堆焊复合钢板

原理

耐磨材料等离子弧堆焊技术是采用等离子弧堆焊方法，利用等离子弧的高温，电流密度大的特点。将高硬度质颗粒均匀地钎镶于堆焊层金属中，而硬质颗粒不产生熔化或很少产生熔化.形成复合堆焊层.这种复合堆焊层是由两种以上在宏观上具有不同性质的异种材料组成.一种是在堆焊层中起主要耐磨作用的碳化物硬质颗粒，一般为铸造碳化钨，碳化铬，碳化硼，烧结碳化钨等.从原则上讲各种碳化物，硼化物甚至硬度更高的金刚石都可以作为复合堆焊层的组成物.国内外工业上复合材料等离子弧堆焊应用焊接较多的硬质颗粒是铸造碳化钨，它是由共晶组成，硬度为250～300.堆焊层的另一种组成金属是起"牯结"作用的基材金属，也称之为胎体金属，它是堆焊层中的基体.一般认为，硬质颗粒与胎体金属的结合是钎焊结合，堆焊层与母材的结合为冶金结合.

特点

采用等离子弧堆焊技术获得的复合堆焊层质量稳定可靠.复合材料等离子弧堆焊技术的最新进展可使堆焊层达到无气孔，裂纹及碳化物烧损，熔解等缺陷.碳化物颗粒在堆焊层中分布均匀.耐磨材料堆焊层耐磨性高，在磨损严重的工况条件下，复合堆焊层的耐磨性表现尤为突出，可较通常的铁，钴，镍基合金表面保护层提高耐磨使用寿命几倍甚至十几倍.具有较高的结合强度.由于堆焊层与被保护工件表面是冶金结合，因此可以满足很高的强度要求.同热喷涂获得的复合耐磨保护层比较，堆焊层结合强度是热喷涂层结合强度的3—8倍.复合堆焊层能满足一定的抗冲击要求.例如，水泥生产设备的石灰石破碎机锤头，由于在磨损过程中所受的冲击力较大，一般采用高锰钢材料，使用寿命较低，在表面堆焊高碳高铬合金后，易造成堆焊层破碎剥离，若采用复合耐磨堆焊层可避免这种情况发生，并且耐磨性明显提高.可实现高教自动化生产，降低工人劳动强度,改善作业条件.提高劳动生产率.

堆焊产生背景

石油化工行业的加氢反应器、原流合成塔、煤液化反应器及核电站的厚壁压力容器等内表面均需大面积堆焊耐高温，抗氧及硫化氢等腐蚀的不锈钢衬里。70年代，在该领域内，国内外大量采用了带极埋弧堆焊（SAW）技术。带极的宽度也从窄带向60mm、90mm、120mm、150mm的宽带方向发展。该技术在稀释率和熔敷速度上比丝极埋弧焊有了长足的进步，但随着压力容器日趋大型化、高参数化，促使堆焊技术向更优质更高效的方向发展。70年代初，德国首先发明，后被日、美、前苏联等国进一步完善的带极电渣堆焊技术由于它具有比带极埋弧焊更高的生产效率、更低的稀释率和良好的焊缝成形等优点,在国内外得到迅速发展和较普遍的应用。

堆焊内容关键

带极电渣堆焊是利用导电熔渣的电阻热熔化堆焊材料和母材的，除引现阶段外，整个堆焊过程应设有电弧产生。为了获得稳定的电渣堆焊过程，有以下几个技术关键

堆焊焊接电源

在电渣堆焊过程中，渣池的稳定性对堆焊质量影响极大，而电压的波动又是影响渣池稳定性的最关键因素，故希望堆焊过程电压波动最小，因此要求选用恒压特性的直流电源。此外，电源应具有低电压，大电流输出、控制精度高、较强的补偿网路电压波动的能力和可靠的保护性能。电源的额定电流视所用带宽而异，一般对60mm×0.5mm带极，额定电流为1500A，90mm×0.5mm为2000A，120mm×0.5mm为2500A。

