梁修福

摘 要：煉鋼轉(zhuǎn)爐汽化煙道運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)加料水套向鋼包中加合金料，勢(shì)必與水套內(nèi)壁相摩擦，日久則磨損水套導(dǎo)致泄漏。為了保護(hù)水套內(nèi)壁，就要求在內(nèi)壁上堆焊一層耐磨層，起到保護(hù)的作用。而由于加料水套自身的結(jié)構(gòu)及焊接材料的特性，決定了該堆焊工藝獨(dú)特性。

關(guān)鍵詞：堆焊；淬硬組織；裂紋；低熔點(diǎn)共晶；塑性?xún)?chǔ)備

顧名思義加料水套是煉鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中向爐中加合金料用的通道。加料水套的結(jié)構(gòu)一般是由20GΦ38×4受熱管密排焊接，組成直徑為600-1000mm的圓筒狀。

該耐磨層所用的焊材為馬氏體不銹鋼焊材，一般選用符合AWS A5.9-2006《不銹鋼光焊絲和填充絲》標(biāo)準(zhǔn)的ER410焊絲。馬氏體不銹鋼焊材在使用中都要求焊前對(duì)焊件進(jìn)行預(yù)熱，焊后及時(shí)后熱或熱處理，因?yàn)檫@類(lèi)焊材在焊縫中，其焊縫組織在空冷的情況下都為淬硬組織，極容易形成淬硬裂紋或延遲裂紋。

而加料水槽堆焊的實(shí)際情況卻是：

一、如果按正常的要求預(yù)熱后焊接，Φ38×4受熱管及整個(gè)加料水套將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的焊接變形，并且這種變形難以進(jìn)行矯正，因?yàn)轳R氏體焊層硬度高，塑性差，強(qiáng)行對(duì)加料水套進(jìn)行矯正，堆焊層將會(huì)出現(xiàn)裂紋。在轉(zhuǎn)爐煙道惡劣的工況環(huán)境下，煙氣溫度會(huì)劇烈的變化，受熱管會(huì)隨之熱脹冷縮，會(huì)導(dǎo)致表層的裂紋不斷的向深層擴(kuò)展，而引起嚴(yán)重的后果。

二、如果焊前不對(duì)加料水套進(jìn)行預(yù)熱，則耐磨堆焊層冷卻速度快，形成應(yīng)力集中。淬硬組織硬而脆的特性決定了堆焊層的金屬塑性?xún)?chǔ)備很低，在焊接應(yīng)力的作用下，在焊縫冷卻的時(shí)即可產(chǎn)生淬硬裂紋；或在淬硬組織、焊接應(yīng)力和氫元素三因素共同作用下，形成延遲裂紋又稱(chēng)為氫致裂紋，其在100～-100℃的溫度范圍內(nèi)隨時(shí)都會(huì)產(chǎn)生。

所以，加料水套的耐磨層的堆焊，不能按常規(guī)的做法進(jìn)行。下面就該堆焊工藝進(jìn)行詳細(xì)講解。

一、在堆焊ER410之前，在20G受熱管上先堆焊2～3mm ER309過(guò)渡層。因ER309是奧氏體焊材，其熔敷金屬具有很好的塑性和韌性。有了這層奧氏體堆焊層，就可以為ER410馬氏體堆焊層提供應(yīng)力松弛所需的塑性?xún)?chǔ)備。因?yàn)楹附恿鸭y產(chǎn)生的根本原因是，焊接應(yīng)力松弛所需的應(yīng)變量超過(guò)了該部位金屬所能提供的最大應(yīng)變能力（即材料本身的塑性?xún)?chǔ)備）。這層相對(duì)柔軟的奧氏體堆焊層為馬氏體堆焊層提供了足夠的應(yīng)變量，使其應(yīng)力得到最大程度的釋放，從而避免了裂紋的產(chǎn)生。

二、增設(shè)循環(huán)泵，堆焊的同時(shí)給加料水套通循環(huán)水，將焊接熱影響范圍降至最小，這是控制焊接變形的有效措施。焊接溫度場(chǎng)越大，溫度梯度越大，由此引起的不同組織間相變產(chǎn)生的組織應(yīng)力場(chǎng)，和不同部位的熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)的范圍就大，焊接變形就越嚴(yán)重。通過(guò)循環(huán)水，壓縮溫度場(chǎng)，此時(shí)的焊接變形集中于焊縫金屬上，而受熱管的變形及加料水套的整體變形很小。

