CN109848605A

CN109848605A - 膜式水冷壁堆焊材料及补焊方法

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Publication number: CN109848605A
Application number: CN201910061087.6A
Authority: CN
Inventors: 郭余庆; 施吉祥; 王军; 郭国庆; 陈玲; 高飞; 戴春浩; 王读根
Original assignee: JIANGSU NENGJIAN ELECTROMECHANICAL INDUSTRIAL Co Ltd
Current assignee: JIANGSU NENGJIAN ELECTROMECHANICAL INDUSTRIAL Co Ltd
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2019-06-07

Abstract

本案涉及一种膜式水冷壁堆焊材料，包括一种膜式水冷壁堆焊材料，其特征在于，包括碳纤维0.2～2份、钼钛合金粉4～8份、硅锰合金粉1～2份、碳化硼0.2～1份、碱式氯化镁晶须2～4份、钨钢5～8份、高碳铬铁40～50份、矿粉8～10份、铌粉1～2份及镍粉1～2份，余量为雾化铁粉；所述钨钢为鳞片状或短切纤维状；本发明堆焊材料的补焊所需温度较低，对燃气、保护气体、焊接设备的要求较低，降低了经济成本，减少了稀释率和补焊时的氧化，可用于大面积、快速、低成本的工件表面堆焊层铺设和补焊。

Description

膜式水冷壁堆焊材料及补焊方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种膜式水冷壁堆焊材料及补焊方法。

背景技术

磨损是材料损伤的三大原因之一，在冶金、机械和电力等行业中，设备上的一些关键部件大多数长期处在带有冲击磨损情况下工作，工件的耐磨性已经成为决定其使用寿命的主要因素之一。这些耐磨件主要与矿物和砂粒相冲击和摩擦，根据耐磨部件在工作过程中受到的磨损可以将其归类为磨料磨损，这种磨损类型在工业中大概占到50％以上，例如，破碎机齿板、锤头、打击板；球磨机衬板、磨球；刮板机的中板等都是在尖锐和坚硬的磨料作用下产生犁削、碾压和裂纹而逐渐剥落，直至零件磨穿或者由于裂纹扩展而断裂。

在冶金和电力行业中，通常要用到高温锅炉，而高温锅炉的正常高效运转又离不开膜式水冷壁，在膜式水冷壁使用中，由于膜式水冷壁的外壁长期处于高温下，锅炉炉膛内的气流中所夹带的固体颗粒对膜式水冷壁的外壁进行冲击，长期使用会造成较大的磨损；另外，作为燃料的煤中含有的硫等腐蚀性元素也会对锅炉造成腐蚀性损伤，损伤的膜式水冷壁如不及时维护，会造成爆管、停炉等事故，给生产和生活造成较大损失。

在膜式水冷壁表面堆焊耐磨防腐材料，是提高工件使用寿命、对膜式水冷壁进行修补维护的有效方法。

就目前堆焊材料的研究状况来看，能用于膜式水冷壁堆焊修复的耐高温腐蚀、高硬度、高温耐磨性堆焊合金可使用高铬铸铁型合金系，由于其硬面层含有大量的共晶碳化物M7C3、M23C6从而能够得到很高的硬度，可以抵抗来自锅炉内部固体燃料颗粒的冲击，但高铬铸铁型合金的韧性较差，耐高温腐蚀性一般，在频繁停炉、低温固体燃料颗粒冲击下会产生裂纹，综合性能不佳。

另外，当前堆焊的温度普遍超过3000℃，能耗高，对设备要求和保护氛围要求也高，此外，还会造成的较高稀释率，影响焊接的质量。

有鉴于此，有必要提出一种适用于膜式水冷壁的，能在高温下耐腐蚀、耐固体小微颗粒冲击磨损的堆焊合金材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种能在高温下耐腐蚀和粉尘冲刷的膜式水冷壁堆焊材料。

本发明的另一个目的是提供一种较低温度下的堆焊方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种膜式水冷壁堆焊材料，包括碳纤维0.2～2份、钼钛合金粉4～8份、硅锰合金粉1～2份、碳化硼0.2～1份、碱式氯化镁晶须2～4份、钨钢5～8份、高碳铬铁40～50份、矿粉8～10份、铌粉1～2份及镍粉1～2份，余量为雾化铁粉；

所述钨钢为鳞片状或短切纤维状。

优选的是，所述鳞片状钨钢的单片厚度不大于50μm，最大宽度300μm。

优选的是，所述短切纤维状钨钢是长度100～500μm，直径30～50μm的短切纤维。

优选的是，所述矿粉包括人造锆石粉20～30wt%、长石粉30～40wt%、大理石粉30～50wt%。

优选的是，所述钼钛合金粉为Mo～0.5Ti合金。

一种膜式水冷壁堆焊材料的补焊方法，包括如下步骤：

S1. 去除膜式水冷壁表面上的缺陷，形成补焊坡口；所述的补焊坡口为凹槽形状，坡口侧壁为向内倾斜的坡面，坡面的倾斜角度为2°～5°，膜式水冷壁缺陷的挖除深度不小于2mm；

