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“保养焊接”技术理念与适用范围

纯阅读 作者:钟 彬 教授级高工
单位:哈尔滨现代焊接技术生产力促进中心
来源: 发布日期:2011-11-16
随着焊接技术的不断发展及其广泛应用,适用于各种机械设备的维护、修复和支持设备关键零部件的“全寿命设计”的“复合双金属”耐磨工件焊制等的“保养焊接”应运而生。采用保养焊接,可以提高机械设备的使用寿命,也可以通过结构补强、恢复工件几何尺寸和表面改性(硬化)处理来修复已经报废的机械设备,经过保养焊接或者修复后的机械设备使用性能甚至可以优于全新设备,其性价比非常高,大大降低了生产设备成本的投入,给生产企业带来的经济效益是十分显著的。

  随着现代工业的迅猛发展,各个工业领域对机械设备产品往往在高参数(如高温、高压、高速)、高度自动化和恶劣的工况条件下运行,这就必然对设备结构强度、机件表面的耐磨、耐蚀等性能提出了更高的要求。同时,在各种复杂交变工作应力的作用之下,机械设备出现不同程度的疲劳破坏(如金属结构裂纹或断裂)与机件磨损也在所难免,造成了设备的定期报废,甚至提前退役。

  随着焊接技术的不断发展及其广泛应用,适用于各种机械设备的维护、修复和支持设备关键零部件的“全寿命设计”的“复合双金属”耐磨工件焊制等的“保养焊接”应运而生。

  采用保养焊接,可以提高机械设备的使用寿命,也可以通过结构补强、恢复工件几何尺寸和表面改性(硬化)处理来修复已经报废的机械设备,经过保养焊接或者修复后的机械设备使用性能甚至可以优于全新设备,其性价比非常高,大大降低了生产设备成本的投入,给生产企业带来的经济效益是十分显著的。

  采用保养焊接方法的突出优点是在很多情况下可以进行“在线修复”,减少了大型设备拆装的麻烦,节省了检修时间,大大降低了企业的停产损失,经济效益是非常显著的。

  保养焊接适用于石油化工、电站锅炉、冶金建材、矿山机械等各行各业,技术侧重点为焊接变形控制、无损检验、设备结构修复和金属表面涂敷材料及工艺等关键问题:

  1、“复合双金属”耐磨工件

  众所周知,所有的物体都不可避免与环境相接触,而与环境真正接触的是物体的表面。如各种机械设备,它们在使用过程中会发生腐蚀与磨损。

  所有这些都首先会使工件表面发生破坏或失效,进而引起整个工件的破坏或失效。

  有资料统计,在各种机械设备产品的过早失效破坏中,约有70%是由腐蚀和磨损造成的。因此,表面是防止设备失效的第一道防线。

  磨损是发生在做相对运动的相互作用的材料表面上的一种复杂现象,是由相互作用材料的自身性质、工作环境、应力条件及其相对运动形式所决定并产生的。

  磨损的诱发原因大致分为机械行为和化学行为两大类,因而将常见的磨损分类为粘着磨损、浸蚀磨损和磨粒磨损等三种形式。

  在电站、建材及水泥行业里,机械设备工件的磨粒磨损是主要失效机制。

  为了解决机械设备在服役中往往因为局部或者某个部件的损耗而失效而影响了整机的使用寿命,采用“全寿命设计”的理念,预制“复合双金属”耐磨工件已是常用的办法,现日益广泛地获得推广应用的复合双金属耐磨钢板就是典范,这也是“保养焊接”的主要功能之一。

  2、恢复结构尺寸

  机械部件磨损或者局部断裂缺损后,在具有修复价值的情况下,可以通过挖补焊、镶嵌焊和堆焊的方式恢复结构尺寸。

  根据修复工件的结构形式、涉及到的母材材质和施工环境,涉及到的焊接方法、焊接工艺和焊接材料也不尽相同,需要在技术诊断的基础上,有针对性地现场提出修复技术方案。工艺路线正确与否,决定了修复成败与效果,其中结合了技术理论和工程实践。

  3、裂纹补焊与结构补强

  依照“全寿命设计”的技术理念,当前很多机械装备在原始设计思想上,即可能忽略了设备在实际工况条件下运行需要的结构强韧性储备的因素,导致设备服役过程中往往会出现结构失稳甚至局部疲劳断裂的问题。

  尤其是当设备局部破损之后,仅仅是将断裂部分接续起来,还不一定能满足后续使用的可靠性与寿命要求。

  因此,在机械设备出现开裂故障后,首先要考虑合理的补焊工艺及其材料选配,防止因焊接性、焊接缺陷和焊接应力等复杂因素造成的修复失败后果。同时还要结合焊接结构特点,适当采用一些结构补强的技术措施,方可提高修复效果,甚至修复后的使用寿命超过全新设备,也是完全可能的。

  4、耐磨堆焊

  堆焊是在工件的表面或边缘进行熔敷一层耐磨、耐蚀、耐热等性能金属层的焊接工艺。

  堆焊的目的,不是为了连接零件,在表面工程学中称之为零件的修复与强化。

  修复是指零件尺寸的恢复或增加零件的尺寸。

  强化是指对零件表面进行改性,赋予零件表面特殊性能。

  堆焊金属层与热喷涂技术所形成的涂层相比,由于基体在堆焊过程中会发生一定厚度的熔化,堆焊层与基体之间存在明显的熔合层,属冶金结合,结合强度高,堆焊层厚度可以从几毫米到几十毫米,对基体的热影响大,易引起组织性能的变化及结构的变形。

  金属材料的力学性能是由化学成分及其显微组织的特性所决定的。

  因此,堆焊金属的成分及其组织对其耐磨性能,有着重要的影响。

  常见的堆焊合金体系及其组织可以分类为:铁基合金(包括珠光体钢、奥氏体钢、马氏体钢和高合金铁);镍基合金;钴基合金;铜基合金和硬质合金(碳化钨)等。

 

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