焊接技師培訓(xùn)教材(堆焊技術(shù))

1、堆焊技術(shù)堆焊技術(shù)張明錄張明錄一.堆焊技術(shù)概述二.堆焊技術(shù)的特點(diǎn)三.堆焊技術(shù)的應(yīng)用四.堆焊金屬的基本類型五.堆焊合金的選用六.堆焊材料七.堆焊方法 堆焊是采用焊接方法將具有一定性能的材料熔敷在工件表面的一種工藝過程。 堆焊的目的與一般焊接方法不同，不是為了連接工件，而是對工件表面進(jìn)行改性。以獲得所需的耐磨、耐熱、耐蝕等特殊性能的熔敷層，或恢復(fù)工件因磨損或加工失誤造成的尺寸不足，這兩方面的應(yīng)用在表面工程學(xué)中稱為修復(fù)與強(qiáng)化。二二. .堆焊技術(shù)的特點(diǎn)堆焊技術(shù)的特點(diǎn)1.1.堆焊的特點(diǎn)堆焊的特點(diǎn) 在金屬零件表面熔敷一層性能特殊的合金層。 堆焊技術(shù)就是通過焊接的方法增加或恢復(fù)零部件尺寸，或使零部件表面獲得具

2、有特殊性能的合金層，所以對于能夠熟練掌握焊接技術(shù)的人員而言，其難度不大，可操作性強(qiáng)。(1)堆焊層的成分堆焊屬于異種金屬焊接，難度較大。(2)堆焊層與基材的相容性1） 冶金相容性：堆焊材料與基體在液態(tài)和固態(tài)時(shí)的互溶性，是否出現(xiàn)金屬間化合物。2.2.影響堆焊層性能的因素影響堆焊層性能的因素2） 物理相容性：兩者之間的熔點(diǎn)、膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率的差異將影響堆焊層的應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度。(3) 堆焊層的內(nèi)應(yīng)力 用焊前預(yù)熱和焊后緩冷，或打底層的方法減少堆焊層的內(nèi)應(yīng)力。（4） 堆焊的熔合區(qū)避免在熔合區(qū)產(chǎn)生脆性相。(5) 稀釋率 稀釋率取決于堆焊方法和堆焊工藝參數(shù)，一般稀釋率越低越好。 為了最有效地發(fā)揮堆焊層的作用，

3、希望采用的堆焊方法有較小的母材稀釋、較高的熔敷速度和優(yōu)良的堆焊層性能，即優(yōu)質(zhì)、高效、低稀釋率的堆焊技術(shù)。 作為焊接領(lǐng)域中的一個(gè)分支，堆焊技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛，堆焊技術(shù)的應(yīng)用幾乎遍及所有的制造業(yè)，如礦山機(jī)械、輸送機(jī)械、冶金機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車、石油設(shè)備、化工設(shè)備，建筑、以及工具模具及金屬結(jié)構(gòu)件的制造與維修中大量應(yīng)用堆焊技術(shù)。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。 鐵基堆焊合金 碳化鎢堆焊合金 銅基堆焊合金 鎳基堆焊合金 鈷基堆焊合金根據(jù)堆焊金屬的成分分為：根據(jù)堆焊金屬的成分分為： 耐蝕堆焊耐蝕堆焊 防止發(fā)生腐蝕而

4、在其工作表面上熔敷一層一定厚度、有耐腐蝕性能金屬層。也稱為包層堆焊。 耐磨堆焊耐磨堆焊 防止工件表面被磨損并且延長使用壽命的堆焊。根據(jù)堆焊合金層的使用目的分為：根據(jù)堆焊合金層的使用目的分為： 隔離層堆焊隔離層堆焊 防止母材成分對焊縫金屬化學(xué)成分的不利影響， 以保證接頭性能和質(zhì)量，而預(yù)先在母材表面（或接頭的坡口面上）熔敷一定成分的金屬層。 鐵基堆焊合金的性能變化范圍廣，韌性和耐磨性結(jié)合好，并且成本低，品種也多，所以使用十分廣泛。 鐵基堆焊由于碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、合金元素的的含量和冷卻速度的不同，堆焊層的金相組織可以是珠光體、奧氏體、馬氏體和合金鑄鐵組織等幾種基本類型。 這類堆焊合金由大量碳化鎢顆粒分布于

5、金屬基體（如碳鋼、低合金鋼、鎳基合金、鈷基合金和青銅等）上構(gòu)成，堆焊層中鎢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)45%以上、碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%2%。碳化鎢由WC和W2C組成，有很高的硬度和熔點(diǎn)。 碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.8%的碳化鎢硬度達(dá)2500HV，熔點(diǎn)接近2600。碳化鎢種類組織和性能制造方法鑄造碳化鎢WC+W2C共晶，呈不規(guī)則粒狀和球狀。硬度高、耐磨性好，但脆性大，抗高溫氧化性差熔煉澆注后破碎（呈不規(guī)則粒狀）或熔煉離心法分離（呈球狀）燒結(jié)碳化鎢呈不規(guī)則粒狀和球狀。硬度高、耐磨性好，脆性大小視粘結(jié)劑鈷的多少；高鈷型韌性好，低鈷型脆性大，但抗高溫氧化性好混合壓塊燒結(jié)破碎（呈不規(guī)則粒狀）或混合制球燒結(jié)（呈球狀）碳化鎢堆焊合金表

