堆焊

用電焊或氣焊法把金屬熔化，堆在工具或機(jī)器零件上的焊接法。通常用來修復(fù)磨損和崩裂部分。

生產(chǎn)中采用的堆焊方法非常多，現(xiàn)將幾種堆焊方法的稀釋率和熔敷速率對(duì)比如 所示。

堆焊模具制造

塑料模表面的打毛，增加美感和使用壽命；頭盔塑料模具分型面堆焊修復(fù)；鋁合金壓鑄模具分流錐表面強(qiáng)化；模具腔超差、磨損、劃傷等修復(fù)與強(qiáng)化。

堆焊塑料橡膠

橡塑機(jī)械零部件修復(fù)，橡膠、塑料件用的模具超差、磨損與修補(bǔ)。

堆焊航空航天

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件、渦輪、渦輪軸修復(fù)或修補(bǔ)，火箭噴嘴表面強(qiáng)化修理，飛機(jī)外板部件修復(fù)，人造衛(wèi)星外殼強(qiáng)化或修復(fù)，鈦合金件的局部滲碳強(qiáng)化，鐵基高溫合金件的局部滲碳強(qiáng)化，鎂合金的表面滲A1等防腐蝕涂層，鎂合金件局部缺陷堆焊修補(bǔ)，鎳基/鈷基高溫合金葉片工件局部堆焊修復(fù)，如：葉片葉冠阻尼面與葉尖的磨損和導(dǎo)葉的燒蝕等。

堆焊制造維修

汽車制造和維修工業(yè)中，用于凸輪、曲軸、活塞、汽缸、剎車盤，葉輪，輪轂，離合器、摩擦片、排氣閥等補(bǔ)差和修復(fù)，汽車體的表面焊道缺陷補(bǔ)平修正。

堆焊船舶電力

電曲軸、軸套、軸瓦、電氣元件、電阻器等修復(fù)，電氣鐵路機(jī)車輪與底線軌道連接片的焊接，電鍍廠導(dǎo) 電輥、金屬氧化處理銅鋁電極的制作焊接。

堆焊機(jī)械工業(yè)

修正超差工件和修復(fù)機(jī)床導(dǎo)軌、各種軸、凸輪、水壓機(jī)、油壓機(jī)柱塞、氣缸壁、軸頸、軋輥、齒輪、皮帶輪、彈簧成形用的芯軸、塞規(guī)、環(huán)規(guī)、各類輥、桿、柱、鎖、軸承等。

堆焊鑄造工業(yè)

鐵、銅、鋁鑄件砂眼氣孔等缺陷的修補(bǔ)，鋁模型磨損修復(fù)。

冷焊堆焊技術(shù)是利用高頻電火花放電原理，對(duì)工件進(jìn)行無熱堆焊，來修補(bǔ)金屬工件的表面缺陷與磨損，能保證工件的完好性；也可以利用其強(qiáng)化功能對(duì)工件進(jìn)行強(qiáng)化處理，實(shí)現(xiàn)工件的耐磨性、耐熱性、耐蝕性等。冷焊堆焊設(shè)備對(duì)金屬制品工件修補(bǔ)后不變形、不退火、溶接強(qiáng)度高、抗耐磨?？赏ㄟ^金相、拉伸及硬度測(cè)試，同時(shí)焊材與基體的冶金結(jié)合保證了焊接的牢固性。常用于精密鑄件的針孔、氣孔、毛刺、飛邊 、磕碰、劃傷、崩角、塌角 、砂眼、裂紋、磨損、內(nèi)陷 、制造錯(cuò)誤、制造缺陷、焊接缺陷的修復(fù)與機(jī)械表面強(qiáng)化。

堆焊產(chǎn)生背景

石油化工行業(yè)的加氫反應(yīng)器、原流合成塔、煤液化反應(yīng)器及核電站的厚壁壓力容器等內(nèi)表面均需大面積堆焊耐高溫，抗氧及硫化氫等腐蝕的不銹鋼襯里。70年代，在該領(lǐng)域內(nèi)，國(guó)內(nèi)外大量采用了帶極埋弧堆焊（SAW）技術(shù)。帶極的寬度也從窄帶向60mm、90mm、120mm、150mm的寬帶方向發(fā)展。該技術(shù)在稀釋率和熔敷速度上比絲極埋弧焊有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但隨著壓力容器日趨大型化、高參數(shù)化，促使堆焊技術(shù)向更優(yōu)質(zhì)更高效的方向發(fā)展。70年代初，德國(guó)首先發(fā)明，后被日、美、前蘇聯(lián)等國(guó)進(jìn)一步完善的帶極電渣堆焊技術(shù)由于它具有比帶極埋弧焊更高的生產(chǎn)效率、更低的稀釋率和良好的焊縫成形等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)內(nèi)外得到迅速發(fā)展和較普遍的應(yīng)用。

