焊接-堆焊技术

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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。
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堆焊方法
氧乙炔火焰堆焊
手工送丝 自动送丝 粉末堆焊
焊条电弧堆焊
钨极氩弧堆焊
熔化极气体保护电弧堆焊 其中：自保护电弧堆焊
埋弧堆焊
单丝 多丝 串联电弧 单带极 多带极
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。
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。
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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。
为修复与强化。
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堆焊的特点
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2～30mm 内调节， 更适合于严重磨损的工况。
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5. 堆焊材料的选择
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。
工作条件 高应力金属间磨损 低应力金属间磨损 金属间磨损+腐蚀或氧化 低应力磨料磨损、冲击浸蚀、磨料浸蚀 低应力严重磨料磨损，切割刃
严重冲击 严重冲击+腐蚀+氧化
高温下金属间磨损 热稳定性，高温蠕变强度（540℃）
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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。
0.25 2.4 2.4 2.4
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熔敷效率 （%）
100 100 85～95
65
98～100
90～95 80～85
95 95 95 95 95
85～95 98～100 98～100 98～100
95～100 6
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。
等离子弧堆 焊
自动送粉 手工送粉 自动送丝 双热丝
电渣堆焊
稀释率 （%）
1～10 1～10 1～10
10～20
10～20
10～40 15～40
30～60 15～25 10～25 10～20 8～15
5～15 5～15 5～15 5～15
10～14
熔敷速度 /（㎏/h）
0.5～1.8 0.5～6.8 0.5～1.8
0.5～5.4
0.5～4.5
0.9～5.4 2.3～11.3
4.5～11.3 11.3～27.2 11.3～15.9
12～36 22～68
0.5～6.8 1.5～3.6 0.5～3.6 13～27
15～75
最小堆焊厚度 /mm
0.8 0.8 0.2
3.2
2.4
3.2 3.2
3.2 4.8 4.8 3.0 4.0
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。
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（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。
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。
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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。
手工电弧堆焊
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1. 铁基堆焊材料
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。
不同碳当量下堆焊金属的预热温度
碳当量/ω(c)eq % 0.4
预热温度/℃ ≥100
0.5
≥150
0.6
≥200
0.7
≥250
0.8
≥300
*
碳当量 (c)eq
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
c
Mn
6
27
碳当量Cep /（%） 0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
最低预热温度/ ℃ 100 150 200 250 300
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2. 氧乙炔火焰堆焊
氧乙炔火焰堆焊使用氧气和乙炔混合燃烧产生的火 焰作热源的堆焊方法。
堆焊合金 钴基合金 低合金钢
钴基、镍基合金 高合金铸铁 碳化物 高合金锰钢 钴基合金 钴基合金
钴基、镍基合金
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1. 焊条电弧堆焊
5.3 堆焊方法
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。
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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。
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。
耐磨料磨损性能最好，受磨面变粗糙
2 高铬舍金铸铁 耐低应力磨料磨损性很好，抗氧化
3 钴基合金 抗氧化、耐腐蚀、耐热及抗蠕变
4 镍基合金 耐腐蚀，也能抗氧化和抗蠕变
5 马氏体钢 6 珠光体钢
兼有良好的耐磨料磨损和耐冲击性能 价廉，耐磨料磨损与抗冲击较好
7 奥氏体钢 可加工硬化
不锈钢
耐腐蚀
高锰钢， 韧性最好，耐凿削式磨料磨损性较好
资料卡
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。
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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） 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。
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堆焊层厚度/ mm
焊条直径/mm 堆焊层数 堆焊电流/A
<1.5
3.2 1 80～100
<5
4～5 1～2 140～200
≥5
5～6 >2 180～240
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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。
2) 马氏体钢：堆焊层组织为马氏体，硬度25~65HRC。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150～350℃。
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（2） 中、高合金钢堆焊材料
1) 工、模具钢堆焊时需预热200～600℃ 。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) 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450～500HB。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：
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。
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韧性增加 耐磨料磨损性能增加
各种堆焊材料的性能比较
堆焊合金性能比较
1 碳化钨
Si
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Cr
5
Mo
4
Ni