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堆焊技术简介 堆焊 是用焊接的方法 即利用火焰 电弧 等离子弧等热源将堆焊材料熔化 靠自身重力在工件表面堆焊成耐磨 耐蚀 耐热涂层的工艺方法 具有修复与表面强化两大功能 堆焊方法较其他表面处理方法的优点 1 影响堆焊层性能的主要因素是堆焊层的合金成分和组织性能 2 由于堆焊主要在于发挥堆焊层的特殊性能 所以除修补零件可用相同或相近于基体金属的焊接材料外 一般都使用具有特殊成分和性能的焊接材料 所以堆焊又有异种材料焊接的特点 3 为了保证堆焊层的特殊性能堆焊时要尽量降低稀释率 稀释率 表示堆焊焊缝中含有母材金属的百分率 4 堆焊合金与基体金属的相变温度和膨胀系数等物理性能要尽量接近 堆焊的应用 1 回复工件尺寸 2 抗磨损 3 抗腐蚀堆焊 堆焊的分类 氧 乙炔火焰堆焊 氧 乙炔火焰堆焊是用氧 乙炔火焰将合金粉末加热后 喷洒 沉积并熔化在零件表面上形成堆焊层 多采用粉末合金法 优点 多用途堆焊热源 火焰温度低 可调整火焰能率 小稀释率 熔深浅 母材熔化量少 堆焊层表面光滑美观 质量好 操作简便灵活 成本低 缺点 热源分散 温度不高 效率低 劳动强度大 适用于小批量的中小型零件的堆焊 氧 乙炔火焰的分类及性质 中性焰最高温度为3050 3150度 主要用于焊接低碳钢 低合金钢不锈钢 紫铜 铝及合金 氧化焰最高温度3100 3300度 用于焊接黄铜 锰黄铜 镀锌铁皮等 碳化焰最高温度2700 3000度 用于高碳钢 高速钢 硬质合金 铝 青铜等 氧 乙炔火焰堆焊工艺 堆焊前的准备 火焰的选择 堆焊工艺参数 a 焊丝直径太细 焊丝熔化太快 易造成熔合不良和表面焊层高低不平 降低焊缝质量 太粗 造成过热组织 b 火焰能率取决于被焊件厚度 金属材料的性质以及焊件的空间位置 c 堆焊速度 d 焊嘴的倾斜角度 氧 乙炔火焰堆焊工艺 电弧堆焊 原理 电弧堆焊是将焊条与工件分别接在电源上 通过气体电弧放电产生的热量将焊条周期性的熔化成滴 并使焊条金属 药皮与工件表面局部融化 形成熔池 冷却后形成堆焊层的工艺方法 特点 设备简单 使用可靠 操作方便灵活 成本低 缺点 生产效率低 劳动条件差 稀释率高 主要用于堆焊形状不规则或机械化堆焊可焊性差的工件 电弧堆焊 熔渣向熔池中过度有两种形式 a 以薄膜形式包在金属溶液表面或夹在熔滴内一起落入熔池 b 熔渣直接从焊条端部流入熔池或以滴状落入熔池 随后覆盖于熔池表面 电弧堆焊 一定条件下 熔渣可以脱氧 脱硫 脱氢等 还可进行焊层合金化 为此 熔渣具有适宜的熔点 粘度 表面张力 透气性 脱渣性 相对密度小于液体金属 熔渣分类 第一类是氧化性熔渣 用来焊接低碳钢和低碳合金钢 第二类是盐 氧化物型渣 主要用来焊接高合金钢 第三类是盐类渣 主要用于焊接铝 钛等金属及合金 手工电弧堆焊 多用于磨损失效件的修复 手工电弧堆焊工艺 焊前清洗清除表面铁锈 油污 焊条使用前烘干 350 400度 保温2h 焊条的选用 电源种类和极性 焊条直径及焊接电流 堆焊层数 规范参数 包括焊条选择 焊条直径 堆焊电流 堆焊速度 零件的预热温度等 堆焊质量及常见缺陷的预防措施 堆焊质量 a 防止焊缝层金属开裂进行焊前预热和焊后缓冷 b 防止堆焊层金属的硬度不符合要求 c 防止堆焊件变形 d 提高堆焊效率 