堆焊內(nèi)容關(guān)鍵

帶極電渣堆焊是利用導(dǎo)電熔渣的電阻熱熔化堆焊材料和母材的，除引現(xiàn)階段外，整個(gè)堆焊過程應(yīng)設(shè)有電弧產(chǎn)生。為了獲得穩(wěn)定的電渣堆焊過程，有以下幾個(gè)技術(shù)關(guān)鍵

堆焊焊接電源

在電渣堆焊過程中，渣池的穩(wěn)定性對(duì)堆焊質(zhì)量影響極大，而電壓的波動(dòng)又是影響渣池穩(wěn)定性的最關(guān)鍵因素，故希望堆焊過程電壓波動(dòng)最小，因此要求選用恒壓特性的直流電源。此外，電源應(yīng)具有低電壓，大電流輸出、控制精度高、較強(qiáng)的補(bǔ)償網(wǎng)路電壓波動(dòng)的能力和可靠的保護(hù)性能。電源的額定電流視所用帶寬而異，一般對(duì)60mm×0.5mm帶極，額定電流為1500A，90mm×0.5mm為2000A，120mm×0.5mm為2500A。

堆焊焊劑

獲得穩(wěn)定電渣過程的另一個(gè)必要條件是焊劑必須具有良好的導(dǎo)電性。一般電渣堆焊焊劑的電導(dǎo)率需達(dá)2～3Ω-1cm-1，為普通埋弧焊焊劑的4～5倍。國(guó)內(nèi)外采用的電渣焊劑多為燒結(jié)型。焊劑電導(dǎo)率的大小，取決于焊劑組分中氟化物（NaF、CaF2、Na3AIF6等）的多少，當(dāng)氟化物（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）少于40%，堆焊過程為電弧過程，在40%～50%范圍大致是電弧、電渣聯(lián)合過程；當(dāng)氟化物大于50%后，可形成全電渣過程。CaF2既是良好的導(dǎo)電材料又是主要的造渣劑，因此CaF2通常是電渣堆焊焊劑的主要成分。除了導(dǎo)電性外，焊劑還需有良好的堆焊工藝性（脫渣、成形、潤(rùn)濕性）及良好的冶金特性（合金元素?zé)龘p小，不利元素增量少），適宜的粒度（一般比埋弧焊焊劑粒度細(xì)）。滿足上述要求，已用于生產(chǎn)的焊劑種類很多，如有國(guó)外的FJ-1（日本）、EST122（德國(guó)）、Sandvik37S（美國(guó)）；國(guó)產(chǎn)的SJ15、SHD202等等。

堆焊磁控裝置

對(duì)于寬帶極（帶極寬度大于60mm）電渣堆焊，由于磁收縮效應(yīng)，會(huì)使堆焊層產(chǎn)生咬邊，隨著帶極寬度增加，堆焊電流增大，咬邊現(xiàn)象越重，因此必須采用外加磁場(chǎng)的方法來防止咬邊的產(chǎn)生（磁控法）。同時(shí)必須合理布置磁極位置，選擇合理的激磁電流大小，外加磁場(chǎng)太強(qiáng)或太弱均會(huì)影響堆焊焊道的成形。二個(gè)磁極的磁控電流應(yīng)可分別調(diào)整。比如對(duì)于非預(yù)熱的平焊位置的工件，當(dāng)帶極為60mm×0.5mm時(shí)，磁控裝置的南、北極控制電流分別為1.5A和3.5A；對(duì)于90mm×0.5mm的帶極則分別為3A和3.5A。

堆焊工藝參數(shù)

