完整word版堆焊的特点Word文件下载.docx
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自保护电弧堆焊
10~40
15~40
0.9~5.4
2.3~11.3
90~95
80~85
埋弧堆焊
单丝
多丝
串联电弧
单带极
多带极
30~60
15~25
10~25
8~15
4.5~11.3
11.3~27.2
11.3~15.9
12~36
22~68
4.8
3.0
4.0
95
等离子弧堆焊
自动送粉
双热丝
5~15②
5~15
0.5~3.6
13~27
0.25③
电渣堆焊
10~14
15~75
15
95~100
注:
①指单层堆焊结果;
②钢母材上堆焊铜及铜合金可低到2%;
③较早些的文献记载为0.8。
2.堆焊熔合区
堆焊熔合区有时会出现延伸性下降的脆性交界面。
受冲击载荷作用时可能产生堆焊层剥离现象。
在高温条件下工作时,可能会发生碳迁移现象,导致高温强度和抗腐蚀能力降低。
若基材与堆焊层热膨胀系数差别较大时,在焊接、焊后热处理、或使用过程中,可能发生裂纹。
在铁基材料上堆焊有色金属时,铁会污染对铁含量有严格限制的堆焊金属。
以上堆焊熔合区易出现的问题,可用预先堆焊过渡层或障碍层的办法消除其影响。
如在钢基材上堆焊铜合金时,常用镍、因康镍合金、铝青铜作障碍层。
3.反复受热的影响
由于堆焊工艺本身特点的要求,往往采用预热、缓冷、多层焊工艺,因此焊缝区受热情况复杂。
反复热循环将引起堆焊层化学成分和金相组织的变化,造成组织和成分的不均匀分布。
不同的堆焊方法,热循环状况不同,对堆焊层的影响也不同。
如氧-乙炔焰堆焊钴铬钨合金时,由于加热、冷却速度都较慢(与电弧堆焊比较),因此,堆焊层中碳化物粗大。
使用还原性火焰堆焊有增碳作用,碳量增加使堆焊层耐磨性提高。
不锈钢和镍基合金堆焊层在490~870℃高温退火时,可能析出碳化物和σ相沉淀物,这将引起堆焊层变脆,并降低抗腐蚀能力。
字数:
1437
知识来源:
王文翰主编.焊接技术手册.郑州:
河南科学技术出版社.2004.第480-481页.
一、堆焊方法
堆焊用的焊接方法很多,几乎所有的熔焊方法都能用来堆焊。
选择堆焊方法时要考虑焊件的大小、形状和批量、堆焊层厚度、堆焊金属成分和性能等。
1.常用堆焊方法特点的比较
常用堆焊方法特点的比较见表13-38。
表13-38几种堆焊方法特点的比较
堆焊方法
熔敷速度
最小稀释率①
(%)
最小堆焊厚度
(mm)
氧-乙炔火焰堆
焊:
0.45~2.7
1
0.45~6.8
焊条电弧堆焊
0.7~4.2
埋弧堆焊:
单丝
4.6~8.1
30
多丝
11~27
4.5
串列电弧
11~16
10
续表
3
双带极
5
4
0.45~3.6
熔化极气体保护堆焊
4.5~6.8
粉末等离子堆焊
5*
0.25~5
双热丝等离子堆焊
①基材熔解于堆焊金属中的量称为稀释率。
表中最小稀释率系指单层堆焊结果。
*钢基体上堆焊铜及其合金可达2%。
2.常用堆焊方法的选择
堆焊方法的选择依据是:
满足堆焊层性能要求;
满足堆焊焊件结构的要求;
