堆焊技术的发展及其工艺方法

[摘 要]简单介绍了堆焊技术的发展历程。从堆焊方法、堆焊材料、堆焊设备等方面分析了我国堆焊技术的发展现状，阐述了堆焊技术的应用现状及前景，对我国堆焊技术的发展前景进行了展望。

[关键词]堆焊技术； 发展现状；修复

中图分类号：U73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）46-0231-01

1 引言

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。

我国堆焊技术的研究方向是提高堆焊质量和效率，围绕此目的，我国相继开发了电弧堆焊（单丝、多丝、单带极、多带极）、电渣堆焊（窄带极、宽带极、躺极）、等离子弧粉末堆焊、高能光束（激光、聚焦光束）粉末堆焊等。从熔敷效率上看，已经从单弧电弧堆焊的11kg/h发展到多带极电弧堆焊的70kg/h[5]，稀释率从电弧堆焊的30%～60%降低到等离子弧、激光、聚集光束堆焊的5%左右[6]。

2 堆焊技术的特点及应用

堆焊的物理本质、热过程、冶金过程以及堆焊金属的凝固结晶与相变过程，与一般的焊接方法相比是没有什么区别的。然而，堆焊主要是以获得特定性能的表层、发挥表面层金属性能为目的，所以堆焊工艺应该注意以下特点：

1）根据技术要求合理地选择堆焊合金类型 因为被堆焊的工件的形状各异，金属种类繁多，所以，堆焊前应首先分析零件的工作状况，确定零件的材料和性质。根据具体的情况选择堆焊合金系统。

2）以降低稀释率为目的，选择堆焊方法 零件的基体大多是低碳钢或低合金钢，而表面堆焊层含合金元素较多，为了获得预期的堆焊成分和效果，就必须减小母材向焊缝金属的熔入量，也就是稀释率。

3）堆焊层与基体金属间应有相近的性能 由于通常堆焊层与基体的化学成分差别很大，为防止堆焊层与基体间在堆焊、焊后热处理及使用过程中产生较大的热应力与组织应力，常要求堆焊层与基体的热膨胀系数和相变温度最好接近，否则容易造成堆焊层开裂及剥离。

4）材料堆焊必须根据具体情况正确进行选择

5）提高生产率 由于堆焊零件的数量繁多、堆焊金属量大，所以应该研发和应用生产率较高的堆焊工艺。

总之，只有全面考虑上述特点，才能在工程实践中正确选择堆焊合金系统与堆焊工艺，获得符合技术要求的经济性好的表面堆焊层。

堆焊工艺是焊接领域中的一个重要分支，它可以采用不同的基体，在这些基体上使用不同的堆焊材料使表面达到我们所需要的性能，如耐磨性、耐蚀性、耐热性等等。因此，堆焊工艺在矿山、电站、冶金、车辆、农机等工业部门的零件修复和制造中都有广泛的使用。

3 常用的堆焊方法

常的焊接方法有：熔焊、钎焊、喷涂等，这些方法都可以在堆焊中使用。其中，熔焊方法所占的比重最大，选择应用怎样的堆焊方法，应考虑以下几个方面的问题：（1）堆焊层的性能和质量要求；（2）堆焊件的结构特点；（3）堆焊的经济性。随着科学技术的进步和生产的需要，常规的焊接方法往往不能满足堆焊工艺的要求，因此又出现了许多新的堆焊工艺方法。。

下面针对表2具体介绍并分析几种常见的堆焊方法及其特点。

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

4 结论

（1）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。

（2）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。

参考文献

[1] 杨正勇.连铸辊堆焊技术的现状浅析[J]. 焊接. 2006（10）

[2] 曾江.堆焊技术的发展及实践经验的推广[J]. 金属加工（冷加工）. 2010（05）