原理:
堆焊是用焊接工艺将填充金属熔敷在材料或零件表面的技术。通过堆焊可以获得特定的表层性能和表面尺寸,被广泛应用于耐磨损、耐腐蚀和有特殊性能要求的零件制造和修复。
特点:
1、堆焊层合金成分是决定堆焊效果的主要因素,焊接热源温度高低不同、保护方法性质不同对不同堆焊合金有不同的影响,碳化钨堆焊硬质合金受影响最大。
2、降低稀释率是安排堆焊工艺的重要出发点,稀释率对第一层堆焊金属成分、组织、性能影响很大,降低稀释率或者采用合金补偿使成分、组织、性能符合要求
3、堆焊生产率需要提高。
4、堆焊金属与基体金属的配合:最好有相近的线膨胀系数和相变温度。
分类:
1、按焊接方法可以分为:氧乙炔焰堆焊和喷焊、焊条电弧焊、埋弧堆焊、熔化极气体保护电弧堆焊、钨极氩弧堆焊、等离子弧堆焊和喷焊等。
2、按堆焊合金性能可分为:耐磨、耐腐蚀、耐热等。
3、按材料的形状可分为:粉末、焊丝、焊条等。
4、按堆焊合金的种类可分为:铁基合金、镍基合金、钴基合金、铜及铜基合金、碳化钨合金等。
焊接设备:
1、氧乙炔焰堆焊
堆焊用材料:一般采用实芯焊丝,堆焊熔剂是用氧-乙炔火焰进行堆焊时的助溶剂,目的是去除堆焊过程形成的氧化物改善润湿性能,促使焊件表面获得致密的对焊层组织。
焊接设备主要由氧气及乙炔瓶、乙炔发生器、回火防止器、减压器、焊炬、橡胶管和快速接头构成。(与气焊气割的焊接设备基本相同,仅焊炬的焊嘴孔径较大)
2、焊条电弧堆焊
特点:①设备便宜、通用性强、移动方便,适合现场堆焊,各种焊条电弧焊设备都可用于堆焊。②机动灵活、可达性好,大部分焊条电弧焊可以全位置施焊,适合难以自动化堆焊的场景。③生产率较高,可用于大批量堆焊。
焊条:焊芯为冷拔焊芯,也采用铸芯、管状粉芯,外涂药皮。
3、埋弧堆焊
特点:①机械化、自动化的对焊方法,电流密度大、熔敷速度快、生产率高、成形美观、尺寸稳定,无弧光辐射、飞溅,烟尘少。②堆焊层成分、组织、性能与合金过渡方式:用与堆焊合金成分比较接近的实芯焊丝、金属粉芯焊丝时,成分过渡稳定。③主要适用于水平位置堆焊,适合大且不易变形的零件。④稀释率高。
可分为单丝埋弧堆焊、多丝埋弧堆焊、带极堆焊、串联电弧堆焊。
堆焊材料:为焊丝、焊剂,焊丝有实芯及药芯焊丝;焊剂有熔炼焊剂、粘结焊剂、烧结焊剂。
应用于轧辊、车轮轮缘、曲轴、化工容器和核反应堆压力容器衬里等中、大型零件中。
4、熔化极气体保护及自保护电弧堆焊
特点:采用CO2或Ar、混合气体保护,还可采用保护药芯焊丝电弧堆焊。熔化极气体保护及自动保护电弧堆焊可以自动,也可以半自动,降低了劳动强度和对焊工的技术要求。
应用于要求合金含量较低的金属与金属摩擦磨损零件上。
堆焊材料:焊丝和保护气体,焊丝有实心焊丝、药芯焊丝、自保护药芯焊丝。
焊接设备:可采用平特性电源等速送丝焊机或陡外特性弧压反馈送丝焊机。实心焊丝MIG/MAG焊接用焊枪适用于药芯焊丝,但导电嘴孔径、长度应适合导电但不增大阻力。
5、钨极氩弧堆焊
特点:电弧稳定、飞溅少、可见度高、堆焊层形状易控、质量好,适合形状复杂的小工件。
堆焊材料:实心焊丝、药芯或管状焊丝、铸条、粉末。
6、等离子弧堆焊
特点:等离子弧温度高、能量集中、燃烧稳定,能迅速而顺利的堆焊难熔材料。缺点是设备复杂、堆焊成本高、操作时会产生对人体有害的噪声、紫外线辐射、臭氧污染等。
