材料表面工程技術堆焊技術第1頁，課件共40頁，創作于2023年2月§1概述堆焊與堆焊技術堆焊是用焊接方法在零件表面堆敷一層金屬的工藝過程。一方面可以恢復零件因磨損或加工過程中的失誤而造成的尺寸不足，即恢復零件的尺寸另一方面可以對零件表面進行改性，以獲得所需要的特殊性能，即賦予零件表面特殊的性能。第2頁，課件共40頁，創作于2023年2月堆焊的特點必須盡量控制稀釋率合理地選擇堆焊層的合金系統綜合考慮堆焊方法第3頁，課件共40頁，創作于2023年2月堆焊方法的分類第4頁，課件共40頁，創作于2023年2月常用堆焊方法的主要特點氧—乙炔焰堆焊溫度較低(3050～3100℃)，小的稀釋率(1％～10％)小于1mm厚的均勻薄堆焊層。該堆焊方法設備簡單、使用方便、成本低。缺點是生產率低、工人的勞動強度大。一般適用于堆焊較小的零件，如內燃機排氣閥閥面、農機零件等。第5頁，課件共40頁，創作于2023年2月手工電弧堆焊設備簡單、機動靈活、成本低應用實心堆焊焊條和管狀焊條能獲得范圍較大的堆焊合金，應用很廣稀釋率較高、生產率較低、堆焊層不太平整，堆焊后的加工量較大，通常應用于少量零件的修復和強化。第6頁，課件共40頁，創作于2023年2月埋弧堆焊單絲、多絲和帶極埋弧堆焊等多種。單絲埋弧堆焊的熔深大、稀釋率高(30％～60％)、生產率中等。采用焊絲擺動法、加入填充絲(冷絲或熱絲)等，以增加熔敷率和降低稀釋率。雙絲、三絲及多絲埋弧堆焊，電弧將周期性地從一根焊絲移向另一根焊絲，使熔敷率大大提高，而稀釋率大為降低，帶極埋弧堆焊是用金屬帶來代替焊絲作電極，其熔深淺、稀釋率低，而熔敷率很高。多絲埋弧堆焊和帶極埋弧堆焊在機車輪緣堆焊、軋輥表面堆焊、化工設備不銹鋼襯里堆焊等方面得到了廣泛的應用。第7頁，課件共40頁，創作于2023年2月氣體保護和自保護明弧堆焊氣體保護堆焊分熔化極氣體保護堆焊和非熔化極惰性氣體保護堆焊兩種。熔化極氣體保護推焊是用CO2、Ar或混合氣體作為保護氣體，它有較高的熔敷率，但稀釋率也較高(大約15％～25％)。非熔化極惰性氣體保護堆焊，主要是以手工送進各種合金焊絲進行堆焊。這種方法的保護效果好，合金元素的過渡系數高，稀釋串比熔化極氣體保護堆焊低；但生產率低，保護氣體昂貴。不加保護氣體的自保護藥芯焊絲的明弧堆焊的設備簡單、方便靈活，但堆焊時的飛濺較大。第8頁，課件共40頁，創作于2023年2月電渣堆焊電渣堆焊的熔敷率最高，板極電渣堆焊的熔敷率可達：150kg/h，堆焊的厚度大，稀釋率不高。缺點是堆焊層嚴重過熱，堆焊后需進行熱處理，堆焊層一般不能太薄。適用于需要較厚堆焊層、堆焊表面形狀比較簡單的大中型零件，例如熱鍛模堆焊等。第9頁，課件共40頁，創作于2023年2月等離子弧堆焊等離子弧堆焊包括冷絲、熱絲堆焊，合金粉末堆焊。由于等離子弧的溫度很高，因此能堆焊難熔材料，有高的堆焊速度和高的熔敷率，稀釋率很低(最低可達5％左右)。缺點是設備成本較高，堆焊時有很強的紫外線輻射和臭氧污染，需進行有效的保護。如發動機排氣閥的閥面堆焊等。第10頁，課件共40頁，創作于2023年2月§2堆焊材料及選擇

