第四章补焊与堆焊

发布者:admin 发布时间:2019-10-24 07:35 浏览次数:

  第四章 补焊与堆焊 第四章 补焊与堆焊 ? ? ? ? ? ? ? 焊接技术用于修补零件缺陷时称为补焊,用于恢复零件几何 形状及尺寸或使其表面获得具有特殊性能的溶敷金属时称为 堆焊。 补焊和堆焊在机械零件的修复方法中占有很重要的地位,因 为它有如下优点: ⑴、能修复各种原因引起损坏的零件,如:磨损、破损、裂 纹、凹坑等; ⑵、机械零件中常用金属材料的大部分都可以用焊接方法修 复; ⑶、修复质量较高,有的零件修后更耐用; ⑷、生率高,且成本较低; ⑸、一般的焊修设备简单、操作容易,且便于野外抢修。 焊接方法也有不足之处主要有 ? 1、焊接变形和应力 ? 2、焊接裂纹 ? 3、气孔 ? 4、补焊接头的强度 1、焊接变形和应力 ? 补焊和堆焊时对工件进行局部的、不均 匀的加热是产生焊接变形和应力的原因。变 形量超过允许值时需矫正,这不但费时,有 时甚至矫正无效而报废。为了防止和减少变 形,常常需要采用一些专门的措施,在下面 的内容中将分别介绍。 2、焊接裂纹 ? 裂纹是焊接缺陷中最危险的一种。铸铁 和淬火钢零件补焊时都容易产生裂纹,是焊 修工作中需要注意的重点问题之一 3、气孔 ? 是焊接熔池中的气体来不及逸出而留在 焊缝中造成的孔洞,对焊缝强度和密封性都 有影响。气孔的形状、大小、数量与母材的 钢种、焊条性质、补焊技术等均有关系。送 修的零件中都有油、锈等污物,焊前若清除 不尽就容易引起气孔。 4、补焊接头的强度 ? 对一般钢制的零件,此问题不大。但对已经热 处理强化过的材料,补焊时由于焊缝两侧母材受热 影响后要发生组织和相应的性能变化,接头与母材 等强度的要求就不容易达到。对小尺寸的零件,可 用补焊后的整体热处理来解决。大尺寸构件不可能 进行整体热处理,此时需在焊接方法、焊接材料和 工艺等采取一系列的措施,从而增加了补焊的难度。 此外,焊修后焊层的加工,特别是耐磨堆焊层的加 工,也是一个需要注意的问题。 应用范围 ⑴、补焊各种已失效的零件,如因破损、折断、裂 纹等缺陷而不能继续使用的零件; ? ⑵、用补焊法挽救有缺陷的毛坯件,如铸件中的缩 孔、夹砂、锻件中的夹层等等; ? ⑶、用堆焊法修复已磨损的零件,同时还可以对其 强化,使其寿命比新件更长。 ? 本章将讨论碳钢、合金钢、铸铁、有色金属制的机 械零件的焊补原理、工艺和应用,手工电弧堆焊、 氧乙炔火焰堆焊、埋弧堆焊和振动电弧堆焊的原理、 工艺和应用。此外,还将介绍硬聚氯乙烯塑料制的 机械装置的结构的焊接原理和技术。 ? 补焊与堆焊 ? §4—1补焊 ? §4—2堆焊 ? §4—3硬聚氯乙烯塑料的焊接 §4—1补焊 ? 一、碳钢件的补焊 ? 二、合金钢件的补焊 ? 三、铸铁件的补焊 ? 四、有色金属件的补焊 一、碳钢件的补焊 ? 机械零件所用的材料种类很多,其可焊性相 差很大。就碳钢而言,钢中含碳量愈高,焊 时出现裂纹的倾向就愈大,可焊性也就愈差, 对补焊技术的要求也愈严格。 ? (一)、低碳钢零件的补焊 ? (二)、中、高碳钢零件的补焊 (一)、低碳钢零件的补焊 ? 含碳量为≤0.25%的碳钢为低碳钢可焊性良 好。补焊时一般不需要采取特殊的工艺措施, 选用一般的结J422型焊条都可获得满意的结 果。只有在特殊情况下,例如零件刚度很大, 焊时拘束度很大或低温时补焊才有出现裂纹 的可能,此时要注意选用优质焊条,以增强 焊缝金属的抗裂性,同时采用合理的焊接工 艺以减少焊接应力。 (二)、中、高碳钢零件的补焊 含碳量为0.25~0.50%的碳钢为中碳钢,高碳钢的 含碳量在0.50%以上。 ? 随着钢中含碳量的增高、焊接接头对裂缝的敏感性 也相应增大。裂缝主要有: ? ⑴、焊缝内的热裂纹; ? ⑵、热影响区由于冷却速度快而产生的低塑性淬硬 组织引起的冷裂纹; ? ⑶、焊缝根部主要由氢渗入而引起的氢裂纹。 ? 为了防止中、高碳钢零件补焊过程中产生的裂纹, 可采取以下措施: ? 1、改善热循环,降低接头冷却速度 ? 1、改善热循环,降低接头冷却速度 ? ? ? ? ? ? ? ? ⑴、焊前预热 可以降低热影响区的硬度并减少残余应力及 变形,从而有效地防止焊缝中和热影响区的裂纹。 