硬质合金堆焊工艺规程编制评定与应用的实践学习体会

文献概况与规范背景

大连日立机械设备有限公司刘源等人于2011年在《化工装备技术》第32卷第1期发表的这篇文献，以压力容器零部件硬质合金堆焊为具体实例，系统介绍了按照ASME规范第Ⅸ卷要求编制堆焊工艺规程、进行焊接工艺评定和应用的全过程。该文献虽篇幅不长，但涵盖了从工艺设计到工程应用的关键环节，对于从事化工压力容器制造和修复的技术人员具有极强的实用参考价值。

ASME规范第Ⅸ卷对堆焊的工艺要求

工艺规程的核心要素

ASME BPV Code Section Ⅸ对堆焊工艺规程（WPS）提出了明确要求，核心要素包括：

焊接方法：明确堆焊方法类型（如GTAW、GMAW、SAW、PTAW等）及其分类；
填充材料：硬质合金焊材的牌号、规格、批次，以及焊材的熔敷金属力学性能要求；
焊接参数：电流、电压、焊接速度、预热温度、层间温度、保护气体流量等；
工艺变量：区分本质变量（Essential Variables）和次要变量（Supplementary Variables），本质变量的变更需要重新进行工艺评定。

工艺评定的试验项目

硬质合金堆焊的工艺评定通常需要进行以下试验：

试验项目	标准要求	判定依据
弯曲试验	全焊道弯曲/面弯/背弯	无裂纹、无未熔合
硬度测试	堆焊层及过渡层	符合WPS规定的硬度范围
宏观金相	横截面检查	无裂纹、无气孔、无未熔合
冲击试验	必要时	符合规范要求
化学成分	堆焊层	符合焊材标准

硬质合金堆焊的特殊工艺挑战

硬质合金与基体材料的冶金兼容性

硬质合金（如WC-Co、Cr-C系）与钢质基体材料之间存在显著的冶金不兼容性：

热膨胀系数差异：硬质合金的热膨胀系数通常低于钢，冷却过程中界面处产生拉应力，易形成裂纹；
互扩散问题：高温下硬质合金中的Co、W、Cr等元素与钢中的Fe发生互扩散，在界面形成脆性金属间化合物；
稀释效应：多层堆焊时，下层硬质合金层被上层堆焊重新熔化，导致合金成分稀释，硬度和耐磨性下降。

过渡层的必要性

为解决冶金兼容性问题，工程实践中通常采用过渡层设计：

第一层（过渡层）：采用高合金铸铁或镍基合金，作为硬质合金层与钢基体之间的冶金桥梁；
第二层及后续层（功能层）：采用硬质合金堆焊，实现目标硬度和耐磨性能。

过渡层的合金设计需满足以下原则：与基体材料良好的冶金结合、与硬质合金层良好的冶金结合、自身具有足够的抗裂性能。

工程应用中的质量控制要点

PDCA循环在堆焊质量控制中的应用

Plan（策划）：编制WPS，确定工艺参数、焊材选择、过渡层设计、检测方案；
Do（执行）：严格按照WPS进行堆焊操作，记录实际工艺参数；
Check（检查）：进行外观检查、尺寸检测、硬度测试、无损检测（MT/PT/UT）；
Act（改进）：对不合格项进行原因分析，制定纠正和预防措施。

常见缺陷与预防措施

缺陷类型	产生原因	预防措施
冷裂纹	高碳高合金、冷却速度快	预热、控制层间温度、选用低氢焊材
热裂纹	低熔点共晶、结晶偏析	优化合金成分、控制焊接热输入
未熔合	焊接参数不当、坡口清理不彻底	提高焊接电流、彻底清理坡口
稀释过度	熔合比过大	采用多层堆焊、控制单道熔敷量
硬度不均	送粉不均匀、熔池搅拌不充分	优化送粉系统、调整焊接参数

学习心得与实践启示

本文的最大价值在于将ASME规范第Ⅸ卷的抽象要求转化为具体的工程操作指南。在实际工作中，我深刻认识到，硬质合金堆焊工艺规程的编制不是简单的参数罗列，而是一个系统性的工程决策过程。每一个工艺参数的确定都需要充分的理论依据和试验验证。特别是对于压力容器等承压设备，堆焊工艺的任何变更都可能影响设备的安全运行，必须严格遵循规范要求进行工艺评定和资质管理。

此外，本文提醒我们，在引进国外先进设备（如日立品牌的化工设备）时，必须充分理解其制造工艺标准体系，确保国内制造或修复能力与国际标准接轨。这对于提升我国化工装备制造的国际化水平具有重要意义。