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淺談堆焊焊條的熱處理技術(shù)

發(fā)布時(shí)間：2019/05/24 發(fā)布者：管理員

無(wú)渣堆焊焊條的工藝性能焊條采用Ni80Cr20型電爐絲作為焊芯，外涂金屬-石墨型藥皮，藥皮中雖然沒(méi)有加入任何起穩(wěn)弧、造渣和造氣等作用的礦石粉 （大理石、金紅石、云母等。），但由于藥皮中加入了較多量的片狀石墨（C），石墨不但在焊條壓制時(shí)起到潤(rùn)滑增塑等作用，而且在焊接過(guò)程中大部分的 C被氧化生成CO（或CO2）氣體排開弧柱區(qū)的空氣，對(duì)熔敷金屬起保護(hù)作用。此外，該焊條藥皮中還含有一定的硅鐵、硼鐵等金屬合金粉末，在焊接電弧熱的作 用下，藥皮中的B、Si與氧氣的親和力較大，在熔滴過(guò)渡或在熔池中發(fā)生強(qiáng)烈的氧化-還原反應(yīng)生成B、Si的氧化物，其氧化物與其它金屬氧化物一起作用化合 成一種低熔點(diǎn)的硼硅酸鹽（玻璃狀）復(fù)雜化合物，包覆著金屬液滴，保護(hù)合金順利過(guò)渡，并在熔池的強(qiáng)烈攪拌作用下浮到熔池金屬表面形成一層極薄均勻的保護(hù)膜， 阻止空氣中有害氣體的滲入。
由于藥皮配方中不含任何礦石粉，焊接煙塵小，煙塵中含對(duì)人體有害氣體極少，且焊后焊道上幾乎沒(méi)有熔渣，因而不存在像研制鎳鉻硼硅合金的一般（有渣）焊 條堆焊時(shí)出現(xiàn)焊后脫渣難的問(wèn)題。焊條藥皮中幾乎都是鐵合金粉末，沒(méi)有礦石粉的體積百分比，焊后也沒(méi)有合金過(guò)渡到熔渣中的損失，因而可設(shè)計(jì)在比一般常規(guī)（有 渣）堆焊焊條（焊芯直徑為4.0mm、藥皮外徑為7.8mm）藥皮薄得多的情況下而使焊條的熔敷系數(shù)比一般常規(guī)（有渣）堆焊焊條大，從而在一定的程度上解 決了鎳鉻硼硅合金制成一般常規(guī)（有渣）堆焊焊條時(shí)需要采用較大的焊接電流而使焊條的尾部發(fā)紅、藥皮開裂等問(wèn)題。與一有礦石粉堆焊焊條相比，由于該焊條藥皮是由金屬粉末組成，焊接時(shí)節(jié)省了熔化礦石粉所需的熔化熱，同時(shí)B、Si元素與其它合金元素在高溫反應(yīng)時(shí)會(huì)放出大量的反應(yīng)熱，因而焊條的熔化系數(shù)加大， 且在施焊時(shí)合金除了因蒸發(fā)、氧化和飛濺損失小部分外，沒(méi)有合金滲入熔渣的損失，焊條的熔敷系數(shù)也較一般常規(guī)堆焊焊條的大。堆焊金屬化學(xué)成分分析在 80mm60mm的Q235鋼件上連續(xù)堆焊8層，經(jīng)時(shí)效處理降低硬度后用砂輪除去表面的氧化物并磨平，裝夾在車床CA6140上，車速先設(shè)置為低檔，用 硬質(zhì)合金車刀除去試樣表面層后，再在刀具下面墊放一張干凈的紙，車削取樣，經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，確定堆焊金屬佳化學(xué)成分見。各合金元素對(duì)熔敷金屬硬度的影響研 究開始企圖通過(guò)加入少數(shù)量、多種類的合金元素來(lái)提高熔敷金屬的性能，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在堆焊金屬中隨著合金的種類增加，堆焊金屬的硬度開始有上升的趨勢(shì)，金 屬總含量和種類達(dá)一定值后，堆焊金屬的硬度卻下降，其中部分合金的加入還將影響到堆焊金屬的抗裂性等性能。為考察各合金元素對(duì)堆焊金屬性能的影響，研究通 過(guò)對(duì)焊條藥皮配方中各合金元素的種類和數(shù)量的增減初步探討其對(duì)堆焊金屬硬度等性能的影響。結(jié)果表明，焊條中Ni含量的增加，堆焊金屬的硬度有下降的趨勢(shì)， 且金屬開裂傾向增大；C含量增多時(shí)，開始硬度上升，當(dāng)合金中的C含量約超過(guò)1.2（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，堆焊金屬的抗裂性抗裂性是衡量堆焊金屬耐磨性的一個(gè)重要 指標(biāo)，由于堆焊金屬的基體組織為奧氏體組織，合金的線膨脹系數(shù)大，且自身可塑性較差，故抗裂性能較差，往往表現(xiàn)為高溫失塑裂紋。為提高堆焊金屬的抗裂性， 應(yīng)控制合金中的C、B、Si等元素含量，而微量的稀土元素和一定量的Mo則對(duì)堆焊金屬的抗裂性能有利。此外，在具體堆焊過(guò)程中，除了一些大的工件、形狀復(fù) 雜工件或厚板工件需要預(yù)熱200300外，一般工件可直接施焊接或稍作預(yù)熱即可控制裂紋的產(chǎn)生。熱處理工藝對(duì)熔敷金屬組織的影響該堆焊金屬在不同的溫度和 時(shí)間下時(shí)效處理與硬度的關(guān)系。由可以看出，該堆焊金屬在一定的溫度和時(shí)間內(nèi)，粗大的奧氏體基體逐漸消失，大量中間相沉淀析出，使硬度有上升的趨勢(shì)（上升幅 度一般在25HRC之間），達(dá)一定的溫度或時(shí)間后沉淀相或二相粒子將分解溶入基體（奧氏體），硬度又有下降的趨勢(shì)，且隨著時(shí)效的溫度升高，時(shí)效所需的時(shí) 間縮短。由所示組織的變化可知，堆焊金屬的焊態(tài)組織極不均勻（a），經(jīng)過(guò)較高溫度（880）的時(shí)效處理后，堆焊金屬隨時(shí)間的延長(zhǎng)，其組織變得均勻，晶粒在 一定的時(shí)間內(nèi)得到了細(xì)化（b），硬度得到提高，但隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)又有粗化的趨勢(shì)，金屬組織發(fā)生過(guò)時(shí)效（c），其硬度有所下降。同時(shí)由b、d可以看出，將 所研制的堆焊金屬經(jīng)過(guò)時(shí)效穩(wěn)定化處理后再經(jīng)過(guò)680保溫24h，其組織與保溫前組織幾乎沒(méi)有變化，這從另一個(gè)側(cè)面反映了該堆焊金屬可長(zhǎng)期處在680以下的 高溫環(huán)境中工作時(shí)其組織是穩(wěn)定的。此外，經(jīng)過(guò)時(shí)效處理后，熔合區(qū)的基體側(cè)由于合金元素的擴(kuò)散、重結(jié)晶作用，其組織出現(xiàn)一定的過(guò)渡，從而大大地改善了熔合區(qū) 的性能，增強(qiáng)了熔敷金屬與基體的結(jié)合性能，有效地降低了熔敷金屬在工作過(guò)程中的剝落傾向，工件的使用壽命大大增加。

