*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 堆焊技术,堆焊的基本概念,堆焊材料的类型及选择,堆焊方法,堆焊技术的应用,1,第五章 堆焊技术 堆焊的基本概念1,5.1 堆焊的基本概念,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。,2,5.1 堆焊的基本概念 堆焊是采用焊接方法将具有一定性能的,堆焊层与基体金属的结合是冶金结合，结合强度高，抗冲击性能好。,堆焊层金属的成分和性能调整方便，一般常用的焊条电弧焊堆焊焊条或药芯焊条调节配方很方便，可以设计出各种合金体系，以适应不同的工况要求。,堆焊层厚度大，一般堆焊层厚度可在230mm 内调节，更适合于严重磨损的工况。,堆焊的特点,3,堆焊层与基体金属的结合是冶金结合，结合强度高，抗冲击性能好。,节省成本，经济性好。当工件的基体采用普通材料制造，表面用高合金堆焊层时，不仅降低了制造成本，而且节约大量贵重金属。在工件维修过程中，合理选用堆焊合金，对受损工件的表面加以堆焊修补，可以大大延长工件寿命，延长维修周期，降低生产成本。,由于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。,4,节省成本，经济性好。当工件的基体采用普通材料制造，表面用高合,堆焊技术的分类,堆焊技术是熔焊技术的一种，因此凡是属于熔焊的方法都可用于堆焊。,按实现堆焊的条件，常用堆焊方法的分类如图所示。,5,堆焊技术的分类堆焊技术是熔焊技术的一种，因此凡是属于熔焊的方,堆 焊 方 法,稀 释 率,（%）,熔敷速度,/（/h）,最小堆焊厚度,/mm,熔敷效率,（%）,氧乙炔火焰堆焊,手工送丝,自动送丝,粉末堆焊,110,110,110,0.51.8,0.56.8,0.51.8,0.8,0.8,0.2,100,100,8595,焊条电弧堆焊,1020,0.55.4,3.2,65,钨极氩弧堆焊,1020,0.54.5,2.4,98100,熔化极气体保护电弧堆焊,其中：自保护电弧堆焊,1040,1540,0.95.4,2.311.3,3.2,3.2,9095,8085,埋弧堆焊,单 丝,多 丝,串联电弧,单 带 极,多 带 极,3060,1525,1025,1020,815,4.511.3,11.327.2,11.315.9,1236,2268,3.2,4.8,4.8,3.0,4.0,95,95,95,95,95,等离子弧堆焊,自动送粉,手工送粉,自动送丝,双 热 丝,515,515,515,515,0.56.8,1.53.6,0.53.6,1327,0.25,2.4,2.4,2.4,8595,98100,98100,98100,电渣堆焊,1014,1575,15,95100,6,堆 焊 方 法稀 释 率熔敷速度最小堆焊厚度熔敷效率氧,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。,稀释率高，基体金属混入堆焊层中的量多,改变了堆焊合金的化学成分,将直接影响堆焊层的固有性能。因此，堆焊时，常希望获得较低的稀释率，以充分发挥堆焊合金性能，达到预期目的。,7,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,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）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。,堆焊层与基材的相容性,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。,8,1）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,避免在熔合区产生脆性相。,堆焊的熔合区,9,避免在熔合区产生脆性相。堆焊的熔合区9,根据堆焊合金的形状可划分为丝状、铸条状、带状、粉粒状、块状堆焊合金。,5.2 堆焊材料的类型及选择,根据堆焊合金的主要成分可划分为,堆焊材料分铁基、镍基、钴基、铜基和碳化钨基等。,10,根据堆焊合金的形状可划分为丝状、铸条状、带状、粉粒状、块状,按合金元素含量分为低合金、中合金和高合金三种。根据材料的碳当量选择最低预热温度。,1.铁基堆焊材料,11,按合金元素含量分为低合金、中合金和高合金三种。根,1)珠光体钢堆焊材料：,c,0.5，堆焊层为珠光体组织，硬度2038HRC。可焊性好，有一定的耐磨性、韧性和切削加工性能，价格便宜，可用于不要求高硬度零件表面的堆焊和打过渡层的堆焊。用手工电弧堆焊和熔化极自动堆焊，焊前不预热。,2)马氏体钢：堆焊层组织为马氏体，硬度2565HRC。堆焊层韧性、强度和耐磨性都好，是最经济的堆焊材料。堆焊方法有手工电弧堆焊和熔化极自动堆焊，预热温度150350。,（1）低合金钢堆焊材料,12,1)珠光体钢堆焊材料：c0.5，堆焊层为珠光体组织,1)工、模具钢堆焊时需预热200600。可用手工电弧堆焊、气保堆焊和埋弧焊。母材碳当量较高时可先用30HRC珠光体钢堆焊一、二层，然后再堆焊耐磨层。焊后应缓冷。,（2）中、高合金钢堆焊材料,2)高锰钢（奥氏体锰钢）：硬度约200HB，受强烈冲击后转变成马氏体，硬度提高到450500HB。高锰钢用铬锰钢和高锰钢堆焊材料堆焊，主要用于高锰钢铸件缺陷的补焊和修复，一般用手工电弧焊。