于碳和錳的含量和冷卻速度。當(dāng)快速冷卻時(shí)，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8 1.8、錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12 20的堆焊金屬均為穩(wěn)定的奧氏體；但當(dāng)冷卻速度較
14、慢時(shí)，則奧氏體晶界有碳化物析出，使堆焊金屬的塑性和韌性急劇下降。此外，高錳鋼堆焊金屬容易發(fā)生晶粒過熱長大現(xiàn)象以及堆焊層因熱導(dǎo)率小和熱脹系數(shù)大而產(chǎn)生裂紋。但這種裂紋對(duì)其使用壽命沒有大的影響。 高錳鋼及鉻錳鋼堆焊材料主要用于該類鋼鑄件缺陷的補(bǔ)焊和磨損件的修復(fù)。所用堆焊焊條大多為低氫型，采用直流反接。堆焊層裂紋傾向大，堆焊時(shí)應(yīng)采取以下措施： l)焊前不預(yù)熱，采用小電流、斷續(xù)焊、焊后快冷，使碳化物來不及析出； 2)采用短道焊、分散焊、焊后捶擊等方法，減少焊接應(yīng)力； 3)在保證奧氏體穩(wěn)定性的前提下，降低堆焊材料的含碳量； 4)在堆焊材料中加入Mo、Ni，提高堆焊金屬的塑性和韌性； 5)在已磨損表面上堆焊
15、時(shí)，先磨去表面冷作硬化部分再焊，或用鉻錳奧氏體焊條(D277)、鉻鎳奧氏體焊條(A107)堆焊作過渡層，對(duì)防止裂紋有利。 (3)高鉻鋼及鉻鎳鋼堆焊材料的成分、性能、用途和堆焊工藝。這類鋼的共同特點(diǎn)是具有優(yōu)良的耐腐蝕性和一定的高溫抗氧化性。Si、C、B等元素含量較高的鉻鎳不銹鋼堆焊材料和高鉻不銹鋼堆焊材料還具有優(yōu)良的耐磨性、耐冷熱疲勞性、耐氣蝕性和耐中高溫擦傷性能。錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為58的鉻鎳錳奧氏體鋼堆焊材料和鐵素體含量相當(dāng)高的Cr29Ni9型堆焊材料還具有高韌性、較高的冷作硬化性、耐氣蝕性和耐磨性。鉻鎳不銹鋼堆焊材料和高鉻不銹鋼堆焊材料包括焊條、焊絲、帶極和合金粉末。 鉻鎳奧氏體不銹鋼在核容器、
16、化工容器、管道制造中獲得廣泛應(yīng)用。C、Si、B等元素 含量較高的鉻鎳不銹鋼堆焊材料主要用于閥門密封面的堆焊；Crl9Nil9Mn6型鉻鎳奧氏體堆 焊材料和鐵素體含量高的Cr29Ni型堆焊材料耐氣蝕性好，可用于水輪機(jī)過流部件耐氣蝕堆 焊，由于具有好的耐熱和耐高溫沖擊能力，也可用于熱沖壓、熱擠壓工具的堆焊。 高鉻馬氏體不銹鋼堆焊材料耐熱性好，熱強(qiáng)度高，耐腐蝕性也較好，主要用于中溫 (300 600 )耐粘著磨損面的堆焊，如中溫中壓閥門密封面的堆焊，含碳和鉬的Crl3型 堆焊材料具有較高的耐磨性和一定的抗沖擊能力，用于連鑄機(jī)的導(dǎo)輥、拉矯輥的堆焊。 高鉻鋼堆焊材料的堆焊工藝主要是焊條電弧焊、MIG焊和