满足冶金特点的要求;
满足堆焊材料使用状态的要求和满足效率及经济性的要求。
常用堆焊方法的适用范围见表13-39。
表13-39常用堆焊方法的适用范围
方法
项目
氧—乙
炔堆焊
焊条电
弧堆焊
熔化极
气体保
护堆焊
钨极氩
等离子
设备复
杂度
简单
较复
杂、易实
现机械
化、自动
化
杂、可实
较复杂
比TIG
焊机复杂
设备
价格
便宜
较高
较便宜
堆焊材
料状态
任意状
态
焊条
(钢芯、药
芯、铸芯)
丝(实
芯、管状)
带极
芯、管状)、
管状焊
丝、棒状
丝、棒、
粉
丝(实
芯、药芯)、
稀释率
小
较大
大
较小
可调
冶金
影响
用碳化
焰时增碳
合金元
素有烧损
可通过
焊剂过渡
合金元素
素Ar焊
时无烧
损,CO2
焊时有烧
损
素不烧
损、不氧
温度梯
度大,易
产生裂纹
可掺合
金元素,
熔合线附
近成分变
化率大
效率
低
较低
高
应用
范围
光洁、
精密小面
积堆焊,
如阀门、
带锯、犁
铧等
小批量
堆焊件和
磨损件修
复
大面
积、大批
量件、水
平位置堆
焊,如大
型容器壁
及轧辊堆
焊
Ar保
护可堆焊
钴、镍、铝
基合金和
青铜等。
CO2保护
可堆焊铁
基合金如
轴瓦、泥
浆泵等
要求高
的形状复
杂的小
件,如汽
轮机叶片
上堆焊钴
基合金
等。
含铝
镍基合金
的堆焊
铁基、
镍基、钴
基、难熔
金属均能
堆焊。
如
流量控制
阀、挤压
机螺杆、
汽车发动
机排气阀
等
适合大
厚度与垂
直线成
45°
~60°
斜面的堆
焊。
利用
模具也可
以进行水
平和垂直
面的堆焊
1413
张应立主编.焊工便携手册.北京:
中国电力出版社.2007.第795-797页.
堆焊方法操作要点
5.钨极氩弧堆焊
(1)采用直流正接可减少和避免钨极对堆焊层的污染。
(2)堆焊时应严格控制工艺规范参数,如电流、堆焊速度、送丝速度和焊枪摆动。
(3)用衰减电流的方法控制堆焊层的凝固速度,可以减少缩孔和弧坑裂纹。
(4)采用摆动焊枪、脉动电流、尽量减少电流或者将电弧主要对着熔敷层等办法来降低稀释率。
(5)将堆焊材料以颗粒状输送到电弧区,随着工件表面被电弧熔化,如将碳化钨颗粒导入到熔化的表面上,碳化钨颗粒基本不熔解,当熔化金属凝固时,就得到碳化钨均匀地分散在工件表面的堆焊层。
用这种方法可堆焊钻管接头。
六、钨极氩弧堆焊工艺
钨极氩弧堆焊是一种非熔化极的堆焊方法,一般用下降特性的直流电源,也可以用带有连续高频电流的交流电源。
由于氩气的良好保护性,有效地防止了合金元素的烧损和氧化。
适用于钛作稳定剂的不锈钢、含铝的镍基合金、不允许碳吸附和易挥发材料的堆焊。
严格控制堆焊电流、堆焊速度、送丝速度和焊枪摆动等工艺参数,可以获得高质量堆焊层。
为了减少渗钨现象,需采用直流正接方式。
为了降低稀释率可以采用焊枪摆动、脉冲电流、减小电流、电弧主要对着熔敷层等工艺措施。
为了减少缩孔和弧坑裂纹倾向,可采用电流衰减,控制收尾时熔池凝固速度的办法。
为了使某些硬化相颗粒均匀分布在堆焊层中,还研究采用了将强化相颗粒直接送到电弧区。
随着工件表面被熔化,强化相颗粒基本不熔化,而又由于熔池的扰动作用,使之均匀的分散在熔池中,随着熔池的凝固得到优良的耐磨堆焊层。
