焊条电弧堆焊
焊条电弧焊堆焊金属组织及其性能分析
的铁 素 体 和 珠 光 体 全 部 转 变 为 奥 氏 体 ， 由 于 焊 接 时 加 热 速 度 快 ，高 温 停 留 时 间 又 比较 短 ，奥 氏体 晶 粒 还未 来 得 及 长 大 ，焊
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１ ・ 验与研究 ・ ０ 试
文 章 编 号 ：０ ２ ０ ５ ２ Ｏ ）３ ０ １ — ３ １０ — ２ Ｘ（０ ７ ０ — ００ ０
焊 接 技术
第３ ６卷 第 ３期 ２ ０ ０ ７年 ６月
焊 条 电 弧 焊 堆 焊 金 属 组 织 及 其 性 能 分 析
外 层 堆 焊 金 属 方 向测试 了硬 度 。
２ 试 验 结 果 及 分 析 １ 试 验 材 料 及 方 法
２ １ 堆 焊 层 显微 组 织 分 析 ．
试 验 采 用 厚 度 为 １ ｍ、直 径 为 １０ｒ ２ｍ ９ ｍ的 圆 形 ４ 钢 作 为 ｎ ５
基 体 材 料 ４ 钢 的显 微 组 织 为铁 索 体 和 珠 光 体 。它们 的 晶粒 ５ 较 粗 大 但 分 布 较 均 匀 。 图 １ 不 同 焊 接 电 流下 仅 堆 焊 １ 时 的 显 为 层 微 组 织 。远 离 熔 合 区 的 为细 晶粒 区 ，在 焊 接加 热 时 ，该 区域 中
１５ １５ ４ — ５
ｌ５ ｌ５ ７ － ８ １５ １５ ５ — ６
２—６ ５ ２
２—８ ７２ ２—７ ６２
２５ ．
２７ ． ２８ ．
ｌ ＿ ６
１８ ． １ ． ５
蚀 性 ，从 而 延 长零 件 的 使 用 寿命 ；可 经 济 利 用 贵 重 合 金 元 素 ，
从 而 降低 制造 成 本 ；可 为 企 业 节 省 维 修 和 更 换 零 件 的费 用 等 ， 在 冶 金 机 械 、 矿 山 机 械 、 农 业 机 械 、石 油 化 工 机 械 、交 通 运
概述锻模的焊条电弧堆焊工艺
概述锻模的焊条电弧堆焊工艺热锻模一般采纳5CrNiMo或5CrMnMo合金工具钢制造。
为了节省珍贵合金钢，以45Mn2铸钢作为基体，采纳焊条电弧堆焊方法制造热锻模，可以降低热锻模的成本。
焊条电弧堆焊热锻模应用较多的是EDRCrMnMo-15(D397)堆焊焊条，可用于堆焊铸钢或锻钢为坯体的热锻模，也可用于修复SCrMnMo、5CrNiMo和5CrNiSiW钢制热锻横。
EDRCrMnMo-15焊条属于低氢型药皮焊条，采纳直流反接。
焊条使用前须在300350℃烘干11.5h。
热锻模的焊条电弧堆焊工艺如下。
①坯料锻造并进行热处理后，依据外形尺寸加工型槽。
加工时应将堆焊部位全部尖角都铣成圆角（尺寸不小于2-3mm），深而窄的型槽应适当加大尺寸，将垂直面改为1015斜度，以便堆焊操作，避开产生夹渣、未焊透等缺陷。
②45Mn2钢模体堆焊前应预热至450℃，在整个堆焊过程保持模体温度不低于300℃，否则需再预热。
焊前预热在煤炉中进行，然后取出放在石棉保温箱中堆焊，也可自行制造专用的加热保温电炉。
③用EDRCrMnMo-15焊条采纳分区分层堆焊法，由最深处开头逐层向上堆焊，各层间的堆焊焊缝可交叉成肯定角度，以便堆焊层厚度匀称并削减夹渣。
堆焊操作中焊条应稍作横向摇摆，应避开在夹角和狭窄处引弧和熄弧。
采纳45Mn2钢制造模坯，有效堆焊层厚度为5-10mm。
此外还应留3-5mm的加工余量。
④堆焊后马上放人炉中进行遇火处理，或在250C以上保温存放直到送入热处理炉中进行退火处理。
退火温度为(85010)℃，保温时间按每毫米厚度保温1.5～2min计算，然后将炉温降到680℃等温退火，保温一段时间后随炉冷至400℃以下出炉。
