堆焊技术的分类及如何切削加工堆焊材料

随着现代科学技术的发展，各种机械设备正向大型化、高效率、高质量的方向发展，对机械产品的可靠性和使用经济性要求越来越高。堆焊作为材料表面改变性能的一种经济又快速的工艺方法，可以提高产品性能、延长使用寿命、降低加工成本，因此越来越多地应用于各个工业部门零件的制造和修复中。

一、堆焊的特点及应用

堆焊是采用焊接方法将具有一定性能的材料熔覆在工件表面的一种工艺过程。和焊接的区别在于堆焊不是为了连接工件，而是为了改变工件表面性能，以获得耐磨，耐热，耐蚀等特殊性能的熔覆层，或者恢复工件磨损严重和加工失误造成的尺寸不足。

堆焊的特点：（1）堆焊层与基体金属的结合是冶金结合，结合强度高，抗冲击性能好；（2）堆焊层金属的成分与性能的调节方便；一般常用的焊条电弧焊堆焊焊条或药芯焊条调节配方很方便，可以设计出各种合金体系，以适应不同的工况要求。（3）堆焊层厚度大，一般堆焊层都在2-30mm之内调节，更适合严重磨损的工况。（4）节省成本，经济性好；（5）由于堆焊技术就是通过焊接的方法增加或恢复零部件尺寸，或使零部件表面获得具有特殊性能的合金层，所以对于能够熟练掌握焊接技术的人员而言，其难度不大，可操作性强。 广泛应用于冶金、矿山、电力、农业、石油等行业的零件修复与制造中。

堆焊的方法有很多，以下就具体介绍一下堆焊技术的分类及其适合的行业产品。

二、堆焊技术的分类

（1）堆焊技术是熔焊技术的一种，因此凡是属于熔焊的方法都可用于堆焊。

（2）按实现堆焊的条件，常用堆焊方法的分类

下面就针对以上表格具体介绍常见的几种堆焊方法及其特点：

（1）氧乙炔火焰堆焊：由于它的火焰温度较低（3100℃左右），而且可以调整火焰的能率，可以得到低的稀释率（1%~10%）和薄的堆焊层，一般采用碳化焰焊接，乙炔的用量和堆焊金属有关。该焊接方法有设备简单、操作灵活成本较低等优点，所以得到广泛使用。但也有如劳动强度大、生产率低等缺点。所以该堆焊方法主要用于小零件的制造和修复工作，如油井钻头牙轮、蒸汽阀门、内燃机阀门及农机具零件的堆焊。氧乙炔火焰堆焊除了用于堆焊外，还应用到喷涂、喷熔(喷焊)等工艺中。

（2）焊条电弧堆焊 ：用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法称之为焊条电弧堆焊，也可称为手工电弧堆焊，焊条电弧堆焊是目前主要的堆焊方法之一，焊条电弧堆焊的特点：①设备简单，轻便，通用性强，适合现场焊接；②焊接过程是在焊工的直接观察和操纵下进行的，焊接灵活性大，特别是对一些形状不规则和零件的可达性不好的部位进行堆焊尤为合适；③生产效率低、劳动条件差、稀释率高，会导致堆焊层硬度和耐磨性下降。目前主要用于小批量生产或修复已磨损的零件。如磨盘，泥浆泵，电铲，水泥生料磨辊等零件的堆焊。

用焊条电弧堆焊的堆焊层硬度：不同的焊条型号对应的堆焊层硬度不同，D638高铬铸铁堆焊焊条堆焊硬度HRC≥56；D707碳化钨堆焊焊条型号：EDW-A-15堆焊硬度HRC≥60等。

下面就针对以上表格具体介绍常见的几种堆焊方法及其特点：

（1）氧乙炔火焰堆焊：由于它的火焰温度较低（3100℃左右），而且可以调整火焰的能率，可以得到低的稀释率（1%~10%）和薄的堆焊层，一般采用碳化焰焊接，乙炔的用量和堆焊金属有关。该焊接方法有设备简单、操作灵活成本较低等优点，所以得到广泛使用。但也有如劳动强度大、生产率低等缺点。所以该堆焊方法主要用于小零件的制造和修复工作，如油井钻头牙轮、蒸汽阀门、内燃机阀门及农机具零件的堆焊。氧乙炔火焰堆焊除了用于堆焊外，还应用到喷涂、喷熔(喷焊)等工艺中。

（2）焊条电弧堆焊 ：用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法称之为焊条电弧堆焊，也可称为手工电弧堆焊，焊条电弧堆焊是目前主要的堆焊方法之一，焊条电弧堆焊的特点：①设备简单，轻便，通用性强，适合现场焊接；②焊接过程是在焊工的直接观察和操纵下进行的，焊接灵活性大，特别是对一些形状不规则和零件的可达性不好的部位进行堆焊尤为合适；③生产效率低、劳动条件差、稀释率高，会导致堆焊层硬度和耐磨性下降。目前主要用于小批量生产或修复已磨损的零件。如磨盘，泥浆泵，电铲，水泥生料磨辊等零件的堆焊。

用焊条电弧堆焊的堆焊层硬度：不同的焊条型号对应的堆焊层硬度不同，D638高铬铸铁堆焊焊条堆焊硬度HRC≥56；D707碳化钨堆焊焊条型号：EDW-A-15堆焊硬度HRC≥60等。

5）等离子弧堆焊：等离子弧的温度很高，所以能堆焊难熔材料，并能提高堆焊速度，稀释率最低可达5%，堆焊层厚度在0.5-8mm，宽度约3-40mm，这种方法低稀释率、高熔敷率的堆焊，但设备成本较高，堆焊时有强烈的紫外线辐射及臭氧污染空间，所以要做好防护措施。常用于质量要求高的批量生产上。