17、絲極或帶極埋弧焊。除了小件堆焊前不預(yù)熱外，一般應(yīng)預(yù)熱150 300。焊后可不進(jìn)行處理，也可根據(jù)需要進(jìn)行熱處理。 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1的高鉻鋼堆焊材料(如Crl2)屬于萊氏體鋼，組織為萊氏體及殘余奧氏體。由于存在含鉻的合金萊氏體，耐磨性提高，但脆性增大，更容易產(chǎn)生裂紋，預(yù)熱溫度為400500。 高鉻不銹鋼焊條電弧堆焊焊條、低氫型焊條焊前需350烘干1h；鈦鈣型焊條150烘干lh。高鉻不銹鋼絲極MIG堆焊時(shí)，所用氣體為Ar(體積分?jǐn)?shù)為99)+02(體積分?jǐn)?shù)為1)。帶極埋弧堆焊時(shí)，焊劑焊前需300烘干1h。 鉻鎳奧氏體不銹鋼堆焊材料常用堆焊方法是焊條電弧焊和帶極埋弧堆焊。首先用高鉻鋼的23-13型或2
18、6-21型不銹鋼焊接材料在低碳鋼或低合金鋼母材上堆焊一層過渡層。該過渡層有一定數(shù)量的鐵素體，從而確保堆焊金屬有較高的抗裂性和較好的耐腐蝕性。在多數(shù)情況下堆焊前不預(yù)熱，嚴(yán)格控制堆焊層間溫度。個(gè)別情況下堆焊前預(yù)熱120 150。堆焊時(shí)應(yīng)采用小線能量，堆焊電流盡可能小。 鉻鎳奧氏體型鐵基合金粉末等離子堆焊時(shí)，等離子槍的非熔化電極接負(fù)極。其工藝參數(shù)根據(jù)堆焊產(chǎn)品和技術(shù)要求通過試驗(yàn)確定。一般先選定適當(dāng)?shù)乃头哿亢投押杆俣?，再確定其他工藝參數(shù)。 (4)合金鑄鐵堆焊材料的成分、性能、用途和堆焊工藝。合金鑄鐵堆焊材料按成分和堆焊層的金相組織可分為馬氏體、奧氏體和高鉻合金鑄鐵三大類。 馬氏體合金鑄鐵堆焊材料以C-C
19、r-Mo、C-Cr-W、C-Cr-Ni和C-W為主要的合金系統(tǒng)。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般控翩在25，鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)多在10以下，合金元素總量一般不超過25。這類合金屬于亞共晶合金鑄鐵，由馬氏體+殘余奧氏體+含有合金碳化物的萊氏體所組成。堆焊層硬度為50HRC60HRC，具有很高的耐磨料磨損性能，耐輕度沖擊，耐熱、耐蝕和抗氧化性也較好。主要用于有輕度沖擊的磨料磨損條件下工作的零件的堆焊，也用于保形接觸的粘著磨損零件的堆焊，如成型軋輥、切割刀具、刮板機(jī)等的堆焊。 奧氏體合金鑄鐵堆焊材料碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.54.5，鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12 28組織為奧氏體+萊氏體共晶。其堆焊層硬度為45HRC55HRC，具有良好的
