硬质合金复合堆焊焊条研制技术学习体会

文献概况与技术背景

该文献由自贡硬质合金厂邹序枚工程师撰写，发表于1990年《新技术新工艺》第5期，系统研究了利用硬质合金生产过程中的返回料粉末和废硬质合金机械破碎粉末制造硬质合金复合堆焊焊条的工艺。这一研究具有鲜明的工程实用性和资源循环利用特征，体现了我国在焊接材料领域"变废为宝"的技术创新思路。

硬质合金（以WC-Co为主要成分）是超硬材料，广泛应用于切削刀具、耐磨部件等领域，其硬度可达HRA90以上。在硬质合金生产过程中，会不可避免地产生废屑和返回料，这些材料的回收利用一直是行业关注的问题。将硬质合金粉末引入堆焊焊条中，可以使堆焊层获得极高的硬度和耐磨性，这对于矿山机械、水泥设备、冶金设备等领域的耐磨件修复具有重要意义。

硬质合金复合焊条的材料学原理

硬质合金粉末的引入机制

硬质合金粉末在堆焊焊条中的存在形式决定了堆焊层的最终性能。WC颗粒在堆焊层中作为硬质相，提供耐磨性和硬度；Co基体则作为粘结相，将WC颗粒牢固地结合在堆焊层中。粉末的粒度分布、形状和含量是影响堆焊层性能的关键因素。

文献中采用两种来源的硬质合金粉末：一是生产过程中的返回料粉末，二是废硬质合金机械破碎粉末。返回料粉末粒度较细、成分均匀，有利于在堆焊层中均匀分布；机械破碎粉末粒度较粗、形状不规则，但在高温熔池中更容易实现均匀混合。两种粉末的复合使用可以兼顾细颗粒的均匀性和粗颗粒的强化效果。

堆焊层的组织与性能

硬质合金复合堆焊层的微观组织通常由以下相组成：未熔化的WC颗粒（硬质相）、Co基体（粘结相）、Fe-Co固溶体、碳化物（如Fe₃C、Co₃W₃C等）。堆焊层的硬度主要取决于WC颗粒的体积分数和分布均匀性，而韧性则取决于Co基体的含量和分布。

工艺创新与关键技术突破

解决管状焊条气孔问题

文献明确指出，该复合焊条工艺解决了管状焊条长期未能解决的堆焊层气孔问题。管状焊条（即药芯焊丝型焊条）在制造过程中，将硬质合金粉末填充在钢管管内，通过药皮包裹。然而，管状结构在焊接过程中存在以下问题：管内粉末在电弧高温下容易产生气体（尤其是含碳粉末的氧化反应），气体难以从管状结构中逸出，导致气孔；管内粉末与钢管内壁的接触不良导致传热不均匀，引起熔池不稳定。

复合焊条采用药皮焊条的结构形式，将硬质合金粉末混入药皮中，粉末在药皮中均匀分散，焊接过程中粉末随药皮熔化进入熔池，气体可以顺利逸出，从而显著降低了气孔率。这一工艺创新看似简单，实则体现了对焊接冶金过程的深刻理解——焊条结构不仅影响电弧特性，更直接影响熔池中的气体行为。

焊条制造工艺

复合焊条的制造涉及粉末粒度控制、药皮配方设计、焊条成型等多个环节。粉末粒度需要控制在适当的范围内：过细的粉末容易在焊条制造过程中分散不均，过粗的粉末则难以在熔池中充分熔化。药皮配方需要兼顾造气、造渣、脱氧和稳弧功能，同时确保硬质合金粉末在药皮中的均匀分布。焊条成型时，需要控制粉末在药皮中的分散状态，避免结团和偏析。

焊接工艺参数

硬质合金复合堆焊焊条的焊接工艺参数需要特别注意以下方面：焊接电流不宜过大，以避免WC颗粒过度熔化，影响堆焊层硬度；焊接速度应适中，过快会导致熔池不充分，过慢则会导致热输入过大，引起基体过热；层间温度需要严格控制，过高会导致WC颗粒的溶解，降低堆焊层硬度。

工程应用分析与思考

从工程应用的角度来看，硬质合金复合堆焊焊条的研制成功具有多方面的意义。首先，它实现了硬质合金废料的资源化利用，降低了生产成本，符合循环经济的理念。其次，它提供了一种高效的耐磨堆焊解决方案，尤其适用于矿山机械、水泥磨、冶金设备等领域的耐磨件修复。第三，它解决了管状焊条的气孔问题，提高了堆焊质量的可靠性。

在实际应用中，我注意到硬质合金复合堆焊焊条的使用需要特别注意以下几点：第一，基体预热是防止裂纹的必要措施，尤其是对于高碳钢和铸铁基体，预热温度应控制在200-300°C；第二，堆焊层的硬度虽然很高，但韧性相对较低，在承受冲击载荷的工况下需要谨慎使用；第三，堆焊层与基体的熔合比需要严格控制，熔合比过高会降低堆焊层硬度，熔合比过低则可能导致结合强度不足。

该文献虽然发表于1990年，但其技术思路——即利用硬质合金粉末强化堆焊层——至今仍具有重要的工程价值。随着粉末冶金技术和焊接材料技术的发展，采用更细粒度、更高纯度的硬质合金粉末，以及采用等离子弧堆焊、冷喷涂等先进工艺，可以进一步提升堆焊层的性能。但基本的材料设计思想——即通过硬质相的引入提高堆焊层的耐磨性——仍然是耐磨堆焊领域的核心原则。