焊接技师培训教材(堆焊技术)

堆焊技术张明录提纲一.堆焊技术概述二.堆焊技术的特点三.堆焊技术的应用四.堆焊金属的基本类型五.堆焊合金的选用六.堆焊材料七.堆焊方法•堆焊是采用焊接方法将具有一定性能的材料熔敷在工件表面的一种工艺过程。•堆焊的目的与一般焊接方法不同，不是为了连接工件，而是对工件表面进行改性。以获得所需的耐磨、耐热、耐蚀等特殊性能的熔敷层，或恢复工件因磨损或加工失误造成的尺寸不足，这两方面的应用在表面工程学中称为修复与强化。一.堆焊技术概述二.堆焊技术的特点1.堆焊的特点•在金属零件表面熔敷一层性能特殊的合金层。•堆焊技术就是通过焊接的方法增加或恢复零部件尺寸，或使零部件表面获得具有特殊性能的合金层，所以对于能够熟练掌握焊接技术的人员而言，其难度不大，可操作性强。(1)堆焊层的成分堆焊属于异种金属焊接，难度较大。(2)堆焊层与基材的相容性1）冶金相容性：堆焊材料与基体在液态和固态时的互溶性，是否出现金属间化合物。2.影响堆焊层性能的因素2）物理相容性：两者之间的熔点、膨胀系数、热导率的差异将影响堆焊层的应力和结合强度。(3)堆焊层的内应力用焊前预热和焊后缓冷，或打底层的方法减少堆焊层的内应力。（4）堆焊的熔合区避免在熔合区产生脆性相。(5)稀释率稀释率取决于堆焊方法和堆焊工艺参数，一般稀释率越低越好。为了最有效地发挥堆焊层的作用，希望采用的堆焊方法有较小的母材稀释、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能，即优质、高效、低稀释率的堆焊技术。作为焊接领域中的一个分支，堆焊技术的应用范围非常广泛，堆焊技术的应用几乎遍及所有的制造业，如矿山机械、输送机械、冶金机械、动力机械、农业机械、汽车、石油设备、化工设备，建筑、以及工具模具及金属结构件的制造与维修中大量应用堆焊技术。三.堆焊技术的应用通过堆焊可以修复外形不合格的金属零部件及产品，或制造双金属零部件。采用堆焊可以延长零部件的使用寿命，降低成本。•铁基堆焊合金•碳化钨堆焊合金•铜基堆焊合金•镍基堆焊合金•钴基堆焊合金四.堆焊金属的基本类型根据堆焊金属的成分分为：耐蚀堆焊防止发生腐蚀而在其工作表面上熔敷一层一定厚度、有耐腐蚀性能金属层。也称为包层堆焊。耐磨堆焊防止工件表面被磨损并且延长使用寿命的堆焊。根据堆焊合金层的使用目的分为：隔离层堆焊防止母材成分对焊缝金属化学成分的不利影响，以保证接头性能和质量，而预先在母材表面（或接头的坡口面上）熔敷一定成分的金属层。1.铁基堆焊合金•铁基堆焊合金的性能变化范围广，韧性和耐磨性结合好，并且成本低，品种也多，所以使用十分广泛。•铁基堆焊由于碳质量分数、合金元素的的含量和冷却速度的不同，堆焊层的金相组织可以是珠光体、奥氏体、马氏体和合金铸铁组织等几种基本类型。2．碳化钨堆焊合金•这类堆焊合金由大量碳化钨颗粒分布于金属基体（如碳钢、低合金钢、镍基合金、钴基合金和青铜等）上构成，堆焊层中钨的质量分数45%以上、碳的质量分数1.5%～2%。碳化钨由WC和W2C组成，有很高的硬度和熔点。•碳质量分数3.8%的碳化钨硬度达2500HV，熔点接近2600℃。碳化钨种类组织和性能制造方法铸造碳化钨WC+W2C共晶，呈不规则粒状和球状。硬度高、耐磨性好，但脆性大，抗高温氧化性差熔炼→浇注后破碎（呈不规则粒状）或熔炼→离心法分离（呈球状）烧结碳化钨呈不规则粒状和球状。硬度高、耐磨性好，脆性大小视粘结剂钴的多少；高钴型韧性好，低钴型脆性大，但抗高温氧化性好混合→压块→烧结→破碎（呈不规则粒状）或混合→制球→烧结（呈球状）碳化钨堆焊合金表3．