设备:冷丝等离子弧堆焊是把焊丝直接送入等离子弧区进行堆焊。冷丝堆焊在工艺和堆焊层质量上都较稳定,应用于各种阀门等耐磨、耐腐蚀零件的堆焊。
热丝等离子弧堆焊采用单独预热电源,利用电流通过焊丝所产生的电阻热预热焊丝,再将其送入等离子弧区进行堆焊,可用单丝或双丝送进。双热丝等离子堆焊适用于大面积自动堆焊,如压力容器内壁的堆焊。
预制型等离子弧堆焊是将预制成环状或其他需要的形状的堆焊合金放置在零件的堆焊部位,然后再用等离子弧加热熔化形成堆焊层。这种堆焊工艺适用于形状简单、批量大的零件堆焊,如发动机排气阀密封面。
粉末等离子弧堆焊是将合金粉末自动送入弧区实现堆焊。粉末来源广、种类多,铁基、镍基、钴基及碳化钨等合金粉末都能堆焊。熔敷率高、稀释率低、堆焊层质量好,工艺稳定,易实现机械化、自动化。广泛应用于各种阀门密封面、石油钻杆接头、模具刀口等的强化与修复。
7、电渣堆焊
电渣堆焊是利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热进行堆焊的方法。
特点:熔敷率高、稀释率低、堆焊的工件熔深均匀、焊剂消耗比埋弧堆焊少,适用于形状简单、堆焊层较厚的中大型零件上。
电渣堆焊可采用丝极、板极、管状电极等。一般用平特性的交流电源,最合适的堆焊位置是与垂线成45°-60°角,利用成形模具可进行水平位置的堆焊,采用固定式结晶器或水冷滑块可进行垂直位置的堆焊。电渣堆焊一般用来堆焊不锈钢,如用4mm厚、150mm宽的板极对不锈钢大型压力容器进行电渣堆焊。镍铬合金也可采用这种方法进行堆焊。
8、激光堆焊
激光堆焊是用能量密度极高的激光束作为能源,当其轰击堆焊材料及母材表面并转换为热能后使之熔化、熔合,从而到达堆焊的目的。
特点:和焊接区不直接接触,可通过玻璃窗进行堆焊,利用反射镜反射,可对一般焊接方法达不到的地方进行堆焊;加工速度快、效率高、热影响区小;能堆焊所有金属,特别是在低熔点母材上堆焊高熔点合金;不受磁场影响等。
激光堆焊可分为激光合金化及激光熔敷。
激光合金化是用激光束有控制地熔化母材到所要求的深度,使新添合金元素与母材表层熔合而形成和母材及新添材料性质都不相同的新的合金表层,达到表面改性的目的。
激光熔敷时,仅使预置在母材表面上或同时注人的合金全部熔化,而母材表面微熔,以保证熔敷层很好地与母材冶金结合,因此稀释率低,这是与激光合金化的主要区别。激光熔敷的主要目的是提高零件表面的耐磨、耐热及耐蚀性能。
9、摩擦堆焊
摩擦堆焊是利用金属与工件表面摩擦加热的一种热压堆焊方法。其热源是金属摩擦焊接表面形成高速摩擦塑性变形层,摩擦机械功转变为热能,摩擦堆焊热源最高温度不超过被焊金属的熔点。
在异种金属堆焊时,摩擦堆焊热源的温度不超过低熔点金属的熔点。由于摩擦堆焊过程本身的特点,其热源能量集中,加热效率高,摩擦不仅产热,而且还能清除表面的氧化膜,所以这种堆焊方法具有显著的优点。普通的异种钢可以进行摩擦堆焊,常温和高温物理及力学性能差别很大的异种钢和异种合金也适合采用这种堆焊方法,例如碳素结构钢、低合金钢与不锈钢、高速工具钢、镍基合金之间的堆焊。
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