堆焊入门1.docx

1、堆焊入门1堆焊入门1、 堆焊定义：用焊接方法在零件表面堆敷一层具有一定性能的材料，以增加零件的耐磨、耐热、耐腐蚀等方面性能。在冶金、矿山、电力、农业、石油等行业被广泛应用。2、堆焊须注意几点：根据使用要求，合理选用堆焊合金；尽量降低母材稀释率；（摆动、防工件变形）提高生产率；（明弧）希望堆焊金属和母材有相近的膨胀系数和相变温度。（高铬铸铁）3、堆焊目的：降低成本延长使用寿命减少维修（费用及时间）减少备件一、 金属磨损主要形式：据专家早年对金属损耗的综合统计，世界每年生产的金属材料有1/3是被磨损掉；还有1/3是被腐蚀掉的。磨损是多因数相互影响的过程，受温度、速度、润滑、载荷等等影响，故耐磨性不

2、是金属固有的性能。大两统计表明，75%机器零件是因磨损而报废。1、粘着磨损（金属和金属间）：相对移动-表面不平-局部高温焊合或转移到另一表面。如：轴、轴承、履带轮、制动轮等等。15%堆焊材料：较小磨擦系数；硬度和与其相摩擦的金属相近。主要低碳和中碳合金钢。耐冲击条件时也有用高锰钢。2、磨料磨损（金属和非金属间）：硬质颗粒和表面粗糙的物体（岩石、矿石、沙子、土壤、硬金属削、沙布、沙轮等）对金属表面进行显微切削。50%凿削磨料磨损：磨粒以很大冲击力切入金属表面形成沟漕。如挖掘机斗齿、破碎机锤头和颚板。要求高韧性耐磨材料，如奥氏体高锰钢、回火的马氏体合金钢。高应力（三体）磨料磨损：两金属间夹有磨料，

3、接触点上有很高压应力，使金属被碾碎，同时引起金属显微划伤或使硬相（如碳化物）剥落。如电厂中速磨、球磨机、挖掘机脸条链轮等。冲击是次要的，需材料有高的抗压强度和硬度，可用合金白口铸铁、碳化钨、高碳钢。 低应力（二体）磨料磨损：固态磨料以某种速度、较自由地与所接触的金属表面相对运动引起，冲击力较小。含有磨料的气体或液体冲击金属表面也可属此类。推土机铲刀、犁铧、泥浆泵叶轮、粉尘排除设备等。要求材料有高耐磨性和硬度，如白口铸铁、碳化钨、马氏体钢等。以上主要比较耐磨和冲击程度来找最佳平衡点。3、热疲劳：热轧辊、热锻摸、压铸摸等。要含Cr、W、Mo、V合金钢和Co基、Ni基等。4、磨蚀磨损：磨损付蚀。Cr

4、-Ni钢、Co基、Ni基等5、气蚀磨损：水轮机叶片、船舶螺旋浆、水泵等6、冲击、疲劳、微动等等。磨损往往是复合的和变化的，如：轧辊（粘着、应力疲劳、冷热疲劳、高温氧化、氧化皮磨料、气蚀）、制动、摩擦等。二、公司材料种类和用途：1、低合金钢： H3* H2*耐严重磨粒磨损、交变应力-中等金属间磨损H3*用于作过渡层或恢复被磨损零件的尺寸。如导轨、链轮、轴类、起重机轮等 H2*主要用于堆焊较低温度工作的各种轧辊。3、奥氏体锰钢： H5*优良的耐冲击性能，可冷作硬化，用于严重冲击-轻微磨粒磨损。如破碎机锤头、颚板，破碎机辊等。4、碳化钛强化钢： H6*中等冲击-严重磨粒磨损，不裂，HRc近60，专门

