填粉式堆焊制造耐磨复合钢板的学习体会

文献概况

本文发表于2001年《机械工程材料》第25卷第3期，由北京工业大学材料科学与工程学院的王智慧、贺定勇，中国农业机械化科学研究院的张杰哲，以及唐山水泥机械厂的周文轶合作完成。该研究采用填粉式堆焊方法制造耐磨复合钢板，研制了专用堆焊设备，系统研究了堆焊电流和填粉量对稀释率的影响，并对耐磨复合层进行了磨损试验。

核心观点与技术优势

该文献的核心贡献在于提出了一种实用的耐磨复合钢板制造方法——填粉式堆焊。与传统管丝堆焊相比，填粉式堆焊的熔敷效率提高近1.5倍，显著降低了生产成本。同时，该方法制造的耐磨复合钢板具有良好的耐磨性，相对磨损量比T10钢淬火+回火高5.5倍，且使用方便，可以切割和向内卷圆。

这一研究对于钢管和管件制造领域具有重要的工程价值。耐磨复合钢板可用于制造溜槽、料斗、管道内衬等承受磨粒磨损的部件，其优异的可加工性（切割、卷圆）使其在管道制造中具有良好的应用前景。

工艺参数与稀释率分析

稀释率是堆焊工艺中的关键参数，它直接影响堆焊层的成分、组织和性能。文献通过实验研究了堆焊电流和填粉量对稀释率的影响，得出以下结论：

稀释率控制的工程意义

稀释率过高会导致堆焊层中基体金属的稀释，降低耐磨相的含量，从而影响耐磨性。稀释率过低则可能导致堆焊层与基体的结合强度不足，产生剥离。因此，稀释率控制是堆焊工艺优化的核心问题之一。

在实际生产中，稀释率的控制需要通过以下工艺参数的协同调整来实现：

1. 堆焊电流：电流增大会增大电弧功率，提高熔池温度，导致基体熔入量增加，稀释率上升。因此，在需要控制稀释率时，应适当降低堆焊电流。
2. 填粉量：填粉量增加会提高熔敷金属量，降低稀释率。但填粉量过大可能导致粉末未完全熔化，产生夹渣缺陷。
3. 焊接速度：焊接速度增大会减少单位长度上的熔敷金属量，提高稀释率。但焊接速度过快可能导致熔池过窄，堆焊层宽度不足。
4. 电弧长度：电弧长度增加会增大电弧的散射作用，提高熔敷效率，但可能降低堆焊层的成形质量。

耐磨性能分析

文献指出，耐磨复合钢板的相对磨损量比T10钢淬火+回火高5.5倍。这一优异的耐磨性主要归因于以下因素：

• 高硬度耐磨相：堆焊层中形成的硬质相（如碳化物、高合金马氏体等）能够有效抵抗磨粒的切削作用。
• 良好的基体韧性：堆焊层的基体组织具有良好的韧性，能够承受磨粒冲击而不发生脆断。
• 合理的组织分布：耐磨相在基体中的分布均匀，形成了有效的耐磨网络。

在钢管和管件制造中，耐磨复合钢板的应用场景包括：

设备与工艺开发

文献提到研制了专用的堆焊设备，这是填粉式堆焊方法能够实现工程应用的关键。专用堆焊设备需要满足以下要求：

1. 稳定的送粉系统：送粉量需要精确控制，以保证堆焊层的均匀性。
2. 可靠的电源系统：堆焊电流需要稳定，以保证熔池的稳定性和堆焊层的成形质量。
3. 灵活的焊接头设计：焊接头需要能够适应不同形状和尺寸的工件，实现多方向堆焊。
4. 良好的保护气体系统：保护气体需要有效覆盖熔池，防止氧化和氮化。

学习心得与启示

该文献提出的填粉式堆焊制造耐磨复合钢板的方法，是一种实用可行的工程解决方案。其熔敷效率比管丝堆焊提高近1.5倍，显著降低了生产成本，这对于大规模工程应用具有重要意义。

在实际工程中，我深刻体会到：耐磨复合钢板的制造不仅需要考虑堆焊层的耐磨性，还需要考虑其可加工性。文献指出耐磨复合钢板可以切割和向内卷圆，这一特性使其在管道制造中具有良好的应用前景。传统的高铬铸铁耐磨材料虽然硬度很高，但脆性大，难以进行切割和卷圆加工，限制了其在管道制造中的应用。

填粉式堆焊方法通过合理的工艺参数控制，实现了高熔敷效率、低稀释率和良好耐磨性的统一，为耐磨复合钢板的工程应用提供了可靠的技术支撑。这一研究也提醒我们：在耐磨材料的开发中，应综合考虑性能、工艺性和成本等多个维度，选择最适合工程应用的技术方案。