采用合理的堆焊工藝參數(shù)是保證電渣堆焊過程穩(wěn)定，焊縫質(zhì)量良好的有效手段。影響帶極電渣堆焊質(zhì)量的工藝參數(shù)最主要的有焊接電壓、電流和焊接速度，其次還有干伸長(zhǎng)，焊劑層厚度，焊道間搭接量、焊接位置等。① 精確控制焊接電壓對(duì)帶極電渣堆焊具有重要意義，當(dāng)電壓太低，有帶極粘連母材的傾向。電壓太高，電弧現(xiàn)象明顯增加，熔池不穩(wěn)定，飛濺也增大，推薦的焊接電壓可在20～30V之間優(yōu)選。② 焊接電流對(duì)帶極電渣堆焊質(zhì)量影響也較大。焊接電流增加，焊道的熔深、熔寬、堆高均隨這增加，而稀釋率略有下降，但電流過大，飛濺會(huì)增加。不同寬度的帶極應(yīng)選擇不同的焊接電流，比如對(duì)φ75mm×0.4mm的帶極，電流可在1000～1300A之間優(yōu)選。③ 隨著焊接速度的增加，焊道的熔寬和堆高減小，熔深和稀釋率增加，焊速過高，會(huì)使電弧發(fā)生率增加，為控制一定的稀釋率，保證堆焊層性能，焊接速度一般控制在15～17cm/min。④ 帶級(jí)電渣堆焊時(shí)，母材傾角會(huì)影響稀釋率和焊道成形，一般推薦采用水平位置或稍帶坡度（1o～2o；）的上坡焊為宜。⑤ 其他一些參數(shù)的推薦值為：帶極伸出長(zhǎng)度為25～35mm，焊劑厚度25～35mm，焊道搭接量5～l0mm。

堆焊應(yīng)用范圍

帶極電渣堆焊與帶極埋弧堆焊比有以下優(yōu)點(diǎn)：1）熔敷效率高，在中等電流下，比埋弧焊高50%；3）堆焊層成形良好，不易有夾渣等缺陷，表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，表面不平度小于0.5mm（埋弧堆焊時(shí)大于lmm）故表面無需機(jī)械加工，省料省時(shí)。4）帶極中合金元素?zé)龘p和不利元素增量極少，堆焊層的塑性和韌性高于埋弧難焊。5）由于接頭熔合區(qū)的碳擴(kuò)散層窄，馬氏體帶寬度小，故接頭熔合區(qū)性能優(yōu)于帶極埋弧堆焊。正由于帶極電渣堆焊有上述優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外在加氫控制反應(yīng)器、煤氣工程熱壁交換爐、核電站設(shè)備中壓力容器的內(nèi)表面大面積堆焊中均得到了廣泛應(yīng)用。由于電渣帶圾堆焊自身的一些特點(diǎn)，它也有定的應(yīng)用范圍：帶極電渣堆焊熱輸入較高，故一般用于堆焊50～200mm的厚壁工件，推薦適用的工件最小直徑和壁厚如表1所示。表 1 推薦適用于帶極電渣堆焊的最小直徑和壁厚電極尺寸最小基體厚度最小曲面直徑外表面 內(nèi)表面60×0.5 40 250 45090×0.5 80 500 900

堆焊引言

電力工業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，一直是國(guó)家發(fā)展的重點(diǎn)對(duì)象。近二十年是中國(guó)電力發(fā)展史上發(fā)展最快，成就最大的時(shí)期。截止到1998年，中國(guó)電力裝機(jī)容量達(dá)到277 289MW，全年發(fā)電量達(dá)11 576億千瓦小時(shí)，全國(guó)大型火力發(fā)電廠（裝機(jī)容量1000MW以上）已達(dá)68家[1]。隨著電廠數(shù)量增加、單機(jī)容量和參數(shù)不斷提高，機(jī)組維護(hù)、修復(fù)也日趨復(fù)雜重要。作為汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組心臟部件——發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其運(yùn)行精度高，運(yùn)轉(zhuǎn)速度快，制造成本高，一旦損壞，將直接導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組輸出功率下降甚至癱瘓。曾采用熱噴涂、氬弧焊、貼片機(jī)、電刷鍍等多種工藝進(jìn)行修復(fù) [2]，但修復(fù)后的實(shí)際實(shí)用效果均不令人滿意。本文采用中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院表面工程技術(shù)研究所研制生產(chǎn)的DZ-1400型電火花堆焊設(shè)備（簡(jiǎn)稱 ESD）對(duì)磨損的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子密封段軸徑現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，獲得滿意效果和成功經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)已完成近二十根磨損轉(zhuǎn)子軸徑的修復(fù)，其中修復(fù)后運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的已超過兩年半。實(shí)踐證明，電火花堆焊工藝在電廠部件的修復(fù)中發(fā)揮重要作用，產(chǎn)生出巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

