埋弧自动焊高耐磨堆焊层用焊剂的研制——文献学习体会

文献概况与技术定位

本文发表于1998年《热加工工艺》第27卷第5期，作者张福成来自燕山大学材料工程学院，合作单位包括秦皇岛港务局和佳木斯大学。这是一篇典型的产学研合作论文，燕山大学在焊接领域具有深厚的学术积淀，秦皇岛港务局则提供了明确的工程应用需求。

该文的核心贡献是研制了一种非熔炼焊剂（未熔化焊剂），配以H08A焊丝进行埋弧自动堆焊，可获得硬度HRC58-63的均匀高耐磨堆焊层。关键词包括堆焊、焊剂、耐磨性、埋弧自动焊、焊接，表明研究重点在于焊剂的开发而非焊丝。

埋弧自动焊在堆焊中的独特优势

工艺特点分析

埋弧自动焊（Submerged Arc Welding, SAW）在堆焊应用中具有以下显著优势：

焊剂在埋弧堆焊中的关键作用

在埋弧堆焊中，焊剂的作用远不止于保护熔池，还包括：

1. 合金化作用：焊剂中的合金元素可以过渡到熔敷金属中，调整堆焊层的化学成分。
2. 造渣作用：形成致密的熔渣覆盖层，隔绝空气保护熔池。
3. 稳弧作用：焊剂中的脱氧剂和稳弧剂保证电弧稳定燃烧。
4. 改善成型：焊剂的熔渣性能影响焊缝的成型质量和宽度。
5. 细化晶粒：焊剂中的某些成分可以细化堆焊层晶粒，改善组织性能。

非熔炼焊剂与熔炼焊剂的对比

两种焊剂类型的技术特点

该研究选择非熔炼焊剂，可能是出于成本控制和成分灵活性的考虑。非熔炼焊剂可以在配料时直接加入高熔点的合金粉末（如Cr3C2、WC等），而不受熔炼温度的限制，这对于开发高合金耐磨焊剂具有重要意义。

堆焊层组织分析

文献指出堆焊层组织为大量细小的马氏体+残余奥氏体+碳化物。这种组织特征的形成机理如下：

• 细小马氏体：H08A焊丝含碳量低（0.08%），在焊剂的合金化作用下，熔敷金属的碳含量适中，冷却速度较快，形成细小的板条马氏体或混合型马氏体。
• 残余奥氏体：焊剂中合金元素的固溶稳定作用使部分奥氏体在室温下保留，残余奥氏体在后续服役中可发生相变增硬。
• 碳化物：焊剂中的Cr、Mo等碳化物形成元素与碳结合形成Cr7C3、Mo2C等碳化物，提供弥散强化。

耐磨性评价与工程应用

耐磨性测试方法

文献提到堆焊层的耐磨性是45钢的8倍以上，这一数据需要通过标准的耐磨性测试方法来验证。常见的耐磨性测试方法包括：

1. 砂纸磨耗法：按照GB/T 12444或ASTM G65标准，在标准砂纸上进行往复磨损，测量磨损失重。
2. 砂流磨耗法：按照GB/T 12444，用标准石英砂流冲击试样表面，测量磨损失重。
3. 干摩擦磨损法：按照GB/T 16645，在固定载荷下进行往复干摩擦，测量磨损失重。
4. 冲蚀磨损法：模拟含固体颗粒的气流或液流冲击，测量材料损失。

不同测试方法得到的耐磨性数据不能直接比较，必须明确测试条件。

港口机械的堆焊应用

秦皇岛港务局作为合作单位，表明该研究成果可能应用于港口机械的堆焊修复。港口机械中常见的堆焊应用包括：

• 抓斗齿尖：承受高冲击和高磨蚀，要求堆焊层具有高硬度和高韧性。
• 卸船机斗轮：长期接触矿石，要求堆焊层具有优异的磨料磨损抗性。
• 堆取料机料斗：承受物料冲击和磨蚀，要求堆焊层耐磨且抗冲击。
• 皮带机托辊：承受物料摩擦，要求堆焊层具有低摩擦系数和高耐磨性。

学习心得与技术反思

这篇文献给我最深的印象是"焊剂开发在埋弧堆焊中的重要性"。在实际工程实践中，很多技术人员过于关注焊丝的选择，而忽视了焊剂对堆焊层性能的决定性影响。焊剂不仅是保护介质，更是合金化的重要来源。

从技术发展的角度来看，1998年的焊剂研究条件相对有限，但作者通过金相、TEM和X射线衍射等多种分析手段，系统地研究了堆焊层的组织结构，这种严谨的研究方法值得肯定。

在实际工程应用中，我遇到过以下与焊剂相关的问题：

• 焊剂受潮：埋弧焊剂吸湿后，焊接时会产生气孔和裂纹。焊剂必须严格按照要求烘干（通常300-400℃，2-4小时）并在使用前保温。
• 焊剂粒度选择：不同焊接参数需要不同粒度的焊剂。大电流焊接时需要大粒度焊剂以保证足够的熔渣覆盖，小电流焊接时需要小粒度焊剂以保证电弧稳定。
• 焊剂成分控制：非熔炼焊剂的成分均匀性不如熔炼焊剂，需要加强配料和混合工艺的控制。

总体而言，这篇文献展示了埋弧自动焊在高效大面积堆焊中的独特优势，以及焊剂开发对堆焊层性能的关键影响。对于从事港口机械、矿山机械等大面积耐磨堆焊的工程技术人员，这篇文献具有重要的参考价值。