不锈钢带极堆焊制造双金属转轮上冠技术学习体会

文献概况

本文发表于1993年《焊接》第4期，由哈尔滨焊接研究所与哈尔滨电机厂联合完成。研究采用自行研制的不锈钢带极堆焊材料，对堆焊工艺及堆焊金属力学性能进行了系统试验研究，并在焊接产品模拟件的基础上，成功采用不锈钢带极堆焊技术制造了双金属混流式转轮上冠。这是国内较早将带极堆焊技术应用于大型水电设备双金属制造的技术实践。

带极堆焊工艺特点与优势

带极堆焊（Strip Electrode Surfacing）是一种利用带状焊材替代传统焊条或焊丝进行堆焊的焊接方法。与传统堆焊工艺相比，带极堆焊具有以下显著优势：

第一，熔敷效率高。带极焊材的截面面积大，单位时间内熔敷金属量大，堆焊速度可达传统焊条堆焊的3~5倍，特别适用于大面积堆焊作业。

第二，堆焊层厚度均匀。带极焊材的截面形状规整，配合自动或半自动焊接设备，可以保证堆焊层的厚度一致性，这对于双金属零件的尺寸精度控制至关重要。

第三，稀释率可控。通过调整焊接参数和带极的送进方式，可以精确控制母材对堆焊层的稀释程度，保证堆焊层的成分和性能满足设计要求。

第四，热输入大但均匀。带极堆焊的热输入较大，但由于焊接过程连续稳定，热影响区的组织变化相对均匀，有利于减少焊接变形和残余应力。

双金属转轮上冠的制造要点

工程应用价值

混流式水轮机转轮是水电站的核心部件，其上冠长期承受高速水流和泥沙的冲蚀磨损。采用双金属结构设计，即在碳钢基体上堆焊不锈钢耐磨层，可以有效延长转轮的使用寿命，同时降低整体制造成本。带极堆焊技术的大面积、高效率特点，使其成为大型转轮上冠双金属制造的理想工艺选择。

在实际工程中，双金属转轮上冠的制造面临以下技术挑战：

第一，堆焊层与基体的冶金结合质量。不锈钢与碳钢之间的冶金结合涉及异种金属焊接的冶金匹配问题，需要通过合理的焊材选择和工艺控制来保证界面结合强度。带极堆焊由于热输入大，有利于形成良好的冶金结合，但也需要注意控制稀释率，避免碳钢中的碳元素过度稀释到不锈钢堆焊层中，影响耐蚀性能。

第二，堆焊层的组织均匀性。大面积堆焊时，不同区域的冷却条件存在差异，可能导致堆焊层组织不均匀。带极堆焊的连续性和稳定性有利于改善这一问题，但需要通过合理的焊接顺序和参数来确保整体均匀性。

第三，堆焊层的残余应力控制。大面积堆焊产生的焊接残余应力可能导致零件变形或后续加工开裂。需要通过合理的焊接顺序（如对称焊、跳焊等）和焊后热处理来有效控制和消除残余应力。

学习心得

本文的研究成果体现了焊接研究所与制造企业紧密合作的产学研模式。哈尔滨焊接研究所提供材料研发和工艺设计支持，哈尔滨电机厂提供生产验证和工程反馈，这种合作模式对于推动焊接技术的工程化应用具有重要示范意义。

从技术发展的角度看，带极堆焊技术在1993年应用于大型水电设备制造，体现了当时国内焊接技术的较高水平。随着焊接自动化和机器人技术的发展，带极堆焊技术已经得到了更广泛的应用，包括核电设备、石油化工设备和大型工程机械等领域。本文的研究为后续带极堆焊技术的推广提供了宝贵的工程经验。

在实际工程中，我深刻体会到双金属制造技术的核心价值在于"以焊代铸"的经济性和"以焊代锻"的灵活性。对于大型复杂零件，通过堆焊实现双金属结构，既可以避免昂贵的双金属铸造或锻造工艺，又可以保证堆焊层的性能和尺寸精度。这种技术路线在大型水电设备、船舶设备和矿山机械等领域具有广阔的应用前景。