中铬合金耐磨钢的工艺简介

从80年代我国引进中速磨以来，就开始了磨煤辊的堆焊工作，但均采用当时国际上通用的埋弧自动焊方式。90年后期从英国WA公司引进了明弧焊机和焊丝，与此同时自98年无锡市新区哈德瑞焊接技术有限公司也开发出了H101和H901等新一代磨煤辊明弧自保护堆焊焊丝后，由于明弧焊本身具有的堆焊性能可靠、不易引起母材开裂变形、以及生产率高、劳动强度低、焊层耐磨性好等优点，特别是它解决了埋弧焊不能解决的磨盘（中速磨底座）堆焊的问题中铬合金耐磨钢珠光体耐热钢的焊接，在短短几年里，就得到广泛推广和应用。
1、 明弧堆焊和埋弧堆焊综合对比
. 明弧自保护堆焊 埋弧自动焊
材料消耗 所用材料 管状（药芯）焊丝 管状(药芯)焊丝
熔剂消耗量(kg/kg焊丝) 0 约1.2
堆焊成本 下降14～20％ 较高
生产率 Φ3.2焊丝适用电流(A) 500～530 380～430
堆焊速率(kg/h) 8～10 5～6.5
堆焊速度(mm/min) 宜用1600～1800 宜用800～900
劳 动 条 件
脱渣性能 无脱渣问题 因高合金,脱渣相当困难
烟雾 有,需抽风装置 无
弧光 有,需加遮护板 无
自动化程度 高(调好无需管) 低(需照看)
劳动强度 低 高(脱/筛渣等)
粉尘 基本无 严重(焊剂灰尘)
焊缝性能 焊道稀释率 30～40％ 30～40％
焊道冷却速度 用水冷,快 无法水冷,慢低
焊缝硬度 同样焊丝,略高2～3度HRc 稍低
可否堆焊磨盘可不可母材裂纹 不易产生 温度高,难以避免
工件变形 可做到无变形 有(如内孔收缩等)
堆焊熔合面开裂和剥落 热影响区小,无 高温时母材与焊缝金属膨胀系数不一,易产生
适用性 可否堆焊磨盘 可 不可

埋弧堆焊与明弧堆焊对比
1．工艺简介
埋弧堆焊是指分别连接焊接电源正、负两极的堆焊材料和母材之间发生的电弧被埋在置于电弧前方预先铺好的颗粒状焊剂下面的一种堆焊方式。
埋弧堆焊焊剂的作用：保护人眼，保护熔池，保护焊道，渗合金，减少飞溅 ，减少由于热辐射而引起的电弧热量损失，保护焊嘴等等。
明弧堆焊时不使用焊剂保护，为了遮蔽弧光和保护操作人员眼睛而在焊嘴周围安装遮光罩。其在焊接时不使用保护气体，因此在这一点上不同于熔化极气体保护焊。
适用场合：埋弧堆焊因为要有焊剂，故只能适用于能够在焊接机头之前保持住焊剂的场合，如平面堆焊，大曲率曲面堆焊等。而且只能适用于平焊或坡度很小的堆焊。明弧堆焊几乎可以适用于任何场合（由于熔池大，切未有保持装置，不能适用于仰焊）。

2．工作环境
明弧堆焊有弧光，且烟雾较埋弧堆焊大，需要有较好的通风设施和通风条件。埋弧堆焊时电弧被遮在焊剂下，弧光不外露。

3．冷却
一般的冷却方式有风冷和水冷。明弧堆焊冷却方式调整容易，埋弧堆焊冷却方式调整较不易。
埋弧堆焊风冷时易吹起焊剂细粉，因此不太适合。水冷时，由于使用焊剂，故不能在刚焊完后的焊缝正面通水冷却，而只能通过母材背面通水冷却的方式，且冷却效果一方面受冷却水流量的影响，另一方面很大程度上受母材厚度的影响，母材越厚，冷却效果越差。
明弧堆焊可以通过风冷，也可以通过水冷。而明弧堆焊既能象埋弧堆焊那样通过工件背面通水冷却的方式，也可以通过工件正面通水冷却的方式，而且冷却效果可调（通过改变冷却水相对于熔池的位置以改变冷却峰值温度，通过改变冷却水的流速以改变冷却速度）。由于是在刚焊完的焊缝的正面直接通水冷却，故冷却效果较好，因而焊缝更易于出现共晶组织，且对于有淬透倾向的材料对硬度的提高有利。此外，由于有冷却水的冷却，使焊缝及整个焊接区尺寸变小，温度升高很少，便于后续焊道在较低的温度堆焊，对冷却效果又有进一步的提高。
并且，明弧堆焊时母材受焊接热的影响较小，对于焊接性差的母材非常有利。