5、用于水泥厂辊压机辊的修复5、马氏体不锈钢： H4*中等冲击，中等金属间磨损，中等磨粒磨损。用于较高温度工作的钢轧辊、水压 机柱塞、部分轴类等。 6、高铬铸铁类型： H9* H1*Fe-Cr胎体上分布着大量初生碳化物，Cr/C到5以上碳化物主要呈颗粒状分布， 根据合金含量及与C的亲和力形成各种合金化物。_ 与C亲和力加强Mn Fe Cr Mo(W) V Nb Ti耐严重磨粒磨损和低的冲击力。用于挖土机、采矿机、破碎机、输送带零件修复_三、各种堆焊方法1、氧乙炔堆焊2、手工电焊条堆焊3、钨极氩弧堆焊（手工或自动）4、埋弧堆焊（自动）配用焊剂：H101、H103、H104、H201、H204、H40

6、3-SH107H202、H203、H401、H402、-HJ260H301、H302-HJ3015、明弧堆焊：（不用焊剂，手工或自动）手工明弧焊和手工电焊条堆焊比较：焊机、效率、收得率摆动和非摆动比较：成形、稀释率、堆厚手工和自动比较：劳动强度、成形、生产率、灵活性、6、等离子粉末堆焊7、各种堆焊方法稀释率比较：喷焊、喷涂-0%；等离子、粉末堆焊、氧-乙炔-5%；钨极氩弧焊-5-15%；焊条堆焊-20-30%；埋弧、明弧和熔化极氩弧-30-40%。8、明弧堆焊和埋弧堆焊综合对比.明弧自保护堆焊埋弧自动焊材料消耗及成本所用材料管状(药芯)焊丝管状(药芯)焊丝焊丝价格(元/公斤)0-5040-50

7、熔剂消耗(元/公斤焊丝)00.804堆焊成本下降1420%较高劳动生产率 3.2焊丝适用焊接电流(安)400450350400堆焊速率(公斤/小时)7956.5单层堆焊厚度(mm)可达2劳动条件脱渣性能 无脱渣问题由于高合金成分，脱渣相当困难烟雾有，需抽风装置无弧光有，需加遮护板无自动化程度高(调好后无需看管)低(人工操作)劳动强度低高粉尘基本无严重焊缝性能焊道稀释率3040%3040%焊道冷却速度稍高稍低焊缝硬度同样焊盘，略高23度HRc稍低对母材影响层间温度100高母材裂纹不易产生难以避免工件变形可做到无变形有变形国内支撑辊堆焊部分情况介绍无锡市哈得瑞焊接技术有限公司 林 中前言冶金轧辊是

8、钢铁厂的关键零件之一，各类轧辊的质量和使用寿命直接影响到轧机的作业率，钢材的质量、维修费用，最终影响到钢材的成本。我国从50年代就开始轧辊堆焊的开发，起初是从开胚辊和初轧辊开始，逐步发展到热轧工作辊，70年代初进入支撑辊和中轧辊领域，均取得了较好的效果，得到较普偏的应用。但是当时均使用实芯合金焊丝，由于高合金焊丝生产的困难和合金含量的限制，使轧辊堆焊的发展也受到相当影响。国外于70年代已大量将药芯焊丝应用在轧辊堆焊上，从而使堆焊辊在品种、数量、质量上均有一个大的飞跃。随着80年代药芯焊丝生产线的引进和其应用的推广，我国在轧辊堆焊上也取得了长足的进步。冷轧和热轧支撑辊，由于多为高合金含量的大型辊

9、，且受较大交变应力，要求良好的韧性和适中的硬度，给堆焊工作带来一定的困难，十多年来随着性能优良的药芯焊丝不断推广，支撑辊堆焊也越来越被广大钢厂所接受。本文就手头掌握的一些资料，整理出两个表格，仅将支撑辊应用实芯和药芯焊丝堆焊实例分别列表作一比较，供有兴趣者参考。1、实芯焊丝支撑辊堆焊实例：序号使用单位轧辊母材尺寸使用情况备注堆焊单位堆焊材料11太原钢铁公司七轧厂冷轧支撑辊9Cr2Mo 1250*1400重25吨堆辊硬度Hs70-73平均轧钢量为22494吨平均轧钢量低于西德进口辊，接近日本辊，超过国产轧辊。H08A+陶质焊剂 22本钢连轧厂连轧支撑辊写报告止已堆焊的四支辊使用了201-427吨