铜基堆焊合金•堆焊用的铜基合金主要有青铜、纯铜、黄铜、白铜四大类。其中应用比较多的是青铜类的铝青铜和锡青铜。•铝青铜强度高，耐腐蚀、耐金属间磨损，常用于堆焊轴承、齿轮、蜗轮及耐海水腐蚀工件，如水泵、阀门、船舶螺旋桨等。锡青铜有一定强度，塑性好，能承受较大的冲击载荷，减摩性优良，常用于堆焊轴承、轴瓦、蜗轮、低压阀门及船舶螺旋桨等。4．镍基堆焊合金•镍基堆焊合金分为含硼化物合金、含碳化物合金和含金属间化合物合金三大类。•这类堆焊合金的抗金属间摩擦磨损性能最好，并具有很高的抗氧化性、耐蚀性和耐热性。此外，由于镍基合金易于熔化，有较好的工艺性能，所以尽管比较贵，但应用仍广泛，常用于高温高压蒸汽阀门、化工阀门、泵柱塞的堆焊。5．钴基合金•钴基合金又称为司太立合金。具有一定的抗粘着磨损能力和较高的抗氧化、耐蚀和耐热性能，在650℃时仍能保持高的硬度。钴基堆焊材料价格昂贵，应采用低稀释率的氧一乙炔焰堆焊或粉末等离子堆焊，焊前预热200～500℃。可用于高温腐蚀和高温磨损工况条件下工件的堆焊。堆焊合金种类碳质量分数组织钴基1号较低由树枝状结晶的Co-Cr-W合金固溶体（奥氏体）初晶+该固溶体与Cr-W复合碳化物的共晶体组成钴基2号钴基4号钴基3号较高过共晶组织，即由粗大的一次Cr-W复合碳化物+该碳化物与固溶体的共晶体组成钴基堆焊合金表五.堆焊合金的选用1.考虑满足工件的工作条件和要求；其次，还要考虑经济性、母材的成分、工件的批量以及拟采用的堆焊方法。2.一般金属间磨损件表面强化与修复，可遵循等硬度原则来选择堆焊合金；3.对承受冲击负荷的磨损表面，应综合分析确定堆焊合金；4.对腐蚀磨损、高温磨损件表面强化或修复，应根据其工作条件与失效特点确定合适的堆焊合金。工作条件堆焊合金高应力金属间磨损钴基合金低应力金属间磨损低合金钢金属间磨损+腐蚀或氧化钴基、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，切割刃碳化物严重冲击高合金锰钢严重冲击+腐蚀+氧化钴基合金高温下金属间磨损钴基合金热稳定性，高温蠕变强度（540℃）钴基、镍基合金堆焊合金的选用表D256低氢钾型药皮，交直流两用常温高锰钢堆焊焊条堆焊焊条堆焊焊条分类和牌号的表示方法六.堆焊材料序号用途牌号1不规定用途的堆焊焊条D00×～09×2不同硬度常温堆焊焊条D10×～24×3常温高锰钢堆焊焊条D25×～29×4刀具工具堆焊焊条D30×～49×5阀门堆焊焊条D50×～59×6合金铸铁堆焊焊条D60×～69×7碳化钨堆焊焊条D70×～79×8钴基合金堆焊焊条D80×～89×9尚待发展的堆焊焊条D90×～99×堆焊焊条分类和牌号的表示方法堆焊焊条型号的编制方法•根据GB/T984—2001《堆焊焊条》标准规定，堆焊焊条型号按熔敷金属化学成分及药皮类型划分。•1）型号最前列为英文字母“E”，表示焊条。•2）型号第二字母“D”表示用于堆焊焊条。•3）字母“D”后面用一或两字母、元素符号表示焊条熔敷金属化学成分分类代号，还可附加一些主要成分的元素符号；在基本型号内可用数字、字母进行细分类，细分类代号也可用短划“-”与前面分开。EDPCrMo-A1-03焊条内主要合金元素型号分类（普通低中合金钢）表示堆焊焊条表示焊条细分型号药皮类型，交直流两用选择堆焊方法的原则1.在允许的稀释率下具有最高的熔敷速度。2.能获得符合要求最小堆焊层厚度。3.经济性。七.