堆焊合金的類型和特點鐵基堆焊合金性能范圍廣，韌性與抗磨性配合好，能滿足許多不同的要求；而且價格較低，品種也最多，所以應用最廣。鎳基、鈷基堆焊合金價格較高，由于高溫性能好、耐腐蝕，主要用于要求耐高溫磨損、耐高溫腐蝕等場合。銅基材料的耐蝕性好，有時也用于堆焊材料。碳化鎢堆焊合金的耐磨料磨損性能最好，雖然其價格較貴，但在耐嚴重磨料磨損部位堆焊和工具堆焊中占重要地位。第11頁，課件共40頁，創作于2023年2月1．鐵基堆焊合金珠光體類的堆焊材料及特點碳含量<0.5％，合金元素總量<5％，以Mn、Cr、Mo、Si為主要合金元素。在堆焊后自然冷卻時，堆焊層的組織以珠光體為主(包括索氏體和托氏體)，其硬度為20～38HRC。特點是堆焊性能優良，具有中等的硬度和一定的耐磨性，沖擊韌度好，易機械加工，價格便宜。第12頁，課件共40頁，創作于2023年2月馬氏體類的堆焊材料及特點碳含量：0.1～1.0％，個別達1.5%，低或中等含量的合金元素。加入Mo，Mn、Ni能提高淬硬性。加入Cr、Mo、W、V可形成抗磨的碳化物。Mn、Si能改進焊接性能。組織為馬氏體，有時也會出現少量的珠光體、貝氏體和殘余奧氏體。堆焊層的硬度為25～65HRC，主要決定于碳含量和轉變成馬氏體的數量。低碳合金的碳含量<0.30％，堆焊層的組織為低碳馬氏體，硬度為25～55HRC。特點是抗裂性好，不需預熱，硬度較高，有一定的耐磨性，能用碳化鎢刀具加工，能承受中度沖擊，線膨脹系數較小，變形和開裂傾向較小。中碳合金的碳含量在0.30％～0.60％之間，堆焊層的組織為片狀馬氏體，有時也有少量板條狀馬氏體、珠光體和殘余奧氏體。其硬度為38～53HRC，具有較好的耐磨性和中等抗沖擊能力。開裂傾向比低碳馬氏體堆焊合金大；因此堆焊前應預熱到250～350℃。高碳馬氏體堆焊合金的碳含量在0.60％～1.0％之間，有時高達1.5％．堆焊層的組織是片狀馬氏體和殘余奧氏體，其硬度高達60HRC左右，具有良好的抗磨料磨損性能，但抗沖擊性能較差，堆焊時易產生裂紋，因此一般應預熱到350～400℃。堆焊后只能用磨削加工。第13頁，課件共40頁，創作于2023年2月高速鋼及工具鋼堆焊合金高速鋼堆焊合金的碳含量在0.70％～1.0％之間，W、Mo的含量較高。堆焊層的組織為馬氏體加碳化物，還有殘余奧氏體，其硬度高于55HRC，具有良好的紅硬性(達600℃)。熱工具鋼堆焊合金主要用于熱鍛模和熱軋輥的堆焊。這類堆焊合金除有較高的高溫硬度外，還要有較高的強度和沖擊韌度。因此，它的碳含量較高速鋼堆焊合金低些，這類合金還應具有較高的抗冷熱疲勞性能以及高的抗高溫氧化性能、耐磨性能。冷加工工具鋼堆焊合金具有較高的常溫硬度和抗金屬間磨損的性能。第14頁，課件共40頁，創作于2023年2月奧氏體堆焊合金奧氏體錳鋼堆焊合金、鉻錳奧氏體鋼堆焊合金；奧氏體錳鋼堆焊合金：C%=1.0％～1.4％，Mn%=10%～14%。