（6）电渣堆焊：电渣堆焊的熔敷率最高。板极电渣堆焊的熔敷率可达150kg/h，而且一次可以堆焊很大的厚度，因而稀释率并不高。由十接头严重过热，所以堆焊后需进行热处理。另外，堆焊层不能太薄（一般应大于14-16mm），否则不能建立稳定的电渣过程。因此，电渣堆焊主要用于需要较厚的堆焊层零件，堆焊表面形状比较简单的大中型零件。

通过以上的堆焊方法使工件表面获得耐磨，耐热，耐蚀的特殊性能，从而得到高硬度，高耐磨性和抗冲击性能。故在加工堆焊件时就出现了难加工的问题。

下面就简单介绍一下堆焊件的加工方式及如何选择正确的刀具材料加工堆焊件。

三、堆焊工件的加工方式及如何选择刀具材料加工堆焊件

堆焊件常用的加工方式有磨削和车削，也有一些工厂选择碳弧气刨方式加工工件。

（1）采用碳弧气刨加工堆焊件：碳弧气刨是使用碳棒或石墨棒作电极，与工件间产生电弧，将金属熔化，并用压缩空气将熔化金属吹除的一种表面加工沟槽的方法。常用来清焊根，清除铸件的毛边、飞刺．浇铸口及缺限，采用碳弧气刨加工堆焊件只能适用于不要求表面精度的情况。

（2）采用磨床加工堆焊件：采用磨床加工堆焊件效率低，并且对于大型堆焊件由于尺寸太大，超过了磨床的加工范围，故磨床只能加工小堆焊件，并可以获得好的精度。

（3）采用车床方法加工堆焊件：车床是目前加工堆焊件最普遍的方式，由于堆焊件大多高低不平，加工过程中容易振动，所以选择刀具必须选择抗冲击性和耐磨性能优异的刀具材料，只有选择正确的刀具材料才能实现高效率，低成本的效果。

四、如何选择刀具材料车削加工堆焊件

目前，加工堆焊件常见的刀具材料有硬质合金刀具，涂层硬质合金刀具，陶瓷刀具和立方氮化硼刀具。以下就根据这四种刀具材料对堆焊件进行分析。

（1）选择硬质合金刀具加工堆焊件:堆焊件硬度一般在HRC40以上，虽然硬质合金刀具本身抗冲击性优越，但由于其红硬性低，刀刃磨损后遇到焊接硬点会造成崩刃，当堆焊工艺层硬度小于HRC45时，可选择硬质合金刀具材料，如YS30、YG3X等，线速度可选νc=40 m/min。

（2）涂层硬质合金刀具加工堆焊件:涂层硬质合金刀具是在硬质合金刀具表面涂了一层薄的较耐磨的难熔金属，相对于硬质合金刀具耐磨性明显提高，加工效率也得以提升，但由于其本身的抗冲击性没改变，并且表面的一层较耐磨的难熔金属一般在8微米到20微米，所以当遇到堆焊件表面的硬质点崩损后，基本上和硬质合金刀具的性能无异，致使降低了加工效率，并且刀具费用增加。

（3）陶瓷刀具加工堆焊件：陶瓷刀具的硬度高于硬质合金刀具，当堆焊件硬度大于HRC45时，可选用陶瓷；陶瓷刀具由于抗冲击性能差，常在精加工中使用，吃刀深度一般控制在0.3mm以内。

（4）立方氮化硼刀具加工堆焊件:立方氮化硼刀具的硬度均高于硬质合金刀具和陶瓷刀具，与金刚石刀具统称为超硬刀具，经过论证：目前，立方氮化硼刀具是加工黑色金属领域中最好的刀具材料，对于堆焊件的加工我国华菱超硬研发出一款整体聚晶立方氮化硼刀具BN-S20牌号，非常适合铁基、钴基、合金等堆焊件。

我国华菱超硬自创业以来，准确把握时代的变化脉搏，不断努力开发，提供可迅速满足日益多样化需求的高品质，高性能刀具产品。凭借长期培养积累的技术实力和最尖端的技术开发能力，在国内首次提出粗加工用“立方氮化硼整体聚晶刀片”概念，并适应当代“高速，精密加工”等切削要求。在超硬刀具学术界享有很高声誉。

华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S20牌号，属于非金属粘合剂立方氮化硼刀具，具有较高的硬度，良好的耐磨性和抗冲击性能，适合加工硬度HRC45以上的堆焊件，并且正反面都可以用（方形刀片可转位8次使用），并且遇到堆焊件表面不规整时不崩刀，可大余量切削加工堆焊件。

以下就简单介绍一下华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S20牌号加工堆焊件的案例。

五、华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S20牌号加工堆焊件案例

（1）钴基材料堆焊件的切削参数：堆焊层厚度为2mm；硬度HRC60；刀具牌号：华菱BN-S20；粗加工时采用切削参数为线速度V=70m/min；走刀量0.7-0.8mm/r;吃刀深度ap=1.7mm；精加工时120m/min;走刀量0.25mm/r；刀具寿命：8个切削刃口；一个刀片能使用两个班不换刀。

（2）耐磨铸件堆焊后加工及修复加工：对机床的主轴转速没有要求，BN-S20刀具并不需要非常高的切削线速度，可取45—130m/min即可；在加工高硬度堆焊层和补焊工件时，不需要对不规整的工件表面进行修正打磨，可直接断续切削坑洼表面。在车削加工补焊后铸铁件时不需要冷却液。