20、耐低應(yīng)力磨料磨損性能，耐腐蝕性和抗氧化性較好，能承受中等沖擊，對(duì)開裂和剝離的敏感性比馬氏體合金鑄鐵和高鉻合金鑄鐵堆焊層小，抗裂性能稍優(yōu)于馬氏體合金鑄鐵，適用于中度沖擊及低應(yīng)力磨料磨損和腐蝕條件下工作的零件的堆焊。 高鉻合金鑄鐵堆焊金屬碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5-6，鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15 35。這類合金又可根據(jù)W、Mo、Ni、Si和B等元素含量的多少分為奧氏體型、馬氏體型和多元合金強(qiáng)化型三類，它們的共同特點(diǎn)是含有大量初生的高硬度針狀Cr7C3，大大提高耐低應(yīng)力磨料磨損能力。由于高鉻合金鑄鐵堆焊金屬含有合金碳化物和硼化物，硬度高，耐磨性好，而且具有一定的耐熱、耐蝕和抗氧化性能，生產(chǎn)中應(yīng)用很廣。但除了高鉻奧
21、氏體合金鑄鐵耐中度沖擊外，其他的只能耐輕度沖擊。 馬氏體合金鑄鐵堆焊層裂紋傾向大，不易加工，焊前應(yīng)預(yù)熱，焊后緩冷。焊接方法有焊條電弧堆焊和氧-乙炔焰堆焊，但應(yīng)注意碳的燒損和使用還原焰產(chǎn)生的增碳現(xiàn)象。 奧氏體合金鑄鐵堆焊可用焊條電弧堆焊、采用藥芯焊絲的半自動(dòng)或全自動(dòng)的自保護(hù)或氣體保護(hù)電弧堆焊。為避免裂紋可用Crl9NiSMn7型焊條堆焊過渡層，或工件預(yù)熱400，焊后緩慢冷。 高鉻合金鑄鐵堆焊方法有焊條電弧堆焊和氧一乙炔焰堆焊，也可用藥芯焊絲自動(dòng)電弧堆焊。工件焊前預(yù)熱，焊后緩冷，以防止堆焊層開裂。 (二)鎳基堆焊材料及工藝 1鎳基堆焊材料的成分與性能 鎳基堆焊材料中除了高鎳堆焊材料用于鑄鐵堆焊時(shí)常
22、作為過渡層外，其他常用鎳基堆焊材料是Ni-Cr-B-Si型、Ni-Cr-Mo-W型以及近年來開發(fā)研制的Ni-Cr-W-Si(如NDG-2)和Ni-Mo-Fe(如NiSiMo20Fe20)。 Ni-Cr-B-Si型堆焊材料具有較低的熔點(diǎn)(1040 )，較好的潤濕性和流動(dòng)性，主要用于粉未等離子堆焊和氧-乙炔噴涂。堆焊層組織是奧氏體+硼化物+碳化物，有優(yōu)良的耐低應(yīng)力磨料磨損和耐金屬間磨損性能，以及耐高溫、耐腐蝕和抗氧化性。但耐高應(yīng)力磨料磨損性能和耐沖擊性能不好，常溫硬度52HRC，540時(shí)48HRC。 Ni-Cr-Mo-W型堆焊材料硬度低，加工性好。堆焊層組織是奧氏體+金屬間化合物，堆焊層強(qiáng)度高，韌
23、性好，耐沖擊，耐熱，可用作高溫耐磨零件堆焊。 2鎳基堆焊材料的應(yīng)用 鎳基堆焊材料比鐵基有更高的熱強(qiáng)度和更好的耐熱腐蝕性。但價(jià)格遠(yuǎn)高于鐵基，故應(yīng)用相當(dāng)有限。只有要求堆焊層耐熱或耐腐蝕以及耐低應(yīng)力磨料磨損時(shí)，才用鎳基堆焊材料。另外，鎳基堆焊材料比鈷基價(jià)廉，所以在許多場合可代替鈷基。在核能工程的閥門和各種密封件的堆焊中，Co、B在輻照中會(huì)轉(zhuǎn)化為帶放射性的同位素，從而污染核設(shè)備的二次回路，使得代鈷無硼的鎳基堆焊材料獲得了一定的發(fā)展和應(yīng)用。如NDG-2在很多性能上達(dá)到或優(yōu)于斯太利Ni60鈷基堆焊材料，Ni377也有很好的抗粘著磨損性能，它們都是核容器密封面理想的堆焊材料。 3鎳基堆焊材料的堆焊工藝 鎳基
