斯米克S214铜焊丝(氩弧焊堆焊焊接 钴铬钨CoCrW 工艺)

（钴铬钨TIG堆焊工艺在密封环、球阀、齿轮、刃具上的应用）

在实践中，历经反复实验得出结论。此文在理论上首先提出：“物体的耐磨性不但与硬度有关，还与物体的组织结构和物体的密致状态有关”的分析见解。

摘要：介绍了在不锈钢密封环、球阀、齿轮或某种切削刃具的表面进行CoCrWTIG堆焊的工艺特点，在采取小规范、减少母材熔入量、降低熔合比的条件下，对CoCrWTIG合金TIG堆焊工艺作了进一步研究和探讨，经过多年的生产应用，获得了显著的成效，达到了国外同类产品领先水平。

一、引言

在可能发生磨损的零件、刃具表面或边缘熔敷一层耐磨层、耐腐蚀或其他特殊性能的金属层来制造双金属部件，是一种既经济又简单且行之有效的工艺方法。

机械密封件是一种轴封式密封件，常应用于高速、高温及强腐蚀等一般橡胶密封件所不能使用的地方。而且机械密封件要求动静环在相对运动（转动）时，既要求耐腐蚀、耐高温，还要求金属与金属间在高速摩擦中耐磨损。在机械密封件及刃具易磨损的部件熔敷耐磨金属，可节约材料，使密封件的体积减小、成本降低、工艺简单，并延长了其使用寿命。

二、材料的选择

1．机械密封件本体材料的选择

因为密封环、球阀在腐蚀介质中工作，要求有较好的耐晶间腐蚀性能和稳定性。所以，根据其使用环境和技术要求，密封环、球阀本体材料选用了1Cr18Ni9Ti不锈钢。

2．堆焊材料的选择

欲获得高质量的金属堆焊层，堆焊材料的选择至关重要。有些堆焊实验证明：当基体韧性不好时（如含C量过高、针状马氏体为主），虽然堆焊层的硬度可以提高，但往往容易产生微裂纹，使耐磨性变差。

因此，片面地追求堆焊金属的高硬度是不利的，也是不必要的。只有改善堆焊金属的组织状态，使硬度与韧性得到恰当的配合，才能够有效地提高堆焊金属的耐磨性。

为了有效地防止堆焊金属产生裂纹并获得优良的韧性和塑性，我们选用了S111硬质合金焊丝。该焊丝是一种CoCrW合金焊丝。

该堆焊层具有优良的耐磨、耐温和耐腐蚀性能，即使在650℃～700℃的高温中亦能保持这些特点。

其化学成分为（%）：0.07～0.14C,26～32Cr,3.5～6.0W,0.4～2.0Si, 2.0≤Fe,1.0≤Mn, 其余Co。

HRC38～47

为了进一步提高硬度可选用Co106（司太立钴基6号）合金焊丝。

其化学成分为（%）：0.07～1.4C,25～32Cr,3.0～6.0W,2.0≤Si,4.0≤Fe, 2.0≤Mn,Co余量,HRC≥40

上海司太立有限公司钴基硬面堆焊焊丝的牌号、硬度、化学成分及用途表：

中英合资上海斯米克焊材有限公司钴基硬面堆焊焊丝的牌号、主要成分、特性和用途表：

三、堆焊方法

因为堆焊时的热过程及冶金过程和焊接时的规律基本相同。所以，几乎所有用于焊接的熔化焊方法都可以用于堆焊。但由于堆焊和焊接两者的目的及其生产中的应用有所不同，因而堆焊有其本身的具体特点。

堆焊方法的选择除了考虑生产率和具体焊接条件外，还应考虑到在焊接时应尽量减小熔合比，减小扩散层，以降低对堆焊金属的稀释作用，几种堆焊方法特点的比较见下表。

由于TIG堆焊具有投资费用低，操作灵活和适应性强等优点。尤其是堆焊时电弧对堆焊件有特殊的“清洁”作用，能够得到高质量的堆焊金属，特别是对小部件进行堆焊，适宜选用TIG堆焊。不锈钢密封环的本体材料是1Cr18Ni9Ti，采用目前国内常用的氧乙炔火焰堆焊方法，易出现稳定的钛氧化物，使堆焊层熔合不良，不易保证堆焊质量，若采用等离子弧堆焊成本又较高。