10、，仍在使用中。堆焊从1140堆到1550每年共修复15支大型轧辊本钢轧辊修复厂25Cr3Mo2MnV+SJ301焊剂2、药芯焊丝支撑堆焊实例：序号使用单位轧辊母材尺寸使用情况备注堆焊单位堆焊材料1 3上海第一钢铁厂60CrMnMo 1140*1200(辊面)，重约15顿。堆层硬度HRc40-45堆焊辊寿命比新辊提高10-20%。最厚堆焊层达70mm(局部)，该项目获1996年上海科技进步三等奖。92年以来一直用此法堆焊上海亚司技术堆焊厂H203+SJ107焊剂2 4太钢七轧厂9Cr2Mo 1250*1400重25吨使用寿命比实芯焊丝堆焊辊提高50-100%，轧钢量从2万吨提高到3万吨以上。93

11、 年以来一直采用该焊丝堆焊。太钢七轧厂H201+SJ107焊剂3 5上海益昌薄板有限公司1355*2350（辊面）重约27吨。 9Cr2Mo和75CrMo(进口)母材堆焊辊硬度 Hs70-75。寿命比新辊提高20-30%。95年以来一直用该焊丝堆焊，直到1999年用户产品改造后停用。上海亚司技术堆焊厂H204+SJ107焊剂4 6上钢三厂冷轧分厂9Cr2Mo母材 1150*1200（辊面），重15吨。比淬火辊更耐冲击载荷，使用效果良好。提高使用寿命一倍。堆焊辊硬度HRc44。1990年来一直在堆焊使用中。上海宝山热喷涂厂相当H203 药芯焊丝+HJ2505 7鞍钢冷轧厂9CrMo; 9Crv,

12、 1300*1700提高使用寿命近一倍。鞍钢轧辊堆焊公司相当H201+HJ107 焊剂因时间仓促，资料不足，所列例子只能是挂一漏万。但就上列数椐也能看出：用药芯焊丝堆焊修复冷、热轧支撑辊乃是成熟工艺，业已为广大厂所接受。 国外目前已重视对新轧辊长远采用低碳合金钢堆焊硬面层的复合轧辊来取代整体铸造或锻造的高碳高合金辊，使其具有更好综合性能。这应是我国堆焊工作者今后的努力方向。参考资料： 1 太原钢铁公司第七轧钢厂：“Mkw-1400冷轧机1250复新支撑辊用户使用报告”1987.12 本钢公司轧辊修复厂：“堆焊1550mm支承辊的几点做法”1990.13 林中：“1140*1200（辊面）五连轧

13、支撑辊堆焊修复”1995.94 李富荣：“管状焊丝在1200冷轧支承辊上的堆焊复新应用”1995.55 林中等：“1355冷轧支撑辊的堆焊修复”1997年6 刘向阳等：“冷轧支撑辊管状焊丝堆焊修复技术”1995年7 韩占春：“管状焊丝在大型轧辊堆焊上的应用”1995.9磨煤辊的堆焊修复的新材料前言煤粉的制造是火力发电厂生产的重要环节。60年代发展起来的中速碗式磨煤机以其高效节能、安全可靠等突出优点正在逐渐取代传统的钢球磨煤机。目前国内已装机运行和正在装机中的中速磨煤机近300台。主要有RP、HP、MPS、MBF等四种型号。由于国内电厂用煤种类较多，杂质偏高，可磨性较差，使中速磨煤机的重要工作件