如堆焊钻管接头时用这种方法,得到碳化钨强化相颗粒均匀分布的堆焊层。
406
河南科学技术出版社.2004.第490页
七、堆焊金属材料的选择
堆焊金属材料的选择是一个综合性的技术问题。
首先考虑工件的要求和经济性,还要考虑工件的材质、批量及所用的堆焊方法等因素。
1.堆焊金属选择的一般规律
要求最大抗磨料磨损时,选用含碳化物或其他硬度相同的堆焊金属,如碳化钨、合金铸铁等,前者耐磨性高,后者价格便宜,均有较多应用。
要求抗冲击及磨料磨损时,选用既能耐磨料磨损又能承受冲击载荷的堆焊金属。
耐磨料磨损的堆焊金属承受冲击载荷能力强弱的顺序是:
合金铸铁、马氏体钢、奥氏体高锰钢。
马氏体钢价格便宜,应用最普遍。
要求在腐蚀性介质中工作时,选用抗腐蚀能力强的不锈钢、铜基合金、镍基合金、若要求同时具有耐磨能力时,则可选用钴基和镍基合金。
要求高温耐磨时,可选用钴基合金,含Laves相的钴基合金更好。
若同时存在冲击时,可选用含Cr5%的马氏体钢。
若要求更高的抗热能力和热强度时,可选用马氏体不锈钢。
在满足工件技术要求的同时,要注意经济效益和资源的合理利用。
影响经济效益的因素很多,如堆焊材料的成本、堆焊设备的折旧、生产效率和运输费用等。
堆焊金属选用的一般规律见表13-36。
表13-36堆焊金属选用的一般规律
工作条件
可选用的堆焊金属
高应力金属间磨损
亚共晶钴基合金、含金属
间化合物的钴基合金
低应力金属间磨损
堆焊用合金钢
金属间磨损+腐蚀或氧化
大多数钴基或镍基合金
低应力磨料磨损、冲击浸蚀、磨料浸蚀
高合金铸铁
低应力严重磨料磨损
碳化物
气蚀
不锈钢、钴基合金
严重冲击
高锰钢
严重冲击+腐蚀+氧化
亚共晶钴基合金
高温下金属间磨损
凿削磨损
奥氏体锰钢
热稳定性、高温蠕变强度(450℃)
钴基合金、含碳化物的镍
基合金
2.堆焊合金的选择步骤
(1)分析工作条件,确定可能破坏的类型和对堆焊金属的要求。
(2)按一般规律列出几种可供选择比较的堆焊金属材料。
(3)分析待选材料与基体材料的相容性(包括热应力和裂纹)。
初步确定堆焊工艺方法及工艺方案。
(4)堆焊零件的现场实验。
(5)综合考虑使用寿命和成本,最后选定堆焊合金材料。
(6)选定堆焊方法,制定堆焊生产工艺规程。
3.堆焊材料不同形态适用的堆焊方法
目前国内可提供的堆焊材料形状及适用的堆焊方法见表13-37。
表13-37堆焊材料不同形态适用的堆焊方法
堆焊材料形状
适用的堆焊方法
丝(dω=0.5~5.8mm)
氧—乙炔焰堆焊、熔化极气体保护电
弧堆焊、振动堆焊、等离子弧堆焊、埋
带(t=0.4~0.8mm,B=30
~300mm)
埋弧堆焊、电渣堆焊
铸棒(dω=2.2~8.0mm)①
氧—乙炔焰堆焊、等离子弧堆焊、钨
极氩弧堆焊
粉(粒)
等离子弧堆焊、氧—乙炔焰堆焊
管状焊丝
自保护电弧堆焊、氧—乙炔焰堆焊、
埋弧堆焊、钨极氩弧堆焊
堆焊用焊条(钢芯、铸芯、
药芯)
①除常规棒料外,我国已能用水平连续法生产优质的高合金铸棒。
1266
中国电力出版社.2007.第793-795页
二、堆焊前的准备及焊后热处理