四、TIG堆焊工艺

1．预留凹槽

不锈钢密封环采用TIG堆焊时，开预留凹槽，为了防止凹槽根部生成氧化物造成未熔合的缺陷，确定的凹槽形状见下图。

堆焊前，还应对预留凹槽进行必要的清整。

2．工艺规范

在不锈钢密封环表面上TIG堆焊CoCrW合金，为了减少母材熔入量，降低熔合比，采用了小规范。施焊的主要工艺参数如下：

焊接方法： TIG

焊丝牌号： S111

焊丝直径（mm）： φ3

电源极性： 直流正接

焊接电流（A）： 50～60

钨极端部锥度： 20～250

钨极伸出长度（mm）： 6

钨极直径（mm）：φ3

喷嘴直径（mm）： φ10

氩气流量： 10～12 L/min

在堆焊过程中，还应注意堆焊金属层的稀释。其最末层的金属成分的平均含量，可由下面公式表示：

Cw=Cf+（P／100）n(Cp-Cf) (%)式中

n——层数

Cw——第n层金属元素的含量，%

Cf——整体金属元素的含量，%

Cp——母材金属元素的含量，%

P——溶合比

由上式可看出熔合比对堆焊质量的影响。由于TIG堆焊的溶合比与操作技术和填充金属的数量有关，能在一个相当宽的范围内变化。所以，堆焊时焊丝要做适当的横向摆动以改善堆焊的质量。

为了防止裂纹、气孔、凹陷等缺陷的产生，堆焊收弧时还应用衰减电流和延长滞后断气时间。焊后把堆焊件埋入石棉灰中缓冷以防止微裂纹的产生。

3．层间温度

堆焊的质量与层间温度有着重要的关系，层间温度约为300℃时，堆焊金属冷却速度较慢，堆焊层内容易析出钨的碳化物。

由于钨的碳化物的形成，能够使堆焊层的硬度得到提高，同时也能够提高堆焊层的耐磨性。

4． 焊后加工

不锈钢密封环TIG堆焊后，经外观检验，不存在任何焊接缺陷。再按照设计要求，采用机械加工的方法将堆焊件加工成设计尺寸并表面磨光。

五、施焊结果与分析

采用TIG堆焊工艺满足了设计的质量要求，母材的平均硬度为HRC36，堆焊层的表面硬度为HRC51。

堆焊层的金属组织为富钴固溶体和固溶体加碳化物共晶，见下图。

CoCrW堆焊层金相组织 500×

焊缝组织全貌 40×

焊缝组织全貌 200×

CoCrW堆焊层 200×

SUS304不锈钢组织 200×

六、结论

1．在理论上首先提出:“物体的耐磨性不但与硬度有关，还与物体的组织结构和物体的密致状态有关”的分析见解。

（此论点一经提出，本所有位武大郎式的人物，认为我又要发明什么新的定理。我答道：英国的实验室工人虎克，在日常工作中能发明虎克定律。中国的实验室主任白津生，为什么在日常工作中就不能发明一个定理？）

2．在易磨损产品上采用堆焊耐磨合金的方法后，可使产品提升其性能，降低磨损率；其使用寿命可得到成数倍的提高。

3．多年来历经生产实践证明：在不锈钢密封环或球阀表面实施CoCrW合金TIG堆焊，该工艺能够满足设计要求，使产品达到了国外同类产品的水平。

4．使用TIG焊接堆焊方法与其他焊接堆焊方法相比成本低，效率高。

5．此方法简单易行，便于操作掌握。

6．由于现在堆焊材料大部分立足于国内，利用我国自己的科学技术和生产经验，为国家节约了大量的外汇。

CoCrWTIG堆焊的耐高温刃具

CoCrWTIG堆焊的密封环

CoCrWTIG堆焊的球阀体

已经经过机械精加工后，再进行CoCrWTIG

堆焊的球阀体变形量为0

《六言诗·CoCrWTIG堆焊》

CoCrWTIG堆焊，

探索钻研不断。

赶超世界水平，

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