先進(jìn)的帶極堆焊技術(shù)
- 2016-03-14 13:36:00
- sawchina 原創(chuàng)
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（1）產(chǎn)生背景 石油化工行業(yè)的加氫反應(yīng)器、原流合成塔、煤液化反應(yīng)器及核電站的厚壁壓力容器等內(nèi)表面均需大面積堆焊耐高溫，抗氧及硫化氫等腐蝕的不銹鋼襯里。70年代，在該領(lǐng)域內(nèi)，國(guó)內(nèi)外大量采用了帶極埋弧堆焊（SAW）技術(shù)。帶極的寬度也從窄帶向60mm、90mom、120mm、150mm的寬帶方向發(fā)展。該技術(shù)在稀釋率和熔敷速度上比絲極埋弧焊有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但隨著壓力容器日趨大型化、高參數(shù)化，促使堆焊技術(shù)向更優(yōu)質(zhì)更高效的方向發(fā)展。70年代初，德國(guó)首先發(fā)明，后被日、美、前蘇聯(lián)等國(guó)進(jìn)一步完善的帶極電渣堆焊技術(shù)由于它具有比帶極埋弧難焊更高的生產(chǎn)效率、更低的稀釋率和良好的焊縫成形等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外得到迅速發(fā)展和較普遍的應(yīng)用。
（2）技術(shù)內(nèi)容和技術(shù)關(guān)鍵 帶極電渣夫焊是利用導(dǎo)電熔渣的電阻熱熔化堆焊材料和母材的，除引現(xiàn)階段外，整個(gè)堆焊過(guò)程應(yīng)設(shè)有電弧產(chǎn)生。為了獲得穩(wěn)定的電渣堆焊過(guò)程，有以下幾個(gè)技術(shù)關(guān)鍵：
1）焊接電源。在電渣堆焊過(guò)程中，渣池的穩(wěn)定性對(duì)堆焊質(zhì)量影響極大，而電壓的波動(dòng)又是影響渣池穩(wěn)定性的最關(guān)鍵因素，故希望堆焊過(guò)程電壓波動(dòng)最小，因此要求選用恒壓特性的直流電源。此外，電源應(yīng)具有低電壓，大電流輸出、控制精度高、較強(qiáng)的補(bǔ)償網(wǎng)路電壓波動(dòng)的能力和可靠的保護(hù)性能。電源的額定電流視所用帶寬而異，一般對(duì)60mm×0.5mm帶極，額定電流為1500A，90mm×0.5mm為2000A，120mm×0.5mm為25O0A。
2）焊劑。獲得穩(wěn)定電渣過(guò)程的另一個(gè)必要條件是焊劑必須具有良好的導(dǎo)電性。一般電渣堆焊焊劑的電導(dǎo)率需達(dá)2～3Ω-1cm-1，為普通埋弧焊焊劑的4～5倍。目前國(guó)內(nèi)外采用的電渣焊劑多為燒結(jié)型。焊劑電導(dǎo)率的大小，取決于焊劑組分中氯化物（NaF、CaF2、Na3AIF6等）的多少，當(dāng)氯化物（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）少于40％，堆焊過(guò)程為電弧過(guò)程，在40％～50％范圍大致是電弧、電渣聯(lián)合過(guò)程；當(dāng)氯化物大于50％后，可形成全電渣過(guò)程。CaF2既是良好的導(dǎo)電材料又是主要的造渣劑，因此CaF2通常是電渣堆焊焊劑的主要成分。
除了導(dǎo)電性外，焊劑還需有良好的堆焊工藝性（脫渣、成形、潤(rùn)濕性）及良好的冶金特性（合金元素?zé)龘p小，不利元素增量少），適宜的粒度（一般比埋弧焊焊劑粒度細(xì)）。目前滿足上述要求，已用于生產(chǎn)的焊劑種類很多，如有國(guó)外的FJ-1（日本）、EST122（德國(guó)）、Sandvik37S（美國(guó)）；國(guó)產(chǎn)的SJ15、SHD202等等。
4）工藝參數(shù)的控制。采用合理的堆焊工藝參數(shù)是保證電渣堆焊過(guò)程穩(wěn)定，焊縫質(zhì)量良好的有效手段。影響帶極電渣堆焊質(zhì)量的工藝參數(shù)最主要的有焊接電壓、電流和焊接速度，其次還有干伸長(zhǎng)，焊劑層厚度，焊道間搭接量、焊接位置等。
① 精確控制焊接電壓對(duì)帶極電渣堆焊具有重要意義，當(dāng)電壓太低，有帶極粘連母材的傾向。電壓太高，電弧現(xiàn)象明顯增加，熔池不穩(wěn)定，飛濺也增大，推薦的焊接電壓可在20～30V之間優(yōu)選。
② 焊接電流對(duì)帶極電渣堆焊質(zhì)量影響也較大。焊接電流增加，焊道的熔深、熔寬、堆高均隨這增加，而稀釋率略有下降，但電流過(guò)大，飛濺會(huì)增加。不同寬度的帶極應(yīng)選擇不同的焊接電流，比如對(duì)φ75mm×0.4mm的帶極，電流可在1000～1300A之間優(yōu)選。
