堆焊技术的特点

堆焊技术在垃圾焚烧炉及腐蚀性烟气余热回收锅炉中用得比较多。　

随着社会的进步和科学技术的发展，各种机械设备正沿大型化、高效率、高质量的方向发展，对机械产品的可靠性和使用性能要求越来越高。堆焊作为材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，可以提高产品和设备的性能、延长使用寿命、降低成本，因此越来越多地应用于各个工业部门零件的制造和修复中。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。

堆焊的特点

　　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，以获得具有耐磨性、耐热性、耐蚀性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。下图所示为堆焊后的零部件表面。

堆焊方法较其他表面处理方法具有的优点是：

　　1、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。

　　2、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。

　　3、堆焊层厚度大，一般堆焊层厚度可在2~30mm内调节，更活合于严重磨损的工况。

　　4、节省成本，经济性好。当工件的基体采用普通材料制造，表面用高合金堆焊时，不仅降低了制造成本，而且节约了大量贵重金属。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，可以大大延长工件使用寿命，延长维修周期，降低生产成本。

　　5、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。

　常用堆焊方法的分类

　　1、氧―乙炔焰堆焊

　　氧―乙炔焰用途较广，由于它的火焰温度较低(3100℃左右)，而且可以调整火焰的能率，可以得到低的稀释率(1%～10%)和薄的堆焊层，一般采用碳化焰焊接，乙炔的用量和堆焊金属有关。该焊接方法有设备简单、操作灵活成本较低等优点，所以得到广泛使用。但也有如劳动强度大、生产率低等缺点。所以该焊接方法主要用于小零件的制造和修复工作，如油井钻头牙轮、蒸汽阀门、内燃机阀门及农机具零件的堆焊。氧―乙炔焰除了用于堆焊外，还应用到喷涂、喷熔等工艺中。

　　2、焊条电弧堆焊

　　用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法，称为焊条电弧堆焊。其焊接回路由弧焊电源、电缆、焊钳、焊条、电弧和焊件组成。焊条电弧焊堆焊焊条所需电源及其极性取决于焊条涂层的类型。一般使用直流反接，石墨型的药皮适合用直流正接，还可以使用交流。焊接前一般酸性焊条需要150℃烘培0.5～1.0h，碱性焊条需在250～350℃烘培1～2h，焊接材料为了防止焊接裂纹，在焊前可以采用预热处理，预热温度可通过碳当量来计算，焊后采用缓冷，焊接时可采用焊条前倾的方法避免焊接缺陷的产生。

　　3、钨极氩弧堆焊

　　这是一种常用的非熔化极堆焊方法，这种方法的生产效率较低，但是能够获得质量高的堆焊层金属，除此，还有稀释率低，变形小，电弧稳定，飞溅小，堆焊层容易控制等优点。适合于质量要求高、形状复杂的小零件上。焊接时可以有丝状、管状、铸棒状和粉末状的焊接材料，通常采用直流正接，可通过摆动焊枪和小电流的方法得到小的稀释率。

　　4、埋弧堆焊

　　埋弧堆焊的实质和一般的埋弧焊没有区别，它有生产效率高，劳动条件好，能获得成分均匀的堆焊层等优点，常用于轧辊、曲轴、化工容器和核反应堆压力容器衬里等大、中型零部件。

　　①单丝埋弧堆焊

　　普通单丝埋弧焊是常用的堆焊方法。常用于堆焊面积小的场合，它的缺点是熔深大、稀释率高。因此，可以采用焊丝摆动法，加宽焊道，减小稀释率，也可通过加入填充焊丝的方法，减小稀释率并提高了熔敷率;除此，为了减少熔深，也采用下坡焊、增大伸出长度、焊丝前倾和减小焊道间距等措施。提高电流可以增加熔敷速度，但也必须导致熔深大大增加，所以不能采用。