堆焊軸徑磨損

0.125mm。一但軸徑磨損或拉傷，密封層中油壓難以維持均衡，氫氣就會(huì)泄露，軸徑與瓦間密封層被完全破壞，轉(zhuǎn)子的高速運(yùn)轉(zhuǎn)受到阻礙，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致機(jī)組不能工作。電火花堆焊及相關(guān)工藝比較~為保證轉(zhuǎn)子高速運(yùn)行和冷卻效果，轉(zhuǎn)子軸與瓦間由氫氣、油、水組成的三級(jí)密封層。運(yùn)行中軸徑與軸瓦的間隙保持在0.075電火花堆焊工藝有別于焊接、噴涂或元素滲入等工藝。簡(jiǎn)單地講，是介于它們中間的工藝，間有焊接等工藝的一些特點(diǎn)，又有熱輸入量小、焊層與母材冶金結(jié)合等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的工藝。在某些特殊要求應(yīng)用上，電火花堆焊工藝彌補(bǔ)了其他工藝的不足（工作原理另文發(fā)表）。表1是電火花堆焊工藝與其他工藝比較。

堆焊部件應(yīng)用

近兩年，采用電火花沉積堆焊工藝成功解決電廠關(guān)鍵部件的修復(fù)及表面強(qiáng)化問題，如汽輪機(jī)汽缸密封面沖蝕修復(fù)，熱網(wǎng)循環(huán)泵主軸磨損面修復(fù)等。

堆焊結(jié)論

⒈ 電火花堆焊層與母材冶金結(jié)合，堆焊熱影響區(qū)極窄，殘余應(yīng)力可忽略不計(jì)。⒉ 采用電火花堆焊工藝對(duì)電廠關(guān)鍵部件損壞進(jìn)行修復(fù)，可在線操作，工藝簡(jiǎn)單。補(bǔ)焊后加工量小，減少停機(jī)時(shí)間。⒊ 電火花堆焊工藝在電廠具有廣泛的應(yīng)用前景，蘊(yùn)藏著巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

手工電弧焊，堆焊雙輥破碎機(jī)輥面，取得了使用壽命達(dá)10個(gè)月，破碎熟料15萬噸的效果。堆焊要點(diǎn)如下：⑴焊條的選用：要選用D－65、D－667和506焊條，堆焊前，按焊條使用說明，將焊條烘干，放在保溫箱中備用。（使用506級(jí)別的焊接材料會(huì)造成嚴(yán)重的剝落。選用堆焊打底的材料應(yīng)選用100S-G以上級(jí)別的焊接材料）⑵輥面處理：輥面修復(fù)可分為局部直接補(bǔ)焊和整體清除后整體補(bǔ)焊兩種方法，也可以說是兩個(gè)過程。沿輥寬方向的不均勻磨損和花紋、硬質(zhì)點(diǎn)的不均勻磨損以及輥面的整體磨損，可采取局部修復(fù)方法直接補(bǔ)焊；在經(jīng)過5-6次直接補(bǔ)焊以后，由于母體反復(fù)承受高擠壓應(yīng)力作用，焊接微裂紋不斷擴(kuò)展，磨輥表面會(huì)產(chǎn)生一定厚度的疲勞層，此時(shí)若再用耐磨修復(fù)焊條直接補(bǔ)焊，易產(chǎn)生層間脫落，故需對(duì)磨輥表面疲勞層徹底清理后再進(jìn)行耐磨層堆焊。協(xié)興水泥廠對(duì)輥面的修復(fù)為整體清除后補(bǔ)焊。無論是直接補(bǔ)焊還是整體清除后補(bǔ)焊，磨輥的圓度誤差和兩輥直徑誤差都不能過大，否則會(huì)引起輥壓機(jī)水平振動(dòng)和兩磨輥不均勻載荷加大。清理輥面疲勞層，可用碳弧氣刨進(jìn)行清理，要將輥面的疲勞層刨凈，使輥?zhàn)勇冻瞿覆膶印６押盖?，要按焊條使用說明，對(duì)焊條進(jìn)行烘干，對(duì)焊件預(yù)熱，焊后緩冷。⑶要選用功率為10千伏安以上的直流或20千伏安以上的交流電焊機(jī)。使用直流焊機(jī)要反接（焊條接正極）。堆焊時(shí)，用交流焊機(jī)要求空載電壓≥70V，電流應(yīng)掌握在200A左右。如空載電壓低于70V時(shí)，要加大電流，以焊條和母材充分溶合為準(zhǔn)。焊道寬度和高度的比例以3:1為宜。這樣才真正和母材熔結(jié)牢固，形成所需的耐磨組織。⑷堆焊次序及厚度：輥面預(yù)熱后，要先用506焊條堆焊1－3層，將輥找圓。然后均勻地堆焊數(shù)層D－667，達(dá)到應(yīng)有厚度。D－667焊層堆焊完后，再堆焊一層D－65，堆焊厚度為3－5mm；D－65焊層堆焊后，再用D－65堆焊一層凌形花紋。（輥面磨損的產(chǎn)生，須同時(shí)具備粉碎物料所需的壓力和相對(duì)滑動(dòng)兩個(gè)因素。壓力由物料性質(zhì)所決定，通常難以改變。而通過輥面花紋形式來減少物在擠壓過程中與輥面的相對(duì)滑動(dòng)，較容易些。國(guó)內(nèi)早期使用的人字形花紋雖然能阻止物料的圓周滑動(dòng)，但并未制約對(duì)物料在擠壓過程中的軸向滑動(dòng)，尤其在擠壓顆粒較小的物料時(shí)，磨損更為嚴(yán)重。與此相比，采用凌形花紋且中間加硬質(zhì)點(diǎn)的輥面，耐磨性為最好。）凌形花紋的邊長(zhǎng)為4－5cm，焊道寬度為1cm左右，高度為4mm左右。各耐磨層的厚度要力求均勻一致，以使擠壓輥在使用過程中永遠(yuǎn)保持圓形。⑸堆焊時(shí)，要三班倒，歇人不歇馬，使焊件長(zhǎng)時(shí)間地保持較高的溫度。