耐黏著磨性數(shù)據(jù)可以看出，所研制的堆焊金屬在焊態(tài)（B試樣）情況下，由于硬度較鈷基合金（A試樣）低，600時(shí)的耐磨性要略低于鈷基合金；但該堆焊金 屬在經(jīng)過(guò)時(shí)效處理后（C試樣）硬度接近于鈷基合金時(shí)，其600的高溫耐磨性與鈷基合金也較為接近。這表明耐磨性與其硬度有著較大的關(guān)系，同時(shí)也反映出堆焊 金屬有著優(yōu)良的抗高溫耐磨性能。此外，從經(jīng)過(guò)高溫黏著磨損后的試樣表面來(lái)看，整個(gè)試樣的堆焊金屬表面呈現(xiàn)出彩色氧化膜（且氧化程度與鈷基合金試樣相近）， 而試樣的母材部分卻為黑色氧化膜，反映出堆焊金屬具有優(yōu)良的抗高溫氧化能力，其高溫黏著磨損后試樣表面形貌（SEM）。堆焊金屬磨損后的表面形貌 （SEM）（SEM）結(jié)論該焊條在焊接過(guò)程中雖然沒(méi)有熔渣的保護(hù)，但由于自生氣體和硼硅酸鹽薄膜等的保護(hù)作用，焊條工藝性能良好，焊縫的質(zhì)量保證。合金元 素對(duì)該堆焊金屬性能的影響具有多重性，隨著堆焊金屬中的合金元素種類的增多，各元素量在堆焊金屬中相對(duì)減少，對(duì)堆焊金屬的硬度、抗裂性等性能都將產(chǎn)生不利 的影響，但對(duì)焊后時(shí)效處理可能有利。Ni、Cr是保證堆焊金屬抗高溫氧化性和抗黏著磨損的重要元素，而B、Ti、V、C等合金則是保證合金的強(qiáng)度、紅硬性 和耐磨性的不可缺少元素，這些合金元素的共同作用使堆焊金屬具有與鈷基堆焊金屬（鈷鉻鎢合金）相近的抗高溫耐磨性能和其它高溫綜合性能。該堆焊金屬的焊態(tài) 組織為奧氏體組織，其內(nèi)部存在大量的碳化物、硼化物、金屬間化合物等強(qiáng)化相，其組織高溫穩(wěn)定性較差，焊后應(yīng)對(duì)其堆焊金屬進(jìn)行8801h高溫時(shí)效處理。經(jīng)時(shí) 效處理后由于二相粒子的沉淀析出和再結(jié)晶作用，其組織較焊態(tài)組織的穩(wěn)定性有了較大的改變，時(shí)效處理后的組織在680高溫下長(zhǎng)期工作能夠保持穩(wěn)定。時(shí)效處 理后不但熔敷金屬與基體間的結(jié)合強(qiáng)度提高，熔敷金屬的剝落傾向減少，而且其硬度也較焊態(tài)高25HRC，耐磨性得以提高，工件的平均使用壽命提高約1.3 倍。