③ 隨著焊接速度的增加，焊道的熔寬和堆高減小，熔深和稀釋率增加，焊速過(guò)高，會(huì)使電弧發(fā)生率增加，為控制一定的稀釋率，保證堆焊層性能，焊接速度一般控制在15～17cm／min。
④ 帶級(jí)電渣堆焊時(shí)，母材傾角會(huì)影響稀釋率和焊道成形，一般推薦采用水平位置或稍帶坡度（1o～2o）的上坡焊為宜。
⑤ 其他一些參數(shù)的推薦值為：帶極伸出長(zhǎng)度為25～35mm，焊劑厚度25～35mm，焊道搭接量5～l0mm。
（3）優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍 帶極電渣堆焊與帶極埋弧堆焊比有以下優(yōu)點(diǎn)：
1）熔敷效率高，在中等電流下，比埋弧焊高50％；
2）熔深淺而均勻，母材稀釋率低，一般可控制在10％以下，比埋弧焊小一倍、單層堆焊即可滿足性能要求。
3）堆焊層成形良好，不易有夾渣等缺陷，表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，表面不平度小于0.5mm（埋弧堆焊時(shí)大于lmm）故表面無(wú)需機(jī)械加工，省料省時(shí)。
4）帶極中合金元素?zé)龘p和不利元素增量極少，堆焊層的塑性和韌性高于埋弧難焊。
5）由于接頭熔合區(qū)的碳擴(kuò)散層窄，馬氏體帶寬度小，故接頭熔合區(qū)性能優(yōu)于帶極埋弧堆焊。
正由于帶極電渣堆焊有上述優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在加氫控制反應(yīng)器、煤氣工程熱壁交換爐、核電站設(shè)備中壓力容器的內(nèi)表面大面積堆焊中均得到了廣泛應(yīng)用。
由于電渣帶圾堆焊自身的一些特點(diǎn)，它也有定的應(yīng)用范圍：
1）由于帶極電渣堆焊熱輸入較高，故一般用于堆焊50～200mm的厚壁工件，推薦適用的工件最小直徑和壁厚如表1所示。
3）由于帶極電渣推焊的焊接速度較低，熱輸入較大，造成母材和堆焊層之間的邊界層晶粒粗大，使難焊層抗氧剝離性能較差。國(guó)外一方面在使用的母材、帶極、焊劑等方面開展研究，以求得到純凈度更高的堆焊金屬來(lái)提高抗氫剝離能力方面已有了可喜的成果。
2. 寬帶極高速堆焊技術(shù)
（l）產(chǎn)生背景 如前所述、帶極埋弧堆焊和帶極電渣堆焊均由于焊接速度低，熱輸入大，使難焊層抗氫剝離性能不理想，故80年代后期國(guó)內(nèi)外開發(fā)了高堆焊速度低熱輸入的高速帶極堆焊技術(shù)。
（2）技術(shù)內(nèi)容和技術(shù)關(guān)鍵 高速帶極堆焊是在帶極電渣堆焊的基礎(chǔ)上，提高焊接速度發(fā)展而來(lái)的，由于焊接速度的提高，使電弧發(fā)生率增加，因此使焊接的導(dǎo)電過(guò)程由電渣過(guò)程變?yōu)殡娫碗娀〉穆?lián)合過(guò)程。但仍以電渣過(guò)程為主。因此在對(duì)電源、焊劑等方面的要求與帶極電渣堆焊相同。現(xiàn)僅介紹高速帶極堆悍的某些特性問(wèn)題。
1）磁控裝置。隨著焊速的提高，焊接電流也要相應(yīng)增加，則磁收縮力就會(huì)成平方倍的增加，咬邊會(huì)更嚴(yán)重，故必須加大磁控電流，但磁控電流過(guò)大，勵(lì)磁繞組發(fā)熱嚴(yán)重，降低使用壽命。為了在較低磁控電流下，增加磁控效果，應(yīng)采取相應(yīng)措施。如有時(shí)研究采用帶有一定角度可轉(zhuǎn)動(dòng)的磁極端頭和附加磁極極靴等措施，收到了較好的效果。
2）工藝參數(shù)的控制。在提高堆焊抗氫剝離性能的前提下，根據(jù)產(chǎn)品的全面性能要求，考慮焊道形狀，稀釋率等因素。針對(duì)不同的帶極寬度，應(yīng)試驗(yàn)得出最佳焊接參數(shù)，舉例如表2。
1）由于高速堆焊的邊界層具看M＋A雙相組織，且晶粒細(xì)小，故抗氫剝離性較好；堆焊層也因晶粒細(xì)小而具有良好的耐腐蝕性。
2）由于高速堆焊對(duì)母材的熱輸入小，故母材變形小，這對(duì)于薄板堆焊更有意義。
該技術(shù)已用于生產(chǎn)，如南化（集團(tuán)）公司化工機(jī)械廠用高速帶極堆焊生產(chǎn)了加氫控制反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)了高速優(yōu)質(zhì)堆焊的目的。
該技術(shù)的堆焊有效厚度雖比帶極埋弧堆焊大，但仍必須堆焊兩層，不如帶極電渣堆焊，單層即可滿足要求。
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