原理

耐磨材料等離子弧堆焊技術(shù)是采用等離子弧堆焊方法，利用等離子弧的高溫，電流密度大的特點(diǎn)。將高硬度質(zhì)顆粒均勻地釬鑲于堆焊層金屬中，而硬質(zhì)顆粒不產(chǎn)生熔化或很少產(chǎn)生熔化.形成復(fù)合堆焊層.這種復(fù)合堆焊層是由兩種以上在宏觀上具有不同性質(zhì)的異種材料組成.一種是在堆焊層中起主要耐磨作用的碳化物硬質(zhì)顆粒，一般為鑄造碳化鎢，碳化鉻，碳化硼，燒結(jié)碳化鎢等.從原則上講各種碳化物，硼化物甚至硬度更高的金剛石都可以作為復(fù)合堆焊層的組成物.國(guó)內(nèi)外工業(yè)上復(fù)合材料等離子弧堆焊應(yīng)用焊接較多的硬質(zhì)顆粒是鑄造碳化鎢，它是由共晶組成，硬度為250～300.堆焊層的另一種組成金屬是起"牯結(jié)"作用的基材金屬，也稱之為胎體金屬，它是堆焊層中的基體.一般認(rèn)為，硬質(zhì)顆粒與胎體金屬的結(jié)合是釬焊結(jié)合，堆焊層與母材的結(jié)合為冶金結(jié)合.

特點(diǎn)

采用等離子弧堆焊技術(shù)獲得的復(fù)合堆焊層質(zhì)量穩(wěn)定可靠.復(fù)合材料等離子弧堆焊技術(shù)的最新進(jìn)展可使堆焊層達(dá)到無氣孔，裂紋及碳化物燒損，熔解等缺陷.碳化物顆粒在堆焊層中分布均勻.耐磨材料堆焊層耐磨性高，在磨損嚴(yán)重的工況條件下，復(fù)合堆焊層的耐磨性表現(xiàn)尤為突出，可較通常的鐵，鈷，鎳基合金表面保護(hù)層提高耐磨使用壽命幾倍甚至十幾倍.具有較高的結(jié)合強(qiáng)度.由于堆焊層與被保護(hù)工件表面是冶金結(jié)合，因此可以滿足很高的強(qiáng)度要求.同熱噴涂獲得的復(fù)合耐磨保護(hù)層比較，堆焊層結(jié)合強(qiáng)度是熱噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的3—8倍.復(fù)合堆焊層能滿足一定的抗沖擊要求.例如，水泥生產(chǎn)設(shè)備的石灰石破碎機(jī)錘頭，由于在磨損過程中所受的沖擊力較大，一般采用高錳鋼材料，使用壽命較低，在表面堆焊高碳高鉻合金后，易造成堆焊層破碎剝離，若采用復(fù)合耐磨堆焊層可避免這種情況發(fā)生，并且耐磨性明顯提高.可實(shí)現(xiàn)高教自動(dòng)化生產(chǎn)，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度,改善作業(yè)條件.提高勞動(dòng)生產(chǎn)率.

中文名稱

帶極堆焊

英文名稱

strip surfacing

定　　義

使用帶狀熔化電極進(jìn)行堆焊的方法。

應(yīng)用學(xué)科

機(jī)械工程（一級(jí)學(xué)科），焊接與切割（二級(jí)學(xué)科），熔焊（三級(jí)學(xué)科）