用于ZGMnl3零件的堆焊，堆焊層應為單一的奧氏體組織，具有良好的沖擊韌性和加工硬化特點。為了改善其焊接性，堆焊合金中還加入少量的Cr、Ni、Mo合金元素，并嚴格控制S、P的含量。鉻錳奧氏體鋼堆焊合金又分為低鉻和高鉻兩類。低鉻的含Cr<4％，Mn=12％～15％，還有少量的Ni和Mo。高鉻的含Cr=l2％～17％，Mn=l5％。鉻錳奧氏體鋼堆焊合金的特點與奧氏體錳鋼堆焊合金相似，只是焊接性更為優良。第15頁，課件共40頁，創作于2023年2月耐腐蝕堆焊合金鉻鎳奧氏體不銹鋼、高鉻馬氏體不銹鋼型堆焊合金。特點是具有優良的耐腐蝕性和一定的抗高溫氧化性能。若含有Si、C、B等元素，則還兼有優良的耐磨性、耐冷熱疲勞性、耐氣蝕性等特點。第16頁，課件共40頁，創作于2023年2月合金鑄鐵堆焊合金碳含量大于2％的鐵基堆焊合金均屬于鑄鐵類型。為了進一步提高耐磨性，通常加入一種或幾種合金元素，如Cr、W、Mo、V、Ti，Ni、B等，從而獲得具有優良抗磨損性能的合金鑄鐵堆焊層。種類：馬氏體合金鑄鐵、奧氏體合金鑄鐵、高鉻合金鑄鐵。

第17頁，課件共40頁，創作于2023年2月2.鎳基堆焊合金高鎳合金用于鑄鐵堆焊時作過渡層鎳鉻硼硅合金鎳鉻鉬鎢合金。

第18頁，課件共40頁，創作于2023年2月鎳鉻硼硅系列堆焊合金C:1％，Cr:0％～18％，B:1％～4.5％。熔點:1040℃，潤濕性、流動性較好主要用于等離子粉末堆焊和氧-乙炔火焰噴熔。堆焊層的組織是奧氏體+硼化物+碳化物。具有優良的抗低應力磨料磨損性和抗金屬間磨損性能，好的耐腐蝕、耐熱和高溫(最高可達950℃)抗氧化性能，但抗高應力磨料磨損性和耐沖擊性都不好。這類合金堆焊層只能磨削加工，主要用于腐蝕或高溫環境中受到低應力磨料磨損的場合，但高鎳合金易受硫和硫化氫的腐蝕，因而不適于在含硫的還原性氣氛中工作。第19頁，課件共40頁，創作于2023年2月鎳鉻鉬鎢合金硬度低，機加工性好，能用碳化鎢刀具加工，主要用采抗腐蝕。同時，它還有很好的熱抗力，也可用作高溫耐磨堆焊材料。組織是奧氏體+金屬間化合物。第20頁，課件共40頁，創作于2023年2月3．鈷基堆焊合金CoCrW堆焊合金，即斯大立合金。Cr:25%～33%，W:3%～21%。鉻主要是提高抗氧化性，鎢主要是提高高溫（540～650℃）蠕變強度。在650℃左右仍能保持較高的硬度，是該合金區別于鐵基、鎳基堆焊合金的主要特點，也是該合金應用較多的主要原因。此外，該合金具有一定的抗腐蝕性和良好的抗粘著磨投性能。第21頁，課件共40頁，創作于2023年2月4．銅及銅合金堆焊材料銅及銅合金堆焊材料有紫銅、黃銅、青銅和白銅5．碳化鎢堆焊材料鑄造碳化鎢含碳3.7％～4.0%，鎢95％～96％，它是WC-W2C的混合物。這類合金硬度高，耐磨性好，但脆性大，易在工作過程中碎裂并脫落。燒結碳化鎢大多是用鈷作粘結金屬的，隨著鈷含量的提高，硬度下降，韌性提高，同時碳化鎢晶粒越細，其耐磨性就越高。第22頁，課件共40頁，創作于2023年2月堆焊合金的選擇原則滿足零件堆焊的使用條件從經濟角度選擇堆焊合金：從堆焊合金的工藝性能來選擇第23頁，課件共40頁，創作于2023年2月§3手工電弧堆焊及應用

