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浅谈堆焊焊条的热处理技术


 无渣堆焊焊条的工艺性能焊条采用Ni80Cr20型电炉丝作为焊芯,外涂金属-石墨型药皮,药皮中虽然没有加入任何起?#28982; ?#36896;渣和造气等作用的矿石粉 (大理石、金红石、云母等。),但由于药皮中加入了较多量的片状石墨(C),石墨不但在焊条压制时起到润滑增塑等作用,而且在焊接过程中大部分的 C被氧化生成CO(或CO2)气体排开弧柱区的空气,对熔敷金属起保护作用。此外,该焊条药皮中还含有一定的硅铁、硼铁等金属合金粉末,在焊接电弧热的作 用下,药皮中的B、Si与氧气的亲和力较大,在熔滴过渡或在熔池中发生强?#19994;?#27687;化-还原反应生成B、Si的氧化物,其氧化物与其它金属氧化物一起作用化合 成一种低熔点的硼硅酸盐(玻璃状)复杂化合物,包覆着金属液滴,保护合金顺利过渡,并在熔池的强烈搅拌作用下浮到熔池金属表面形成一层极薄均匀的保护膜, 阻止空气中有害气体的渗入。
  由于药皮配方中不含任何矿石粉,焊接烟尘小,烟尘中含对人体有害气体极少,且焊后焊道上几乎没有熔渣,因而不存在像研制镍铬硼硅合金的一般(有渣)焊 条堆焊时出现焊后脱渣难的问题。焊条药皮中几乎都是铁合金粉末,没有矿石粉的体积百分比,焊后也没有合金过渡到熔渣中的损失,因而可设计在比一般常规(有 渣)堆焊焊条(焊芯直径为4.0mm、药皮外径为7.8mm)药皮薄得多的情况下而使焊条的熔敷系数比一般常规(有渣)堆焊焊条大,从而在一定的程度上解 决了镍铬硼硅合金制成一般常规(有渣)堆焊焊条时需要采用较大的焊接电流而使焊条的尾部发红、药皮开裂?#20219;?#39064;。与一有矿石粉堆焊焊条相比,由于该焊条药皮是由金属粉末组成,焊接时节省了熔化矿石粉所需的熔化热,同时B、Si元素与其它合金元素在高温反应时会放出大量的反应热,因而焊条的熔化系数加大, 且在施焊时合金除了因蒸发、氧化和飞溅损失小部分外,没有合金渗入熔渣的损失,焊条的熔敷系数也较一般常规堆焊焊条的大。堆焊金属化学成分分析在 80mm60mm的Q235钢件上连续堆焊8层,经时效处理降低硬度后用砂轮除去表面的氧化物并磨平,装?#24615;?#36710;床CA6140上,车速先设置为低档,用 硬质合金车刀除去试样表面层后,再在刀具下?#23092;?#25918;一张干净的纸,车削取样,经过反复调试,确定堆焊金属佳化学成分见。各合金元素对熔敷金属硬度的影响研 究开?#35745;?#22270;通过加入少数量、多种类的合金元素来提高熔敷金属的性能,试验结果发现,在堆焊金属中随着合金的种类增加,堆焊金属的硬度开始有上升的趋势,金 属总含量和种类达一定值后,堆焊金属的硬?#28909;?#19979;降,其中部分合金的加入还将影响到堆焊金属的抗裂性等性能。为考察各合金元素对堆焊金属性能的影响,?#33455;?#36890; 过对焊条药皮配方中各合金元素的种类和数量的增减初步探?#21046;?#23545;堆焊金属硬度等性能的影响。结果表明,焊条中Ni含量的增加,堆焊金属的硬度有下降的趋势, 且金属开裂倾向增大;C含量增多时,开?#21152;?#24230;上升,当合金中的C含量约超过1.2(质量?#36136;?#26102;,堆焊金属的抗裂性抗裂性是衡量堆焊金属耐磨性的一个重要 指标,由于堆焊金属的基体组织为奥氏体组织,合金的线膨胀系数大,且自身可塑性较差,故抗裂性能较差,往往表现为高温失塑?#30416;啤?#20026;提高堆焊金属的抗裂性, 应控制合金中的C、B、Si等元素含量,而微量的稀土元素和一定量的Mo则对堆焊金属的抗裂性能有利。