碳钢焊前预热的程度取决于含碳量和零件刚度,可以大致按 下列经验公式来估计手工电弧焊焊前的预热温度: ? = 预热温度 0 C? 500?Ceq ? 0.11? ? 0.4t (4-1) ? 式中: ?Ceq ——钢的碳当量(%), ?Ceq ? ? C ? Mn ? Si ; 4 t——零件厚度(mm)。 此公式主要用于零件厚度t≥20mm的情况。 ⑵、利用多层焊来改善热循环 每层焊缝对后一道焊缝都可 起预热作用,同时也对前一道焊缝起缓冷作用,从而对防止 裂纹起良好作用。 焊后进行缓冷和消除应力的处理对防止裂纹也是有利的。 ? 2、选用合适的焊条 ? 尽可能选用低氢焊条以增强焊缝的抗裂性 能,焊条应按规定烘干并置于保温筒内, 随用随取。焊条的强度等级要与母材一致。 ? 3、加强焊接区的清理工作,彻底清除可能 进入焊缝的任何氢的来源,例如油、水、 锈以及其它杂质。 ? 4、设法减少母材熔入焊缝的比例 例如开 “V”型坡口,第一层焊缝用小电流施焊等 都是行之有效的方法。但必须注意将母材 溶透,避免产生夹渣及未焊透等缺陷。 二、合金钢件的补焊 ? (一)、合金结构钢制件的补焊 ? (二)、不锈钢制件的补焊 (一)、合金结构钢制件的补焊 合金结构钢就是在碳钢内添加一定量合金元 素的钢,其目的主要提高强度并保持良好的 韧性,这种钢叫强度用钢。在压力容器、发 电设备、车辆、船舶、起重机械和各种工程 结构中使用极为广泛,结构一旦受到损坏常 需用焊接方法修理。 ? 强度钢又可细分为两大类: ? ⑴、非热处理强化钢 ? ⑵、热处理强化钢 ? ? ⑴、非热处理强化钢,在热轧和正火状态下使用, 屈服强度在294~490N/㎜? (30~50㎏f/㎜? )之间, 在我国得到广泛应用,其可焊性良好。 ⑵、热处理强化钢,在调质状态下使用 ? ①、低碳调质钢的屈服强度一般为490~980N/㎜? (90~100㎏f/㎜? )可以在调质状态下进行焊接。 ? ②、高碳调质钢的屈服强度在880~1176N/㎜? (90~120㎏f/㎜? )以上,含碳量大于0.30%焊接 困难。 ? 合金结构钢的焊接特点是容易产生裂纹,其中冷裂 纹又占裂纹中的90%。是需要研究解决的主要问题。 引起这类裂纹的原因一般归内为以下三个因素。 ? ? 1、焊缝区的含氢量 ? 取决于焊接材料和工艺因素,控制氢气的含 量可使裂纹出现的可能下降,因此,补焊时 必须严格防止任何氢源进入补焊区。 ? 2、拘束度 ? 决定于工艺因素补焊时让零件有适当变形, 可大大减少裂纹。 ? 3、工件材料对淬硬的敏感性 ? 随着强度等级的提高,钢的淬硬倾向及产 生冷裂纹的敏感性也相应增大。其原因是 钢中的合金元素含量在逐渐增多。钢中合 金成分与冷裂倾向之间的关系可用如下国 际焊接学会(IIW)推荐的碳当量公式来粗 略地估计: Mn Cr ? Mo ? V Ni ? Cu ?%? Ceq ? C ? ? ? 6 5 15 ? ①、Ceq小于0.4%的钢 σs =294~392N/㎜? (30~40㎏f/㎜? )的热轧钢。焊时基本上无 淬硬倾向,可焊性良好,采用的补焊技术与 低碳钢相似,焊接材料应选用与母材强度等 级相同。在工艺上除大厚度、大刚度和低温 条件下外,一般不必考虑预热。 ? ②、Ceq值等于0.40~0.6%的钢σs=441~ 490N/㎜? (45~50㎏f/㎜? )的正火钢和部 分低碳调质钢。补焊时冷裂纹倾向随Ceq的 增高而增大,其可焊性逐渐变差,为获得 无缺陷的等强度补焊接头,需要选择相应 强度级别的焊接材料,而不拘泥于其化学 成份。同时还要采取相应的预热、控制焊 接线能量和焊后热处理等措施。 ? ③、Ceq大于0.6%的钢σs588~982N/㎜? (60~100㎏f/㎜? )以上的中碳调质钢,属高 淬硬倾向的钢,可焊性差,补焊时需要采取 严格的工艺措施防止裂纹。这种钢一般是在 退火状态下补焊,焊时要采用高的预热温度 (200~350℃),焊接方法以手工焊为主, 焊条除强度等级与母材的相同外,还须具有 防裂性能好,焊缝金属的调质处理规范与母 材相一致等要求,焊后需进行整体调质处理 以获得需要性能的接头。 (二)、不锈钢制件的补焊 不锈钢主要用于有浸蚀性的化学介质中,要求能耐 腐蚀对强度则要求不高,不锈钢制件的早期损坏多 数不是因受力过大而引起的,主要是因 ①应力腐蚀 开裂、②局部腐蚀而失效。