㈠ 為什麼在高溫下硬質合金會裂
焊接啊!!
當前,在燒結的產品中,陶瓷或金屬塑膠的使用量
不斷增長.塑膠的特性使得混合物能夠按所用注模機
器類型的標准進行編排.此外,在粉末注模(PIM)領域
已經進行了大量的研究,也有很多這方面的出版物,這
意味著PIM正在快速成長,並已經在工業中有了自己
的位置,可以看作是一個工藝分支.粉末注模尤其適
用於陶瓷和金屬部分的系列產品.該技術可以應用於
很多領域,諸如醫療,航空航天部門,汽車工業和電力
工程等
粉末注模的工藝流程可分為3個步驟.首先,在
調配階段,用一種熱塑性的粘合劑對陶瓷或金屬粉末
進行調配.然後就可以對高密度聚合物填料(填料含
量大約占容積的70%)進行注模處理.用這種方法生
產的注模部分稱為"原型部分",在下一個階段(脫離
階段)中還必須把粘合劑從其中移走.粘合劑可以通
過使用熱萃取或者是藉助於催化劑,溶劑萃取除去,這
部分稱為"已脫離原型部分".陶瓷或金屬部分的實際
產品是在隨後高達2000℃的燒結階段中形成的.這
部分很緻密,其密度值為理論值的98%一99.9%.
由於應用注模方法進行生產的部件受到幾何形狀
復雜性的制約,因此最好是在"原型部分"階段就把這
些部件按簡單的幾何形狀進行編排.對於塑膠材料,
傳統的串焊(series welding)即可滿足該要求,這樣,使
得塑膠的應用成為現實.該文中塑膠作為一種加工助
劑不僅可用於注模,還用於在脫離和燒結之前,連接幾
個獨立的部分.另外一個正面效應是可能生產出復合
材料〔例如熔鋼和建築用鋼).
料,選一種聚烯烴做氧化鋁的粘合劑,聚縮醛(樹脂)做
特種鋼的粘合劑.用這些材料為樣品注模,然後用不
同的方法進行焊接和數據對照.在注模之後和燒結之
前的原型部分階段進行焊接.塑膠焊接的方法是應用
高密度聚合物填料進行連接,在原型緻密階段,會產生
非勻質性焊縫,但可在隨後的燒結階段消失.山於陶
瓷或金屬部分的幾何形狀比較復雜,所以導致炸接的
特點受到限制,在試驗中應用3種不同的焊接方法
第1種是熱具焊接,原理是所焊物體局部接觸電熱焊
具並在其高溫下連接在一起.第2種是熱輻射焊接,
熱輻射焊接並不接觸所焊部位,它通過一種紅外輻射
的方法傳熱.第3種是振動焊接,振動焊接'j上述兩
種方法相反,它通過摩擦使所焊部位成為部分可塑狀
態,從而兩物體在壓力的作用下連接在一起,可以相互
帶動對方移動.由於原型部分表現出一定的脆性材料
特徵,因此要注意確保連接壓力很低並且焊接部位在
此階段沒有受損.熱具焊接的溫度大約為180℃,對
於低熔點的陶瓷原料(118℃)和金屬原料(164 Y:)是
適用的.
1原型部分的塑焊
選一種氧化鋁(A1z 0s)和一種特種鋼料做試驗材
2試驗結果
陶瓷和金屬焊接的結果是可以調換的,以特種鋼
復合物或特種鋼為例進行討論.不同焊接方法不同階
段的焊接強度(二,)和焊接系數(人)見表1焊接系數
(f)表示焊接強度和原材料強度的比例.