三、焊前要徹底清理加料水套內(nèi)表面的油、銹等雜物，如果不好清理，可對(duì)加料水套進(jìn)行整體拋丸處理。因ER309熔敷金屬的含鎳量達(dá)到了13%，所以?shī)W氏體體現(xiàn)出了鎳基合金的特性：對(duì)熱裂紋非常敏感。究其敏感的根本原因是因?yàn)殒囀菉W氏體形成元素的同時(shí)，能和多種元素形成低熔點(diǎn)共晶，諸如：硫、磷、錫、鉛、鋅、銻、鉍、砷等。

在堆焊操作時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)對(duì)焊層的影響：

一、ER309焊絲工藝性的影響。與堆焊ER410相比， ER309由于含鎳量高，表現(xiàn)出了更多的鎳基合金的工藝特性，液態(tài)焊縫金屬流動(dòng)性差，不像鋼的焊縫金屬那樣容易潤(rùn)濕展開(kāi)。這就使得其焊道兩邊焊趾處與基材之間不易圓滑過(guò)渡或熔合不良，造成堆焊層表面高低不平。針對(duì)該情況，宜采用小幅度擺動(dòng)施焊，擺動(dòng)幅度不超過(guò)15mm。這樣堆焊時(shí)焊道兩側(cè)焊趾處溫度都較高，有利于兩側(cè)的熔合。在操作上，當(dāng)擺動(dòng)到每側(cè)的極限位置時(shí)，要稍停頓一下，以便有足夠的時(shí)間使焊道間的搭接處充分熔合。

二、工件傾角的影響。堆焊時(shí)，為了控制對(duì)焊層的厚度，一般將工件與水平面形成一定的夾角α，稱(chēng)為工件傾角，如圖所示。工件傾角對(duì)焊層的影響較大。焊槍移動(dòng)的方向是從高處到低處，就是俗稱(chēng)的倒流水焊法。隨著工件傾角增大，堆焊面變陡，液態(tài)焊縫金屬受重力作用向下流的趨勢(shì)加大，焊接速度相應(yīng)增大，堆焊層厚度變薄，外觀較平坦。反之，工件傾角減小，堆焊面趨于平焊位置，液態(tài)焊縫金屬下流趨勢(shì)減小，焊接速度變慢，堆焊層厚度增厚，堆焊層外觀凹凸加劇。

在堆焊層厚度一定的情況下，堆焊ER309時(shí)，由于其本身固有的特性，焊件傾角可比堆焊ER410時(shí)大一些，角度一般為25～35°。而在堆焊ER410時(shí)，由于該焊絲為馬氏體型焊絲，不含Ni元素，故其液態(tài)焊縫金屬的潤(rùn)濕性非常好，幾乎和普通碳鋼無(wú)異。故在堆焊ER410時(shí)，其工件傾角可適當(dāng)減小，一般為20～30°。

工件傾角示意圖 擺動(dòng)幅度示意圖插圖

三、擺動(dòng)幅度對(duì)堆焊層的影響。堆焊操作時(shí)的擺動(dòng)幅度對(duì)堆焊層厚度和外觀有很大的影響。擺動(dòng)幅度增大，堆焊層增厚，焊道之間易造成搭接不良，堆焊層表面變粗糙；反之，堆焊層減薄，堆焊層的表面狀況會(huì)得到改良。這是因?yàn)橐韵略颍喝鐖D所示，隨著焊槍擺動(dòng)幅度L的增大，在環(huán)境溫度和冷卻水的作用下，兩端極限位置a點(diǎn)和b點(diǎn)的溫差增大。當(dāng)焊槍擺到b點(diǎn)時(shí)，a點(diǎn)的溫度已經(jīng)較低，當(dāng)焊槍擺回到a點(diǎn)時(shí)，熔池受到基材溫度的抑制而變得較小，焊縫余高增加，也就使得堆焊層增厚。也是由于基材溫度較低的作用，液態(tài)焊縫金屬難以很好的展開(kāi)與周邊金屬充分的熔合，從而使得堆焊層表面凹凸不平。反之在擺動(dòng)幅度較小時(shí)，堆焊層表面較平整。

四、焊接參數(shù)對(duì)堆焊層的影響。在加料水套耐磨層的堆焊中，ER309和ER410兩種焊絲的焊接參數(shù)由焊絲的規(guī)格、加料水套耐熱管的厚度、工件傾角和擺動(dòng)幅度等因素有關(guān)。一般焊絲的規(guī)格選用Φ1.2mm為宜。由于受熱管的厚度一般為4mm，為了避免燒穿，一般采用的參數(shù)較小，如表一。