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1.寬帶極電渣堆焊技術(shù)

(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)鍵帶極電渣堆焊是利用導(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)沒(méi)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)定性的很關(guān)鍵因素，故希望堆焊過(guò)程電壓波動(dòng)很小，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(lèi)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。

3)磁控裝置。對(duì)于寬帶極(帶極寬度大于60mm)電渣堆焊，由于磁收縮效應(yīng)，會(huì)使堆焊層產(chǎn)生咬邊，隨著帶極寬度增加，堆焊電流增大，咬邊現(xiàn)象越重，因此必須采用外加磁場(chǎng)的方法來(lái)防止咬邊的產(chǎn)生(磁控法)。如圖所示。同時(shí)必須合理布置磁極位置，選擇合理的激磁電流大小，外加磁場(chǎng)太強(qiáng)或太弱均會(huì)影響堆焊焊道的成形(圖2)。二個(gè)磁極的磁控電流應(yīng)可分別調(diào)整。比如對(duì)于非預(yù)熱的平焊位置的工件，當(dāng)帶極為60mm×0.5mm時(shí)，磁控裝置的南、北極控制電流分別為1.5A和3.5A;對(duì)于90mm×0.5mm的帶極則分別為3A和3.5A。

4)工藝參數(shù)的控制。采用合理的堆焊工藝參數(shù)是保障電渣堆焊過(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)很主要的有焊接電壓、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準(zhǔn)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，保障堆焊層性能，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:

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，推薦適用的工件很小直徑和壁厚如表1所示。

表1推薦適用于帶極電渣堆焊的很小直徑和壁厚

電極尺寸很小基體厚度很小曲面直徑

外表面內(nèi)表面

60×0.540250450

90×0.580500900