S2.进行补焊前常规预处理；

S3.根据焊道分布和焊接顺序对补焊坡口进行补焊；

S4.进行补焊后的处理。

优选的是，所述补焊坡口所形成熔池在补焊时的温度不超过2800℃。

优选的是，所述补焊方法的堆焊层间温差控制在200℃以内。

优选的是，所述补焊方法包括采用液化石油气、煤气、天然气、氢气中的一种为燃气的气焊。

本发明的膜式水冷壁堆焊材料及补焊方法，至少具有以下优点：

1.利用钨钢耐高温、硬度大但脆性也较大的特点，选用鳞片状或短切纤维状的钨钢，在2800℃下不熔化，补焊完成后仍然具不损失钨钢高温下的耐磨性，可以作为主要的耐磨颗粒，抵御锅炉内高温下长期、大量微小固体颗粒的冲击，而钨钢脆性较大的弱点在微小固体颗粒的冲击下并不凸显。

2. 碳化硼和碱式氯化镁晶须的加入有利于减少堆焊时大颗粒金属晶体的产生，促进细小金属晶体的均匀产生,提高硬度和耐磨性，采用本发明材料堆焊后宏观硬度最高可达HRC60以上，合金层裂纹较少或无裂纹，且不易脱落。

3. 钼钛合金的加入有利于提高堆焊材料在高温下的耐腐蚀性和韧性。

4. 补焊坡口的坡面倾斜角内收，有效防止在频繁的冷热交替下堆焊层脱落或产生裂纹。

5. 补焊所需温度较低，对燃气、保护气体、焊接设备的要求较低，降低了经济成本，减少了稀释率和补焊时的氧化，可用于大面积、快速、低成本的工件表面堆焊层铺设和补焊。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”，“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例1

一种膜式水冷壁堆焊材料，包括碳纤维0.5份、钼钛合金粉8份、硅锰合金粉2份、碳化硼0.4份、碱式氯化镁晶须2份、钨钢8份、高碳铬铁50份、矿粉8份、铌粉1份及镍粉2份，余量为雾化铁粉；

所述钨钢为鳞片状或短切纤维状。钨钢不参与熔化，鳞片状或短切纤维状的钨钢有助于与其他堆焊材料的结合，并起到联结不同堆焊层，增强堆焊层整体强度的作用，在使用中，其他材料受损，钨钢颗粒暴露时，起到主要的耐磨作用；如果钨钢颗粒为球状，则在其他材料受损，钨钢颗粒暴露时，球状的钨钢颗粒容易脱落从而失去耐磨作用。

所述鳞片状钨钢的单片厚度不大于50μm，最大宽度300μm。

所述短切纤维状钨钢是长度100～500μm，直径30～50μm的短切纤维。

所述矿粉包括人造锆石粉30wt%、长石粉30wt%、大理石粉40wt%。

所述钼钛合金粉为Mo～0.5Ti合金。Mo～0.5Ti合金综合性能较好，应用于本发明的堆焊合金材料中能发挥较好的耐腐蚀性、增韧性以及较好的抗冲击强度。

实施例2

一种膜式水冷壁堆焊材料的补焊方法，包括如下步骤：

S1. 去除膜式水冷壁表面上的缺陷，形成补焊坡口；所述的补焊坡口为凹槽形状，坡口侧壁为向内倾斜的坡面，坡面的倾斜角度为2°～5°，膜式水冷壁缺陷的挖除深度不小于2mm；锅炉有可能因各种客观因素频繁关停和启动，造成膜式水冷壁表面温度快速升高或降低，经过一段时间的腐蚀磨损，补焊的堆焊层有可能脱落或产生裂纹。坡口侧壁内收，有助于增强堆焊层与膜式水冷壁表面的结合，防止出现裂纹或脱落。

S2.进行补焊前常规预处理；所述的补焊前常规预处理包含以下步骤：

对补焊坡口的凹槽和边缘表面进行目视检查，以保证缺陷被全部去除；腐蚀出补焊区域堆焊层与部件母材间的熔合线；对补焊坡口的凹槽和边缘进行表面清理；对补焊坡口的凹槽和边缘区域进行预热；

