堆焊技術的分類

      隨著現代科學技術的發展，各種機械設備正向大型化、高效率、高質量的方向發展，對機械產品的可靠性和使用經濟性要求越來越高。堆焊作為材料表面改變性能的一種經濟又快速的工藝方法，可以提高產品性能、延長使用壽命、降低加工成本，因此越來越多地應用于各個工業部門零件的制造和修復中。

       一、堆焊的特點及應用

       堆焊是采用焊接方法將具有一定性能的材料熔覆在工件表面的一種工藝過程。和焊接的區別在于堆焊不是為了連接工件，而是為了改變工件表面性能，以獲得耐磨，耐熱，耐蝕等特殊性能的熔覆層，或者修復工件（恢復工件磨損嚴重和加工失誤造成的尺寸不足）。

       堆焊的特點：（1）堆焊層與基體金屬的結合是冶金結合，結合強度高，抗沖擊性能好；（2）堆焊層金屬的成分與性能的調節方便；一般常用的焊條電弧焊堆焊焊條或藥芯焊條調節配方很方便，可以設計出各種合金體系，以適應不同的工況要求。（3）堆焊層厚度大，一般堆焊層都在2-30mm之內調節，更適合嚴重磨損的工況。（4）節省成本，經濟性好；（5）由于堆焊技術就是通過焊接的方法增加或恢復零部件尺寸，或使零部件表面獲得具有特殊性能的合金層，所以對于能夠熟練掌握焊接技術的人員而言，其難度不大，可操作性強。 廣泛應用于冶金、礦山、電力、農業、石油等行業的零件修復與制造中。

       堆焊的方法有很多，以下就具體介紹一下堆焊技術的分類及其適合的行業產品。

       二、堆焊技術的分類

     （1）堆焊技術是熔焊技術的一種，因此凡是屬于熔焊的方法都可用于堆焊。

     （2）按實現堆焊的條件，常用堆焊方法的分類如圖所示。

       下面就針對以上表格具體介紹常見的幾種堆焊方法及其特點：

     （1）氧乙炔火焰堆焊：由于它的火焰溫度較低（3100℃左右），而且可以調整火焰的能率，可以得到低的稀釋率（1%——10%）和薄的堆焊層，一般采用碳化焰焊接，乙炔的用量和堆焊金屬有關。該焊接方法有設備簡單、操作靈活成本較低等優點，所以得到廣泛使用。但也有如勞動強度大、生產率低等缺點。所以該堆焊方法主要用于小零件的制造和修復工作，如油井鉆頭牙輪、蒸汽閥門、內燃機閥門及農機具零件的堆焊。氧乙炔火焰堆焊除了用于堆焊外，還應用到噴涂、噴熔等工藝中。

     （2）焊條電弧堆焊（如下圖） ：用手工操縱焊條進行焊接的電弧焊方法稱之為焊條電弧堆焊，也可稱為手工電弧堆焊，焊條電弧堆焊是目前主要的堆焊方法之一，焊條電弧堆焊的特點：①設備簡單，輕便，通用性強，適合現場焊接；②焊接過程是在焊工的直接觀察和操縱下進行的，焊接靈活性大，特別是對一些形狀不規則和零件的可達性不好的部位進行堆焊尤為合適；③生產效率低、勞動條件差、稀釋率高，會導致堆焊層硬度和耐磨性下降。目前主要用于小批量生產或修復已磨損的零件。如磨盤，泥漿泵，電鏟，水泥生料磨輥等零件的堆焊。

       采用焊條電弧堆焊的堆焊層硬度：不同的焊條型號對應的堆焊層硬度不同，D638高鉻鑄鐵堆焊焊條堆焊硬度HRC≥56；D707碳化鎢堆焊焊條型號：EDW-A-15堆焊硬度HRC≥60等。

    （3）自保護明弧堆焊：是不使用焊劑保護，為了遮蔽弧光和保護操作人員眼睛而在焊嘴周圍安裝遮光罩。也稱為明弧自保護焊，是可以看見弧光的，常用的焊接材料為藥芯焊絲，明弧堆焊的優勢：①高效率，能夠適應高質量、高效率的堆焊再制造要求。②自保護明弧堆焊比較容易實現溫控，從而使工件能獲得更好的耐磨性能。③自保護明弧堆焊可以將變形控制到很小范圍內，因此不易引起母材的變形開裂。④自保護明弧堆焊對焊機的工藝性能要求較嚴格，否則焊接電弧動特性不理想，使焊接飛濺增加。這種方式主要用于對耐磨損要求質量高的器械等，如煤礦，各類軋輥，核電閥門等零件的堆焊。