　　②多丝埋弧堆焊

　　双丝、三丝及多丝堆焊，是将几根并列的焊丝接在电源的一个极上，并同时向焊接区送进。多丝堆焊，可以容许采用很大的焊接电流，而稀释率却很小。如用六根直径3mm的焊丝，总电流达700～750A，最大熔深仅1.7mm，焊道堆高5.1mm，熔宽50mm。双丝埋弧堆焊焊接时，前一条焊丝可以小电流，减小稀释率，后一条可用大电流，堆焊焊接金属，提高生产率。为了使两焊丝熔化均匀，通常采用交流电焊接。

　　③带极埋弧堆焊

　　带极埋弧堆焊用矩形截面的钢带代替圆形截面的焊丝，可提高填充金属的熔化量，并且有小的熔深。常采用宽60mm，厚0.4～0.8mm的带极堆焊，为提高生产率，可以将宽度提高到180 mm。还可以采用双带极、多带极和加入冷带等方法提高熔敷速度。带极埋弧堆焊常用于设备表面的修复中，也可用于化工和原子能压力容器不锈钢衬里等。

　　此外，还有串联电弧埋弧堆焊，粉末填充金属埋弧焊等。

　　5、等离子弧堆焊

　　等离子弧的温度很高，所以能堆焊难熔材料，并能提高堆焊速度，稀释率最低可达5%，堆焊层厚度在0.5～8mm，宽度约3～40mm，这种方法低稀释率、高熔敷率的堆焊，但设备成本较高，堆焊时有强烈的紫外线辐射及臭氧污染空间，所以要做好防护措施。常用于质量要求高的批量生产上。常用的等离子弧堆焊有如下形式：

　　①冷丝等离子弧堆焊;

　　②热丝等离子弧堆焊;

　　③预制型等离子堆焊;

　　④粉末等离子弧堆焊。

　堆焊的用途

　　作为焊接领域中的一个分支，堆焊技术的应用范围非常广泛，堆焊技术的应用几乎遍及所有的制造业，如矿山机械、输送机械、治金机械、动力机械、农业机械、汽车、石油设备、化工设备、建筑以及工具模具及金属结构件的制造与维修中。通过堆焊可以修复外形不合格的金属零部件及产品，或制造双金属零部件。采用堆焊可以延长零部件的使用寿命，降低成本，改进产品设计，尤其对合理使用材料(特别是贵重金属)具有重要意义。按用途和工件的工况条件，堆焊技术的应用主要表现在以下几个方面：

　　1、恢复工件尺寸堆焊

　　由于磨损或加工失误造成工件尺寸不足，是厂矿企业经常遇到的问题。用堆焊方法修复上述工件是一种常用的工艺方法，修复后的工件不仅能正常使用，很多情况下还能超过原工件的使用寿命，因为将新工艺、新材料用于堆焊修复，可以大幅度提高原有零部件的性能。如冷轧辊、热轧辊及异型轧辊的表面堆焊修复，农用机械(拖拉机、农用车、插秧机、收割机等)磨损件的堆焊修复等。据统计，用于修复旧工件的堆焊合金量占堆焊合金总量的72.2%。

　　2、耐磨损、耐腐蚀堆焊

　　磨损和腐蚀是造成金属材料失效的主要因素，为了提高金属工件表面的耐磨性和耐腐蚀，以满足工作条件的要求，延长工件使用寿命，可以在工件表面堆焊一层或几层耐磨或耐蚀层。工件的基体与表面堆焊层选用具有不同性能的材料，能制造出双金属工件。由于只是工件表面层具有合乎要求的耐磨，耐蚀等方面的特殊性能，所以充分发挥了材料的作用与工作潜力，而且节约了大量的贵重金属。

　　3、制造新零件

　　通过在金属基体上堆焊一种合金可以制成具有综合性能的双金属机器零件。这种零件的基体和堆焊合金层具有不同的性能，能够满足两者不同的性能要求。这样能充分发挥材质的工作潜力。例如，水轮机的叶片，基体材料为碳素钢，在可能发生气蚀部分(多在叶片背面下半段)堆焊一层不锈钢，使之成为耐气蚀的双金属叶片;在金属磨具的制造中，基体要求强韧，选用价格相对便宜的碳钢、低合金钢制造，而刃模要求硬度高、耐磨，采用耐磨合金堆焊在模具刃模部位，可以节约大量贵重合金的消耗，大幅度延长模具的使用寿命。