修理方法多将损坏部分 切除,另外镶焊一块牌号相同的钢板。 ? 不锈钢补焊时立即产生裂纹或其它缺陷的危险性不 大,主要问题是防止焊接接头在工作中再度产生应 力腐蚀开裂和局部腐蚀。但由于这两个问题都不会 很快出现,因而在补焊时常常被忽视。 ? 不锈钢制件的补焊 ? 1、应力腐蚀开裂 ? 2、局部腐蚀 1、应力腐蚀开裂 ? 引起应力腐蚀开裂的必要条件之一是要有拉 伸应力存在。构件中的残余应力(特别是焊 接应力)所引起的应力腐蚀开裂事例约占全 部事例的70%以上。奥氏体不锈钢由于导热 性差和线膨胀系数大,故焊接时变形量要比 碳钢大。但补焊时焊接区一般都受到较大的 拘束,使变形困难,从而不可避免地要引起 较大的焊接应力。 1、应力腐蚀开裂 ? 焊后应设法尽可能地消除焊接残余拉应力,这对提 高接头、耐应力腐蚀开裂的能力有极为重要的意义; 也可以采用焊后热处理、机械方法(锤击、喷丸 等),或爆炸处理来降低残余应力或使表面呈压应 力状态。例如构件为容器的薄壁件,补焊时很容易 产生波浪变形此时可采用调整焊接顺序以及锤击焊 缝等方法预防,而不宜采用刚性固定法以免增大焊 接残余应力。补焊后如变形量过大,可用机械方法 矫正,严禁用火法矫正,否则耐腐蚀性要降低。 2、局部腐蚀 ? 奥氏体不锈钢中局部腐蚀主要指晶间腐蚀和 刀状腐蚀。 ? ⑴、晶间腐蚀 ? ⑵、刀状腐蚀 ⑴、晶间腐蚀 晶间腐蚀 ? ①在热影响区 ? ②焊缝中都可能出现 ? A、在热影响区 当母材含碳量较低或含有适量稳定 化元素(Ti,Nb)时,常采用小电流、大焊速的补 焊工艺,必要时强制冷却以减少热影响区处于敏化 温度区的时间,这样就可以有效地防止热影响区的 晶间腐蚀。 ? B、焊缝中 焊缝中的晶间腐蚀问题可采用选用含Ti、 Nb的焊接材料的方法来解决。 ? ⑵、刀状腐蚀 ? 刀状腐蚀只发生在含Ti、Nb的奥氏体不锈钢 紧邻焊缝热影响区上。为防止这种局部腐蚀, 最好采用超低碳不锈钢。在补焊工艺上,首 先要减少近缝区的过热,面向腐蚀介质的焊 缝要最后焊接。如不可能,要调整焊缝尺寸 和形状及焊接规范,使第二面焊缝所产生的 敏化区(600~1000℃)不落在工作焊缝表 面的过热区上。 3、奥氏体不锈钢常用的焊接方法 ①手工电弧焊,②钨极手工氩弧焊 ? ⑴、手工电弧焊 手工电弧焊由于方便灵活, 热影响区小,对保证质量有利,是目前应用 最广泛的方法。在补焊工艺上要注意采用小 电流、短弧、快速焊等措施以减少热输入。 ? ? ⑵、钨极手工氩弧焊 钨极手工氩弧焊也是补 焊奥氏体不锈钢的主要方法,其特点是保护 效果好,无熔渣,焊缝表面成形好,用于封 底焊时,背面熔透良好。管道、容器类产品 补焊时常用此法。 ? 不论用什么方法补焊,只要对工件有耐腐蚀 要求,补焊时就必须做到防止以任何方式损 坏工作表面。例如随处引弧、地线不夹紧、 飞溅、熔渣清除不彻底等等都是不允许发生 的。 三、铸铁件的补焊 铸铁在机械设备中的应用非常广泛。灰口铸铁主要 用于制造各种支座、壳体等基础件。球墨铸铁由于 其机械性能与铸钢相近,巳在部分零件中取代铸钢 而获得应用。 ? 铸铁焊接主要应用于补焊铸造缺陷和补焊巳损坏的 铸铁零件。铸造缺陷以缩孔和夹砂为主,损坏则以 裂纹、破洞为主。这些都可以用补焊法修复。 ? (一)、铸铁的焊接特点 ? (二)、补焊方法 ? (一)、铸铁的焊接特点 铸铁可焊性差,补焊时经常遇到的困难是极 易产生白口和裂纹。其原因和防止措施如下: ? 1、白口 ? 2、裂纹 ? 1、白口 ? ⑴、产生白口的位置 焊缝区 ? 热影响区 ? 使补焊区呈白亮的一片或一圈(指熔合区), 硬度很大,加工困难,而且还容易引起裂纹。 ? ⑵、白口产生的原因 主要是焊后冷却太快 和石墨化元素不足。 ? ①焊缝区 当焊缝成份与灰口铁铸件的成份相 同时,在一般电弧焊的条件下,焊缝的冷却 速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度,石 墨来不及析出而成为白口。 ? ②热影响区 温度超过共析点的那一部分铁中 发生了相变,原来的石墨重新溶入奥氏体, 补焊后的快速冷却使碳来不及析出而以渗碳 体形式保留下来,结果也成为白口。 ? ⑶、防止白口的措施 ?①调整焊缝的化学成份 通过焊接材料向 焊缝增加石墨化元素的含量,在一定的 补焊工艺条件配合下,可使焊缝成为灰 口铁。