采用自保護明弧堆焊的堆焊層硬度：不同的藥芯焊絲型號，堆焊層的硬度也不同，如HB-YD115型號用于高錳鋼堆焊層的硬度為HRC50-55， HB-YD351型號用于連鑄輥堆焊層的硬度為HRC38-42。

     （4）埋弧堆焊（如下圖）：是指分別連接焊接電源正、負兩極的堆焊材料和母材之間發生的電弧被埋在置于電弧前方預先鋪好的顆粒狀焊劑下面的一種堆焊方式。埋弧堆焊有以下特點：①生產效率高；② 堆焊層質量好；③ 勞動條件好；④ 傳入工件的熱量比其它電弧堆焊方法來得多，因而稀釋率較高，常須堆焊2—3層，才能保證所需要的性能；⑤ 由于依靠顆粒焊劑堆積形成保護條件，只適用于水平位置堆焊。對圓柱形和大平面工件的堆焊Z適用。埋弧堆焊主要用于大、中型零件表面的強化和修復，如軋輥、車輪輪緣、曲軸、化工容器和核反應堆容器襯里等。

       采用埋弧堆焊的堆焊層的硬度：不同的埋弧焊絲型號具有不同的硬度，如HB-YD327A(Q)型號的堆焊層硬度HRC≥55。

     （5）等離子弧堆焊：等離子弧的溫度很高，所以能堆焊難熔材料，并能提高堆焊速度，稀釋率Z低可達5%，堆焊層厚度在0.5-8mm，寬度約3-40mm，這種方法低稀釋率、高熔敷率的堆焊，但設備成本較高，堆焊時有強烈的紫外線輻射及臭氧污染空間，所以要做好防護措施。常用于質量要求高的批量生產上。

     （6）電渣堆焊：電渣堆焊的熔敷率Z高。板極電渣堆焊的熔敷率可達150kg/h，而且一次可以堆焊很大的厚度，因而稀釋率并不高。由十接頭嚴重過熱，所以堆焊后需進行熱處理。另外，堆焊層不能太?。ㄒ话銘笥?4-16mm），否則不能建立穩定的電渣過程。因此，電渣堆焊主要用于需要較厚的堆焊層零件，堆焊表面形狀比較簡單的大中型零件。

通過以上的堆焊方法使工件表面獲得耐磨，耐熱，耐蝕的特殊性能，從而得到高硬度，高耐磨性和抗沖擊性能。故在加工堆焊件時就出現了難加工的問題。

       下面就簡單介紹一下堆焊件的加工方式及如何選擇正確的機床刀具材料加工堆焊件。

       三、堆焊工件的加工方式

       堆焊件常用的加工方式有磨削和車削，也有一些工廠選擇碳弧氣刨方式加工工件。

     （1）采用碳弧氣刨加工堆焊件：碳弧氣刨是使用碳棒或石墨棒作電極，與工件間產生電弧，將金屬熔化，并用壓縮空氣將熔化金屬吹除的一種表面加工溝槽的方法。常用來清焊根，清除鑄件的毛邊、飛刺．澆鑄口及缺限，采用碳弧氣刨加工堆焊件只能適用于不要求表面精度的情況。

     （2）采用磨床加工堆焊件：采用磨床加工堆焊件效率低，并且對于大型堆焊件由于尺寸太大，超過了磨床的加工范圍，故磨床只能加工小堆焊件，并可以獲得好的精度。

     （3）采用車床方法加工堆焊件：車床是目前加工堆焊件Z普遍的方式，由于堆焊件大多高低不平，加工過程中容易振動，所以選擇刀具必須選擇抗沖擊性和耐磨性能優異的刀具材料，只有選擇正確的刀具材料才能實現高效率，低成本的效果。

       四、如何選擇刀具材料車削加工堆焊件

       目前，加工堆焊件常見的數控刀具材料有硬質合金刀具，涂層硬質合金刀具，陶瓷刀具和立方氮化硼刀具。以下就根據這四種刀具材料對堆焊件進行分析。

     （1）選擇硬質合金刀具加工堆焊件:堆焊件硬度一般在HRC40以上，雖然硬質合金刀具本身抗沖擊性優越，但由于其紅硬性低，刀刃磨損后遇到焊接硬點會造成崩刃，當堆焊工藝層硬度小于HRC45時，可選擇硬質合金刀具材料，如YS30、YG3X等，線速度可選νc=40 m/min。

     （2）涂層硬質合金刀具加工堆焊件:涂層硬質合金刀具是在硬質合金刀具表面涂了一層薄的較耐磨的難熔金屬，相對于硬質合金刀具耐磨性明顯提高，加工效率也得以提升，但由于其本身的抗沖擊性沒改變，并且表面的一層較耐磨的難熔金屬一般在8微米到20微米，所以當遇到堆