秦皇島秦冶重工有限公司 （河北 066318） 魏圓良 劉利斌 李書巍

隨著我國冶煉技術的不斷進步和冶煉設備的更新?lián)Q代，在冶煉的產能與效益上提出了更高的要求，而布料溜槽是無料鐘爐頂高爐煉鐵過程中的一個關鍵部件，是料流進入高爐爐體的最后一個控制節(jié)點，通過布料溜槽的旋轉與傾動實現(xiàn)爐料在爐體內的均勻散布。然而布料溜槽長期在高溫環(huán)境中受到高硬度、高速度的料流沖擊，再加上高爐煤氣的腐蝕作用，使布料溜槽的磨損十分嚴重，因此在布料溜槽內壁上鑲嵌可更換的硬質合金襯板成為了一種很好的選擇。

1.試驗方案確定

（1）試驗方法選擇 浸潤焊接，即爐中釬焊的一種。這種釬焊方法是將裝配好釬料的工件放在爐中進行加熱，靠還原性氣氛清除釬料和母材表面的氧化物，使熔化的釬料流入接頭間隙，冷凝后即形成釬焊接頭。

（2）設備選擇 選擇臺車式電阻爐，額定溫度為1250℃，工作尺寸為900mm×1200mm×2000mm，能夠滿足試驗要求，同時保證電阻爐加熱均勻，溫升可控。

（3）硬質合金選擇 硬質合金是一種極高硬度和耐磨性的合金材料，特別是在高溫下，仍能保持高硬度，十分適合作為耐磨襯板的耐磨體。同時布料溜槽襯板要長時間受到爐料的沖擊，這就要求硬質合金具有一定的沖擊韌度，根據(jù)表1列舉的幾種常用硬質合金的成分和性能，最終選擇了鎢鈷類的YG11硬質合金作為耐磨襯板的耐磨體。

（4）釬料選擇 考慮到襯板是工作在高溫、高腐蝕的環(huán)境，因此釬料應具有耐熱性和抗蝕性，并且應具有良好的綜合力學性能，同時釬料應對硬質合金和普通碳鋼都具有良好的潤濕性。鑒于此，選擇了上述各方面均較好的錳白銅釬料BMn3－12作為浸潤焊接的釬料。

表1 常用硬質合金的成分及力學性能

（5）釬劑選擇 由于浸潤焊接是在封閉的熱處理爐中進行的釬焊，釬焊接頭為半封閉型，故綜合考慮安全性與經(jīng)濟性等因素，選用了輕柴油作為創(chuàng)造還原性氣氛的原料。輕柴油在高溫下會裂解產生具有還原性的H2和C，它們能還原工件表面的氧化物，提高釬料對母材的潤濕性。

2.浸潤焊溫度控制曲線的確定

溫度控制曲線是影響整個浸潤焊接過程的決定性因素，溫控曲線的確定包括升溫速度、保溫溫度及時間、降溫速度、焊后熱處理溫度及時間共四個方面。為了避免由于硬質合金表層與內部溫差過大而引起的裂紋，在浸潤焊時應控制加熱和冷卻速度，不能急冷急熱。表2為幾種硬質合金允許的加熱速度，由于YG11的抗裂性優(yōu)于YG8，所以YG11的加熱速度可以適當高于YG8，同時為了降低冷卻速度，采用了爐中冷卻的方式。

表2 部分硬質合金允許的加熱速度

保溫溫度及時間的選取主要有兩個節(jié)點：一是柴油的分解溫度控制點，此控制點必須保證柴油裂解出足夠的H2和C，由于柴油裂解出H2的溫度區(qū)間比較大（800～900℃），但溫度較高時裂解出的H2較為充足，因此選擇了870℃為第一控制點溫度；二是錳白銅釬焊溫度控制點，BMn3－12的熔點為1100℃，而釬焊溫度應比釬料的熔化溫度高50～80℃，以保證釬料具有足夠的充型能力，因此釬焊溫度應控制在1150～1180℃。焊接完成后對工件進行一次完全退火，以改善焊縫組織，均勻化學成分，同時對于基體組織也有一定的改善作用。圖1為整個浸潤焊過程的溫度控制曲線。

圖1 浸潤焊溫控曲線

3.浸潤焊基體及工裝的設計

襯板基體及工裝設計如圖2所示，襯板基體1為大口徑鋼管部件，在鋼管內部車出合金槽，在合金槽內鑲嵌硬質合金塊12，由于硬質合金塊不易加工，為了在浸潤焊完成后將鋼管對稱切割成兩件圓弧狀襯板，在需要切割的位置上鑲嵌合適大小的普通鋼塊；然后將襯板內套2套于襯板基體，之后將形成浸潤焊型腔的工裝部件焊接到相應位置；最后在型腔內添加釬料和柴油，焊接上部蓋板5將浸潤焊空間圍成密封狀態(tài)。逆止閥座7、逆止閥蓋8與鋼珠9形成的是單向逆止閥，它的主要作用是允許浸潤焊型腔內部的氣體外溢，但外部的空氣不能進入浸潤焊空間，以防發(fā)生意外事故和影響焊接質量。