⑤机械加工并检查堆焊表面的缺陷。
对于直径不大于0.51mm 的个别气孔和夹渣可不处理；直径超过0.5～1mm但不超过4mm的气孔和夹渣，可在调质处理以后用镍铬不锈钢焊条进行不预热补焊。
非工作面的气孔和夹渣，直径小于2.5mm时可不处理。
堆焊
三、埋弧堆焊 1、特点：生产率高、劳动条件好、堆焊合金成分稳定，因此得到大量 应用。 2、应用：尤其对于轧辊、车轮轮缘、曲轴、化工容器和核反应堆压力 容器衬里等中、大型零件应用较多。 3、具体工艺有四种： (1)单丝埋弧堆焊 (2)多丝埋弧堆焊 (3)带极堆焊 (4)串联电弧堆焊
对于高合金的堆焊金属，可采用各种管状焊丝气体保护堆焊 工艺获得。 我国还采用 C02 气体保护焊在自动送进 H08Mn2Si焊丝的同时， 向 熔 池 送 入 YG8(W(wc)92％、W(Co)8％) 合 金 粉 末 ， 得 到 了 WC+α固溶体的堆焊层。
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※2、非熔化极惰性气体保护堆焊，主要以手工送进 各种合金焊丝进行堆焊。 ※这种方法保护效果好，合金元素过渡系数高，稀 释率比熔化极气体保护堆焊低，但生产率低，保 护气体贵，因而使用受到限制。 ※3、不加保护气体的自保护管状焊丝明弧堆焊，在 国外应用较广。其中半自动明弧堆焊用得较多。 ※这种方法的突出优点是设备简单、方便灵活，并 可堆焊多种成分的合金。其缺点中飞溅较大。
2、分类：根据所使用的热源不同，一般将热喷涂工艺分为燃烧法和电加热法两大类。 目前常用的热喷涂技术是线材火焰喷涂、粉末火焰喷涂、电弧喷涂、等离子弧喷涂、 爆炸喷涂和超音速火焰喷涂技术。
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五、等离子弧堆焊 1、优点：等离子弧温度高，能顺利堆焊各种难熔材料和提高堆焊速度；熔深可以调 节，稀释率最低可达 5％左右。因此等离子弧堆焊是一种难得的低稀释率和高熔敷率 的堆焊方法。另外，等离子弧堆焊可采用各种渗合金方式进行堆焊。 2、缺点：设备成本较高，有强烈的弧光辐射和臭氧污染，因此必须采取防护措施。 3、等离子弧堆焊主要有以下形式： (1)冷丝等离子弧堆焊 (2)热丝等离子弧堆焊 (3)预制型等离子弧堆焊 (4)粉末等离子弧堆焊
焊接方法分类
焊接方法分类焊接方法分类一般都根据热源的性质、形成接头的状态及是否采用加压来划分。
1、熔化焊熔化焊是将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。
它包括气焊、电弧焊、电渣焊、激光焊、电子束焊、等离子弧焊、堆焊和铝热焊等。
2、压焊压焊是通过对焊件施加压力（加热或不加热）来完成焊接的方法。
它包括爆炸焊、冷压焊、摩擦焊、扩散焊、超声波焊、高频焊和电阻焊等。
3、钎焊钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，在加热温度高于钎料低于母材熔点的情况下，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。
它包括硬钎焊、软钎焊等。
焊接的特点及应用一、焊接的特点1、节约金属材料，产品密封性好2、以小拼大，化复杂为简单3、便于制造双金属结构缺点是焊缝处的力学性能有所降低，个别焊接方法的焊接质量检验仍有困难。
二、焊接的应用1、制造金属结构2、制造金属零件或毛坯3、连接电器导线焊条电弧焊电弧是两带电导体之间持久而强烈的气体放电现象。
1．电弧的形成（1）焊条与工件接触短路短路时，电流密集的个别接触点被电阻热Q=I2Rt所加热，极小的气隙的电场强度很高。
