表面堆焊技術(shù)

1、i 表面堆焊技術(shù) 摘 要堆焊是為了增大或恢復(fù)零部件尺寸或使焊件表面獲得具有特殊性能的合金層而進(jìn)行的焊接, 是一種重要的但又常常不被理解的減少磨損的方法。堆焊的最大優(yōu)點(diǎn)是能充分發(fā)揮材料的性能優(yōu)勢(shì), 達(dá)到節(jié)約用材和延長零部件使用壽命等目的。常用的堆焊方法有, 手工電弧堆焊、氧乙炔焰堆焊、埋弧自動(dòng)堆焊、氣體保護(hù)堆焊、等離子弧堆焊、振動(dòng)電弧堆焊、激光堆焊等。目前應(yīng)用最為廣泛的是手工電弧堆焊和氧乙炔焰堆焊。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：堆焊；軋輥；閥門；應(yīng)用現(xiàn)狀 ii目 錄摘摘 要要.i目目 錄錄.ii1 緒論緒論.12 表面堆焊技術(shù)的工作原理表面堆焊技術(shù)的工作原理.23 表面堆焊技術(shù)的工藝流程表面堆焊技術(shù)的工藝流程

2、.44 表面堆焊技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀表面堆焊技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀.45 結(jié)語結(jié)語.9參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).911 緒論1.1 引言堆焊是指將具有一定使用性能的合金材料借助一定的熱源手段熔覆在母體材料的表面，以賦予母材特殊使用性能或使零件恢復(fù)原有形狀尺寸的工藝方法。因此，堆焊既可用于修復(fù)材料因服役而導(dǎo)致的失效部位，亦可用于強(qiáng)化材料或零件的表面，其目的都在于延長零件的使用壽命、節(jié)約貴重材料、降低制造成本。因此，國內(nèi)外制造業(yè)對(duì)堆焊技術(shù)的發(fā)展十分重視，iiw 以及各工業(yè)發(fā)達(dá)國家的相關(guān)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)均設(shè)置了專門委員會(huì)，以協(xié)調(diào)和促進(jìn)堆焊技術(shù)的發(fā)展1。堆焊技術(shù)在我國起源于 20 世紀(jì) 50 年代末，幾乎與焊接技術(shù)同步發(fā)展。發(fā)展初

3、期主要用于修復(fù)領(lǐng)域，即恢復(fù)零件的形狀尺寸，60 年代已經(jīng)將恢復(fù)形狀尺寸與強(qiáng)化表面及表面改性相結(jié)合，改革開放后堆焊技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大，堆焊技術(shù)從修理業(yè)擴(kuò)展到制造業(yè)，90 年代受先進(jìn)制造技術(shù)理念的影響，堆焊方法與智能控制技術(shù)和精密磨削技術(shù)相結(jié)合的近凈形技術(shù)（near net shape）引起了制造業(yè)的廣泛關(guān)注，這也是堆焊技術(shù)從技藝走向科學(xué)的重要標(biāo)志2。堆焊技術(shù)在我國歷經(jīng)近 50 年的風(fēng)雨歷程，不僅是延長材料或零件服役壽命的工藝方法，而且成為先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)。堆焊技術(shù)的顯著特點(diǎn)是堆焊層與母材具有典型的冶金結(jié)合，堆焊層在服役過程中的剝落傾向小，而且可以根據(jù)服役性能選擇或設(shè)計(jì)堆焊合金，使材料

4、或零件表面具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、耐輻射等性能，在工藝上有很大的靈活性。22 表面堆焊技術(shù)的工作原理堆焊是焊接工藝方法的一種特殊應(yīng)用。它的目的不是為了聯(lián)接零件，而是借用焊接的手段改變金屬材料厚度和表面的材質(zhì)，即在零件上堆敷一層或幾層所希望性能的材料。概念:為增大或恢復(fù)焊件尺寸，或使焊件表面獲得具有特殊性能的熔敷金屬而進(jìn)行的焊接。有手弧焊堆焊、埋弧堆焊、振動(dòng)電弧堆焊、等離子弧堆焊、氣體保護(hù)堆焊和電渣堆焊等。堆焊主要用在以下兩個(gè)方面： 1. 制造新零件。 用堆焊工藝制成雙金屬零件。它可采用不同于基體的堆焊材料使表層性能優(yōu)化，獲得具有耐磨、耐熱、耐腐蝕等性能的工作表面。這樣，不僅保證

