不锈钢药芯焊丝双层堆焊的试验与运用

王丽红，王菊茹，李素媛

（1. 沈阳东方钛业有限公司，辽宁 沈阳 110168；2. 营口庆营石化设备有限公司，辽宁 营口 115000）

某公司长期为日本某会社制造和加工高压泵外胴，见图1，通常只是在产品内壁进行 309L单层堆焊。为增强产品的耐腐蚀性能和节约成本，用户提出要求在产品内表面进行整体双层堆焊。用户要求双层堆焊中过渡层堆焊309MoL表层堆焊316L，并按其技术要求进行焊接工艺性试验。产品的母材材质为SA－105M，规格为Ф600×80×1200。

1 不锈钢药芯焊丝双层堆焊的技术要求

按照用户提出的要求，堆焊层应满足以下条件：①采用双层堆焊，过渡层厚度为2 mm，表层厚度为4 mm；②不锈钢表层的化学成分应满足表1要求；并且要求分别测定堆焊层为3.2 mm、4 mm、4.5 mm、5 mm处的化学成分；③表层的金相组织；④表层的铁素体测量；⑤表层的硬度试验；⑥堆焊后试样要求做侧弯试验。上述②、④、⑤项要求分别测定堆焊层厚度为3.2 mm、4 mm、4.5 mm、5 mm处相应指标值。见表1。

2 堆焊方法及焊接材料的确定

以前单层堆焊时堆焊方法为药芯焊丝熔化极气保焊，焊接材料使用日方提供神户制钢生产的药芯气保焊丝，堆焊效果一直很好；现仍决定采用原焊接方法，焊接材料还由日方提供。过渡层焊接材料为GFW309MoL，表层焊接材料为GFW316L。

图1 高压泵外胴示意图

表1 表层的化学成分（%）

3 堆焊设备

普通型气保焊机经过改造完全可以适用于该工艺方法。焊机包括电源、送丝机构、水冷焊枪及CO2气体加热减压流量计。只须将焊枪把固定在焊接操作架上。经过改造凡内径大于50 mm、总长小于2500 mm的产品内壁堆焊都能采用此装置。堆焊焊缝是圆周焊缝，易于实现半自动焊，采用工件随转胎低速转动，焊枪进行径向微调的方法较为合适，同时平焊较其他位置的焊接更易获得高质量的焊缝。这样做同时还可以节省焊接工时和焊接材料，减轻焊工的劳动强度。

4 堆焊操作要求

（1）堆焊前清理待堆焊表面的油、锈、氧化皮，并进行100%磁粉检测。堆焊完过渡层和表层都须做渗透检测、超声波检测。

（2）堆焊时采用窄焊道不摆动连续压道堆焊。焊道之间的搭接量直接影响产品的堆焊层厚度及不平度，搭接量为焊道宽度的40%～50%。每个焊道探出量为4～6 mm。

（3）不锈钢药芯焊丝气保护堆焊时，采用CO2气体做保护气体，流量适中方能取得良好的保护效果。若气体流量较小，保护气体挺度不够，降低了气体保护效果，气体流量太大必然会造成浪费。

（4）堆焊过程中，焊枪要保持一定的倾斜角度，即焊枪与焊道行走方向的水平面成80 °～90 °夹角，与焊道的垂面成25 °～30 °夹角。

（5）使用Φ1.2焊丝堆焊，过渡层堆焊高度控制在1.8～2.2 mm，表层堆焊结束须机加，不允许存在凹凸不平之处。

（6）堆焊过渡层时预热120～150 ℃，要保证均温且堆焊过程中温度不低于120 ℃，层间温度要保证在120～150 ℃范围内并随时用测温笔进行测量。堆焊表层时不预热，层间温度不大于100 ℃，为控制层间温度可采用适当的风冷措施。最终热处理温度为539～649 ℃，时间为3 h；升降温速率不大于56 ℃/h，出入炉温度不大于427 ℃。

（7）在施焊过程中要清理焊渣、药皮，避免夹渣，同时还要清理焊嘴飞溅（事先涂防堵膏），防止焊嘴堵塞而影响堆焊质量及气体保护效果，收弧时应填满弧坑，堆焊过程中发现缺陷要及时清除干净，再继续施焊。

5 最佳焊接工艺参数

经过反复摸索试验，确定CO2气体保护不锈钢药芯焊丝堆焊最佳工艺参数。

表2 CO2气体保护不锈钢药芯焊丝堆焊工艺参数（Φ1.2）

6 焊接工艺性试验

完全模拟实际生产中平焊位置，遵循堆焊操作要求，按照试验出来的最佳焊接工艺参数焊接一块试板。 焊完过渡层和表层分别进行渗透检测、超声波检测，表层检测合格后进行焊后热处理（539～649 ℃）×3 h，最后按照用户的要求机加试样检测性能。①分别测定堆焊层为3.2 mm、4 mm、4.5 mm、5 mm处的化学成分、铁素体、硬度；②表层的金相组织；③侧弯试验。

（1）加工出的试样见图2，在3.2 mm、4 mm、4.5 mm、5 mm处用光谱分析仪进行堆焊层的化学成分分析，再用铁素体仪测量铁素体含量，最后打布氏硬度，结果见表3、表4、表5。

（2）表层的金相组织为奥氏体＋铁素体。

（3）堆焊层的侧弯试验按ASME IX卷QW－462.2做堆焊层弯曲试验全部合格。

图2 加工试样图

表3 堆焊层熔敷金属化学分析（%）

表4 铁素体测量（%）

表5 硬度测量（HB）

7 结论

（1）将上述焊接性试验结果发给日方，日方非常满意。于是允许公司对12台高压泵产品内壁进行双层堆焊。产品堆焊过程中严格按照最佳工艺参数，堆焊质量非常好。这样大大提高了生产效率、节约了时间、缩短了工期，而且还保证了堆焊的质量。

（2）双层堆焊的成功运用不仅拓宽了公司的市场前景，而且为公司赢得了良好的国际声誉。