由於表中的數據只是在最初的可行性研究階段得
出的,因此如果振動焊接可行,考慮到其優越性,那麼
與其他方法相比,它的缺點是可以忽略的.通過試驗
發現,在原型部分階段,有個明顯的特點是強度很低,
這主要是由於填料的含量很高,大約佔到容積的70%,
表1特種鋼焊接強度與焊接系數
連接階段
熱具焊接強度
『1/MPa
焊接系數
天1
熱輻射焊接強度
o ,/MPa
焊接系數
f
振動焊接強度
,W,/MPa
焊接系數
f,
刀住王
6行了1
八,氣
原型緊密階段
已脫離原型緊密階段
燒結階段
一_92090.980.67
0.950.67
0.960.970.79
萬方數據
診
46 焊接2004(1)
蒸
於典型的PIM產品,通常靠外的區域緊湊而無孔,在焊
接部件的內側則形成一個有一些小孔的組織,孔的數
量在很大程度上由燒結條件決定
3結論
拱
這些填充物並沒有起到提高強度的作用,反而會降低
橫截面的承載能力,這就需要大大降低焊接壓力.在
已脫離階段結構已經固定,在燒結前溫度大概能達到
1 000℃,這使得強度有較大的提高.採用振動焊接方
法.在燒結階段時,連原型部分階段產生的焊縫非勻質
問題都已經在粘合中消失了.
燒結後的部件具有較高的強度,高溫焊接時其強
度為母材強度的96%,熱輻射焊接時其強度為母材強
度的97%.振動焊接此數值達到了80%,據估計採用
振動焊接方法的該數值還會有較大的提高.採用高溫
焊接方法在已脫離原型階段時焊接系數超過了1.0,其
原因可以歸結為在焊接中形成的焊珠.由於焊接時材
料的損失,還要考慮到兩方面的影響,一方面截面面積
增加,另一方面由於焊珠和焊接部件之間的缺口—
通常是斷裂的開始點,缺口效應會逐漸顯現出來.對
總的來說,採用粉末注模〔PIM)的方法來生產部件
具有很高的實用價值,同傳統的單邊多極焊接相比,它
使生產成本大幅降低.尤其是在高強度的陶瓷和金屬
粉末注模過程中,採用傳統的單邊多極焊接方法,其後
處理工藝費用很高,往往占生產成本的90%.目前的
研究結果表明,將來用粉末注模(PIM)方法生產復合材
料也是切實可行的(例如將硬質的金屬外殼與具有延
展性的內核相連接),這必A1會開發出更多的應用領域.
(收稿日期2003 11 10)
作者簡介:白海欣,1978年出生,碩士研究生〕
350 MW機組自動主汽門門前後疏水管管座更換
河北省電力研究院(石家莊市050021)張東文馮硯廳李中偉楊建菊
華能上安電廠2#機2#自動主汽門體為美國GE公
司生產的350 MW機組超高溫高壓汽輪機配套部件.
在2001年10月中級檢修中,通過光譜檢驗發現該主
汽門的門前門後兩個疏水管座錯用為碳鋼.
將錯用材質的兩個管座全部更換,2#機2#自動主
汽門體材質為Crmov鋼,壁厚約為160 mm;更換後門
前後兩管座材質為12Cr1Mo\,規格沖89二,30..
,焊接性分析
2#自動主汽門門體材質為低合金耐熱鑄鋼,管座
材質為低合金耐熱鋼.由於門體壁厚剛性大,施焊處
埋難度較大,為避免焊後焊縫及熱影響區淬火,產生冷
裂,焊前必須預熱,溫度升高到200℃方可進行施焊.
該處的疏水管座與門體採用單V形坡日,全焊透形式,
手工電弧焊.
2焊前准備
2,1短管去除
採用氣割方法將管座割除,注意距離根部10 mm,
再用切割片角磨機打磨至根部.打磨後進行磁粉探傷
檢查.探傷檢查應無裂紋等缺陷.
2.2坡口加工
將主汽門體與管座聯接處周圍原角焊縫(焊肉)打
磨掉,並將周圍50 m.處打磨干凈,露出金屬光澤.並
經無損探傷檢驗,無任何缺陷進人下一道工序
加工管座,按圖1要求加工管座的坡口,坡口經探
傷檢驗合格後進行焊接操作.
