钴基合金耐磨层堆焊工艺攻关.doc

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1、钴基合金耐磨层堆焊工艺攻关随着企业的发展，产品质量不断提升。公司生产的金属硬密封阀门的密封层要求有较高硬度值，同时应具备良好的抗擦伤、耐腐蚀、耐冲击性能。为了满足产品要求，公司对密封层合金及堆焊工艺进行了优化。（一）焊接材料STELLITE6合金属于Co-Cr-W-C硬质合金系列，该合金系列基体为面心立方结构的Co-Cr合金固溶体，由于有相当数量的富铬碳化物（M2C3型）析出，故有良好的金属-金属耐摩擦及耐磨料磨损性能。合金硬度随W、C含量的增加而升高。该类合金的强度和硬度可保持到800℃以上，具有良好的耐高温、抗氧化、耐腐蚀及气蚀

2、性能。该合金系列中，STELLITE6是使用最广泛的一种，C、W含量适中，韧性较好，符合AWS/SFA5.13ECOCR-A标准。表1STELLITE6合金化学成分（质量分数）（%）CCrFeMnMoNiSiWCo0.7～1.425～32≤5.0≤2.0≤0.5≤3.0≤2.03.0～6.0余熔敷金属硬度常温下为38～44HRC。主要用于高温、耐磨及耐腐蚀的工况条件下，并且要求保持良好性能的场合。例如发动机气门、高温高压阀门、涡轮机叶片等。所以STELLITE6是一种理想的堆焊材料。（二）焊接方法尽量降低稀释率是安排堆焊工艺的重要出

3、发点。为了获得预想的表面堆焊成分，必须尽量减少母材向焊缝的熔入量，即降低稀释率。表2公司常用堆焊方法的主要特点堆焊方法应用形式填充材料类型稀释率（%）熔敷率（Kg/h）手工电弧焊手动焊条15～250.45～2.7钨极氩弧焊半自动焊棒10～200.45～3.6熔化极气体保护焊半自动焊丝15～252.3～11.3比较表2中几种焊接方法后，钨极氩弧焊是最合适的堆焊方法，稀释率较低，熔敷率较高。虽然熔化极气体保护焊熔敷率最高，可以提升工作效率，但是STELLITE6类型的焊丝价格较贵，且途径主要依靠进口，增加了成本。（三）预热堆焊工艺钴基合

4、金焊丝，堆焊后硬度达到38～44HRC，韧性很差，由于母材和堆焊层膨胀系数不一样，在焊后、热处理及使用过程用，堆焊层产生过大的热应力和组织应力，从而使堆焊层开裂甚至剥离。所以焊接前必须预热，根据工件的大小和母材种类，一般预热温度在300～600℃之间。但是在实际操作之中，工人工作环境恶劣，难以用一个较好心态完成堆焊工作，导致质量不能保证，机械加工后表面PT检查仍有较多数量的不合格缺陷。加上将工件整体升温，使制造成本升高。不预热或者较低温度预热的情况下堆焊STELLITE6成为了本次工艺攻关重点项目。（四）不预热堆焊工艺根据公司产品特

5、性，结合焊接工艺评定要求，确定了工艺方案及攻关试块。图1不预热工艺攻关试块试块材质与母材材质一样，均为18-8型号奥氏体不锈钢06Cr19Ni10，尺寸为500mm×200mm，厚度30mm，在试块上分别加工2mm、4mm、6mm、8mm四种不同深度的堆焊凹槽，加工凹槽后经过100%PT检测合格，确保堆焊基面质量。为了减少试板堆焊后的变形量，控制焊接残余应力，堆焊前在试板堆焊的背面点焊上了防变形工艺筋板。表3不预热堆焊工艺主要参数及试验结果序号堆焊厚度预热温度电流其它工艺措施热处理PT检测情况表面硬度值（HRC）加工1mm后硬度值(

6、HRC)12mm23℃230～260A焊后立即石棉覆盖保温缓无无缺陷46.048.447.347.324mm23℃230～260A少量线性缺陷47.549.446.447.136mm20℃230～260A大量线性缺陷46.747.746.947.248mm25℃230～260A大量线性缺陷44.144.247.046.2表3数据显示，即使在没有预热的情况下，当堆焊层数为1层时，表面PT探伤检测情况优秀，硬度值也满足公司产品使用要求，但是堆焊层超过1层时，表面PT探伤检测存在一定数量的线性缺陷，不符合质量要求。由于公司光谱仪设备不能检

7、测钴基合金的化学成分，无法得知堆焊层金属的化学成分，但是基层母材金属为不锈钢，堆焊层肯定也具备耐腐性能。（五）攻关结论对于采用钨极氩弧焊不预热堆焊STELLITE6合金（只能堆焊1层，约2mm厚）是可行的。但是必须说明的是，试块的热循环与工件的热循环是存在着较大差异的，特别是对于冷裂纹倾向较大的堆焊金属，试块的结论不能代表工件的堆焊的结果，还需要在工件实际堆焊的过程中摸索经验。对于刚性较差的工件，还要考虑焊接变形引起的加工余量不足的情况。湖北洪城通用机械有限公司工艺处2018年06月18日