堆焊一種熔焊工藝。簡單的說堆焊的主要目的是對工件表面進行熔覆使之性能有所改變,這樣可以使工件取得較好的耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性能等等,再者就是有些工件表面因為磨損或者工件加工失誤造成尺寸不對,堆焊的方法就可以對工件表面進行強化與修復(需要工藝過程中對母體的強度不損害或者損害控制在允許的限度之內)。
按焊條的藥皮類型分類
鈦鈣型堆焊焊條:藥皮中含有氧化鈦和碳酸鈣等成分,電弧穩定,飛濺小,脫渣容易,焊縫成形美觀。適用于各種位置的堆焊,但熔敷效率相對較低。
低氫型堆焊焊條:藥皮主要成分是碳酸鹽和螢石,焊縫金屬含氫量低,具有良好的韌性和抗裂性。常用于對焊縫質量要求較高、承受動載荷或低溫環境下的堆焊。
按熔敷金屬的化學成分分類
碳鋼及低合金鋼堆焊焊條:這類焊條熔敷金屬的主要成分是碳、錳、硅等元素,以及少量的鉻、鉬、釩等合金元素。可獲得強度較高、韌性較好的堆焊層,適用于承受沖擊載荷和金屬間磨損的工況,如礦山機械、農業機械等零部件的堆焊修復。
高鉻鋼堆焊焊條:含有大量的鉻元素,一般鉻含量在 12% 以上。堆焊層具有良好的抗氧化性、耐腐蝕性和高硬度,常用于化工設備、冶金設備中受腐蝕和磨損的部件,如反應釜、高爐料鐘等的堆焊。
鉻鎳奧氏體不銹鋼堆焊焊條:以鉻、鎳為主要合金元素,具有良好的抗腐蝕性、抗氧化性和熱強性。適用于在高溫、腐蝕環境下工作的部件,如電站鍋爐的管道、石油化工設備中的反應器等的堆焊。
鈷基合金堆焊焊條:主要成分是鈷、鉻、鎢等元素,堆焊層具有的耐高溫、耐磨、耐蝕性能,特別是在高溫下能保持較高的硬度和強度。常用于航空發動機、高溫閥門、熱剪切刀等關鍵部件的堆焊。
碳化鎢堆焊焊條:焊條中含有大量的碳化鎢顆粒,堆焊層硬度,耐磨性。主要用于嚴重磨損的場合,如石油鉆機的鉆桿、煤礦機械的刮板等的堆焊。
焊接中
選擇合適的焊接參數:焊接電流、電壓和焊接速度是關鍵參數。電流過大,會使堆焊層過熱,晶粒粗大,甚至產生裂紋和氣孔;電流過小,則會導致熔深淺,堆焊層與母材結合不牢固。例如,對于直徑 3.2mm 的堆焊焊條,焊接電流一般在 90 - 130A 之間;直徑 4.0mm 的焊條,電流可在 130 - 180A 之間。同時,要根據電流大小適當調整電壓,電弧穩定燃燒,一般電壓在 22 - 28V 之間。焊接速度不宜過快,否則會影響堆焊層的成形和厚度均勻性,通常控制在 15 - 30cm/min。
采用正確的運條方法:根據堆焊層的寬度和厚度要求,選擇合適的運條方法。直線運條法適用于較窄的堆焊層;鋸齒形或月牙形運條法可使堆焊層寬度增加,且能焊縫兩側與母材良好熔合;對于較厚的堆焊層,可采用多層多道焊,每道焊縫的搭接寬度應不小于焊縫寬度的 1/3,以堆焊層的質量和性能。運條過程中要保持電弧長度穩定,一般電弧長度為焊條直徑的 0.5 - 1 倍。
控制層間溫度:多層堆焊時,層間溫度過高會使堆焊層組織過熱,性能下降;層間溫度過低,又會增加焊接應力,容易產生裂紋。因此,要嚴格控制層間溫度,一般層間溫度應不預熱溫度,且不低于規定的低溫度。例如,對于某些低合金鋼堆焊,層間溫度控制在 150 - 250℃之間。在焊接過程中,可使用測溫儀實時監測層間溫度。
焊接后
緩冷處理:堆焊后,為了降低焊接應力,防止產生裂紋,通常需要對焊件進行緩冷。可將焊件放在石棉粉或石灰粉中覆蓋冷卻,也可讓焊件在空氣中自然冷卻,但要避免在風口處或潮濕的環境中冷卻。
