干熄焦炉料钟表面堆焊修复工艺

朱宁 宋萍 彭恂军

摘 要：本文通过干熄焦炉料钟的使用条件和磨损状况，针对料钟材料的堆焊性能进行分析，选择合适的焊接方法、焊接材料，制定出合理的工藝和措施，成功地对干熄焦炉料钟表面进行了堆焊修复，延长了料钟的使用寿命。

关键词：表面堆焊；碳化钨耐磨焊条；工艺及措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.013

0 引言

攀钢煤化工公司干熄焦炉料钟是安装在焦炉入口处，起着均衡分布炽热焦炭的作用，在生产使用过程中温差大，炽热焦炭连续对料钟撞击和冲刷，未到使用周期料钟表面就磨损严重，使焦碳不能较均匀的分布，影响正常生产。为延长料钟的使用寿命，消除设备隐患，须对料钟表面磨损进行焊补修复，使其达到使用周期要求（6个月）。经料钟的磨损情况和使用环境进行分析，决定选择熔点高耐磨性好的碳化钨D707耐磨焊条在其表面进行堆焊修复。

1 堆焊性能分析

（1）干熄焦料钟基体材质为ZG35Mn，属锰系合金铸钢，其化学成分和力学性能见表1、表2所示。按国际焊接学会推荐的碳当量计算公式进行估算，得出ZG35Mn的碳当量值为Ceq=0.483～0.633%，材料具有一定的淬硬倾向，焊接性较差。如果在其表面堆焊的工艺和措施不当时，熔合区和热影响区会产生硬脆的马氏体组织，易于开裂，甚至堆焊层剥离。

（2）因选择的堆焊材料是碳化钨耐磨焊条（牌号D707），其化学成分和堆焊层硬度表3所示。而堆焊基体为铁基合金（ZG35Mn），选择碳化钨焊条堆焊后，是由大量的碳化物颗粒分布在金属基体上构成一种堆焊合金，它有较高的硬度（2500HV）及熔点（2600℃），其组织一般是含W（40～50%）的马氏体。碳化钨由于其熔点高，所以基本上不熔化而存在焊缝中，为充分发挥碳化钨的耐磨性，应尽量保持碳化钨的颗粒形状，避免熔化。如果焊条电弧焊热输入大时，碳化钨颗粒大部分要被熔化，在焊缝中析出含钨复合碳化物，硬度会降低（约为1200HV），导致耐磨性下降。

（3）基体金属ZG35Mn的线膨胀系数为（11.2～12.8）10-6/K与碳化钨堆焊焊条的线膨胀系数（5.4～6.2）10-6/K相差较大，而它们的金属成分差别也较大，堆焊过程中工艺和措施不当会引起较大的内应力，易使堆焊层金属在焊后的冷却过程中产生裂纹。所以，堆焊过程应采取降低焊接应力的工艺和措施，以减少应力和防止产生应力集中。

2 堆焊工艺及措施

2.1 焊前准备

（1）用碳弧气刨清除料钟表面局部剩下凸起部分，然后用角向砂轮机清理干净夹碳层、铁锈等，尽量使料钟表体平整并露出金属光泽，便于保证堆焊时的质量。

（2）准备额定焊接电流不小于400A的直流弧焊机两台，连接反极性。

（3）焊条经350℃烘烤1～2小时后放在100～150℃保温筒内，随用随取。

（4）准备2把氧-乙炔大号烤抢用于加热和1把红外线测温仪以及带圆头的小锤2把。

2.2 焊前预热

焊前将待堆焊的料钟整体预热到250～300℃，以降低堆焊过程的冷却速度。

2.3 堆焊工艺参数

焊接过程中在熔合良好的情况下，尽量选择小的焊接电流和快的焊接速度，以控制热输入量和降低熔合比。其堆焊工艺参数表4所示。

2.4 焊接顺序

采取两人对称、分散、分段退焊，以减少应力、防止应力集中和使应力分布较均匀。如下图2所示的堆焊顺序和分段退焊方法。

2.5 操作要点及措施

（1）分四层多道堆焊（要求堆焊层厚度不小于15mm），焊接时采用轻微直线往复进行连续、短弧操作，焊道宽度不超过10mm，收弧时填满弧坑。每道之间搭接前一道金属的1/2左右，接头处应错开

不小于30mm。

（2）每焊完一段时，立即用带圆头（R= 5mm）的小锤进行锤击，达到布满麻点为止，以降低部分应力。

（3）每层堆焊厚度等于或略小于4mm。第一层（即过渡层）的焊接非常关键，焊完后应严格清渣，检查无裂纹、夹渣、未熔合等缺陷后，再按照工艺进行后面层的堆焊。

（4）焊接过程中应控制层间温度等于或略高于预热温度，如发现低于预热温度应及时加热。整个焊接过程应一次性完成，中途不能停止。

3 焊后处理

（1）堆焊完成后立即将料钟整体缓慢加热到680～720℃范围，并保持2h的热处理，然后用已烘干的石棉覆盖在表面使其缓慢冷却。

（2）料钟整体冷却到室温后，用角向砂轮机将局部凸出部分修磨平整，使其堆焊层表面光滑。

4 焊后检验

料钟表面堆焊后，外观检验未发现夹渣、裂纹等缺陷，尺寸均在要求的范围内，如图3所示，用着色探伤，未发现有表面裂纹缺陷，符合质量标准要求。

5 结束语

选择D707碳化钨耐磨焊条结合制定的工艺和措施，在ZG35Mn料钟基体表面进行整体堆焊修复，延长了干熄焦料钟的使用寿命。经用于生产使用1个周期后未出现明显磨损和其它异常现象，满足了使用要求。并且该焊接工艺简单易行，操作难度小，成本低。目前已对三座干熄焦的料钟进行了堆焊修复，均达到了很好的效果。

参考文献：

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[2]王娟等.表面堆焊与热喷涂技术[M].北京：化学工业出版社，2004

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[3]完卫国.焊条电弧焊堆焊应用实例[M].北京：机械工业出版社，

1998（12）.

作者简介：朱宁（1964-），男，四川米易人，焊工高级技师，国际焊接技师，从事焊接工艺及焊接技术培训工作。