1.堆焊前准备
做好堆焊前的准备工作是保证堆焊质量的重要因素,主要内容有以下几点:
(1)确定零件堆焊部位的要求。
(2)确定堆焊方法、焊接参数、堆焊材料(焊条、焊丝、焊剂等),堆焊用设备、熔化极形状及极性的选择等。
(3)清除焊件表面油、污、裂纹。
(4)烘干焊条、焊剂。
2.焊前表面处理和退火
需要堆焊的焊件表面,在焊前要脱脂除锈和清除污物。
有些焊件在工作过程中表面往往已产生裂纹和剥离,有的表面还有腐蚀坑等,这些缺陷不去除将对堆焊层的质量不利,因此这类焊件焊前要进行去应力退火,还要用机械加工的方法把表面缺陷彻底除掉。
3.焊前预热和焊后缓冷
焊有开裂倾向的碳钢和低合金钢时,防止开裂和剥落的有效方法是预热和缓冷。
预热温度高低,与堆焊金属的碳当量,与工件的材质、大小和堆焊部位的刚度等有关。
预热温度一般选150~600℃。
表13-40列出了碳钢或低合金钢的预热温度。
表13-40根据碳当量选择预热温度
碳当量①(%)
预热温度(℃)
0.40
100以上
0.50
150以上
0.60
200以上
0.70
250以上
0.80
300以上
①碳当量Ceq一般按公式Ceq=C+Mn/6+Cr+Mo+V/5+Ni+Cu/15%计算。
对于堆焊金属硬度比较高、堆焊面积比较大的焊件,如锻模、大阀体等,需要整体预热。
对于仅需局部堆焊的焊件,可以局部预热。
而对于那些在堆焊过程中就能够被整体加热的小零件,可以不预热。
为了防止裂纹和剥离,除了焊前预热外,还要焊后缓冷,缓冷的方法是:
堆焊后可将堆焊零件放在石棉灰、石棉毯或硅酸铝等保温材料中缓冷。
对于淬硬倾向小的堆焊金属,如1Cr13、2Cr13等,焊后为了获得较高的硬度,也可选用空冷,机械加工后不再进行加热处理。
对于淬硬倾向大的焊金属,如高铬铸铁、碳化钨、钴基合金等,焊后要进行600~700℃回火1h,再缓冷以免出现裂纹。
4.隔离层堆焊
为了减少应力,防止堆焊层产生裂纹和剥离,可先用塑、韧性好的焊条堆焊隔离层,将堆焊层与基体隔离。
如在碳钢上堆焊高锰钢时,可先在碳钢上堆焊一层铬镍或铬锰奥氏体钢,然后再在奥氏体钢上堆焊高锰钢,这样既可减少焊接应力,又不影响高锰钢焊后采取快冷的措施。
5.减少母材对堆焊层合金元素和稀释率
堆焊过程中,部分母材金属要熔入堆焊金属中,堆焊金属中的部分合金元素也要烧损,这些都会使堆焊硬度改变和力学性能下降。
因此在选择堆焊方法时,要进行比较,尽量选择稀释率低的焊接方法。
6.减少焊件堆焊后的变形
对细长轴和大直径的薄壁筒,堆焊时容易产生弯曲和波流变形。
对这类零件堆焊时应采取以下措施:
(1)尽量选择熔深小、线能量小的堆焊方法。
(2)采用夹具或焊上临时支撑板,以增加焊件刚度。
(3)采用预先反变形法。
(4)选取合理的施焊顺序。
(5)采用较细焊条,小电流及快焊速,并采取间歇冷却等方法,防止堆焊部位局部过热。
7.堆焊后的处理
堆焊后,堆焊层的性能达不到要求时,需要将焊件重新进行热处理。
热处理工艺要根据堆焊层合金的成分和要求而定。
在焊后热处理时,要注意防止产生再热裂纹。
1322
中国电力出版社.2007.第797-799页.