此外,还可采用非铁材料,如镍 基和铜基合金,高钒钢等以避免焊缝金 属产生白口或其它脆硬组织。 ? ②减慢冷却速度 这就可延长焊缝和溶合区处 于红热状态的时间,使石墨能充分析出。例 如焊前预热和焊后缓冷都可有效地防止白口。 ? ③采用钎焊法补焊 因为焊缝为非铁材料,母 材受热不多,不会发生相变,可以完全避免 白口产生。 2、裂纹 许多铸铁零件的结构复杂,刚性大,补焊容易产生 大的焊接应力,在薄弱部位就容易产生裂纹。这种 裂纹发生的温度一般在400℃以下,属冷裂纹。 ? ①、裂纹的部位 可在焊缝上 ? 也可能在热影响区内 ? ②、采取措施 ? 防止产生裂纹的原则是减少焊接应力。可以从减小 补焊区和工件整体之间的温度梯度或改善补焊区的 膨胀和收缩条件等几方面采取措施。 ? (二)、补焊方法 常用的补焊方法列入表4—2中 ? 1、铸铁热焊法 ? 2、铸铁冷焊法 ? 3、铸铁加热减应焊 ? 表4-2常用铸铁补焊方法简明表 补焊方法 分类 热焊 法 气焊 特点 焊前预热至600℃左右,在400℃以下施焊,焊后在 650~700℃保温缓冷,采用铸铁填充料,焊件内应力 小,不易裂,可加工 冷焊 法 热焊 法 电弧焊 半热 焊法 冷焊 法 钎焊 也叫不预热气焊法,焊前不预热,只用焊炬烘烤坡口 周围或加热减应区,焊后缓冷,填充料同上。焊后不 易裂,可加工,但减应区选择不当时则有开裂危险 采用铸铁芯焊条,温度控制同气焊热焊法,焊后不易 裂,可加工 采用钢芯石墨型焊条,预热至400 ℃左右,焊后缓冷, 强度与母材相近,但加工性不稳定 采用非铁组织的焊条,焊前不预热,要严格执行冷工 艺要点,焊后性能因焊条而异 用气焊火焰加热,铜合金做钎料,母材不熔化,焊后 不易裂,加工性好,强度因钎料而异 1、铸铁热焊法 ? 补焊前将工件整体预热到600~700℃ 补焊时保温使其不降到400℃以下。焊 后再升温到700℃,随即缓冷。这样可 使补焊区与周围的温度梯度大大降低, 从而可以有效地防止裂纹。白口也会 因冷速缓慢而得以消除。 ? 采用气焊时的工艺要点如下: ? ①、宜选用功率较大的焊炬和大号焊咀。如 需长时间补焊最好采用水冷式焊炬以防回火。 ? ②、选用牌号为QHT—1或QHT—2的焊条。 其成份与一般灰口铁相比含硅量较高,可补 偿熔焊时硅的烧损和促进石墨化过程。 ? 焊剂可选“粉201”,其熔点约为650℃,呈碱 性,能把补焊时产生的高熔点化合物SiO2变 为易熔盐类,进入渣中排除。 ? ③、送修的铸铁件一般油污甚多,补焊前必 须彻底消除。对渗入铁内的油必须用火焰烘 烤法除去。 ? ④、在待补焊裂纹的两端各钻一直径4~ 6mm的止裂孔,防止裂纹扩展。 ? ⑤、沿待补焊裂纹开坡口,一般用V型坡口, 坡口角要大一些,以利熔渣排出。 ? ⑥、补焊时宜用中性焰或弱碳化焰,以防碳 和硅的烧损。操作时要先将母材熔化,然后 送进焊条,随时用焊条消除溶渣。补焊要连 续进行,一次补好,避免多次加热。 2、铸铁冷焊法 ? 所谓冷焊,是指焊前对工件不预热或只局 部低温预热,工件处于冷的状态。此时为 了减少焊接区与周围金属的温度梯度,应 尽可能地少输入热量,这种方法只要运用 得当,同样可以获得好的补焊质量,同时 还具有成本较低、焊后变形小、生产率高、 劳动条件好等优点,因此得到广泛的应用。 2、铸铁冷焊法 ? 手工电弧焊泠焊的工艺方法 为了减少补焊区 的热输入,要选用细焊条和尽可能小的焊接 电流,还要采用短段、分散、断续焊的办法, 以使各处受热尽可能地均匀些,每段焊缝焊 完后立即用小锤从弧坑开始锤击焊缝,直到 温度下降60℃左右(不烫手)再焊下一道焊 缝。当零件厚度较大时,最好采用多层补焊。 ? 铸铁补焊时所用的焊条种类很多,可根据零 件的需要按表4-3所列的牌号选用。 