5、了零件有很長的使用壽命，而且大大減少了貴重合金消耗，使設(shè)備的成本降低。圖 1 使用表面堆焊技術(shù)制造新零件2. 修復(fù)舊零件。選擇合適的堆焊合金材料對(duì)已磨損的零件進(jìn)行堆焊，可恢復(fù)尺寸或同時(shí)進(jìn)一步提高工作面的使用性能，這對(duì)降低生產(chǎn)成本、節(jié)約材料、提高使用壽命、減少配件消耗等意義重大。3圖 2 使用表面堆焊技術(shù)修復(fù)舊零件堆焊的物理本質(zhì)、熱過程、冶金過程以及堆焊金屬的凝固結(jié)晶與相變過程，與一般的焊接方法相比是沒有什么區(qū)別的。43 表面堆焊技術(shù)的工藝流程一、堆焊方法的選擇 熔焊、釬焊、噴涂等方法都可以應(yīng)用于堆焊中，熔焊方法占的比例最大，選擇應(yīng)用怎樣的堆焊方法，應(yīng)考慮幾個(gè)問題：（1）堆焊層的性能和質(zhì)量要求；

6、（2）堆焊件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；（3）經(jīng)濟(jì)性。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，常規(guī)的焊接方法往往不能滿足堆焊工藝的要求，因此又出現(xiàn)了許多新的堆焊工藝方法。幾種堆焊工藝的主要特點(diǎn)如表 1 所示3。表表 1 1 常用堆焊方法特點(diǎn)比較常用堆焊方法特點(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/%手工送絲1100.51.80.8100自動(dòng)送絲1100.56.80.8100氧-乙炔焰堆焊手工送絲1100.51.80.28595焊條電弧焊堆焊10200.55.43.265鎢極氬弧焊堆焊10200.54.52.498100單絲30604.511.33.295多絲152511.327.24.895串聯(lián)電弧

7、102511.315.94.895單帶極102012363.095埋弧堆焊多帶極81522684.095自動(dòng)送絲5150.56.80.258595手工送絲5150.53.62.498100自動(dòng)送絲5150.53.62.498100等離子弧堆焊雙熱絲51513272.498100注:表中稀釋率為單層堆焊結(jié)果。下面介紹幾種常見的堆焊方法及特點(diǎn)。二、氧乙炔焰堆焊氧乙炔焰用途較廣，由于它的火焰溫度較低（3100左右） ，而且可以調(diào)整火焰的能率，可以得到低的稀釋率（1%10%）和薄的堆焊層，一般采用碳化焰焊接，乙炔的用量和堆焊金屬有關(guān)。該焊接方法有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作靈活成本較低等優(yōu)點(diǎn)，所以得到廣泛使用。但也

8、有如勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)率低等缺點(diǎn)。所以該焊接方法主要用于小零件的制造和修復(fù)工作，如油井鉆頭牙輪、蒸汽閥門、內(nèi)燃機(jī)閥門及農(nóng)機(jī)具零件的堆焊4。氧乙炔焰除了用于堆焊外，還應(yīng)用到噴涂、噴熔等工藝中。三、焊條電弧堆焊焊條電弧堆焊有如下特點(diǎn)：1.設(shè)備簡(jiǎn)單，輕便，適合現(xiàn)場(chǎng)焊接。52.焊接時(shí)是明弧，便于焊工操作者觀察，焊接靈活性大，特別是對(duì)一些形狀不規(guī)則和零件的可達(dá)性不好的部位進(jìn)行堆焊尤為合適。3.焊條電弧焊熱量集中，通過選擇不同的焊條能夠獲得幾乎所有的堆焊合金成分。4.這種焊接方法的生產(chǎn)率較低，且稀釋率高，不容易獲得薄且均勻的堆焊層，通常要堆焊 23 層，但是堆焊層太多會(huì)導(dǎo)致開裂。焊條電弧焊堆焊焊條所需電源及

9、其極性取決于焊條涂層的類型。一般使用直流反接，石墨型的藥皮適合用直流正接，還可以使用交流。焊接前一般酸性焊條需要 150烘培 0.51.0h，堿性焊條需在 250350烘培 12h，焊接材料為了防止焊接裂紋，在焊前可以采用預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度可通過碳當(dāng)量來計(jì)算，見表 9-2 所示，焊后采用緩冷，焊接時(shí)可采用焊條前傾的方法避免焊接缺陷的產(chǎn)生。四、鎢極氬弧堆焊這是一種常用的非熔化極堆焊方法，這種方法的生產(chǎn)效率較低，但是能獲得質(zhì)量高的堆焊層金屬，稀釋率低，變形小，電弧穩(wěn)定，飛濺小，堆焊層容易控制等優(yōu)點(diǎn)。適合于質(zhì)量要求高、形狀復(fù)雜的小零件上。焊接時(shí)可以有絲狀、管狀、鑄棒狀和粉末狀的焊接材料，通常采用直流

