堆焊是指用于对工件的任意部位焊敷一层特殊的合金面,其目的是提高工作面的耐磨损,耐腐蚀和耐热等性能,以降低成本,提高综合性能和使用寿命,堆焊也常用于修旧利废恢复原有尺寸。
1.堆焊焊条的型号
根据GB/T 984-2001《堆焊焊条》的规定,常规堆焊焊条的型号根据熔敷金属的化学成分、药皮类型和焊接电流种类划分,仅有碳化钨管状堆焊焊条型号根据芯部碳化钨粉的化学成分和粒度划分。
(1)堆焊焊条型号编制方法
1)第一位字母“E”表示焊条。
2)第二位字母“D”表示用于表面耐磨堆焊。
3)后面用一位或两位字母、元素符号表示焊条熔敷金属化学成分分类代号(见表2-11),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“-”与前面符号分开。
4)型号中最后两位数字表示药皮类型和焊接电流种类,用短划“-”与前面符号分开(见表2-12)。
药皮类型和焊接电流种类不需要限定时,型号可以简化,如EDPCrMo-Al-03可简化成EDPCrMo-Al。
表2-11 堆焊焊条熔敷金属化学成分分类
表2-12 堆焊焊条药皮类型和焊接电流种类
(2)碳化钨管状堆焊焊条型号编制方法
1)第一位字母“E”表示焊条。
2)第二位字母“D”表示用于表面耐磨堆焊。
3)后面用字母“G”和元素符号“WC”表示碳化钨管状焊条,其后用数字1、2、3表示芯部碳化钨粉化学成分分类代号。
4)短划“-”后面为碳化钨粉粒度代号。
堆焊焊条型号举例如下:
2.堆焊焊条的牌号
堆焊焊条的牌号由字母“D”和3个数字组成。
1)第一位字母“D”表示堆焊焊条。
2)第一位数字表示堆焊用途、组织或焊缝金属主要成分,从0到9共10个编号:D0-不规定;D1-普通常温用;D2-普通常温用或常温高锰钢用;D3-模具、刀具、工具用;D4-刀具、工具用(耐高温);D5-阀门用;D6-合金铸铁型;D7-碳化钨型;D8-钴基合金。
3)第二位数字表示同一种用途中,用途或成分有差异,从0到9共10个编号。
4)第三位数字表示药皮类型和焊接电源种类。
堆焊焊条牌号举例如下:
3.堆焊焊条型号与牌号对照关系及应用
常用堆焊焊条型号与牌号的对照及应用见表2-13。
表2-13 常用堆焊焊条型号与牌号的对照及应用
(续)
4.堆焊材料的种类与选择
(1)堆焊材料主要有铁基、镍基、钴基、铜基堆焊金属和碳化物堆焊金属等。
1)铁基堆焊金属品种较多,适用范围广,韧性和耐磨性较好,其最大的优点是成本低,因而使用广泛,大致有以下4类。
一是珠光体钢堆焊金属,这种类型合金焊接性好,抗冲击能力强,硬度较低,主要用于修复轴类机械零部件。
二是奥氏体钢堆焊金属,奥氏体锰钢堆焊金属具有较高的冲击韧性和加工硬化的特点,但容易产生热裂纹,一般用来修复在严重冲击载荷下金属间磨损和磨料磨损的零件,如矿山料车、铁路道岔等。奥氏体铬锰堆焊金属比奥氏体锰钢焊接性好,且有较好的耐蚀性、耐热性和抗热裂纹性,主要修复受严重冲击的金属间磨损的锰钢和碳素钢零件。
三是马氏体钢堆焊金属,这类堆焊金属的组织主要为马氏体,堆焊层的硬度和屈服强度高、耐磨性好,可受中等冲击,但抗冲击能力比珠光体钢和奥氏体钢堆焊层差。主要用于修复金属间磨损的零件,如齿轮、牵引车底盘等。
四是合金铸铁堆焊金属,这类堆焊层具有较高的抗磨料磨损、耐热、耐腐蚀性能,抗氧化性能良好,能耐轻度的冲击,但堆焊时很容易出现裂纹。主要用于堆焊农机具、矿山设备等零件。
2)镍基堆焊金属使用最多的是镍铬硼硅系列合金,其具有优良的抗低应力磨料磨损和抗金属间磨损的性能,较好的耐腐蚀,耐热和抗高温氧化性能,但抗高应力磨料磨损和耐冲击性稍差,通常用于腐蚀介质或高温环境中受到低应力磨料磨损的场合。
含金属间化合物的镍基合金,如Ni-32Mo-15Cr-3Si高温硬度高,具有优良的耐金属间磨损和中等的磨料磨损的能力,但抗冲击性较差。这种合金比较适用于钨极气体保护电弧堆焊或等离子弧堆焊,常用来堆焊在严重腐蚀介质中工作的阀门密封面。
含碳化物的镍基合金的价格比钴基合金低得多,从经济角度看,成为钴基堆焊金属的替代品而得到较多应用。
3)钴基堆焊金属主要指钴铬钨合金,在650℃左右能保持较高的强度和硬度,具有一定的耐腐蚀性和优良的抗黏着磨损性能,在各种堆焊金属中钴基合金的综合性能最好,常用于高温工作状态的零件表面堆焊。
4)铜基堆焊金属通常有青铜、黄铜、白铜、纯铜4类。铜基堆焊合金耐腐蚀、耐气蚀和耐金属间磨损的性能较好,可在铁基材料上堆焊制作成双金属件,也可用来修补磨损的零件;但铜基堆焊金属的耐硫化物腐蚀、耐磨料磨损和抗高温蠕变的能力较差,硬度低,也不容易施焊,只适用于200℃以下的环境中,这类堆焊金属主要用于轴瓦、低压阀门密封面等的堆焊。
5)碳化物堆焊金属主要用于受严重磨损的工况,如油井钻头、筑路机械零件的堆焊。
(2)堆焊材料的性能比较见表2-14。
表2-14 堆焊材料性能比较
(3)堆焊材料的选择根据工作条件选择堆焊用材料,见表2-15。
表2-15 堆焊材料选择
(续)
5.堆焊焊条使用的注意事项
堆焊中最常见的问题是开裂,防止开裂的主要方法如下。
(1)焊前预热
1)预热温度:堆焊焊条在焊接使用中开裂与工件及焊缝熔敷金属的碳含量、合金元素之间有直接关系,因此预热温度一般依据所用焊条的碳当量来估算。
碳当量计算公式为
公式(2-1)适用于低、中、高碳钢和低合金钢材料;高锰钢及奥氏体不锈钢,可不预热;高合金钢预热温度>400℃。
2)预热温度与碳当量之间关系见表2-16。
表2-16 预热温度与碳当量之间的关系
(2)控制层间温度在焊接生产中,层间温度一般不低于预热温度。
(3)焊后缓冷一般在石棉被中冷却,也可适当补充加热。
(4)选择合理的工艺参数焊条电弧焊工艺参数见表2-17。
表2-17 焊条电弧焊工艺参数
(5)焊后热处理焊后进行消除应力热处理。
(6)选用适用焊条避免多层堆焊时开裂,采用低氢型堆焊焊条。
(7)堆焊过渡层必要时,堆焊层与母材之间堆焊过渡层,采用碳当量低、韧性高的焊条。