结果：①少量电子逸出。
②个别接触点被加热、熔化，甚至蒸发、汽化。
③出现很多低电离电位的金属蒸汽。
（2）提起焊条保持恰当距离在热激发和强电场作用下，负极发射电子并作高速定向运动，撞击中性分子和原子使之激发或电离。
结果：气隙间的气体迅速电离，在撞击、激发和正负带电粒子复合中，其能量转换，发出光和热。
2．电弧的构造与温度分布电弧由三部分构成，即阴极区（一般为焊条端面的白亮斑点）、阳极区（工件上对应焊条端部的溶池中的薄亮区）和弧柱区（为两电极间空气隙）。
3、电弧稳定燃烧的条件（1）应有符合焊接电弧电特性要求的电源a）当电流过小时，气隙间气体电离不充分，电弧电阻大，要求较高的电弧电压，方能维持必需的电离程度。
b）随着电流增大，气体电离程度增加，导电能力增加，电弧电阻减小，电弧电压降低。
常用的堆焊操作方法
常用的堆焊操作方法
堆焊（Hardfacing）是一种在金属表面上添加耐磨、耐腐蚀或其他特殊性能的涂层或填充材料的焊接过程。
下面列举了几种常用的堆焊操作方法：
1.熔敷堆焊（FuseWelding）：这是最常见的堆焊方法之一。
在熔敷堆焊中，焊材以焊丝或焊条的形式添加到基材上，然后通过熔化焊材和基材来形成涂层。
这种方法可以使用多种焊接工艺，如手工电弧焊、气体保护焊等。
2.粉末堆焊（PowderWelding）：粉末堆焊是一种将金属粉末喷射到基材表面，并通过热源（如等离子弧或激光）将其熔化和熔合到基材上的堆焊方法。
这种方法适用于高温和高速应用，并可以实现较高的精度和微观组织控制。
3.硬面割弧堆焊（OpenArcHardfacing）：硬面割弧堆焊是一种在基材上使用割弧电弧焊进行堆焊的方法。
焊丝通过电弧进行熔化，并在电弧下落到基材表面时形成涂层。
这种方法操作简单、适用范围广，常用于重型设备的维修和耐磨涂层的制备。
4.激光堆焊（LaserHardfacing）：激光堆焊是利用激光束将焊材熔化并精确熔合到基材上的堆焊方法。
激光堆焊具有高能量密度、焊接速度快和热影响区小等优点，可以实现高精度、低热输入的涂层制备。
5.电弧喷涂堆焊（ArcSprayingHardfacing）：电弧喷涂堆焊是通过电弧喷涂设备将金属线材熔化并喷射到基材表面，形成涂层。
这种方法通常用于在大面积上进行涂覆，并能提供良好的附着力和涂层均匀性。
这些是常见的堆焊操作方法，根据具体的应用需求和工艺条件，可以选择适合的堆焊方法来实现所需的涂层性能和质量。
焊接-堆焊技术
堆焊技术的分类
堆焊技术是熔焊技术的一种，因此凡是属于熔焊的方法都 可用于堆焊。
按实现堆焊的条件，常用堆焊方法的分类如图所示。
5
堆焊方法
氧乙炔火焰堆焊
手工送丝 自动送丝 粉末堆焊
焊条电弧堆焊
钨极氩弧堆焊
熔化极气体保护电弧堆焊 其中：自保护电弧堆焊
埋弧堆焊
单丝 多丝 串联电弧 单带极 多带极
预热是焊接修复开始前对被堆焊部位局部进行适当加热的 工艺措施，一般只对刚性大或焊接性差、容易开裂的结构 件采用。预热可以减小修复后的冷却速度，避免产生淬硬 组织，减小焊接应力及变形，防止产生裂纹。工件堆焊前 的预热温度可视工件材料的碳当量而定。
堆焊后的缓冷一般可在石棉灰坑中进行，也可适当补充 加热，使其缓慢冷却。
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焊条电弧堆焊工艺
一、焊前准备
堆焊前工件表面进行粗车加工，并留出加工余量，以保证 堆焊层加工后有3mm以上的高度。
工件上待修复部位表面上的铁锈、水分、油污、氧化皮等， 堆焊修复时容易引起气孔、夹杂等缺陷，所以在焊接位复 前必须清理干净。