10、正接，可通過擺動(dòng)焊槍和小電流的方法得到小的稀釋率。五、埋弧堆焊埋弧堆焊的實(shí)質(zhì)和一般的埋弧焊沒有區(qū)別，它有生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)條件好，能獲得成分均勻的堆焊層等優(yōu)點(diǎn)，常用于軋輥、曲軸、化工容器和核反應(yīng)堆壓力容器襯里等大、中型零部件。六、等離子弧堆焊等離子弧的溫度很高，所以能堆焊難熔材料，并能提高堆焊速度，稀釋率最低可達(dá) 5%，堆焊層厚度在 0.58mm，寬度約 340mm，這種方法低稀釋率、高熔敷率的堆焊，但設(shè)備成本較高，堆焊時(shí)有強(qiáng)烈的紫外線輻射及臭氧污染空間，所以要做好防護(hù)措施5。常用于質(zhì)量要求高的批量生產(chǎn)上。4 表面堆焊技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著中國工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步及國家產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整堆焊技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域尤其

11、是重工業(yè)領(lǐng)域得到了大規(guī)模應(yīng)用，在鋼鐵冶金、礦山、電力、化工、水利、建材、煤炭、核電、軍工及機(jī)械制造等行業(yè)起著舉足輕重的作用。堆焊由原來的簡(jiǎn)單修6復(fù)已發(fā)展成為新品制造、舊品再制造的重要工藝環(huán)節(jié)，堆焊產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展也帶動(dòng)了堆焊材料的大量消耗。發(fā)展至今，堆焊材料的制造業(yè)也成為相對(duì)獨(dú)立的規(guī)模產(chǎn)業(yè)。表 2 列出了近幾年手工堆焊焊條的銷售量，從一個(gè)側(cè)面可以反映出堆焊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。表表 2 2 近幾年手工堆焊焊條的銷售量近幾年手工堆焊焊條的銷售量該統(tǒng)計(jì)數(shù)字來源于行業(yè)中心調(diào)查國內(nèi) 70 余家正規(guī)焊材生產(chǎn)企業(yè)的反饋數(shù)據(jù)，實(shí)際產(chǎn)銷量要高于統(tǒng)計(jì)結(jié)果6。用于自動(dòng)化生產(chǎn)的堆焊藥芯焊絲實(shí)芯焊絲和焊劑的消耗量要遠(yuǎn)大于手工焊

12、條，初步估計(jì)近二三年堆焊材料的年消耗量在 15-20 萬 t，占焊接材料年消耗總量的 5%以上7。在堆焊材料的使用形式方面，已從堆焊發(fā)展初期的以焊條為主轉(zhuǎn)向焊條、實(shí)心焊絲配焊劑、焊帶配焊劑、藥芯焊絲及粉末等多種使用形式，而且藥芯焊絲的使用比例呈逐年增長趨勢(shì)。與堆焊技術(shù)的國際發(fā)展前沿相比較，我國在堆焊基礎(chǔ)理論方面（如堆焊合金的設(shè)計(jì)、堆焊缺陷的形成機(jī)理等）并不落后于工業(yè)發(fā)達(dá)國家，但堆焊材料和設(shè)備的工業(yè)發(fā)展水平與發(fā)達(dá)國家存在較大差距，我國堆焊材料方面的突出特點(diǎn)是“焊條多焊絲少、熔煉焊劑多燒結(jié)焊劑少、實(shí)心焊絲多藥芯焊絲少” ，而堆焊設(shè)備方面的現(xiàn)狀則是“改裝設(shè)備多專用設(shè)備少、機(jī)械化設(shè)備多智能化設(shè)備少”

13、，因此，無論是堆焊材料的品種和質(zhì)量，還是堆焊設(shè)備的自動(dòng)化、智能化水平等方面均亟待發(fā)展和提高。6 結(jié)語堆焊技術(shù)在我國歷經(jīng) 50 年的發(fā)展歷程，其應(yīng)用遍及基礎(chǔ)工業(yè)諸領(lǐng)域。我國在堆焊基礎(chǔ)理論的研究方面與國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比并不遜色，但堆焊材料的開7發(fā)、堆焊設(shè)備的自動(dòng)化和智能化水平、精密高效堆焊技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用、計(jì)算機(jī)技術(shù)及模擬仿真技術(shù)在堆焊技術(shù)中的應(yīng)用水平等方面與國外存在一定差距，研究開發(fā)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、靈活、清潔的先進(jìn)堆焊技術(shù)，并將其廣泛應(yīng)用于先進(jìn)制造業(yè)當(dāng)是我國堆焊同仁肩負(fù)的歷史使命。參考文獻(xiàn)1 周永強(qiáng)，李午申，馮靈芝. 表面工程技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 m. 焊接技術(shù)，2001，30（4）5-7.2 董祖玨，黃慶云，等. 國內(nèi)外堆焊發(fā)展現(xiàn)狀 c. 第八次全國焊接會(huì)議論文集，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.3 愈斌，等. 軋輥的堆焊及價(jià)值