消除應力處理:對于一些重要的焊件或對焊接應力敏感的材料,堆焊后應及時進行消除應力處理。常見的方法是高溫回火,即將焊件加熱到 550 - 650℃,保溫一定時間(一般按每毫米厚度保溫 1 - 2 分鐘計算),然后隨爐冷卻或空冷。這樣可以有效地消除焊接應力,提高堆焊層的穩定性和使用壽命。
質量檢查:堆焊完成后,要對堆焊層進行外觀檢查,查看是否有氣孔、夾渣、裂紋、咬邊等缺陷,堆焊層的尺寸和形狀應符合設計要求。如有必要,還需進行無損檢測,如超聲波檢測、射線檢測等,以檢查內部質量。對于不符合要求的堆焊層,應分析原因并采取相應的措施進行返修。
焊接過程控制
焊接參數選擇
焊接電流:電流要適中,過大易導致焊條熔化過快、焊縫組織過熱、產生氣孔和裂紋等;過小則會使焊縫熔深淺、結合不牢固。
焊接電壓:應與焊接電流匹配,以電弧穩定燃燒,電壓過高會使電弧拉長,飛濺增加;電壓過低則電弧不穩定,容易斷弧。
焊接速度:不宜過快或過慢,過快會使焊縫成形不良,熔合不好;過慢會導致焊縫過熱,晶粒粗大,影響焊縫質量。
運條方法:根據焊縫的形狀、尺寸和位置,選擇合適的運條方法,如直線形、鋸齒形、月牙形等。運條過程中要保持均勻的速度和穩定的電弧長度,確保焊縫的寬度和高度均勻一致,熔合良好。
焊接順序:對于復雜的焊件或需要進行多層多道堆焊的情況,要合理安排焊接順序,以減少焊接應力和變形。例如,可采用對稱焊接、分段退焊等方法。
層間清理:多層堆焊時,每焊完一層,都要及時清理焊縫表面的熔渣、飛濺等雜質,檢查有無缺陷,如有缺陷應及時處理,然后再進行下一層的焊接。
保護氣體(如有):如果使用的是氣體保護堆焊焊條,要確保保護氣體的純度和流量符合要求。保護氣體可以有效地防止焊縫金屬被氧化、氮化,提高焊縫的質量。
電力行業:在火力發電中,鍋爐的管道、磨煤機的部件等會受到高溫、磨損和腐蝕的作用。堆焊焊條可用于這些部件的表面堆焊,提高其耐高溫、耐磨和耐腐蝕性能,防止管道泄漏和部件過早失效,發電設備的安全穩定運行。在水電行業中,水輪機的葉片在高速水流的沖刷下容易磨損,通過堆焊耐磨焊條,可以提高葉片的耐磨性,延長水輪機的檢修周期和使用壽命。
礦山行業:礦山開采中使用的各種機械設備,如破碎機、挖掘機、裝載機等,其工作部件如錘頭、鏟斗、齒板等,在挖掘、破碎礦石等過程中,面臨著強烈的沖擊磨損和磨料磨損。堆焊焊條可用于這些部件的表面堆焊,提高其硬度和耐磨性,從而提高這些部件的使用壽命,降低礦山設備的維修成本和停機時間,提高生產效率。
規格和尺寸
焊芯直徑:直徑較大的焊芯,需要更多原材料,且制造工藝要求更高,價格通常更貴。如直徑 5.0mm 的堆焊焊條比直徑 3.2mm 的價格高。
焊條長度:較長的焊條在生產、包裝、運輸等環節成本更高,價格也會有所增加。不過,焊條長度規格相對較為固定,對價格影響程度不如焊芯直徑明顯。
選用原則
根據工件的使用工況:如工件在高溫環境下工作,應選擇耐熱性好的堆焊焊條;在有腐蝕介質的環境中,要選用耐腐蝕性強的堆焊焊條;對于承受強烈磨損的工件,則需選擇高硬度、耐磨性好的堆焊焊條。
考慮工件的材質:堆焊焊條的化學成分應與工件材質相匹配,以堆焊層與工件基體有良好的結合強度,避免出現裂紋、剝離等缺陷。例如,在碳鋼或低合金鋼工件上堆焊,可選擇相應的碳鋼或低合金鋼堆焊焊條;對于不銹鋼工件,一般選用鉻鎳奧氏體不銹鋼堆焊焊條。
結合堆焊工藝要求:不同的堆焊工藝對焊條有不同的要求。如手工電弧堆焊,要求焊條具有良好的操作性和工藝性能,如電弧穩定、飛濺小、脫渣容易等;而對于自動堆焊工藝,則更注重焊條的熔敷效率和焊縫的成形質量。
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