为减少裂纹，应采取以下措施：,a)焊前不预热，用小电流、断续焊、焊后快冷，使碳化物来不及析出。,b)采用短道焊、分散焊、焊后捶击等方法，以减少焊接应力。,c)旧件堆焊时，应先磨去表面冷作硬化部分后再焊。,13,1)工、模具钢堆焊时需预热200600。可用手工,（3）奥氏体铬镍钢：有优良的耐蚀性和抗高温氧化性，主要用于石化企业中需要耐蚀、耐热零件的堆焊。常用手工电弧焊和带极埋弧堆焊堆焊。基材是低碳（合金）钢时，先用高铬不锈钢打过渡层。多数情况下不预热，堆焊电流尽可能小。,14,（3）奥氏体铬镍钢：有优良的耐蚀性和抗高温氧化性，主要用于,(4)高铬合金铸铁：堆焊组织中含有大量柱状高硬度的Cr,7,C,3,相，有很高的抗磨粒磨损、耐热、耐蚀性能，用于铲斗齿、高炉料钟等设备的堆焊。堆焊方法有手工电弧堆焊和氧一乙炔焰堆焊，堆焊层允许有一些裂纹。,15,(4)高铬合金铸铁：堆焊组织中含有大量柱状高硬度的Cr7C,常用的镍基堆焊材料Ni-Cr-B-Si型有较低的熔点（1040）、较好的润湿性和流动性，堆焊层组织是奥氏体+硼化物+碳化物，有优良的耐低应力磨料磨损和耐金属间磨损性能，以及耐高温、耐腐蚀和抗氧化性。因镍基合金脆，一般制成铸造焊丝用气焊或钨极氩弧焊（TIG焊）堆焊。可用于高温阀门、泵的柱塞等零件的堆焊。,2.镍基堆焊材料及工艺,16,常用的镍基堆焊材料Ni-Cr-B-Si型有较低的,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200500。可用于高温腐蚀和高温磨损工况条件下工件的堆焊。,3.钴基堆焊材料及工艺,17,称为司太立合金。具有一定的抗粘着磨损能力和较高的,堆焊层是含碳化钨硬质颗粒和较软的基体金属复合材料。基体金属有铁基、镍基、钴基和铜基合金。碳化钨堆焊多用氧一乙炔焰手工堆焊，用中性焰，停留时间不宜过长，焊后应缓冷。碳化钨堆焊在石油钻探、冶金、矿山开采等设备上应用较普遍。,4.碳化钨堆焊材料及工艺,18,堆焊层是含碳化钨硬质颗粒和较软的基体金属复合材料,各种堆焊材料的性能比较,19,各种堆焊材料的性能比较19,满足工件的工作条件和要求；,经济性、母材的成分、工件的批量以及拟采用的堆焊方法。,5.堆焊材料的选择,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,20,满足工件的工作条件和要求；5.堆焊材料的选择工 作,5.3 堆焊方法,1.焊条电弧堆焊,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。,21,5.3 堆焊方法1.焊条电弧堆焊 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。,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。,22,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,焊条电弧堆焊工艺,一、,焊前准备,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。,工件上待修复部位表面上的铁锈、水分、油污、氧化皮等，堆焊修复时容易引起气孔、夹杂等缺陷，所以在焊接位复前必须清理干净。,堆焊工件表面不得有气孔、夹渣、包砂、裂纹等缺陷，如有上述缺陷须经补焊清除、再粗车后方可堆焊。,多层焊接修复时，必须使用钢丝刷等工具把每一层修复熔敷金属的焊渣清理干净。如果待修复部位表面有油和水分，可用气焊焊炬进行烘烤，并用钢丝刷清除。,23,焊条电弧堆焊工艺一、焊前准备 堆焊前工件表面进行粗车加工，,二、焊条选择及烘干,根据对工件的技术要求，如工作温度、压力等级、工件介质以及对堆焊层的使用要求，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，以免药皮变质或开裂以致影响堆焊质量。滚压工艺的缺点是只能适合一些形状简单的平板类零件、轴类零件和沟槽类零件等，对于形状复杂的零件表面就无法使用。,24,二、焊条选择及烘干根据对工件的技术要求，如工作温度、压力等级,三、焊条直径和焊接电流,为提高生产效率，总希望采用较大直径的焊条和焊接电流。但是由于堆焊层厚度和堆焊质量的限制，必须把焊条直径和焊接电流控制在一定范围内。,堆焊焊条的直径主要取决于工件的尺寸和堆焊层的厚度。,增大焊接电流可提高生产率，但电流过大，稀释率增大，易造成堆焊合金成分偏析和堆焊过程中液态金属流失等缺陷。而焊接电流过小，容易产生未焊透、夹渣等缺陷，且电弧的稳定性差、生产率低。,一般来说，在保证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。,25,三、焊条直径和焊接电流为提高生产效率，总希望采用较大直径的焊,堆焊层厚度/mm,1.5,2,堆焊电流/A,80100,140200,180240,26,堆焊层厚度/mm1.555焊条直径/mm3.245,四、堆焊预热和缓冷,堆焊中最常碰到的问题是开裂，为了防止堆焊层和热影响区产生裂纹，减少零件变形，通常要对堆焊区域进行预热和焊后缓冷。,预热是焊接修复开始前对被堆焊部位局部进行适当加热的工艺措施，一般只对刚性大或焊接性差、容易开裂的结构件采用。预热可以减小修复后的冷却速度，避免产生淬硬组织，减小焊接应力及变形，防止产生裂纹。工件堆焊前的预热温度可视工件材料的碳当量而定