4．堆焊层硬度
硬度受堆焊材料和堆焊工艺的影响，相同堆焊材料的情况下，如果材料有淬透性，则随着冷却速度的增加，硬度增加。如果堆焊熔敷金属有空淬性，则通水冷却的效果将不再明显。

5．成本，材料，人工
热效率 埋弧堆焊的热效率约0.77～0.99[1]。其中有一部分热量用于熔化焊剂。
埋弧堆焊焊剂的熔化量与焊接电流和焊接电压有关，随着焊接电流的增加，单位时间内熔化的焊丝量增加，焊剂与熔敷金属的比例降低；随着焊接电压的增加，单位时间内熔化的焊丝量与焊剂量几乎同比例增加，有效热效率降低。
明弧堆焊的热效率还未见有正式报道，但从实际中看，热效率大致与埋弧堆焊相当，尽管其不需要熔化焊剂，但毕竟有一部分热量通过辐射而损失。
明弧堆焊堆焊层熔敷金属量由于有焊接飞溅的存在而少于焊丝消耗量，
由于明弧堆焊时没有焊剂的保护，熔融的金属飞出焊接区产生飞溅，飞溅率的大小与焊机的性能、焊丝性能、焊接工艺有关。
在这里提出一个“堆焊收益率”及“堆焊损失率”的概念。堆焊收益率是指熔敷金属与消耗的焊丝的比率，堆焊损失率是指1-堆焊收益率。
堆焊损失率与飞溅率是不同的概念，飞溅率更多的强调焊接工艺性，堆焊损失率则更多的关心堆焊成本方面的问题。
由于埋弧堆焊有焊剂的机械保护作用，因此其飞溅率几乎为零，埋弧堆焊堆焊层熔敷金属量与焊丝消耗量几乎相同，堆焊收益率为1。
明弧堆焊使用的焊接电流较一般手工电弧焊接等大，熔池尺寸大，故对母材的熔化能力和结合能力强，飞溅到待堆焊表面的金属颗粒又被随后的堆焊过程熔化，成为堆焊层的一部分，因此增加了堆焊收益率，减少了堆焊损失率，但飞溅率未变。堆焊工件越大，堆焊损失率越小于飞溅率。
明弧堆焊的飞溅率受焊接工艺参数的影响较大珠光体耐热钢，因为随着焊接电流的增加，熔滴的过渡形态会发生变化，从大滴状颗粒过渡、射滴过渡、亚射流过渡到射流过渡。另外，过渡形态也受焊接电压以及焊接电源外特性的影响。尤其是现在新开发出的一些焊接电源（比如变频焊机），能够很容易地控制熔滴的过渡形态，从而可以大大地减少焊接飞溅，提高堆焊收益率。

6．工艺范围对焊机的要求
现在通用的埋弧焊机既可应用于埋弧堆焊也可应用于明弧堆焊。埋弧堆焊时焊丝直径范围为φ2.4～φ6.0，堆焊电流从300A～1200A，明弧堆焊时焊丝直径一般较埋弧堆焊时细，通常使用的焊丝直径范围为φ2.4～φ3.2。
明弧堆焊对焊机的工艺性能要求较严格，否则焊接电弧动特性不理想，使焊接飞溅增加。

7．熔池大小，结晶快慢，金相转变
相同的焊接工艺条件下，由于熔化的焊剂的保护与隔热作用，埋弧堆焊的熔池尺寸比明弧堆焊的熔池尺寸要大些。因此埋弧堆焊比明弧堆焊时的结晶过程更充分，有利于先析出相的生长。而由于明弧堆焊比埋弧堆焊的冷却速度稍大，明弧堆焊时焊缝区晶粒细小，且易于形成共晶组织。

8．进一步改进
当焊丝成分一定时，埋弧堆焊可以通过焊剂渗一部分合金，使堆焊层的合金含量更高或更有利。
明弧堆焊熔敷金属中各合金元素的成分一般不高于焊丝成分，使其进一步提高合金含量受到了限制。