24、堆焊材料常用堆焊方法為焊條電弧堆焊、氧一乙炔噴涂、等離子堆焊和采用鑄造焊絲的TIG焊。TIG焊沒有增碳和渣的影響，所以是鎳基堆焊材料較好的堆焊方法。在低碳鋼、低合金鋼和不銹鋼上堆焊鎳基堆焊材料時(shí)，一般不要求預(yù)熱。盡量采用小線能量，焊后一般不熱處理，工件含碳量高時(shí)，應(yīng)先堆焊過渡層。 焊條電弧堆焊時(shí)盡量避免橫向擺動(dòng)，多層堆焊時(shí)，層間溫度不宜超過100150。 采用鎳基堆焊材料鑄造焊絲TIG焊時(shí)，先根據(jù)工件大小選定焊絲直徑和所需電流，再選定所需的鎢極直徑和相應(yīng)的焊矩。 粉末等離子堆焊要求焊前嚴(yán)格清理工件表面的氧化物和油污，堆焊時(shí)避免堆焊層稀釋率過高。 Ni-Cr-Mo-W型堆焊材料氧-乙炔焰堆焊時(shí)，
25、由于碳化焰的滲碳作用，會(huì)大大降低堆焊層的耐蝕性。而HAYNES711堆焊材料比較容易用氧-乙炔焰堆焊。 (三)鈷基堆焊材料及工藝 1鈷基堆焊材料的性能和應(yīng)用 鈷基堆焊材料主要指鈷鉻鎢堆焊材料，即通常所謂斯太利合金。該堆焊層在650左右仍能保持較高的硬度，這是鈷基堆焊材料得到較多應(yīng)用的重要原因。此外，該堆焊層具有一定的耐腐蝕性，優(yōu)良的抗粘著磨損性能。其強(qiáng)度隨含碳量的增加而提高。生成的Cr7C3使它具有優(yōu)良的抗磨料磨損性能。 鈷基堆焊材料價(jià)格昂貴，所以盡量用鎳基和鐵基堆焊材料代替。鈷基堆焊合金加工粗糙度小，具有高的抗擦傷能力和低的摩擦系數(shù)，所以特別適用于金屬間粘著磨損的場合。由于還具有較高的抗氧化
26、性、耐腐蝕性和耐熱性，可用于高溫腐蝕和高溫磨損工況條件下工件的堆焊。 2鈷基堆焊材料的堆焊工藝 為節(jié)約昂貴的鈷基堆焊材料，應(yīng)盡量采用低稀釋率的氧一乙炔焰堆焊或粉末等離子堆焊，當(dāng)工件較大時(shí)也可采用焊條電弧堆焊。 氧-乙炔焰堆焊質(zhì)量很好，常用于D802的堆焊。其工藝原則是采用34倍乙炔過剩焰，以獲得還原性氣氛，并使母材表面增碳，降低工件表面熔點(diǎn)和浸潤溫度，使堆焊易于進(jìn)行。對(duì)于較厚的工件采用中性焰預(yù)熱430堆焊，焊后緩冷。 粉末等離子堆焊要求焊前嚴(yán)格清除工件表面韻氧化物和油污。堆焊工藝要控制適當(dāng)，以避免堆焊層稀釋率過高；大工件應(yīng)焊前預(yù)熱，焊后緩冷。 焊條電弧焊稀釋率較大，對(duì)堆焊層性能不利。一般適用于
27、要求高耐磨性的較大工件的堆焊。焊條焊前須150烘干1h。宜采用直流反接，小電流短弧堆焊。焊前工件根據(jù)尺寸大小預(yù)熱300 -600，焊后600 -700回火1h后緩冷,以避免開裂。 鈷基堆焊層一般焊態(tài)使用，偶爾采用去應(yīng)力退火處理。 (四)銅基堆焊材料及工藝 銅基堆焊材料分為紫銅、黃銅、青銅和白銅四類。形式有焊條、焊絲和堆焊用帶極。 1銅基堆焊材料的應(yīng)用 銅基堆焊材料有較好的耐大氣、耐海水和耐各種酸堿溶液的腐蝕，耐氣蝕以及耐粘著磨損的性能。但易受硫化物和氨鹽的腐蝕，耐磨料磨損性能不良，所以不適于在高應(yīng)力磨料磨損和溫度高于200的條件下工作。銅基堆焊材料受核輻照不會(huì)變成放射性材料，所以在核工業(yè)中應(yīng)用