14、磨煤辊的耐磨寿命问题成为其能否安全经济运行的关键。RP型中速碗式磨煤机是美国CE公司60年代在传统的浅碗式磨煤机的基础上发展起来的专利产品。70年代，日本三菱公司引进CE公司这一专利开始制造RP碗式磨煤机，销往中国和其他国家1。这种磨煤机的特点之一是采用堆焊式磨煤辊由于这种磨煤辊可反复修复使用，具有较高的经济性。美国和日本均很重视发展其制造及修复技术，不断从结构和耐磨材料两方面来提高磨煤辊的寿命。在结构上，主要是通过增大耐磨材料的体积，发展大尺寸磨煤辊和改进锥型磨煤辊为轮胎型磨煤辊两种途径来提高寿命。在材料方面，美国早期发展的标准NI-HARD用在磨煤辊上寿命仅4,000小时；70年代到80年

15、代，日本三菱公司成功发展了高铬高碳合金铸铁堆焊材料，把磨煤辊寿命提高到6,000小时，80年代美国又发展了一种新型耐磨堆焊材料,名为COMBUSTALLOY，使磨煤辊寿命进一步提高2。80年代我国也从CE公司引进了这项技术，在上海重型机器厂建立了RP碗式磨煤机的生产能力，并使用上海司太立公司的 STOODY 103S 和 STOODY 911S 生产了预保护堆焊复合的磨煤辊，在国内得到推广。随着技术的成熟，其使用寿命也逐步达到90年代的8,000小时（当煤中杂质含量较少时），这就是国内目前有代表性的成熟产品。无锡哈德瑞焊接技术有限公司现从美国引进H101和H901新一代磨煤辊明弧自保护堆焊焊丝

16、，具有优良的工艺性和使用性能。本文将介绍这两种焊丝的性能及使用情况。一、 磨煤辊磨损机理 磨煤辊的磨损主要是煤对磨煤辊及磨盘形成的三体高应力磨料磨损。对磨料磨损而言，磨料硬度是一个重要指标。煤的莫氏硬度为1.0-3.75（相当Hv50-214），与其它矿物相比是较低的，但是煤中含有的其它杂质，如粘土、方解石、石英和黄铁矿等，它们硬度分别为Hv900-1200和1000。实践表明，这些杂质对磨煤辊磨损有着重要的影响，如石英和黄铁矿含量增加，被磨材料形成的磨沟增多并明显变深变宽3。因而不同的煤种对金属的磨损程度不同，磨煤辊的寿命也就不同。通过电镜分析，看到磨煤辊表面的犁沟，见图1（略）。载荷作用下

17、煤在金属表面产生犁沟，除部分成为切屑外，大多是把金属推向两侧而形成脊隆,在接着而来的煤粒作用下又把脊隆碾平。这种犁沟-碾平的反复进行导致了裂纹的形成和扩展，最后以片状磨屑形式断裂脱落，见图2（略）。无论是犁沟及脊隆的碾平和断裂，还是沟底的塑性变形，其过程主要是属于多次塑变的磨损机理。贫煤中含有较多硬质矿物杂质，所以在在磨损表面产生塑性变形形成犁沟的同时，还有磨料对磨损表面的严重划伤，定高度，硬质颗粒划过时不易出现明显沟槽，受冲击时无金属塑变。它的磨损机理主要是碳化物质点的破碎和剥落，见图5。因而碳化物相的硬度、尺寸、分布状态（位向）以及它和莱氏体基体的结合强度都对磨煤辊磨损性能产生直接影响。如

18、果碳化物垂直于磨损面呈条状分布，如图6，则有利于耐磨性的提高。碳化物深埋于基体中，与基体有很好的结合强度，可以有效地抵抗磨料对基体的磨损而不易崩落。相反，如果碳化物为颗粒状或其分布呈无序状态，则在磨料作用下容易从基体中脱落而形成凹坑，使基体的磨损量增大，耐磨性下降，如图7。综上所述，为了提高高铬铸铁堆焊层的耐磨性，除了提高组织中基体硬度外，更要的是要通过适当的堆焊工艺来获得最佳的碳化物硬度、尺寸、和分布状态等。二、 试验用焊丝成分及金相组织表1、试验用四种管状焊丝化学成分序号牌号CMnSiCrZr其它Fe备注1#北京6.50.50.436.0/1.0余某厂用埋弧焊丝2#1035.152.51.