表4-3铸铁电弧焊条 统一牌号 焊芯材料 铸100 铸116 低碳钢 低碳钢 药皮类型 氧化型 焊缝成份 碳钢 主要用途 一般灰铸铁件的非加工面焊补 高强度铸铁件焊补 高碳钢 稳弧多氢型 (加钒铁粉) 铸117 铸208 铸238 铸308 铸408 铸508 铸607 铸616 低碳钢 低碳钢 低碳钢 纯镍 镍55%铁 45% 镍70%铜 30% 紫铜 铁皮包铜芯 低氢型(加 钒铁粉) 石墨型 石墨型(加 球化剂) 石墨型 石墨型 石墨型 低氢型 稳弧低氢型 高碳钢 铸铁 球墨铸铁 纯镍 镍铁合金 镍铜合金 铜铁混合物 铜铁混合物 高强度铸铁件焊补 一般灰铸铁件焊补 球墨铸铁件焊补 重要灰口铸铁薄壁件和加工面焊补 重要高强度灰口铸铁件及球墨铸铁 件焊补 强度要求不高的灰口铸铁件加工面 焊补 一般灰口铸铁件非加工面焊补 一般灰口铸件非加工面焊补 3、铸铁加热减应焊 选择零件的适当部位(叫做减应区)进行加热使 之膨胀,然后对零件损坏处补焊、焊后同时冷却, 此时焊接应力会大大降低,从而可以避免裂纹, 这种方法就叫做加热减应区补焊法。实质上它是 一种局部加热的方法,只不过是巧妙地选择了加 热部位而已。这种补焊方法是在长期生产实践中 总结出来的一种行之有效的方法。 ? 加热减应区法的关键是要正确选择减应区。选择 的原则是要选择阻碍焊缝膨胀和收缩的部位,通 过这些部位的加热膨胀,可使补焊区裂纹扩宽, 补焊后两处同时收缩,焊接应力就能大大减少。 ? 铸铁的加热减应焊 ?图4-1列出了几种典型的减应区选择例子。图中有阴 影处为减应区,对其加热就可以使待补裂纹扩宽,在 此情况下补焊,焊后同时冷缩,焊缝内的残余应力会 很小。实际工作中送修的铁铸件往往都是比较复的, 减应区的选择比较困难,需要不断总结和积累经验。 一般检验所选减应区是否正确的简便方法是:对所选 部位加热,如待补焊裂纹张开,则为正确,否则需另 选合适部位。 §4—2堆焊 ? 一、堆焊的用途和特点 ? 二、堆焊材料 ? 三、堆焊方法 一、堆焊的用途和特点 堆焊是焊接技术的一个重要的分支。它的 目的不是连接零件,而是在零件表面堆敷 一层金属,使其具有一定尺寸或一定的特 殊性能。它既可用于制造新零件,也可用 于修复旧零件。 ? 堆焊的物理本质、工艺原理、冶金过程和 热过程的基本规律和一般的焊接没有区别。 但是由于目的不同,堆焊也有其自身的特 点:主要有以下几点 ? ? 1、对堆焊的要求除尺寸外,主要的是性能方 面的要求。如堆焊层硬度,不同工况下的耐 磨性和耐蚀性等等,而对一般焊接时的要求, 如强度、塑性、韧性等并不十分重要,因而 在材料、工艺上都有区别。 ? 2、为了满足性能上的要求,首要问题是选用 合适的堆焊层合金。一般来说,堆焊层的合 金元素含量比母材的要高,有时与母材成份 有很大不同,这给堆焊带来一些新的问题。 例如两种性能不同的材料引起的裂纹问题, 以及母材对焊缝的稀释问题(稀释率表示母 材在焊缝中所占的百分率),这些都要在工 艺上设法解快。 ? 3、堆焊都是在零件表面进行,零件不对称受 热极为显著,至使堆焊后的变形明显。由于 多数堆焊层性硬而脆,一些通常使用预防变 形和焊后校正变形的方法在此不适用,对于 堆焊层进行加工以达到尺寸要求也困难,这 些都要求在堆焊工艺上设法妥善解决。 ? 4、在堆焊任务较大时,其生产率需要采取一 些特殊措施预以满足。 二、堆焊材料 ? 目前堆焊合金多达数百种,以满足不同 的需要。在我国的焊条国家标准 GB984—76中,主要按照堆焊金属的化 学成份对堆焊合金进行划分,表4—6列 出了我国常用堆焊合金的主要特点。 ? 选择堆焊材料时一般应遵循以下原则: ? 1、满足工件的使用条件 ? 2、考虑堆焊零件的经济性 ? 3、考虑可焊性问题 ? 4、符合我国资源情况 1、满足工件的使用条件 ? 必须先弄清楚特修零件的失效形式,然后根 据需要强化的指标选择合适的堆焊合金。 ? 例如:需要堆焊修复零件多数因磨损而失效 的,而磨损的类型很多必须针对每一种磨损 类型选择合适的堆焊合金,不能简单地用越 硬越耐磨作为选择材料的依据,这一点可从 表4—6中清楚地看到。 2、考虑堆焊零件的经济性 ? 一般说,堆焊合金使用寿命越长,其成本越高,要 综合考虑经济性。以选用单位寿命成本最低的合金 为宜。 3、考虑可焊性问题 ? 在满足上述二点的前提下,应考虑采用可焊 性较好的堆焊合金以降低成本。 4、符合我国资源情况 ? 尽量选用我国富有的合金资源,如钨、锰、 硅、硼、钼、钛等,应少用镍、钴、铬之类 的合金。 三、堆焊方法 表4—7列出了几种堆焊方法的特点 ? 选择堆焊方法时,应着重考虑以下因素 ? ⑴、保证较低的稀释率; ? ⑵、有较高的熔敷率; ? ⑶、工件尺寸,形状复杂程度和批量大小; ? ⑷、力求降低成本。 ? 为了满足堆焊对低稀释率和高熔敷率的要求,对常 规的焊接方法需要采取一些特殊的工艺措施。