28、較多。銅基堆焊材料主要用來制造要求耐腐蝕、耐氣蝕和金屬間磨損的以鐵基材料為母材的雙金屬零件或修補(bǔ)磨損的工件。 2銅基堆焊材料的堆焊工藝 銅基堆焊材料堆焊時(shí)一般不預(yù)熱。當(dāng)工件厚度較大，熔合不良時(shí)，可預(yù)熱200左右。為減少母材中鐵的不良影響，往往取堆焊層6mm以上部分為工作層。氧-乙炔焰和TIG堆焊比較好。手工電弧堆焊和TIG焊時(shí)電流要盡量小，焊條電弧堆焊所用的焊條多為低氫焊條，采用直流反接。用帶極埋弧堆焊在鋼基體上堆焊銅基堆焊材料時(shí)，焊前不預(yù)熱。MIG適合大面積修補(bǔ)堆焊。 紫銅的堆焊盡量采用能量集中的熱源，如絲極或帶極埋弧堆焊和MIG、TiG填絲堆焊。必要時(shí)工件預(yù)熱400左右，否則易產(chǎn)生融合不良
29、缺陷。 鋁青銅堆焊宜采用TIG填絲堆焊、MIG和焊條電弧堆焊，不能用氧-乙炔焰堆焊。堆焊時(shí)采用小線能量，以防止鋼基體母材熔合線附近產(chǎn)生滲銅液化裂紋。 黃銅堆焊時(shí)，為了減少鋅的蒸發(fā)，宜采用氧-乙炔焰堆焊。 B30白銅堆焊時(shí)，如果堆焊材料鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過5，則將引起裂紋。通常先堆焊一層純鎳或蒙乃爾合金作過渡層。堆焊工藝宜選帶極埋弧堆焊。焊前工件和焊絲均應(yīng)干凈，焊條應(yīng)在200300烘干lh。 (五)碳化鎢堆焊材料及工藝 碳化鎢是硬質(zhì)合金的重要成分。堆焊用的碳化鎢分為鑄造碳化鎢和燒結(jié)碳化鎢二類。鑄造碳化鎢中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.74.0、鎢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95 96，它是WC-W2C的混合物。這類合金硬度高，
30、耐磨性好，但脆性大，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 15的鈷可降低熔點(diǎn)，增加韌性。燒結(jié)碳化鎢牌號(hào)為YGX(YG后的數(shù)字代表鈷的質(zhì)量分?jǐn)?shù))，隨鈷的含量的提高，燒結(jié)碳化鎢堆焊層硬度下降，韌性增加。此外，碳化鎢顆粒越細(xì)，耐磨性越高。 1碳化鎢堆焊材料的成分、性能和用途 碳化鎢堆焊材料堆焊層實(shí)質(zhì)上是含有碳化鎢硬質(zhì)顆粒和較軟胎體金屬的復(fù)合材料堆焊層。胎體金屬可以是鐵基合金(碳鋼、合金鋼)、鎳基合金、鈷基合金和銅基合金。這種復(fù)合材料在磨料磨損的工況條件下，胎體金屬優(yōu)先被割削，從而使硬質(zhì)顆粒在表面稍微凸起。如果干凈表面容許在磨損過程中存在一定的不平度，則碳化鎢的切削作用使這類堆焊層磨料磨損性能最佳。如所選胎體金屬足夠強(qiáng)韌