　堆焊的应用领域

　　1、模具制造

　　塑料模表面的打毛，增加美感和使用寿命;头盔塑料模具分型面堆焊修复;铝合金压铸模具分流锥表面强化;模具腔超差、磨损、划伤等修复与强化。

　　2、塑料橡胶

　　橡塑机械零部件修复，橡胶、塑料件用的模具超差、磨损与修补。

　　3、航空航天

　　飞机发动机零部件、涡轮、涡轮轴修复或修补，火箭喷嘴表面强化修理，飞机外板部件修复，人造卫星外壳强化或修复，钛合金件的局部渗碳强化，铁基高温合金件的局部渗碳强化，镁合金的表面渗A1等防腐蚀涂层，镁合金件局部缺陷堆焊修补，镍基/钴基高温合金叶片工件局部堆焊修复，如:叶片叶冠阻尼面与叶尖的磨损和导叶的烧蚀等。

　　4、制造维修

　　汽车制造和维修工业中，用于凸轮、曲轴、活塞、汽缸、刹车盘，叶轮，轮毂，离合器、摩擦片、排气阀等补差和修复，汽车体的表面焊道缺陷补平修正。

　　5、船舶电力

　　电曲轴、轴套、轴瓦、电气元件、电阻器等修复，电气铁路机车轮与底线轨道连接片的焊接，电镀厂导 电辊、金属氧化处理铜铝电极的制作焊接。

　　6、机械工业

　　修正超差工件和修复机床导轨、各种轴、凸轮、水压机、油压机柱塞、气缸壁、轴颈、轧辊、齿轮、皮带轮、弹簧成形用的芯轴、塞规、环规、各类辊、杆、柱、锁、轴承等。

　　7、铸造工业

　　铁、铜、铝铸件砂眼气孔等缺陷的修补，铝模型磨损修复。

　　堆焊材料的选择

　　对工件进行堆焊，我们首先要考虑的第一个问题就是选用什么种类的堆焊材料。选择堆焊材料我们一般从三个方面进行考虑。

　　1、需要满足堆焊工件的使用条件，首先需要确定工件的磨损类型和主要影响因素，以此来选择堆焊类金属。

　　2、选择堆焊材料的时候应该考虑总体经济性。在所有材料中，铁基合金是应用最广泛的，在其它要求满足条件下，尽量使用铁基合金。如果工件难以移动和拆卸，为减少修复次数可以使用较贵但性能更好的堆焊金属进行堆焊，增长使用周期，尽管材料要贵一些，但是减少了堆焊维修次数。

　　3、堆焊金属的焊接性能要好。因为焊接性能差的堆焊材料，往往会产生一些缺陷如裂纹和气孔等，同时还需要进行焊接预热和后期缓冷处理，增加了整个生产流程的复杂程度。

上述是堆焊的特点、常用堆焊方法的分类、堆焊的用途、堆焊的应用领域、堆焊材料的选择。希望这些知识能够帮助到大家!

其实，堆焊技术在我国历经了60多年的发展历史，其应用遍及零件制造和修复等基础工业的众多领域中。我国在堆焊基础理论的研究方面与国外工业发达国家相比并不逊色，但堆焊材料的开发、堆焊设备的自动化和智能化水平、计算机技术及模拟仿真技术在堆焊技术中的应用水平等方面与国外存在一定差距。堆焊技术是表面工程中一个很重要的分支，它是将具有一定使用性能的合金材料借助一定的热源手段熔敷在母体材料的表面，以赋予母材特殊使用性能或使零件恢复原有形状尺寸的工艺方法。因为它是在普通材质的基础上制备出需要的耐磨、耐热以及耐腐蚀等特种性能的堆焊层的，所以在节约能源、节省材料、环境保护等方面展示了巨大的经济效益。

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