下面 扼要介绍几种常用焊接方法及措施。 ? 三、堆焊方法 ? (一)、手工电弧堆焊 ? (二)、氧乙炔火焰堆焊 ? (三)、埋弧堆焊 ? (四)、振动电弧堆焊 (一)、手工电弧堆焊 手工电弧堆焊的设备简单,机动灵活,成 本低特别是通过焊条能获得几乎所有的堆 焊合金成份。因此这种方法是一种主要的 堆焊手段。它的缺点是,生产率低,稀释 率较高,不易获得薄而均匀的堆焊层,劳 动条件也较差。 ? 堆焊时要注意以下几点: ? 1、正确选择焊条 ? 2、防止堆焊层硬度不合要求 ? 3、提高堆焊效率 ? ? 4、防止裂纹 1、正确选择焊条 ? 在弄清楚工件失效原因的基础上,根据需要 强化的指标,选择合适的焊条,不宜盲目的 选用高性能,高寿命的焊条,以免成本过高 和工艺复杂化。 2、防止堆焊层硬度不合要求 ? 焊缝母材稀释是堆焊层硬度不够的主要原因, 可适当减小堆焊电流或用直流反接法减小母 材熔深。采用多层焊可以有效地降低稀释率, 一般第三层以后的堆焊层无稀释率问题,硬 度即可达到要求。此外,堆焊后的冷却速度 也会影响硬度,要设法控制。 3、提高堆焊效率 ? 应当在保证质量的前提下,设法提高熔敷率。 例如将堆焊面放在倾斜位置进行横焊,适当 加大焊条直径和堆焊电流,采用填丝焊法, 以及多条焊等。 4、防止裂纹 ? 堆焊时的裂纹可能在焊缝和热影响区产生。 由于堆焊层一般都是硬度高,塑性差的金属, 在堆焊后的冷却过程中,如果焊接应力超过 堆焊层的强度,就会产生裂纹甚至焊缝剥离。 某些堆焊层有很多发状微裂纹,不影响使用, 可让其存在,但多数裂纹应设法防止,具体 措施有以下几种。 ⑴、改善热循环 ? 对有淬火倾向的堆焊合金要预热和缓冷。 ? 对高锰钢则要求快冷以防脆化,必要时还需用水强 迫冷却。 ? ⑵、堆焊过渡层 ? 先用塑性好的普通焊条或不锈钢焊条打底,使母材 与表面层隔离,对防止二者混合后产生的热裂纹有 利。 ? 现以挖掘机斗齿的堆焊修复为例进行说明。 ? 斗齿材料有高锰钢和中碳低铬钢两类,性质完全不 同,堆焊时必须注意。 ? 对高锰钢必须快冷以防脆化; ? 对中碳低铬钢,为预防裂纹必须预热缓冷。 ? 在堆焊前必须鉴别清楚,方法是用磁铁吸引,高 锰钢为奥氏体钢,无磁性。如为高锰钢,可按下 述方法堆焊修复。 ? 当斗齿磨损不大时,可用焊条直接堆焊修复,如 图4-3a所示。先用奥氏体不锈钢焊条打底,再 用高锰钢焊条堆焊表面层。堆时要注意快冷,如 能将斗齿放在水中施焊效果更佳。 ? 如磨损量很大,则需用钢材接长,如图4-3b所 示。接长材料仍用高锰钢,可从废高锰钢履带板 上切取。接长时用高锰钢焊条(堆266)对接焊 接,用对称交替焊和快冷的办法防裂。齿形基本 完整后再作表面层堆焊。 ? ? 斗齿表面堆焊焊道的布置要按使用工况来变化, 一般齿端部的顶面用单道连续焊道堆满,而背面 不堆焊,这样可使斗齿自动磨锐,经常保持锋利。 斗齿根部上的堆焊焊道不应堆焊太满。用于开采 矿物或大石块的斗齿,可沿其长度方向堆焊焊道, 焊道间留一些窄的间隙;如使用砂或其它细颗粒 的磨料,则要平行于端线堆上横的焊道,各焊道 之间也留一些间隙;如斗齿的使用场合不明确, 则可堆成斜的网状焊道,如图4-4所示。这种堆 焊法的效果和全面积堆满的一样,但可减少焊条 消耗和工作量。 (二)、氧乙炔火焰堆焊 ? 氧乙炔火焰温度较低(~3000℃),而且 火焰功率可以调节,从而能得到非常小的 稀释率(1~10%)和1㎜以下的均匀薄堆 焊层。这种方法简便灵活,成本低也得到 一定的应用。例如:修复石油钻具时,常 需堆焊高硬度的碳化钨。所用焊丝有两种, 一种是:管状焊丝,在薄低碳钢板卷成的 卷子内填装粒状WC;一种是混有WC颗粒 的铸造黄铜丝。 气焊火焰容易将钢管或黄铜丝熔化,均匀堆焊在母 材表面,而WC颗粒则基本上不熔化,均匀落入熔 池而形成以钢或黄铜为粘接剂的WC耐磨层。这种 堆焊方法比电弧堆焊要好得多,因为在电弧热的作 用下,大部分的WC颗粒都会熔化,而在焊缝中重 新析出硬度仅为HV1200左右的含钨复合碳化物, 导致耐磨性下降。 ? 除石油钻具外,其它如轴承合金、阀门密封面以及 农机零件等的堆焊,也常用氧乙炔火焰。其缺点是 生产率低,对工人技术要求高,且劳动强度大。 ? (三)、埋弧堆焊 埋弧堆焊与手工堆焊比较有如下一些优点:熔敷率 高;焊层质量好;因飞溅损失小而且可节约堆焊材 料;机械化程度高;劳动条件好,对工人操作技术 要求较低等。但稀释率高是其缺点。 ? 埋弧堆焊特别适用于修复磨损量大,外形尺寸比较 简单的零件。如各种轴类、轧辊、轧轮轮缘和履带 车辆上的支重轮等。 ? 堆焊时所用的焊接材料包括焊丝、焊剂二者配合使 用以调节焊缝成份。 ? ⑴、焊丝表4—8可得到硬度不太高的堆焊表面。 ? ? ⑵、焊剂430,431,为了在不经热处理就 具有高硬度可向焊剂中加石墨和铬铁而获 得HRC60左右的硬度。 ? 埋弧堆焊工艺与一般埋弧焊工艺基本相同, 需注意的是设法控制稀释率和提高熔敷率。 ? 降低稀释率的措施有: ? 采用直流反接法(工件接负极)适当提高 焊条直径和送丝速度等措施,都可降低 母材在焊缝中的份量。使焊丝倾斜也是 有效的办法。当焊丝与工件表面夹角 45°左右时,母材熔深几乎可降低一半。 ? 提高熔敷率的办法有多种: ? 采用多丝埋弧堆焊和带极堆焊能显著提高熔 敷率,但这种方法由于需要用专用设备,在 修理厂很少用。 ? 比较简便的办法是预热焊丝,埋弧堆焊法, 只需对普通埋弧焊弧焊机稍加改装即可进行。 其原理如4—5所示。用附加的交流电对焊丝 预热并大幅度提高送丝速度,可以在不提高 对母材的热输入的情况下,显著地提高焊丝 熔化速度。 ? 以轧辊的堆焊修复为例介绍如下:轧辊是轧钢 生产中的关键备件,一般磨损后可车削整形再 用,直到尺寸超差而报废,每年消耗量很大。 如轧辊基体未破坏,可用埋弧堆焊法修复并强 化。例如某厂小型轧机上的轧辊,材质为 55Mn及70Mn,为了强化其表面性能,修复时 采用铬钨钒焊丝配以低温高硅焊剂,在自制的 专用机床上堆焊,焊机采用经过简单改装的国 产通用埋弧焊机。 ? 轧辊在堆焊前经清理并预热到300~350℃,随 即堆焊。所用规范参数为:焊丝直径 ?3.2mm;电源极性为直流反接;堆焊电流 为280A;送丝速度为1.3~1.6m/min;堆焊 速度为550~650m/min;堆焊层厚度为2~ 2.5min。堆焊后立即进行回火处理,堆焊层 硬度为HRC42~44。经过这样修复的轧辊, 其修复成本仅为新件的30~40%,而寿命为 新件的5倍,经济效果十分明显。 (四)、振动电弧堆焊 ? 振动电弧堆焊是将零件夹持在专用机床 上,以一定速度旋转,堆焊机头沿零件 轴向移动。焊丝一方面自动送进,同时 以一定频率和振幅振动。堆焊时不断向 堆焊区加冷却液(一般为4~6%碳酸钠 水溶液)。图4-6为振动堆焊装置示意 图。 ? 振动电弧堆焊实际是等速送进焊丝的自动电 弧焊的一种特殊形式。当电路中各种电参数 匹配好后,焊丝端部相对于工件表面进行有 规律的振动,每一振动周期产生一个“接触 脉冲电弧”过程,接触时为短路状态,析出 的电阻热较少。脉冲电弧阶段放出的热量占 70~85%,熔化焊丝和工件表面的热量主要 来源于此。 ? 振动电弧堆焊的主要特点是: ? 1、由于采用细焊丝(?1.0~2.0mm)、低 电压(常用14~18V)脉冲引弧以及有规律 的小熔滴短路过渡等方法,能得到薄而均 匀的堆焊层,其厚度可控制在0.5~3.0mm 之间; ? 2、电弧功率小,可使工件变形小,熔深浅, 热影响区窄; ? 3、在堆焊区加冷却液,可以减小变形和硬 化表面层,从而增加耐磨性,减小热影响 区的宽度和降低稀释率; ? 4、堆焊过程自动化,生产率高,劳动条件好。 ? 这种堆焊方法很适于直径较小要求变形小的 旋转体零件(如轴类、轮类)特别是对已经 热处理要求焊后不降低硬度的零件堆焊尤为 合适。在我国曾在农机、拖拉机、汽车工程 机械等的修复工作中进行推广,并已生产出 定型的专用堆焊设备(NU—300—I型振动堆 焊机)。 ? 振动堆焊所采用的焊丝多为中碳或高碳钢 焊丝。 §4—3硬聚氯乙烯塑料的焊接 ? 一、硬聚氯乙烯塑的性能 ? 二、结构及接头形式 ? 三、塑料焊接设备及工具 ? 四、塑料焊接操作技术 ? 五、焊接规范的选择 一、硬聚氯乙烯塑的性能 ? 1、性能 ? 2、焊接性能及原理 1、性能 ? 硬聚氯乙烯塑料具有良好的化学稳定性,在 许多场合可以代替不锈钢和有色金属制造各 种容器、塔器、通风装置和管道等,在化学 工业和有关的行业得到广泛应用。塑料的焊 接技术也得到相应的发展。 2、焊接性能及原理 ? 