堆焊工件表面不得有气孔、夹渣、包砂、裂纹等缺陷，如 有上述缺陷须经补焊清除、再粗车后方可堆焊。
为修复与强化。
2
堆焊的特点
堆焊层与基体金属的结合是冶金结合，结合强度高， 抗冲击性能好。
堆焊层金属的成分和性能调整方便，一般常用的焊条 电弧焊堆焊焊条或药芯焊条调节配方很方便，可以设 计出各种合金体系，以适应不同的工况要求。
堆焊层厚度大，一般堆焊层厚度可在2～30mm 内调节， 更适合于严重磨损的工况。
19
5. 堆焊材料的选择
满足工件的工作条件和要求； 经济性、母材的成分、工件的批量以及拟采用的堆焊方法。
堆焊工艺
堆焊工艺1.焊前准备待堆焊层母材表面处理：堆焊过渡层之前，应将表面铁锈等所有污物去除干净，确定表面处理干净；对压制好的锥体内表面进行渗透探伤，有缺陷要采取方法处理；2.焊条烘干过渡层A312（E309Mo）焊条，烘干工艺300℃，1小时。
钴基硬质合金EcoCr-A（STELLITE6）焊条，烘干工艺250℃，1小时。
焊条随用随取，焊接时焊条放在保温筒内，保温筒随时带电保温（也可以将要用的焊条放在堆焊椎体内以保持干燥度），焊条在空气中曝露不大于4小时：对于取焊条时掉出的焊条，如果没有及时发现，此根焊条将不予使用。
3.预热和堆焊时温度控制预热方法：采用履带，加保温棉保温；将履带均匀布置在锥体上并用保温棉（两层）完全包裹起来；锥内要塞上保温棉；尽可能保证加热均匀。
加热履带要电工随时检测防止出现短路！如果遇到停电或温度过低最高温度低于240℃，要塞好保温棉进行保温，但在持续通电的情况下要一次堆完。
4.堆焊采用手工电弧焊（SMAW）进行堆焊，按下列工艺执行：①堆焊过程中要保持层间和焊道温度不低于预热温度；②采用小电流短弧堆焊（弧长控制4mm左右），增加焊条熔敷速度。
4.0mm焊条电流在140A左右。
③采用多层多道堆焊，焊接过程中要严格进行焊道，层间清渣，焊缝重叠量掌握在1/2焊缝宽度左右，即第二道焊缝覆盖第一道焊缝宽度1/2左右。
④如果堆焊两层则第二层的焊接接头要超过或短于第一层焊接接头20～25mm。
⑤堆焊完一圈后要进行对堆焊层检查对有缺陷或引高处或弧坑应进行打磨去除。
5. 堆焊要领①堆焊采用直流反接（即工件接负极，焊钳接正极）②堆焊时焊条于焊件表面要尽量保持垂直状态（小端除外）③堆焊运条要快且直，焊条横向摆动宽度不超过10～15mm，焊道厚要小于2.5mm④收弧时应使熔池填充饱满，也就是在收弧时稍微停留一下将收弧处引高，然后拉向横向一侧，然后息弧；采用点击法进行引弧，引弧后将焊条提高，作‘预热’状，立即恢复短弧及横向摆动，且要将收弧段堆焊金属完全重新熔化，形成新的堆焊熔池。
常用焊接方法
1－弧焊电源 2－工件 3－焊条 4－电弧 5－焊钳 图 2 焊条电弧焊基本电路
永济新时速电机电器有限责任公司专项培训教材 哈尔滨焊接技术培训中心
工艺部分
常用焊接方法
电流值如果超过额定焊接电流值，就要考虑更换额定电流值大些的焊机或者降低焊机的负载持续率，超过额
定电流值使用时，称为过载，严重过载将使设备损坏。
3）焊接电流调节范围
焊接电流调节范围是焊条电弧焊用电源的调节性能技术参数之一，不同型号的焊接电源焊接电流调节范
围也不相同，如果电源用于焊条直径范围变化较大的工作条件，应选用焊接电流调节范围大的电源。
2/17
焊条电弧焊用电源的基本要求
1）陡降的外特性
2）良好的动特性
3）良好的调节特性
4）适当的空载电压
5）适当的短路稳定电流
焊条电弧焊用电源的主要技术参数
1）负载持续率
负载持续率是表示焊接电源工作状态的参数。我国标准规定 500A 以下的焊机选定工作时间周期为 5 分钟，
在 5 分钟的时间内，焊条电弧焊总有一段时间用来换焊条、清理焊渣、移动焊接位置等。所以电弧燃烧的时