19、527.50.31.0余某厂用埋弧焊丝3#H1016.02.00.926.0/1.0余明弧/埋弧两用4#H9015.24.01.221.0/6.0余明弧自保护焊丝1#、2#及H901三种焊丝堆焊层的金相组织见图8、图9、图10。所有金相照片均取自堆焊道的正剖面，即与磨损面平行的平面。三、 堆焊层耐磨对比试验为相对比较各焊丝堆焊层的耐磨性能，请上海材料研究所对表1中四种焊丝的堆焊层按垂直于堆焊层平面作磨损试验。 1.试验条件 设备：阿姆拉磨损试验机材料：圆环材料：12CrNiA 方块试样：四种堆焊层样品（10mm10mm25mm） 负 载：250牛顿 试验时间：30分钟，干摩擦 2. 试验结果

20、以方块试样堆焊层的磨痕宽度来对比其相对耐磨性能，结果如下： 表2 相对耐磨试验结果试样1#北京I焊丝2#103埋弧焊丝3#H101明弧焊丝4#H901明弧焊丝磨痕宽度（mm）3.54.02.11.63.03.42.01.8堆焊硬度耐磨试验结果表明，H101和H901明弧焊缝由于焊丝成分调整合理，冷却条件优越，所以比埋弧焊缝有更好的耐磨性能，其中尤其是H901堆焊层的耐磨性明显高于其它堆焊层。四、 明弧堆焊和埋弧堆焊综合对比明弧自保护堆焊埋弧自动焊材料消耗及成本所用材料管状（药芯）焊丝管状（药芯）焊丝焊丝价格（元/公斤）4646熔剂消耗（元/公斤焊丝）00.804堆焊成本下降1420较高劳动生产

21、率3.2焊丝适用焊接电流（安）400450350400堆焊速率（公斤/小时）7967单层堆焊厚度（mm）22劳动条件脱渣性能无脱渣问题由于高合金成分，脱渣相当困难烟雾有，需抽风装置无弧光有，需加遮护板无自动化程度高（调好后无需看管）低（人工操作）劳动强度低高焊缝性能焊道稀释率20402040焊道冷却速度稍高稍低焊缝硬度 同样焊盘，略高23度HRc稍低关于磨盘明弧自保护堆焊的介绍、明弧堆焊和埋弧堆焊综合对比明弧自保护堆焊埋弧自动焊材料消耗及成本所用材料H101,H901H101,H103,H104焊丝价格（元/公斤）40604060熔剂消耗（元/公斤焊丝）无0.804(1.2Kg焊剂)堆焊成本下

22、降1420较高劳动生产率3.2焊丝适用电流（安）470530350400堆焊速率（公斤/小时）7956.5单层堆焊厚度（mm）可达1.5以下2劳 动 条 件脱渣性能无脱渣问题由于高合金成分，脱渣相当困难烟雾有，需抽风装置无弧光有，需加遮护板无自动化程度高（调好后无需管）低（人工操作）劳动强度低（不敲渣筛焊剂）高（筛焊剂）灰尘无严重对基体影响层间温度可低于100较高基体裂纹不易产生,可避免难以避免工件变形可做到无变形有变形堆焊层性能焊道稀释率20402040耐磨性能可比原辊提高一倍达原磨辊磨盘寿命焊道冷却速度高低焊缝硬度 同样焊丝，略高23度HRc稍低2、磨盘堆焊所需的设备方案（主要用国产设备）

23、：A、按南通华能电厂方案，买美国Thermadyne（飞马特）公司(该公司在上海有办事处)的电源和送丝机，通过南通某机床厂配套其它部分设备。优点：设备功能强，性能稳定，送丝稳定，转台承载10吨。缺点：需联系和监督，调试。费用：整套约45万，也可焊磨辊。B、按常熟电厂方案，用北京嘉克电力电子新技术研究所的一套设备。优点：设备可用；全套设备由对方负责调试。缺点：焊机上某些功能是否很完善，不清楚。费用：约万C、 现有设备配个吨转台，也可满足明弧堆焊磨盘的要求。优点：电焊设备已熟悉；价格便宜。缺点：不增加新的堆焊工位。价格：约万。3、 磨盘堆焊工艺要点： 有合适的转台；工件保持低温；希望堆焊过程加水冷