6、堆焊用的銅基合金主要有青銅、純銅、黃銅、白銅四大類。其中應(yīng)用比較多的是青銅類的鋁青銅和錫青銅。 鋁青銅強(qiáng)度高，耐腐蝕、耐金屬間磨損，常用于堆焊軸承、齒輪、蝸輪及耐海水腐蝕工件，如水泵、閥門、船舶螺旋槳等。錫青銅有一定強(qiáng)度，塑性好，能承受較大的沖擊載荷，減摩性優(yōu)良，常用于堆焊軸承、軸瓦、蝸輪、低壓閥門及船舶螺旋槳等。 鎳基堆焊合金分為含硼化物合金、含碳化物合金和含金屬間化合物合金三大類。 這類堆焊合金的抗金屬間摩擦磨損性能最好，并具有很高的抗氧化性、耐蝕性和耐熱性。此外，由于鎳基合金易于熔化，有較好的工藝性能，所以盡管比較貴，但應(yīng)用仍廣泛，常用于高溫高壓蒸汽閥門、化工閥門、泵柱塞的堆焊。 鈷基合

7、金又稱為司太立合金。具有一定的抗粘著磨損能力和較高的抗氧化、耐蝕和耐熱性能，在650時(shí)仍能保持高的硬度。鈷基堆焊材料價(jià)格昂貴，應(yīng)采用低稀釋率的氧一乙炔焰堆焊或粉末等離子堆焊，焊前預(yù)熱200500?？捎糜诟邷馗g和高溫磨損工況條件下工件的堆焊。堆焊合金種類碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)組織鈷基1號較低由樹枝狀結(jié)晶的Co-Cr-W合金固溶體（奧氏體）初晶+該固溶體與Cr-W復(fù)合碳化物的共晶體組成鈷基2號鈷基4號鈷基3號較高過共晶組織，即由粗大的一次Cr-W復(fù)合碳化物+該碳化物與固溶體的共晶體組成鈷基堆焊合金表1.考慮滿足工件的工作條件和要求；其次，還要考慮經(jīng)濟(jì)性、母材的成分、工件的批量以及擬采用的堆焊方法。2.一般金

8、屬間磨損件表面強(qiáng)化與修復(fù)，可遵循等硬度原則來選擇堆焊合金；3.對承受沖擊負(fù)荷的磨損表面，應(yīng)綜合分析確定堆焊合金；4.對腐蝕磨損、高溫磨損件表面強(qiáng)化或修復(fù)，應(yīng)根據(jù)其工作條件與失效特點(diǎn)確定合適的堆焊合金。工 作 條 件堆 焊 合 金高應(yīng)力金屬間磨損鈷基合金低應(yīng)力金屬間磨損低合金鋼金屬間磨損+腐蝕或氧化鈷基、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低應(yīng)力嚴(yán)重磨料磨損，切割刃碳化物嚴(yán)重沖擊高合金錳鋼嚴(yán)重沖擊+腐蝕+氧化鈷基合金高溫下金屬間磨損鈷基合金熱穩(wěn)定性，高溫蠕變強(qiáng)度（540）鈷基、鎳基合金堆焊合金的選用表堆焊合金的選用表D 25 6低氫鉀型藥皮，交直流兩用低氫鉀型藥皮，交直流兩用 常

9、溫高錳鋼堆焊焊條常溫高錳鋼堆焊焊條堆焊焊條堆焊焊條六六. .堆焊材料堆焊材料序號用 途牌號1不規(guī)定用途的堆焊焊條D00092不同硬度常溫堆焊焊條D10243常溫高錳鋼堆焊焊條D25294刀具工具堆焊焊條D30495閥門堆焊焊條D50596合金鑄鐵堆焊焊條D60697碳化鎢堆焊焊條D70798鈷基合金堆焊焊條D80899尚待發(fā)展的堆焊焊條D9099堆焊焊條分類和牌號的表示方法堆焊焊條分類和牌號的表示方法 根據(jù)GB/T9842001堆焊焊條標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，堆焊焊條型號按熔敷金屬化學(xué)成分及藥皮類型劃分。 1）型號最前列為英文字母“E”，表示焊條。 2）型號第二字母“D”表示用于堆焊焊條。 3）字母“D”后