铝及铝合金
电流种类及极性 直流正接
交流/直流正接用 He 保护
镁及镁合金
交流
2）焊枪 3）钨极
——纯钨极 使用纯钨极起弧困难、电弧不稳定、寿命短，但价格便宜。 ——钍钨极 在很长时间里，钍钨极是最常用的一种钨极。但由于放射性，所以现在钍钨极的使用较少。 ——铈钨极 铈钨极是一种非放射性钨极。铈钨极特别适合于低电流的直流焊接。 ——镧钨极 镧钨极是一种非放射性钨极。使用镧钨极起弧容易、电极端温度低，使用寿命长。
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式中：
v
200
25
v — 冷却速度，。C / h; — 板材厚度， mm.
对于厚壁容器，加热和冷却速度为50～150。C /h,整体 处理时炉内最大温差不得超过50 。C 。如果焊件太长需 分成二次处理时，重叠加热部分应在1.5m以上。
➢局部热处理：对于尺寸较长不便整体处理，但形状比较 规则的简单筒形容器、管件，可以进行局部处理。局部处 理，应保证焊缝两侧有足够的加热宽度。对于筒体的加热 宽度与筒体半径、壁厚有关，按下式计算。
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加热范围：一般在坡口两侧各75～100㎜范围内应保持 一个均热区域。测温点应取在热区域的边缘。对于对接接 头每侧加热宽度不得小于板厚的5倍。
二）后热（焊后将焊件保温缓冷，可以减缓焊缝和热影响
区的冷却速度，起到与预热相同的作用） 。
消H处理：焊后立即将焊件加热到250～350。C范围，保温
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⑥通常将焊件的堆焊面放成垂直位置，如下图，用横焊方法进 行堆焊。 ⑦堆焊时，应选择低电弧电压， 小电流小工艺参数的焊接。
⑧为防止堆焊层和热影响区 产生裂纹，减小工件的变形 ，须在焊前对工件进行预热 和焊后缓冷T =100～300。C
预
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三、铸钢缺陷和裂纹的焊补技术
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B 5 R
式中：
B — 筒体加热宽度，mm. R — 筒体半径，mm.
— 筒体壁厚，mm.
例如，对于直径为1200mm，壁厚为24mm的筒体环焊缝局部 热处理时，以焊缝为中心的600mm范围内，都要加热到规定 的处理温度。
一般在下列情况要考虑焊后热处理：
母材金属强度等级较高，产生延迟裂纹倾向较大的普通 低合金钢。
焊条电弧堆焊
目的与要求 ①掌握焊条电弧堆焊的含义、目的及特点。 ②掌握堆焊的工艺方法方法。 ③掌握铸钢件缺陷和裂纹的焊补技术。 ④掌握预热、后热及焊后热处理的目的与处理方法。
重点： ①铸钢件缺陷和裂纹的焊补技术。 ②预热、后热及焊后热处理的目的与处理方法。
难点： ①铸钢件缺陷和裂纹的焊补技术。 ②预热、后热及焊后热处理的目的与处理方法。
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一、堆焊及基本特点
含义：将具有一定性能的材料堆敷在焊件表面上的一 种工艺过程。
目的：获得特殊性能的堆焊层； 修复磨损或增加焊件的尺寸。
特点： ① 显著提高焊件的使用寿命。 ②节省制造及维修费用外，还可缩短修理或更换部件的时间。 ③减少停机、停产的损失，提高生产率降低成本。 ④方便灵活，设备简单，劳动条件差。 ⑤只适于小批量的中小型部件的堆焊。
⑥焊后锤击焊缝处.