电弧堆焊 常见缺陷及预防措施 a 气孔主要是焊前处理和堆焊工艺参数的影响 b 裂纹主要受基体材料处理和工艺参数的影响 c 夹渣的未焊透主要是由工艺参数不稳定和操作不当引起 d 焊道成形不良主要是操作不当所致 埋弧堆焊 原理 埋弧堆焊是在电弧高温作用下使焊剂熔化 形成一个覆盖在熔池上面的熔焊层 隔绝大气对堆焊金属的作用 熔化的金属与溶剂蒸发形成的蒸气在熔渣层下形成一个密封的空腔 电弧在空腔内燃烧 使焊条熔化 即电弧埋在熔剂层下面进行堆焊 叫埋弧堆焊 埋弧堆焊 埋弧自动堆焊过程 埋弧堆焊 优点 焊缝层质量好 由于熔渣层对电弧空间的保护 减少了堆焊层的氮 氢 氧含量 埋弧堆焊层存在残余压应力 有利于提高修复零件的疲劳强度 埋弧堆焊在焊渣层下面进行 减少了金属飞溅 消除了弧光对工人的伤害 有害气体少 改善劳动条件 埋弧堆焊都是机械化 生产率高 用于尺寸大 不易变形的零件的表面强化与修复 埋弧堆焊 设备示意图 埋弧堆焊 分类 埋弧焊所用焊剂特点及应用 主要由焊丝和焊剂两部分组成 埋弧自动堆焊常用H08 H08A H08Mn H15 H15Mn等低碳钢丝 也有采用可得到高硬度和耐磨层的H2Cr13 H3Cr13 H30CrMnSiA和H3Cr2W8V的合金焊丝 埋弧堆焊特点 堆焊层金属质量稳定 焊缝成形好 生产率高 过程是连续的 易实现机械化和自动化 劳动条件好 消除弧光危害 减少金属飞溅和有害气体析出 埋弧堆焊工艺及参数 堆焊电流h KI式中 h为熔深 mm K为比例系数 mm A I为堆焊电流 A 通常K 0 01 0 02 对于自动焊的船形位置焊和开破口对接焊 K 0 015 0 002 对于不开坡口的对接焊 取K 0 01 0 015 对于自动焊 K 0 01 埋弧堆焊工艺及参数 电弧电压的影响影响熔滴过渡 金属飞溅及焊道宽度的重要参数 特别是细焊丝埋弧堆焊对工作电压比较敏感 埋弧堆焊工艺及参数 堆焊速度指每分钟焊道形成的长度 影响基体金属的熔化深度 热影响区大小 堆焊层的厚度和焊道的成型 埋弧堆焊工艺及参数 焊丝直径其他参数不变时 直径增大 堆焊电弧的弧柱直径增加 熔池扩大 焊缝宽度增加 熔池深度及堆高量减小 埋弧堆焊工艺及参数 焊剂颗粒大小 埋弧堆焊工艺及参数 堆焊电流种类及极性交流和直流 对焊缝形状尺寸的影响主要表现在堆焊焊缝的熔深和堆高量两方面 采用直流反接堆焊时 焊缝熔深最大 反之 最小 采用交流堆焊时 熔深为以上两者平均值 焊丝伸出长度焊丝受到的电阻热作用与焊丝伸出长度成正比 焊丝伸出长度通常为20 60mm 埋弧堆焊工艺及参数 焊丝倾斜角度指焊丝沿堆焊方向所倾斜的角度 有前倾和后倾两种 一般钢件的自动埋弧堆焊常用前倾法 角度约6 8度 埋弧堆焊工艺及参数 堆焊工件倾斜位置 等离子弧堆焊 等离子弧堆焊是利用等离子弧高温加热的一种熔化堆焊方法 具有堆焊层性能好 工件熔深浅 堆焊层稀释率低 成形好 加工余量小等一系列优点 且易实现机械化和自动化 等离子弧堆焊 等离子弧的型式转移型 a 非转移型 d 联合型等离子弧 b和c 等离子弧堆焊 优点 堆焊质量优良 稀释率低 使用材料范围广 等离子堆焊方法 填丝等离子弧堆焊 又分为单丝 双丝 热丝 冷丝等离子弧堆焊 熔化极等离子弧堆焊 粉末等离子弧堆焊 等离子弧堆焊工艺 转移弧电压和电流 电压过低 电弧软弱无力 穿透力小 易形成未焊透缺陷 非转移弧电流 