此外,在具体堆焊过程中,除了一些大的工件、形状复 杂工件或厚板工件需要预热200300外,一般工件可直接施焊接或稍作预热即可控制?#30416;?#30340;产生。热处理工艺对熔敷金属组织的影响该堆焊金属在不同的温度和 时间下时效处理与硬度的关系。由可以看出,该堆焊金属在一定的温度和时间内,粗大的奥氏体基体逐渐消失,大量中间相沉淀析出,使硬度有上升的趋势(上升幅 度一般在25HRC之间),达一定的温?#28982;?#26102;?#27996;?#27785;淀相或二相粒子将分解溶入基体(奥氏体),硬度又有下降的趋势,且随着时效的温度升高,时效所需的时 间缩短。由所示组织的?#28000;?#21487;知,堆焊金属的焊态组织极不均匀(a),经过较高温度(880)的时效处理后,堆焊金属随时间的延长,其组织变得均匀,晶粒在 一定的时间内得到了细化(b),硬度得到提高,但随时效时间的延长又有粗化的趋势,金属组织发生过时效(c),其硬度有所下降。同时由b、d可以看出,将 所研制的堆焊金属经过时效稳定化处理后再经过680保温24h,其组织与保温前组织几乎没有?#28000;?#36825;从另一个侧面反映了该堆焊金属可长期处在680以下的 高温环境中工作时其组织是稳定的。此外,经过时效处理后,熔合区的基体侧由于合金元素的扩散、重结晶作用,其组织出现一定的过渡,从而大大地改善了熔合区 的性能,增强了熔敷金属与基体的结合性能,?#34892;?#22320;降低了熔敷金属在工作过程中的剥落倾向,工件的使用寿命大大增加。
  耐黏着磨性数据可以看出,所研制的堆焊金属在焊态(B试样)情况下,由于硬度较钴基合金(A试样)低,600时的耐磨性要略低于钴基合金;但该堆焊金 属在经过时效处理后(C试样)硬度接近于钴基合金时,其600的高温耐磨性与钴基合金也较为接近。这表明耐磨性与其硬度有着较大的关系,同时也反映出堆焊 金属有着优良的抗高温耐磨性能。此外,从经过高温黏着磨损后的试样表面来看,整个试样的堆焊金属表面呈现出彩色氧化膜(且氧化程度与钴基合金试样相近), 而试样的母材部分却为黑色氧化膜,反映出堆焊金属具有优良的抗高温氧化能力,?#28051;?#28201;黏着磨损后试样表面形?#29627;⊿EM)。堆焊金属磨损后的表面形貌 (SEM)(SEM)结论该焊条在焊接过程中虽然没有熔渣的保护,但由于自生气体和硼硅酸盐薄膜等的保护作用,焊条工艺性能良好,焊缝的质量保证。合金元 素对该堆焊金属性能的影响具有多重性,随着堆焊金属中的合金元素种类的增多,各元素量在堆焊金属中相对减少,对堆焊金属的硬度、抗裂性等性能都将产生不利 的影响,但对焊后时效处理可能有利。Ni、Cr是保证堆焊金属抗高温氧化性?#28034;?#40655;着磨损的重要元素,而B、Ti、V、C等合金则是保证合金的强度、红硬性 和耐磨性的不可缺少元素,这些合金元素的共同作用使堆焊金属具有与钴基堆焊金属(钴铬钨合金)相近的抗高温耐磨性能和其它高温综合性能。该堆焊金属的焊态 组织为奥氏体组织,其内部存在大量的碳化物、硼化物、金属?#28000;?#21512;物等强化相,其组织高温稳定性较差,焊后应?#20113;?#22534;焊金属进行8801h高温时效处理。经时 效处理后由于二相粒子的沉淀析出和再结晶作用,其组织较焊态组织的稳定性有了较大的改变,时效处理后的组织在680高温下长期工作能够保持稳定。时效处 理后不但熔敷金属与基体间的结合强度提高,熔敷金属的剥落倾向减少,而且其硬度也较焊态高25HRC,耐磨性得以提高,工件的平均使用寿命提高约1.3 倍。

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