2.3焊接材料
焊接材料選用R31焊絲,規格幣2. 5 mm; 8317焊
條,規格巾3.2 mm,焊材應進行復驗.
2.4主汽門體大局部(周圍)預熱
將主汽門門體管座范圍內沿主汽門按整圈用遠紅
外加熱器包裹起來,L下寬度即高度按400一500 mm
考慮,用鐵絲固定,在加熱范圍內按3600布置4支熱電
禍.預留幣89 mm管座處待焊,這個部位還需用大號
焊炬進行300℃以上的預熱,預熱升溫速度不控,但需
要恆溫時間,主要目的是為了均溫,當內壁溫度達到
150℃時,即可進行管座角焊縫的焊接.
㈡ 硬質合金焊接刀片過熱有什麼後果
硬質合的焊接性較差,由於其含碳量高,燒結後未經清理的表面層往往含有較多游離狀態碳,妨礙焊料的潤濕.通過對焊接表面仔細清理,噴吵,磨削和研磨拋光,可以改善硬質合金的潤濕性能.
硬質合金硬度,脆性大,若在焊接過程中工藝稍有疏忽,刀片就會因產生裂紋而導致報廢,因此如何避免產生焊接裂紋成了刀具焊接過程中必須解決的重要問題. 焊接刀裂紋形成的機理及類型
1) 加熱對硬質合金形成裂紋的影響 硬質合金刀片與鋼(刀桿)的熱膨脹系數相差較大，而且合金的導熱性能也較刀體材料差，若在焊接時快速加熱會產生很大內應力，促使刀片在焊接層處熱應力過大導致刀片崩裂。 因此焊接溫度控制在約大於焊料溶點30～50℃。選用的焊料其熔點應低於刀桿熔點60℃，焊接時火焰應由下向上均勻加熱慢慢預熱進行焊接，因此要求刀槽與刀片焊接面形成一致。局部過熱會使刀片本身或刀片與刀桿的溫差較大(大與厚的刀片更為嚴重)，熱應力將使刀片刃口崩裂。所以要求預熱時先對刀桿預熱，若刀片與刀桿一起加熱應前後左右往返移動火焰進行加熱，這樣可避免熱量集中造成局部過熱而產生裂紋。
2) 刀槽形狀對裂紋形成的影響 刀槽的形狀與刀桿焊接面不一致或相差較大，形成封閉式或半封閉式的槽形，易造成焊接面過多和焊層過大，由於熱膨脹之後收縮率不一致，也易在刀片焊接處造成應力過大，形成崩裂。在滿足使用所需要的焊縫強度要求下，盡可能減少釺焊面的面積。
3) 冷卻對硬質合金形成裂紋的影響 焊接中或焊接後進行冷卻或急速冷卻以及焊劑脫水不良，都會使刀片產生爆裂而裂紋貫通。因此要求焊料有良好的脫水性。焊後絕對不能放在水中急速冷卻，要放在石灰、石棉粉、砂子等中緩慢冷卻。最好緩冷後在300℃左右保溫6小時以上隨爐冷卻。
4) 刀槽底面有缺陷對裂紋形成的影響 刀片和刀槽的接觸面不平整，如有黑皮麻坑、局部不平等原因，使焊接不能形成平面結合，造成焊料分布不勻，這樣不但影響焊縫強度而且引起應力集中，導致刀片斷裂，因此，刀片要研磨接觸面，對刀片刀槽的焊接面應清洗干凈。 在銑刀片槽與刀片配合過程中，要求刀片伸出刀桿支承部分不大於0.5mm，如果刀片伸出刀桿支承部分過大或刀桿支承部分較弱，就會使刀具在焊接過程中承受拉力而產生斷裂現象。
5) 刀片二次加熱對裂紋形成的影響 刀片在釺焊後，紫銅釺料沒有完全填滿縫隙，個別出現虛焊，有的刀具在出爐過程中，刀片在刀桿上掉下來，因此需二次加熱，這樣一來，粘結劑Co嚴重燒損，WC晶粒長大，有可能直接導致刀片裂紋。