堆焊焊剂

获得稳定电渣过程的另一个必要条件是焊剂必须具有良好的导电性。一般电渣堆焊焊剂的电导率需达2～3Ω-1cm-1，为普通埋弧焊焊剂的4～5倍。国内外采用的电渣焊剂多为烧结型。焊剂电导率的大小，取决于焊剂组分中氟化物（NaF、CaF2、Na3AIF6等）的多少，当氟化物（质量分数）少于40%，堆焊过程为电弧过程，在40%～50%范围大致是电弧、电渣联合过程；当氟化物大于50%后，可形成全电渣过程。CaF2既是良好的导电材料又是主要的造渣剂，因此CaF2通常是电渣堆焊焊剂的主要成分。除了导电性外，焊剂还需有良好的堆焊工艺性（脱渣、成形、润湿性）及良好的冶金特性（合金元素烧损小，不利元素增量少），适宜的粒度（一般比埋弧焊焊剂粒度细）。满足上述要求，已用于生产的焊剂种类很多，如有国外的FJ-1（日本）、EST122（德国）、Sandvik37S（美国）；国产的SJ15、SHD202等等。

堆焊磁控装置

对于宽带极（带极宽度大于60mm）电渣堆焊，由于磁收缩效应，会使堆焊层产生咬边，随着带极宽度增加，堆焊电流增大，咬边现象越重，因此必须采用外加磁场的方法来防止咬边的产生（磁控法）。同时必须合理布置磁极位置，选择合理的激磁电流大小，外加磁场太强或太弱均会影响堆焊焊道的成形。二个磁极的磁控电流应可分别调整。比如对于非预热的平焊位置的工件，当带极为60mm×0.5mm时，磁控装置的南、北极控制电流分别为1.5A和3.5A；对于90mm×0.5mm的带极则分别为3A和3.5A。

堆焊工艺参数

采用合理的堆焊工艺参数是保证电渣堆焊过程稳定，焊缝质量良好的有效手段。影响带极电渣堆焊质量的工艺参数最主要的有焊接电压、电流和焊接速度，其次还有干伸长，焊剂层厚度，焊道间搭接量、焊接位置等。① 精确控制焊接电压对带极电渣堆焊具有重要意义，当电压太低，有带极粘连母材的倾向。电压太高，电弧现象明显增加，熔池不稳定，飞溅也增大，推荐的焊接电压可在20～30V之间优选。② 焊接电流对带极电渣堆焊质量影响也较大。焊接电流增加，焊道的熔深、熔宽、堆高均随这增加，而稀释率略有下降，但电流过大，飞溅会增加。不同宽度的带极应选择不同的焊接电流，比如对φ75mm×0.4mm的带极，电流可在1000～1300A之间优选。③ 随着焊接速度的增加，焊道的熔宽和堆高减小，熔深和稀释率增加，焊速过高，会使电弧发生率增加，为控制一定的稀释率，保证堆焊层性能，焊接速度一般控制在15～17cm/min。④ 带级电渣堆焊时，母材倾角会影响稀释率和焊道成形，一般推荐采用水平位置或稍带坡度（1º～2º；）的上坡焊为宜。⑤ 其他一些参数的推荐值为：带极伸出长度为25～35mm，焊剂厚度25～35mm，焊道搭接量5～l0mm。

堆焊应用范围

带极电渣堆焊与带极埋弧堆焊比有以下优点：1）熔敷效率高，在中等电流下，比埋弧焊高50%；3）堆焊层成形良好，不易有夹渣等缺陷，表面质量优良，表面不平度小于0.5mm（埋弧堆焊时大于lmm）故表面无需机械加工，省料省时。4）带极中合金元素烧损和不利元素增量极少，堆焊层的塑性和韧性高于埋弧难焊。5）由于接头熔合区的碳扩散层窄，马氏体带宽度小，故接头熔合区性能优于带极埋弧堆焊。正由于带极电渣堆焊有上述优点，国内外在加氢控制反应器、煤气工程热壁交换炉、核电站设备中压力容器的内表面大面积堆焊中均得到了广泛应用。由于电渣带圾堆焊自身的一些特点，它也有定的应用范围：带极电渣堆焊热输入较高，故一般用于堆焊50～200mm的厚壁工件，推荐适用的工件最小直径和壁厚如表1所示。表 1 推荐适用于带极电渣堆焊的最小直径和壁厚电极尺寸最小基体厚度最小曲面直径外表面 内表面60×0.5 40 250 45090×0.5 80 500 900