复层耐磨薄板低稀释率堆焊技术的学习体会

文献概况与技术创新点

赵昆等人在《焊接》1997年第10期发表的这篇文献，由哈尔滨焊接研究所与黑龙江省劳动厅锅炉压力容器技术检验所联合完成，介绍了一种采用药芯焊丝在预制粉块上进行单层低稀释率堆焊的新技术，用于制取薄母板厚堆焊层的耐磨板。

这项技术的核心创新在于"预制粉块"的使用。传统堆焊工艺中，药芯焊丝的药芯成分在焊接过程中逐步向熔池过渡，稀释率受焊接参数影响较大。而预制粉块技术将合金粉末预先制备成块状，在焊接时与药芯焊丝协同送进，既保证了熔池中的合金含量，又通过特殊的送粉方式降低了稀释率，从而在薄母板上实现厚堆焊层的制取。

技术要点解读

低稀释率堆焊的技术难点

在薄母板上进行厚堆焊层制取，面临的核心技术挑战是稀释率控制。稀释率定义为母材熔化量占熔敷金属总量的百分比。稀释率过高会导致堆焊层硬度下降、耐磨性能降低；稀释率过低则可能导致堆焊层与基体的结合强度不足。

对于薄母板（通常指厚度≤10 mm的钢板），由于母材热容量小，焊接热输入容易穿透母材，导致背面变形甚至烧穿。因此，低稀释率堆焊技术在薄板耐磨板制造中具有特殊价值。

预制粉块技术的原理与优势

预制粉块是将耐磨合金粉末（如碳化钨、碳化铬、碳化硅等硬质相粉末与金属基体粉末混合）压制或粘结成块状，在焊接过程中与药芯焊丝协同熔化。其优势在于：

• 合金含量高：预制粉块为纯合金，不含药皮，熔敷金属的合金含量远高于药芯焊丝；
• 稀释率可控：通过调整粉块与焊丝的送进比例，可精确控制稀释率；
• 单层可实现厚堆焊层：粉块的熔化速度快，单层堆焊厚度可达2～3 mm，远超常规药芯焊丝堆焊；
• 成本效益好：预制粉块的成本低于同成分实心焊丝。

典型工艺参数

质量控制要点

低稀释率堆焊的质量控制需关注以下方面：

1. 稀释率测定：通过光谱分析测定堆焊层的化学成分，计算稀释率。稀释率应控制在15%以下，以确保堆焊层硬度和耐磨性能。
2. 金相组织分析：堆焊层应具有良好的韧性-硬度匹配。过高的硬度可能导致堆焊层脆性增大，产生裂纹；过低的硬度则耐磨性能不足。理想的堆焊层组织应为基体+硬质相的复合组织。
3. 结合强度测试：堆焊层与基体的结合强度是耐磨板服役可靠性的关键指标。可通过弯板试验或剪切试验测定结合强度。
4. 裂纹检测：堆焊层裂纹是低稀释率堆焊最常见的缺陷。裂纹的产生与焊接残余应力、堆焊层脆性和冷却速度密切相关。应采用MT或PT进行裂纹检测。

与钢管管件工程的结合

耐磨薄板技术对钢管管件行业的启示主要体现在以下方面：

• 管道耐磨衬板：在磨损严重的管道段（如矿浆管道、煤浆管道）内壁，可堆焊耐磨层替代整体耐磨管，降低成本；
• 管件耐磨修复：弯头、三通等管件在磨损后可采用耐磨堆焊修复，延长使用寿命；
• 法兰密封面耐磨处理：高压法兰密封面堆焊耐磨合金层，提升密封寿命；
• 阀门密封面修复：阀门阀座、阀芯的耐磨堆焊修复。

预制粉块技术在薄板堆焊中的成功应用，为钢管管件行业提供了新的思路：通过优化送粉方式，可在薄壁管件上实现厚堆焊层的制取，突破传统堆焊工艺的厚度限制。

关键思考与工程启示

这篇文献提出的预制粉块技术，本质上是通过改变合金的送进方式来实现低稀释率堆焊。这一思路对钢管管件行业的表面工程应用具有启发意义：

1. 送粉方式创新：传统埋弧堆焊的送粉方式相对单一，而预制粉块、送粉器、振动送粉等多种方式均可用于降低稀释率。在实际工程中，应根据工件形状和堆焊要求选择合适的送粉方式。
2. 薄壁件堆焊的挑战：钢管管件中大量存在薄壁结构（如薄壁管、薄壁法兰），传统堆焊工艺在薄壁件上难以实现厚堆焊层。预制粉块技术为薄壁件堆焊提供了新的解决方案。
3. 成本效益分析：预制粉块技术的成本效益需综合考虑材料成本、设备投资、生产效率和使用寿命。在大批量生产中，预制粉块技术的成本优势更为明显；在小批量、多品种生产中，则需权衡设备投资与生产效率。
4. 标准化需求：预制粉块技术目前尚未形成统一的标准规范，不同企业的粉块制备工艺和堆焊工艺差异较大。推动该技术的标准化，对于其在钢管管件行业的推广应用具有重要意义。

总体而言，这篇文献所介绍的预制粉块低稀释率堆焊技术，为薄板耐磨层制取提供了一种高效、经济的解决方案，其核心理念——通过工艺创新实现材料性能的优化——对钢管管件行业的表面工程应用具有重要的参考价值。