圖2 襯板及工裝裝配

4.試驗步驟

由于硬質合金（YG11）和釬料（BMn3－12）的采購均需要較長時間，同時考慮到試驗成本和試驗時間等因素，共進行了三次針對性試驗。三次試驗的步驟相同，只是變化了部分的試驗要素，如表3所示。

表3

試驗步驟如下：

第一，按照材料消耗表進行下料，核對下料件數(shù)量及尺寸。

第二，按照圖樣和工藝要求加工各件，檢測各加工尺寸準確無誤。

第三，對加工件進行除油去污，重點保證合金槽內無任何油污鐵屑等雜物。

第四，在襯板基體的合金槽內鑲嵌鋼塊（部分為YG11），鑲嵌過程中確保鑲嵌物上無任何油污鐵屑，同時確保裝配間隙符合圖樣要求，如圖3所示。

第五，按照工藝和圖樣要求進行組對點焊（不包含上部蓋板和逆止閥座、逆止閥罩）。

第六，裝填釬料和柴油，如圖4所示。

圖3

圖4

第七，組對點焊上蓋板和逆止閥座，并焊接成形。

第八，繼續(xù)裝入柴油，要求裝滿型腔，并裝好逆止閥鋼球，蓋好逆止閥罩，如圖5所示。

第九，將試驗件平穩(wěn)放于熱處理爐中，按照浸潤焊溫控曲線進行釬焊及退火，如圖6所示。

第十，對試驗件進行破壞性檢測，分析試驗結果。

圖5

圖6

5.試驗結果

（1）鑲嵌鋼塊的間隙出現(xiàn)了較多的未滿焊缺陷，試樣橫截面比縱截面未滿焊缺陷更為嚴重，同時缺陷的大小各異且較為分散，如圖7所示。

圖7 1#試樣鑲嵌鋼塊宏觀金相

（2）2#試樣 鑲嵌鋼塊的間隙幾乎沒有發(fā)現(xiàn)未滿焊的缺陷，而且釬焊面沒有肉眼可視的裂紋缺陷，釬焊間隙均勻平整，如圖8所示。

圖8 2#試樣鑲嵌鋼塊宏觀金相

A面鑲嵌YG11硬質合金塊的間隙發(fā)現(xiàn)比較多的未焊滿缺陷，而且未焊滿缺陷為貫通的大面積缺陷，同時YG11硬質合金塊本身有裂紋出現(xiàn)，但B面沒有出現(xiàn)以上問題，如圖9所示。

（3）3#試樣 鑲嵌鋼塊和YG11硬質合金塊的間隙都沒有發(fā)現(xiàn)未滿焊的缺陷，而且釬焊面沒有肉眼可視的裂紋缺陷，釬焊間隙均勻平整；同時YG11硬質合金塊本身也沒有明顯的裂紋出現(xiàn)，如圖10所示。

圖9 2#試樣鑲嵌YG11宏觀金相

圖10 3#試樣宏觀金相（縱截面）

6.結語

（1）裝配間隙是影響釬焊能否成功的主要因素，試驗中的封閉式復雜鑲嵌結構對于裝配間隙的要求更為嚴格，通過試驗最終確定硬質合金塊YG11與普通碳鋼基體的裝配間隙為0.12～0.25mm。

（2）HS221黃銅釬料與BMn3－12白銅釬料在硬質合金上都具有良好的浸潤效果，能夠滿足硬質合金與低碳鋼的異種材料釬焊要求，但考慮到硬質合金耐磨襯板的實際使用工況，釬料應具有耐熱性和抗蝕性，因此選擇在這方面更具優(yōu)勢的BMn3－12白銅釬料作為最終的釬焊釬料。

（3）柴油在高溫下裂解出的產物能夠起到與釬劑相同的作用，即去除工件表面氧化層，提高釬料對母材的浸潤性。

（4）由于加熱速度過快會導致硬質合金本身產生裂紋，冷卻速度過快會導致釬焊應力過大，所以浸潤焊溫控曲線的制定尤為重要，試驗結果驗證了BMn3－12的浸潤焊溫控曲線是合理的。

（5）YG11硬質合金表面的游離碳層會導致未滿焊缺陷，在裝配前應認真清理硬質合金表面的游離碳。

通過對本次試驗結果的分析總結，為后續(xù)硬質合金耐磨襯板的成品件生產提供了可靠的理論依據(jù)，現(xiàn)已成功應用于實際生產。