堆焊方法1）焊条电弧堆焊的特点（1）•焊条电弧堆焊与一般焊条电弧焊的特点基本相同，设备简单、使用可靠、操作方便灵活、成本低、适宜于现场或野外堆焊，可以在任何位置焊接，特别是能通过堆焊焊条获得几乎所有的堆焊合金层。因此，焊条电弧堆焊是目前主要的堆焊方法之一。1.焊条电弧堆焊•焊条电弧堆焊的缺点是生产效率低、劳动条件差、稀释率高。当工艺参数不稳定时，易造成堆焊层合金的化学成分和性能发生波动，同时不易获得薄而均匀的堆焊层。焊条电弧堆焊主要用于堆焊形状不规则或机械化堆焊可达性差的工件。焊条电弧堆焊的特点（2）堆焊前工件表面清理焊条的选择及烘干堆焊工艺参数的选择预热保温和层间温度的控制堆焊预热和缓冷2）焊条电弧堆焊工艺•堆焊前工件表面进行粗车加工，并留出加工余量，以保证堆焊层加工后有3mm以上的高度。•修复部位表面上不得有铁锈、水分、油污、氧化皮等。•堆焊工件表面不得有气孔、夹渣、包砂、裂纹等缺陷。•多层堆焊修复时，必须把每一层修复熔敷金属的焊渣清理干净。堆焊前工件表面清理•根据对工件的技术要求，选择合适的焊条。有些焊条虽不属于堆焊焊条，但有时也可用作堆焊焊条，如碳钢焊条、低合金焊条、不锈钢焊条和铜合金焊条等。•为确保焊条电弧堆焊的质量，所用焊条在堆焊前应进行烘干，去除焊条药皮的吸附水分。焊条烘干一般不能超过3次。焊条的选择及烘干堆焊层厚度/mm1.55≥5焊条直径/mm3.24～55～6堆焊层数11～22堆焊电流/A80～100140～200180～240在堆焊合金成分合格的条件下，尽量选用大的焊接电流；但不应在焊接过程中由于电流过大而使焊条发红、药皮开裂、脱落。电流过大，稀释率增大，易造成堆焊合金成分偏析堆焊工艺参数的选择•预热一般只对刚性大或焊接性差、容易开裂的结构件采用。•工件堆焊前的预热温度可视工件材料的碳当量而定。•堆焊后的缓冷一般可在石棉灰坑中进行，也可适当补充加热，使其缓慢冷却。碳当量Cep/（%）0.40.50.60.70.8最低预热温度/℃100150200250300堆焊预热和缓冷•由于焊条电弧堆焊成本低、灵活性强，就其堆焊基体的材料种类而言，焊条电弧堆焊既可以在碳素钢工件上进行，又可以在低合金钢、不锈钢、铸铁、镍及镍合金、铜及铜合金等工件上进行。3)焊条电弧堆焊的应用2.氧乙炔火焰堆焊1）氧乙炔火焰堆焊的特点•堆焊层薄，表面平滑美观、质量良好。氧乙炔火焰堆焊所用的设备简单，可随时移动，操作工艺简便，灵活、成本低，尤其是堆焊需要较少热容量的中、小工件时，具有明显的优越性。而且可调整火焰能率，焊时熔深浅，母材熔化量少，能获得非常小的稀释率（1％～10％）。2）氧乙炔火焰堆焊工艺堆焊前工件表面清理堆焊工艺参数的选择预热保温和层间温度的控制堆焊预热和缓冷3)氧乙炔火焰堆焊的应用氧乙炔火焰堆焊，主要用于表面光滑，光洁、质量要求较高的零件堆焊，以及小批量的中小型的小面积的堆焊。如：阀门、油井钻头、犁铧等。1）埋弧堆焊的特点3.埋弧堆焊埋弧堆焊在熔渣层下面进行，减少了金属飞溅，消除了弧光对工人的伤害，产生的有害气体少，从而改善了劳动条件。自动化生产，生产率高。堆焊层的化学成分和性能比较均匀，堆焊层表面光洁平整。2）埋弧堆焊分类•单丝埋弧堆焊、•多丝埋弧堆焊、•带极埋弧堆焊、•串联电弧埋弧堆焊、•粉末埋弧堆焊等。3）埋弧堆焊工艺电源性质和极性、焊接电流、电弧电压、堆焊速度、焊丝直径、，其次是焊丝伸出长度、焊剂粒度和焊剂层厚度等。•埋弧堆焊主要应用于中大型零件表面的强化和修复，如轧辊、车轮轮缘、曲轴、化工容器和核反应堆压力容器衬里等。其中，应用最多的是轧辊表面堆焊。4）埋弧堆焊的应用范围谢谢