31、或所選碳化物為燒結(jié)型，則堆焊層同時(shí)可抗輕度和中度沖擊。不同胎體金屬還使得堆焊金屬具有不同程度的高溫抗氧化性和耐腐蝕性。 碳化鎢復(fù)合材料堆焊在石油及修井設(shè)備工具中應(yīng)用較普遍，在冶金、礦山及煤炭開采、土建施工、建材、制糖、發(fā)電等部門中應(yīng)用也越來越多。 鑄造碳化鎢以鐵基為胎體材料，比燒結(jié)碳化鎢硬度高，脆性大，堆焊層易開裂，合金顆粒在工作中也易脫落。所以在石油鉆井、修井及打撈工具等的堆焊中已開始被燒結(jié)型碳化鎢和以銅基合金(或鎳基合金)作胎體材料的YD型焊條所取代。 2碳化鎢堆焊材料的堆焊工藝 管裝粒狀鑄造碳化鎢焊條多用氧-乙炔焰手工堆焊，也可用電弧堆焊。用氧-乙炔焰焊條堆焊時(shí)，工件表面應(yīng)清理干凈。堆焊
32、火焰一般用中性焰，但在已堆焊過這種合金且碳化鎢尚未完全磨掉的工件表面上重新堆焊時(shí)，則采用弱碳化焰。堆焊時(shí)，焰心距離工件表面2mm 3mm。且不能停留時(shí)間過長，以避免因堆焊熔池溫度過高而使堆焊層產(chǎn)生氣孔、過燒或剝落等缺陷。堆焊層厚一般為0.75mm 1.5mm，不能過厚，以免焊層剝落。焊后應(yīng)緩冷，以防止產(chǎn)生裂紋。 鑄造碳化鎢顆粒也可先用水玻璃粘在被堆焊工件表面上，再用氧一乙炔焰加熱，使基體表面熔化，碳化鎢顆粒即沉積在工件表面上。 燒結(jié)碳化鎢(YD型)堆焊焊條采用氧-乙炔焰手工堆焊。采用中性或弱碳化焰。工件位于平焊位置，工件表面應(yīng)清潔，有金屬光澤。為控制堆焊層厚度，可用限厚塊。工件焊前預(yù)熱到適當(dāng)溫
33、度后在堆焊表面涂一層與燒結(jié)碳化鎢材料配套的YD-R專用熔劑。待熔劑布滿堆焊表面并呈透明液體狀態(tài)時(shí)，即可堆焊打底焊層(打底焊條YD-D與YD型硬質(zhì)合金燒結(jié)碳化鎢堆焊材料配套供應(yīng))，打底層厚約lmm，然后再堆焊燒結(jié)碳化鎢堆焊材料。堆焊時(shí)要防止堆焊材料和堆焊表面過熱，堆焊層厚要控制，焊后緩冷。 堆焊材料的選擇包括選擇堆焊材料的成分和堆焊材料的形狀。它們對(duì)合金元素的過渡以及堆焊方法的選擇有很大影響。滿足使用條件和經(jīng)濟(jì)的合理性是主要選擇原則。 三、堆焊方法與設(shè)備的選擇 1堆焊設(shè)備 堆焊設(shè)備包括電源、堆焊機(jī)、送絲送粉機(jī)構(gòu)、供氣設(shè)備及工、輔具。目前通用弧焊機(jī)在堆焊設(shè)備中占有很大比重，尤其是量大面廣的焊條電弧焊機(jī)，應(yīng)用更為普遍。埋弧專用焊機(jī)包括：埋弧自動(dòng)堆焊機(jī)、C02氣體保護(hù)內(nèi)圓孔自動(dòng)立堆焊機(jī)、等離子弧堆焊機(jī)包括等離子熱弧(冷)絲堆焊機(jī)和等離子粉末堆焊機(jī)、自動(dòng)振動(dòng)堆焊機(jī)。其他焊接熱源如氧-乙炔焰也常用于堆焊。 2堆焊方法與工藝的選擇 幾乎所有熔化焊方法均可用于堆焊。常用堆焊方法及其特點(diǎn)如表5-4所示。
現(xiàn)代表面工程技術(shù)第二部分-堆焊