可焊性好,与金属材料焊接相比有本质的区 别。硬聚氯乙烯塑料焊接是利用热空气加热 焊接区,使母材和焊条受热软化,然后在一 定压力下粘合而成的。 二、结构及接头形式 ? 结构形式有两种 一种为全塑料结构,主要 用于受力不大和腐蚀严重的场合,另一种为 钢外壳塑料衬里,此时塑料主要只承担耐腐 蚀的任务,机械负荷则由外面的钢质壳体承 受。 ? (一)、衬里的结构形式 ? (二)、管子的连接结构型式 ? (三)、接头型式 (一)、衬里的结构形式 ? ⑴、平顶盖衬里结构 可参考图4-7,也可直 接用塑料螺钉连接而不加保护板。 ? ⑵、平底衬里结构 可参考图4-8。 ? ⑶、矩形设备衬里结构 可参考图4-9,应尽 可能地避免采用角焊缝。 ? ⑷、接管衬里结构 可参考图4-10。 ? ⑸、设备法兰衬里结构 可参考图4-11。 (二)、管子的连接结构型式 常用的有以下几种(如图4-12): ? ⑴、承插式结构 该结构耐压高,可靠,施工方便, 但不可拆卸。 ? ⑵、套管式结构 特点与上相同。 ? ⑶、全塑料法兰连接结构 该结构简单,拆卸方便。 所用垫片要布满整个法兰面。以防拧紧螺栓时将法 兰拧裂。这种结构不宜用于压力较高的管道上。 ? ⑷、钢环活套法兰连接结构 采用钢质活套法兰, 可使耐压较高。 ? (三)、接头型式 ? 接头型式有对接、搭接、T型接和角接等几种。 其型式及坡口尺寸如表4-9所列。 ? a、对接、b、搭接、c、T型接、d、角接 ? 硬聚氯乙烯塑料焊接坡口制备可在金属或木 材加工机械上进行。补焊修理时,可用手工 工具,例如木工刨、刮刀等进行。 三、塑料焊接设备及工具 1、空气压缩机 2、空气过滤器 3、焊枪 4、调压 变压器 ? 5、附件 ? 焊枪结构:电热丝额定功率 500W ? 电压 180~230V ? 功率调节范围 330~500W之间 ? 耗气量约为 0.075M? /min ? 压力为 0.015~0.1MPa ? 四、塑料焊接操作技术 ? 1、焊前准备 将开过坡口的工件按要求装配 好,除去表面杂质及水份,並用丙酮或二氯 乙烷脱脂即可进行点固焊,随即正式施焊。 如系补焊巳损坏的塑料制品,则需对损坏部 分仔细清理,切除巳开裂的原焊缝。如破损 处较大,则需镶补一块新塑料,焊补的缝隙 不宜大,且需预制坡口,才能和制作新件一 样进行装配、清洁、点固和焊接等工作。 ? 2、焊枪焊咀位置及其移动 焊咀对准欲焊处, 並作均匀的上下摆动,使焊条和母材均匀受 热。如图4-15所示。焊咀端部与焊条的距离 l为3~4mm,距焊件表面h为5~6mm,倾斜 角取决于板厚和热空气的温度,一般a为30~ 45°。 ? 3、焊条位置及作用力 焊接时,左手 拿焊条,並给焊条稍加压力,以便受 热软化后能在压力作用下变形而与母 材粘牢。用力要均匀,过大过小都将 影响焊接质量。施力方向要始终保持 焊条处于垂直状态,如图4-16所示。 ? 4、焊缝的开始端和焊条的搭接 为了使 焊缝开始端与母材结合良好,首先加热 焊条端部,待软化后切成45°的斜坡, 或将切刀加热后把焊条端部切成45°的 斜坡(图4-17),然后将焊条垂直插 入焊缝开始端,连同工件一起加热並开 始焊接。 在焊接过程中如 出现烧焦或凹凸现象,应立即停止焊接,用 切刀切去缺陷后,重新焊接。更换焊条时, 同样应将焊缝的接焊处及焊条的始端切成 45°斜坡,然后稍微加热搭接处,再继续焊 接。焊接工作完成以后,将终端突出的焊道 割掉。 ? 硬聚氯乙烯塑料受热后能分解出少量氯化氢 气体,该气体对工人健康不利。故工作地点 的空气必须流通,必要时应设置通风装置, 工人最好戴上口罩,于上风处操作。 ? 5、焊接过程中问题的处理 五、焊接规范的选择 1、焊接温度 ? 焊咀前5~8㎜处空气温度以230~270℃为最好。 ? 温度过高时焊条与母材易焦化,接头性能降低。 ? 温度过低时,粘合强度不够,焊缝容易被拉断。 ? 2、焊条直径和焊咀孔径 ? 3、焊接速度 ? 取决于板厚,焊条直径和热空气温度等因素,一 般为0.1~0.18M/mm。 ? 焊速过慢会使加热时间延长,容易出现过热烧焦现 象,过快则会使焊条来不及被加热到焊接温度,造 成粘合不足而降低接头强度。 ?


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