过度引燃转移弧 堆焊速度 速度快 熔敷效率高 送粉量 改变送粉量 熔池热状态发生变化 离子气和送粉气流量 焊枪摆动频率和幅度 摆嘴和工件之间距离 电渣堆焊 电渣堆焊是利用电流通过液态熔渣所产生的电阻热作为热源 将电极和焊件表面熔化 冷却后形成堆焊层的工艺方法 优点 熔敷率高 堆焊层气体含量低 质量好 缺点 堆焊处容易过热 需焊后热处理 电渣堆焊工艺 焊接电流比埋弧焊高 焊接电压影响焊道形状 焊接速度速度增加 焊道厚度及宽度减少 熔池的外磁场控制施加外磁场目的是解决焊道两侧的咬边现象 其他焊带伸出长度 焊剂堆积高度和操作中焊道的搭边量等对堆焊质量产生影响 堆焊方法的选择 选择合适的堆焊方法 应着重考虑以下因素 1 堆焊层的性能质量要求 2 堆焊件结构形状特性 3 堆焊层尺寸特征 4 堆焊合金冶金性质特性 5 低成本 练习题 1 适用于大 厚工件的表面堆焊方法是 A 电渣堆焊B 埋弧堆焊C 等离子弧堆焊D 手工焊条电弧堆焊2 主要用于小部件的磨损修复焊接以及增加表面硬度层的焊接的堆焊方法是 A 电渣堆焊B 埋弧堆焊C 等离子弧堆焊D 手工焊条电弧堆焊 练习题 3 适用于耐磨耐腐蚀阀门等工件的表面堆焊是 A 钨极氩弧堆焊B 埋弧堆焊C 等离子弧堆焊D 电渣堆焊4 下列不属于埋弧自动焊特点的是 A 对焊剂 焊丝工艺质量要求高B 操作复杂 对焊工的技术水平要求高C 可采用大电流进行焊接 生产率高D 设备庞大 只适用于厂房内操作 练习题 5 下列不属于熔化极气体保护堆焊特点的是 A 生产效率高 适用范围广 可用于多种表面合金堆焊B 明弧焊接能见度好 特别适用复杂工件表面焊接C 适用于室内 外任何场所 可以在有风的地方操作D 采用气体保护没有熔渣 在多层焊时可减少大量表面清洁时间6 下列不属于钨极氩弧堆焊特点的是 A 电弧密度高 焊接质量好B 填丝与焊接配合进行 熔池易控制 特别适用于薄小工件不同位置的焊接C 生产率高 适用于厚大工件的操作D 不宜在风大的地方施焊 练习题 7 下列不属于电渣堆焊特点的是 A 由于功率大 能量高 适用于厚大工件的堆焊B 熔深均匀稀释率低 熔敷速度高 几乎没有材料损耗C 可在渣池中添加金属粉末或合金材料提高熔敷效率D 由于能量高 熔合线附近产生变化不大8 电渣堆焊利用成形模可进行水平位置的堆焊 堆焊层厚度范围可达 mm以上 A 90B 80C 70D 60 练习题 9 珠光体钢埋弧堆焊焊剂一般采用H260焊剂 焊前焊剂需经 烘焙1 2小时 A 100B 200C 300D 40010 高碳马氏体钢焊后必要时还须进行 后热处理 A 150 250B 250 350C 350 450D 450 550 练习题 11 马氏体钢熔化极气体保护堆焊时 马氏体钢焊丝使用前也需进行 的烘焙 A 100 200B 200 300C 300 400D 400 50012 马氏体钢熔化极气体保护堆焊焊后冷却速度不宜过快 必要时要进行 的消氢处理 A 150B 250C 350D 450 练习题 13 马氏体钢埋弧焊堆焊焊剂一般采用H260焊剂 焊前焊剂需经 烘焙1 2小时 A 100B 200C 300D 40014 马氏体钢埋弧焊堆焊工件预热一般控制在 之间 A 100 150B 200 250C 300 350D 400 450 练习题 1 为使焊接工件表面获得具有特殊性能熔敷金属而进行的焊接技术