先進的帶極堆焊技術
- 2016-03-14 13:36:00
- sawchina 原創(chuàng)
- 11638
（1）產生背景 石油化工行業(yè)的加氫反應器、原流合成塔、煤液化反應器及核電站的厚壁壓力容器等內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，在該領域內，國內外大量采用了帶極埋弧堆焊（SAW）技術。帶極的寬度也從窄帶向60mm、90mom、120mm、150mm的寬帶方向發(fā)展。該技術在稀釋率和熔敷速度上比絲極埋弧焊有了長足的進步，但隨著壓力容器日趨大型化、高參數化，促使堆焊技術向更優(yōu)質更高效的方向發(fā)展。70年代初，德國首先發(fā)明，后被日、美、前蘇聯等國進一步完善的帶極電渣堆焊技術由于它具有比帶極埋弧難焊更高的生產效率、更低的稀釋率和良好的焊縫成形等優(yōu)點，近年來在國內外得到迅速發(fā)展和較普遍的應用。
（2）技術內容和技術關鍵 帶極電渣夫焊是利用導電熔渣的電阻熱熔化堆焊材料和母材的，除引現階段外，整個堆焊過程應設有電弧產生。為了獲得穩(wěn)定的電渣堆焊過程，有以下幾個技術關鍵：
1）焊接電源。在電渣堆焊過程中，渣池的穩(wěn)定性對堆焊質量影響極大，而電壓的波動又是影響渣池穩(wěn)定性的最關鍵因素，故希望堆焊過程電壓波動最小，因此要求選用恒壓特性的直流電源。此外，電源應具有低電壓，大電流輸出、控制精度高、較強的補償網路電壓波動的能力和可靠的保護性能。電源的額定電流視所用帶寬而異，一般對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)定電渣過程的另一個必要條件是焊劑必須具有良好的導電性。一般電渣堆焊焊劑的電導率需達2～3Ω-1cm-1，為普通埋弧焊焊劑的4～5倍。目前國內外采用的電渣焊劑多為燒結型。焊劑電導率的大小，取決于焊劑組分中氯化物（NaF、CaF2、Na3AIF6等）的多少，當氯化物（質量分數）少于40％，堆焊過程為電弧過程，在40％～50％范圍大致是電弧、電渣聯合過程；當氯化物大于50％后，可形成全電渣過程。CaF2既是良好的導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。
除了導電性外，焊劑還需有良好的堆焊工藝性（脫渣、成形、潤濕性）及良好的冶金特性（合金元素燒損小，不利元素增量少），適宜的粒度（一般比埋弧焊焊劑粒度細）。目前滿足上述要求，已用于生產的焊劑種類很多，如有國外的FJ-1（日本）、EST122（德國）、Sandvik37S（美國）；國產的SJ15、SHD202等等。
4）工藝參數的控制。采用合理的堆焊工藝參數是保證電渣堆焊過程穩(wěn)定，焊縫質量良好的有效手段。影響帶極電渣堆焊質量的工藝參數最主要的有焊接電壓、電流和焊接速度，其次還有干伸長，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帶極電渣堆焊具有重要意義，當電壓太低，有帶極粘連母材的傾向。電壓太高，電弧現象明顯增加，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 焊接電流對帶極電渣堆焊質量影響也較大。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，但電流過大，飛濺會增加。不同寬度的帶極應選擇不同的焊接電流，比如對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，焊速過高，會使電弧發(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 帶級電渣堆焊時，母材傾角會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 其他一些參數的推薦值為：帶極伸出長度為25～35mm，焊劑厚度25～35mm，焊道搭接量5～l0mm。
（3）優(yōu)缺點及應用范圍 帶極電渣堆焊與帶極埋弧堆焊比有以下優(yōu)點：
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，表面質量優(yōu)良，表面不平度小于0.5mm（埋弧堆焊時大于lmm）故表面無需機械加工，省料省時。
4）帶極中合金元素燒損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，近年來國內外在加氫控制反應器、煤氣工程熱壁交換爐、核電站設備中壓力容器的內表面大面積堆焊中均得到了廣泛應用。
由于電渣帶圾堆焊自身的一些特點，它也有定的應用范圍：
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
（l）產生背景 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年代后期國內外開發(fā)了高堆焊速度低熱輸入的高速帶極堆焊技術。
（2）技術內容和技術關鍵 高速帶極堆焊是在帶極電渣堆焊的基礎上，提高焊接速度發(fā)展而來的，由于焊接速度的提高，使電弧發(fā)生率增加，因此使焊接的導電過程由電渣過程變?yōu)殡娫碗娀〉穆摵线^程。但仍以電渣過程為主。因此在對電源、焊劑等方面的要求與帶極電渣堆焊相同?，F僅介紹高速帶極堆悍的某些特性問題。
1）磁控裝置。隨著焊速的提高，焊接電流也要相應增加，則磁收縮力就會成平方倍的增加，咬邊會更嚴重，故必須加大磁控電流，但磁控電流過大，勵磁繞組發(fā)熱嚴重，降低使用壽命。為了在較低磁控電流下，增加磁控效果，應采取相應措施。如有時研究采用帶有一定角度可轉動的磁極端頭和附加磁極極靴等措施，收到了較好的效果。
2）工藝參數的控制。在提高堆焊抗氫剝離性能的前提下，根據產品的全面性能要求，考慮焊道形狀，稀釋率等因素。針對不同的帶極寬度，應試驗得出最佳焊接參數，舉例如表2。
1）由于高速堆焊的邊界層具看M＋A雙相組織，且晶粒細小，故抗氫剝離性較好；堆焊層也因晶粒細小而具有良好的耐腐蝕性。
2）由于高速堆焊對母材的熱輸入小，故母材變形小，這對于薄板堆焊更有意義。
該技術已用于生產，如南化（集團）公司化工機械廠用高速帶極堆焊生產了加氫控制反應器，實現了高速優(yōu)質堆焊的目的。
該技術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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