S3.根据焊道分布和焊接顺序对补焊坡口进行补焊；所述的按照规定的焊道分布和焊接顺序进行补焊包含以下步骤：

沿坡口两侧在坡底和坡面的夹角处堆焊支撑焊道；

沿部件母材与堆焊层的熔合线，在支撑焊道上堆焊搭接焊道，搭接焊道必须覆盖堆焊层和部件母材的交界处；

在搭接焊道上堆焊加强焊道；

沿坡底在两侧支撑焊道中间焊接堆焊焊道，形成底部堆焊层；

在底部堆焊层上继续焊接堆焊焊道，形成上部堆焊层，该上部堆焊层覆盖底部堆焊层、支撑焊道、搭接焊道和加强焊道，上部堆焊层的顶面与其两侧的原始堆焊层的顶面齐平。

S4.进行补焊后的处理。

所述补焊坡口所形成熔池在补焊时的温度不超过2800℃。为了不在补焊时使钨钢颗粒熔化，需要将温度保持在钨钢的熔化温度以下。

所述补焊方法的堆焊层间温差控制在200℃以内。

所述补焊方法为采用天然气为燃气的气焊。由于对于补焊时的温度要求较低，可采用更广泛的燃气来源，降低了成本和实施的必要条件，有利于本发明的推广。

实施例3

在实施例1的基础上，采用单一变量法，以矿粉中人造锆石粉的含量为单一变量，采用实施例2的方法得到堆焊层，进行耐磨性试验，所得结果如下：

人造锆石粉含量（wt%）	0	5	10	20	25	30
							洛氏硬度HRC	57.2	58.9	59.1	59.7	60	60.2
摩擦系数	0.782	0.732	0.699	0.653	0.636	0.622

由此可见，合适含量人造锆石粉的加入有助于降D低堆焊后材料的摩擦系数，提高硬度。

实施例4

在实时例1的基础上，对于多个膜式水冷壁相同位置的相似缺陷或损伤处，一部分采用实施例2的补焊方法A（补焊时的温度不超过2800℃，钨钢颗粒不熔化）进行修补，另一种采用常规的氩弧焊堆焊方法B（补焊时的温度超过2800℃，钨钢颗粒熔化）进行修补，对修补处的堆焊层进行测试，所得结果如下：

补焊方法	洛氏硬度HRC	摩擦系数
			A	60.1	0.624
B	60.3	0.612

正常使用三个月后，测试结果如下：

补焊方法	洛氏硬度HRC	摩擦系数
			A	60.2	0.644
B	60	0.622

由此可见，采用本发明的方法对膜式水冷壁的缺陷或损伤进行补焊操作时，堆焊层的硬度与采用常规氩弧焊堆焊工艺所得到的堆焊层的硬度相似，但因本发明发方法所得堆焊层存在钨钢颗粒，其他部分表面材料在被磨损消耗掉后，钨钢颗粒露出，表面摩擦系数增大，并起到主要的抗磨损作用。

继续正常使用使用，可以发现，在使用寿命上，本发明的方法所得到的堆焊层较采用常规氩弧焊堆焊工艺制成的堆焊层寿命相近或略差，但因本发明方法对工艺要求更低，故有一定的成本和应用范围优势。

实施例4

在实施例3的基础上，对两种方法所得的堆焊层稀释率进行测定，其中，A的稀释率为5%～10%，B的稀释率为10%～20%，本发明方法的稀释率明显更低。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims

1.一种膜式水冷壁堆焊材料，其特征在于，包括碳纤维0.2～2份、钼钛合金粉4～8份、硅锰合金粉1～2份、碳化硼0.2～1份、碱式氯化镁晶须2～4份、钨钢5～8份、高碳铬铁40～50份、矿粉8～10份、铌粉1～2份及镍粉1～2份，余量为雾化铁粉；

所述钨钢为鳞片状或短切纤维状。

2.如权利要求1所述的膜式水冷壁堆焊材料，其特征在于，所述鳞片状钨钢的单片厚度不大于50μm，最大宽度300μm。

3.如权利要求1所述的膜式水冷壁堆焊材料，其特征在于，所述短切纤维状钨钢是长度100～500μm，直径30～50μm的短切纤维。

4.如权利要求1所述的膜式水冷壁堆焊材料，其特征在于，所述矿粉包括人造锆石粉20～30wt%、长石粉30～40wt%、大理石粉30～50wt%。

5.如权利要求1所述的膜式水冷壁堆焊材料，其特征在于，所述钼钛合金粉为Mo～0.5Ti合金。

6.一种权利要求1所述的膜式水冷壁堆焊材料的补焊方法，其特征在于，包括如下步骤：

S2.进行补焊前常规预处理；

S3.根据焊道分布和焊接顺序对补焊坡口进行补焊；

S4.进行补焊后的处理。

7.如权利要求6所述的膜式水冷壁堆焊材料的补焊方法，其特征在于，所述补焊坡口所形成熔池在补焊时的温度不超过2800℃。

8.如权利要求7所述的膜式水冷壁堆焊材料的补焊方法，其特征在于，所述补焊方法的堆焊层间温差控制在200℃以内。

9.如权利要求6所述的膜式水冷壁堆焊材料的补焊方法，其特征在于，所述补焊方法包括采用液化石油气、煤气、天然气和氢气中的一种为燃气的气焊。