10、面用一或兩字母、元素符號表示焊條熔敷金屬化學(xué)成分分類代號，還可附加一些主要成分的元素符號；在基本型號內(nèi)可用數(shù)字、字母進(jìn)行細(xì)分類，細(xì)分類代號也可用短劃“-”與前面分開。E D P CrMo- A1-03焊條內(nèi)主要合金元素焊條內(nèi)主要合金元素型號分類（普通低中合金鋼）型號分類（普通低中合金鋼）表示堆焊焊條表示堆焊焊條表示焊條表示焊條細(xì)分型號細(xì)分型號藥皮類型，交直流兩用藥皮類型，交直流兩用選擇堆焊方法的原則選擇堆焊方法的原則1.在允許的稀釋率下具有最高的熔敷速度。2.能獲得符合要求最小堆焊層厚度。3.經(jīng)濟(jì)性。七七. .堆焊方法堆焊方法 焊條電弧堆焊與一般焊條電弧焊的特點(diǎn)基本相同，設(shè)備簡單、使用可靠、操

11、作方便靈活、成本低、適宜于現(xiàn)場或野外堆焊，可以在任何位置焊接，特別是能通過堆焊焊條獲得幾乎所有的堆焊合金層。因此，焊條電弧堆焊是目前主要的堆焊方法之一。 焊條電弧堆焊的缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)條件差、稀釋率高。當(dāng)工藝參數(shù)不穩(wěn)定時(shí)，易造成堆焊層合金的化學(xué)成分和性能發(fā)生波動(dòng)，同時(shí)不易獲得薄而均勻的堆焊層。焊條電弧堆焊主要用于堆焊形狀不規(guī)則或機(jī)械化堆焊可達(dá)性差的工件。焊條電弧堆焊的特點(diǎn)（2）堆焊前工件表面清理焊條的選擇及烘干堆焊工藝參數(shù)的選擇預(yù)熱保溫和層間溫度的控制堆焊預(yù)熱和緩冷焊條電弧堆焊工藝焊條電弧堆焊工藝 堆焊前工件表面進(jìn)行粗車加工，并留出加工余量，以保證堆焊層加工后有3mm以上的高度。 修復(fù)部

12、位表面上不得有鐵銹、水分、油污、氧化皮等。 堆焊工件表面不得有氣孔、夾渣、包砂、裂紋等缺陷。 多層堆焊修復(fù)時(shí)，必須把每一層修復(fù)熔敷金屬的焊渣清理干凈。堆焊前工件表面清理堆焊前工件表面清理 根據(jù)對工件的技術(shù)要求，選擇合適的焊條。有些焊條雖不屬于堆焊焊條，但有時(shí)也可用作堆焊焊條，如碳鋼焊條、低合金焊條、不銹鋼焊條和銅合金焊條等。 為確保焊條電弧堆焊的質(zhì)量，所用焊條在堆焊前應(yīng)進(jìn)行烘干，去除焊條藥皮的吸附水分。焊條烘干一般不能超過3次。焊條的選擇及烘干焊條的選擇及烘干堆焊層厚度/ mm1.52堆焊電流/A80100140200180240在堆焊合金成分合格的條件下，盡量選用大的焊接電流；但不應(yīng)在焊接過

13、程中由于電流過大而使焊條發(fā)紅、藥皮開裂、脫落。電流過大，稀釋率增大，易造成堆焊合金成分偏析堆焊工藝參數(shù)的選擇堆焊工藝參數(shù)的選擇 預(yù)熱一般只對剛性大或焊接性差、容易開裂的結(jié)構(gòu)件采用。 工件堆焊前的預(yù)熱溫度可視工件材料的碳當(dāng)量而定。 堆焊后的緩冷一般可在石棉灰坑中進(jìn)行，也可適當(dāng)補(bǔ)充加熱，使其緩慢冷卻。碳當(dāng)量Cep /（%）0.40.50.60.70.8最低預(yù)熱溫度/ 100150200250300 由于焊條電弧堆焊成本低、靈活性強(qiáng)，就其堆焊基體的材料種類而言，焊條電弧堆焊既可以在碳素鋼工件上進(jìn)行，又可以在低合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、鎳及鎳合金、銅及銅合金等工件上進(jìn)行。3) 3) 焊條電弧堆焊的應(yīng)用焊條

14、電弧堆焊的應(yīng)用1 1）氧乙炔火焰堆焊的特點(diǎn)）氧乙炔火焰堆焊的特點(diǎn) 堆焊層薄，表面平滑美觀、質(zhì)量良好。氧乙炔火焰堆焊所用的設(shè)備簡單，可隨時(shí)移動(dòng)，操作工藝簡便，靈活、成本低，尤其是堆焊需要較少熱容量的中、小工件時(shí)，具有明顯的優(yōu)越性。而且可調(diào)整火焰能率，焊時(shí)熔深淺，母材熔化量少，能獲得非常小的稀釋率（110）。堆焊前工件表面清理堆焊工藝參數(shù)的選擇預(yù)熱保溫和層間溫度的控制堆焊預(yù)熱和緩冷3) 3) 氧乙炔火焰氧乙炔火焰堆焊的應(yīng)用堆焊的應(yīng)用氧乙炔火焰堆焊，主要用于表面光滑，光潔、質(zhì)量要求較高的零件堆焊，以及小批量的中小型的小面積的堆焊。如：閥門、油井鉆頭、犁鏵等。埋弧堆焊在熔渣層下面進(jìn)行，減少了金屬飛濺，消除了弧光對工人的傷害