不銹鋼藥芯焊絲雙層堆焊的試驗與運用

王麗紅，王菊茹，李素媛

（1. 沈陽東方鈦業有限公司，遼寧 沈陽 110168；2. 營口慶營石化設備有限公司，遼寧 營口 115000）

某公司長期為日本某會社制造和加工高壓泵外胴，見圖1，通常只是在產品內壁進行 309L單層堆焊。為增強產品的耐腐蝕性能和節約成本，用戶提出要求在產品內表面進行整體雙層堆焊。用戶要求雙層堆焊中過渡層堆焊309MoL表層堆焊316L，并按其技術要求進行焊接工藝性試驗。產品的母材材質為SA－105M，規格為Ф600×80×1200。

1 不銹鋼藥芯焊絲雙層堆焊的技術要求

按照用戶提出的要求，堆焊層應滿足以下條件：①采用雙層堆焊，過渡層厚度為2 mm，表層厚度為4 mm；②不銹鋼表層的化學成分應滿足表1要求；并且要求分別測定堆焊層為3.2 mm、4 mm、4.5 mm、5 mm處的化學成分；③表層的金相組織；④表層的鐵素體測量；⑤表層的硬度試驗；⑥堆焊后試樣要求做側彎試驗。上述②、④、⑤項要求分別測定堆焊層厚度為3.2 mm、4 mm、4.5 mm、5 mm處相應指標值。見表1。

2 堆焊方法及焊接材料的確定

以前單層堆焊時堆焊方法為藥芯焊絲熔化極氣保焊，焊接材料使用日方提供神戶制鋼生產的藥芯氣保焊絲，堆焊效果一直很好；現仍決定采用原焊接方法，焊接材料還由日方提供。過渡層焊接材料為GFW309MoL，表層焊接材料為GFW316L。

圖1 高壓泵外胴示意圖

表1 表層的化學成分（%）

3 堆焊設備

普通型氣保焊機經過改造完全可以適用于該工藝方法。焊機包括電源、送絲機構、水冷焊槍及CO2氣體加熱減壓流量計。只須將焊槍把固定在焊接操作架上。經過改造凡內徑大于50 mm、總長小于2500 mm的產品內壁堆焊都能采用此裝置。堆焊焊縫是圓周焊縫，易于實現半自動焊，采用工件隨轉胎低速轉動，焊槍進行徑向微調的方法較為合適，同時平焊較其他位置的焊接更易獲得高質量的焊縫。這樣做同時還可以節省焊接工時和焊接材料，減輕焊工的勞動強度。

4 堆焊操作要求

（1）堆焊前清理待堆焊表面的油、銹、氧化皮，并進行100%磁粉檢測。堆焊完過渡層和表層都須做滲透檢測、超聲波檢測。

（2）堆焊時采用窄焊道不擺動連續壓道堆焊。焊道之間的搭接量直接影響產品的堆焊層厚度及不平度，搭接量為焊道寬度的40%～50%。每個焊道探出量為4～6 mm。

（3）不銹鋼藥芯焊絲氣保護堆焊時，采用CO2氣體做保護氣體，流量適中方能取得良好的保護效果。若氣體流量較小，保護氣體挺度不夠，降低了氣體保護效果，氣體流量太大必然會造成浪費。

（4）堆焊過程中，焊槍要保持一定的傾斜角度，即焊槍與焊道行走方向的水平面成80 °～90 °夾角，與焊道的垂面成25 °～30 °夾角。

（5）使用Φ1.2焊絲堆焊，過渡層堆焊高度控制在1.8～2.2 mm，表層堆焊結束須機加，不允許存在凹凸不平之處。

（6）堆焊過渡層時預熱120～150 ℃，要保證均溫且堆焊過程中溫度不低于120 ℃，層間溫度要保證在120～150 ℃范圍內并隨時用測溫筆進行測量。堆焊表層時不預熱，層間溫度不大于100 ℃，為控制層間溫度可采用適當的風冷措施。最終熱處理溫度為539～649 ℃，時間為3 h；升降溫速率不大于56 ℃/h，出入爐溫度不大于427 ℃。

（7）在施焊過程中要清理焊渣、藥皮，避免夾渣，同時還要清理焊嘴飛濺（事先涂防堵膏），防止焊嘴堵塞而影響堆焊質量及氣體保護效果，收弧時應填滿弧坑，堆焊過程中發現缺陷要及時清除干凈，再繼續施焊。

5 最佳焊接工藝參數

經過反復摸索試驗，確定CO2氣體保護不銹鋼藥芯焊絲堆焊最佳工藝參數。

表2 CO2氣體保護不銹鋼藥芯焊絲堆焊工藝參數（Φ1.2）

6 焊接工藝性試驗

完全模擬實際生產中平焊位置，遵循堆焊操作要求，按照試驗出來的最佳焊接工藝參數焊接一塊試板。 焊完過渡層和表層分別進行滲透檢測、超聲波檢測，表層檢測合格后進行焊后熱處理（539～649 ℃）×3 h，最后按照用戶的要求機加試樣檢測性能。①分別測定堆焊層為3.2 mm、4 mm、4.5 mm、5 mm處的化學成分、鐵素體、硬度；②表層的金相組織；③側彎試驗。

（1）加工出的試樣見圖2，在3.2 mm、4 mm、4.5 mm、5 mm處用光譜分析儀進行堆焊層的化學成分分析，再用鐵素體儀測量鐵素體含量，最后打布氏硬度，結果見表3、表4、表5。

（2）表層的金相組織為奧氏體＋鐵素體。

（3）堆焊層的側彎試驗按ASME IX卷QW－462.2做堆焊層彎曲試驗全部合格。

圖2 加工試樣圖

表3 堆焊層熔敷金屬化學分析（%）

表4 鐵素體測量（%）

表5 硬度測量（HB）

7 結論

（1）將上述焊接性試驗結果發給日方，日方非常滿意。于是允許公司對12臺高壓泵產品內壁進行雙層堆焊。產品堆焊過程中嚴格按照最佳工藝參數，堆焊質量非常好。這樣大大提高了生產效率、節約了時間、縮短了工期，而且還保證了堆焊的質量。

（2）雙層堆焊的成功運用不僅拓寬了公司的市場前景，而且為公司贏得了良好的國際聲譽。