24、；堆焊用大电流高焊速的硬规范；防止母材变形和开裂。我公司已成功用国产设备为利港电厂、北仑电厂等单位堆焊了若干套磨盘，欢迎与各单位相互交流。若需培训，保证包教、包会、包使用。明弧堆焊磨辊/盘特点及对设备的要求从80年代我国引进中速磨以来，就开始了磨煤辊的堆焊工作，但均采用当时国际上通用的埋弧自动焊方式。90年后期从英国WA公司引进了明弧焊机和焊丝，与此同时自98年无锡市新区哈德瑞焊接技术有限公司也开发出了H101和H901等新一代磨煤辊明弧自保护堆焊焊丝后，由于明弧焊本身具有的堆焊性能可靠、不易引起母材开裂变形、以及生产率高、劳动强度低、焊层耐磨性好等优点，特别是它解决了埋弧焊不能解决的磨盘（中

25、速磨底座）堆焊的问题，在短短几年里，就得到广泛推广和应用。1、 明弧堆焊和埋弧堆焊综合对比.明弧自保护堆焊埋弧自动焊材料消耗所用材料管状（药芯）焊丝管状(药芯)焊丝熔剂消耗量(kg/kg焊丝)0约1.2堆焊成本下降1420较高生产率3.2焊丝适用电流(A)500530380430堆焊速率(kg/h)81056.5堆焊速度(mm/min)宜用16001800宜用800900劳 动 条 件脱渣性能无脱渣问题因高合金,脱渣相当困难烟雾有,需抽风装置无弧光有,需加遮护板无自动化程度高(调好无需管)低(需照看)劳动强度低高(脱/筛渣等)粉尘基本无严重(焊剂灰尘)焊缝性能焊道稀释率30403040焊道冷却

26、速度用水冷,快无法水冷,慢低焊缝硬度同样焊丝,略高23度HRc稍低可否堆焊磨盘可不可层间温度水冷,100高母材裂纹不易产生温度高,难以避免工件变形可做到无变形有(如内孔收缩等)堆焊熔合面开裂和剥落热影响区小,无高温时母材与焊缝金属膨胀系数不一,易产生适用性可否堆焊磨盘可不可2、 埋弧焊改明弧焊的设备改造 1、设备添置 吸风装置：轴流式交流排气扇一台，型号FA-40 厂家：上海明郎电器有限公司 喷雾装置：水枪一把 型号：PQ-2 厂家：上海耀新机电设备公司 对部分陡降特性的埋弧焊机需更换送丝变速箱内一对齿轮（市场现购），以使送丝速度提高2030%。 空气压缩机（一般电厂已有） 遮护板一面（自制）

27、 如需增加堆焊MPS等型号磨盘，需有8吨转台 2、材料使用 可用无锡哈德瑞公司的H101或H901明弧焊丝。 无需使用焊剂，无渣。 3、工艺状况 1焊接电流：500A530A 焊接电压：30V38V 2堆焊冷却方式：水冷（水雾），保持层间温度100。 3无需脱渣。 4、费用预算（不计8吨转台-焊接变位器） 1排气扇 计150元 2吸风管 计350元 3遮护板 计200元 4齿轮 计100元 5水枪 计200元 总计 1000元附：磨辊磨盘堆焊注意事项 1、焊前处理：去锈，检查母体有否剥离等缺陷，如有就不能堆。 记住：一但开始堆焊，就要对工件质量负全责。 2、电流：3.2500530安培； 2.8380400安培。 3、电弧电压：3038伏特。 4、速度：3.21600 mm/分以上；2.81200 mm/分以上。 5、电弧应在工件最高点，焊丝要与工件顶部切面方向垂直。 6、一定要