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四、预热、后热及焊后热处理
（一）预热 1）预热的目的 ➢降低焊后的冷却速度。 ➢减少淬硬倾向，防止裂纹产生。 ➢减少热影响区的温度差别，有利于减少焊接应力。 2）预热应用的范围 对淬硬倾向较大的钢材进行焊接时，需焊前预热；对于 铬镍奥氏体不锈钢进行焊接时不能进行预热。 的选择应根据钢材的成分、厚度、结构刚性、接头形 式、焊接材料、焊接方法以及环境因素等综合考虑，并 通过可焊性实验来确定。
➢软化淬硬部位。
➢改善焊缝和热影响的组织和性能。
➢提高接头的塑性和韧性。
➢稳定结构的尺寸。 常用焊后热处理的方法
➢整体加热处理：将焊件置于加热炉中整体加热处理，
可以得到满意的处理效果。焊件进行进炉和出炉时的 温度应在300。C以下， 300。C以下的加热和冷却速度
与板厚有关。应符合以下要求：
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处在低温下工作的压力容器及其它焊接结构，特别是在 脆性转变温度以下使用的压力容器。
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母材金属强度等级较高，产生延迟裂纹倾向较大的普通 低合金钢。
处在低温下工作的压力容器及其它焊接结构，特别是在 脆性转变温度以下使用的压力容器。
承受交变载荷工作，要求疲劳强度的构件。 大型受压容器。 有应力腐蚀和焊后要求几何尺寸较稳定的焊接结构。
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2）裂纹的焊补 ①焊补前应彻底检查，分析裂纹部分，并修成一定的坡 口，坡口底部不要呈尖角状 ②为防止裂纹蔓延，凿削前应在裂纹的两端钻直径为 10～15㎜的小孔。--止裂孔 ③选抗裂性好的E5015焊条 ④焊前进行局部热,T =300。C～350。C. 预 ⑤采用合理的焊接顺序.
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五、提高手弧焊生产率的途径
高效专用焊条： a、高效铁粉焊条 E4323(J422铁)、E5018(J506铁) b、立向下焊专用焊条E5018(铁粉低H 型) 高效率重力焊法：它是高效率铁粉焊条和重力焊装置相 结合的一种半机械化焊法。 单面焊双面成形：是一种强制反面成形的焊接方法。它 借助于在接缝处反面衬上一块紫铜板达到反面成形的目的。
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小结
1、掌握焊条电弧堆焊的含义、目的及特点。 2、掌握堆焊的工艺方法方法。 3、掌握铸钢件缺陷和裂纹的焊补技术。 4、掌握预热、后热及焊后热处理的目的与处理方法。
1）铸钢件缺陷的焊补 铸钢件的缺陷一般有明缺陷和暗缺陷两种。 明缺陷：焊接时电弧能直接作用到整个缺陷表面。 焊补方法：
① 将确陷表面清楚干净。 ② 用E5015焊条按照堆焊的方法把缺陷填满即可.
③若铸钢件太大为防止产生裂纹,可在焊补处进行局部预热.
T =300～350。C
.
预
暗缺陷:必须认真的修正缺陷.除去妨碍电弧进入的金属。待 缺陷完全暴露且清除干净后进行.焊补方法与名缺陷相同。
2～6小时,后空冷
。
目的：加速焊缝金属中H的逸出，大大降低焊缝和热影 响区中的含H 量，防止冷裂纹的产生。
应用范围：焊件若不能立即热处理而焊件又必须及时 除H时，则需即使作消H处理。
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(三)焊后热处理
含义：将焊件整体或局部加热保温，然后炉冷或空冷的
一种处理方法
。
作用：
➢降低焊接残余应力。
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二、堆焊工艺
①堆焊时应根据不同要求选用不同的焊条。 ②堆焊前应严格清理焊件表面的杂质。 ③堆焊第二条焊道时，应该熔化第一条焊道的1/3～1/2。
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④进行多层堆焊时，第二层焊道的堆焊方向应与第一层 互成90。还应注意堆焊顺序。
⑤轴堆焊时，应采用纵向对 称堆焊，横向螺旋堆焊。另 外还应注意轴的变形量，要 留有加工余量。