手工電弧焊是將焊條和工件分別接到電源的兩極，通過電弧引燃后焊條與工件表面層熔化組成熔池，冷卻后形成堆焊層的一種堆焊方法第24頁，課件共40頁，創作于2023年2月手工電弧焊堆焊設備與焊條手工電弧堆焊設備，主要有手弧焊電源、焊鉗及其它輔助用具、量具等(如小鎯頭、火鉗、鋼絲刷、鋼板尺、卡鉗等)，其中最主要的為焊接電源。手工電弧堆焊電源應滿足下列要求：具有一定的空載電壓具有下降外特性具有適當的短路電流能方便地調節焊接電流。具有良好的動態品質第25頁，課件共40頁，創作于2023年2月堆焊焊條一種是采用合金焊芯，以此獲得堆焊層的成分，而藥皮的作用是保護并獲得良好的堆焊工藝性能；另—種是采用H08或H08A作焊芯，由藥皮實現合金元素的過渡，并獲得良好的堆焊工藝性能。第26頁，課件共40頁，創作于2023年2月手工電弧堆焊的要點

特點設備簡單、成本低，通過實心焊條和管狀焊芯焊條能獲得幾乎所有的堆焊合金，能滿足各類零件表面強化和修復的需要。同時，手工電弧堆焊操作靈便，適合于現插和野外修復。堆焊質量和生產率的影響因素堆焊焊條的選擇，焊條直徑，堆焊電流、堆焊速度，零件的預熱溫度第27頁，課件共40頁，創作于2023年2月§4埋弧自動堆焊埋弧自動堆焊原理第28頁，課件共40頁，創作于2023年2月埋弧自動焊優點：堆焊層質量好堆焊層的抗疲勞性能高生產率高改善了勞動條件埋弧焊的缺點對工藝要求高大電流時產生較大的熱影響區第29頁，課件共40頁，創作于2023年2月埋弧自動堆焊的分類單絲埋弧堆焊多絲埋弧堆焊帶極堆焊串聯電弧堆焊第30頁，課件共40頁，創作于2023年2月埋弧自動堆焊設備堆焊電源送絲機構堆焊機床電感器第31頁，課件共40頁，創作于2023年2月埋弧自動堆焊材料主要指焊絲和焊劑低碳鋼絲:H08、H08A、H08Mn、H15、H15Mn，合金鋼絲H2Crl3、H3Crl3、H30CrMnSiA和H3Cr2W8V?；《押赣煤竸┠康模罕ＷC電弧穩定燃燒；保護熔池不受空氣侵入，防止焊縫金屬的氧化和氮化；過渡合金元素，改善堆焊層的化學成分和組織；防止堆焊層產生裂紋、氣孔和疏松；減少金屬飛濺和燒損等。為了改善堆焊層性能，可在焊劑中加入其它合金元素，例如，為了補充燒損的碳，可在焊劑中添加碳粉。用“焊劑431”與低碳鋼焊絲配合堆焊曲軸時，應在焊劑中加入1.2％的碳，用中碳鋼焊絲時，應添加1％的碳，如果焊劑中碳的加入量少，補充不了堆焊過程中碳的燒損，就會造成堆焊層硬度降低、脫渣困難。如果加入量太多，就容易使堆焊層形成淬硬層；造成堆焊層硬度高、出現裂紋等缺陷。第32頁，課件共40頁，創作于2023年2月埋弧自動堆焊工藝電源的性質和極性工作電壓工作電流堆焊速度送絲速度堆焊螺距焊絲的伸出長度焊絲后移量預熱溫度第33頁，課件共40頁，創作于2023年2