浅析冶金机械设备维修中的堆焊工艺

浅析冶金机械设备维修中的堆焊工艺

吴云刚

江阴兴澄特种钢铁有限公司

摘要：冶金工业作为重工业的一种，在国民经济当中发挥着重要作用。在冶金工业的生产实践当中，机械设备的维修十分重要，一方面，冶金工业承担着重要的社会责任，必须尽可能的保证其不会因设备的故障出现停产减产；另一方面，冶金工业的规模大、工艺复杂、生产过程危险性高，如果在生产过程中存在设备故障，就可能造成严重的生产事故。在冶金设备的检修工作中，堆焊工艺随着科学技术的发展得到了一定程度的提高，起到了维护和强化机械设备的作用。针对这一技术，本文在介绍其概念的基础上，对检修过程中的工艺控制和优化策略进行了探讨。

关键词：冶金工业；设备检修；堆焊工艺；工艺控制

引言：

堆焊指的是用电焊或者气焊将金属材料熔化，堆在机械设备或机械零件缺损部位的焊接方法。堆焊工艺具有规模小、成本低的特点，适合用于修复金属表面的脱落、摩擦等小规模损伤，在冶金铸造产业中，堆焊工艺也大范围的应用于铁、铜、铝铸件砂眼气孔等缺陷的修补和铝模型磨损修复等维修工作上，为修复冶金设备的损伤、维护冶金生产的正常进行起到了关键的作用。然而，作为焊接工艺的一种，堆焊工艺无疑存在着许多难点，需要在机械设备维修工作中加以改进，因此，本文对冶金设备维修中的堆焊工艺要点进行了探讨。

一、冶金机械设备维修堆焊工艺的内涵及意义

（一）堆焊工艺的内涵

堆焊工艺是一种为金属材料和设备进行表面改性的工艺方法，在利用堆焊工艺进行维修工作时，工作人员先将焊条在金属表面熔化，然后将熔化的焊条材料敷设在受损的金属材料表面，将金属表面的损伤“填满”，使其恢复到未损伤时的状态。这种维修工艺不需要对机械结构进行替换，也不需要深入金属材料内部，工艺规模比较小，不需要对材料进行大规模的替换，非常适合对机械设备的磨损、毛边、缺陷等规模较小的使用损耗进行维修，因此，堆焊工艺在冶金工业中的应用场景较多^[1]。

2. 在冶金维修中利用堆焊工艺的意义

从机械设备的性质来看，冶金工业所应用的各类机械设备的故障有两方面的特点：首先，冶金机械的故障概率大、数量多，由于冶金的生产过程有相当一部分都需要在高温条件，因此冶金机械也不得不经常在高温运行状态下工作，因此各类零件很容易出现疲劳，损伤多发；其次，冶金机械的故障一般规模较小，由于冶金机械设备本身具有庞大、厚重的特点，因此其设备损伤往往不会深入机械结构内部，多是在设备金属材料表面出现的磨损、凸起、崩坏等小规模缺陷。这两种特点给冶金设备的检修维护带来了困难，一方面故障的存在毫无疑问的会影响到机械设备的运行，造成冶金产品质量不合格以及为生产带来安全隐患；另一方面，经常出现的小规模损伤又不适合通过“彻底更换”“大规模重置”等手段进行维修。在这样的背景下，规模小、精确性高的堆焊工艺就非常适合用在冶金设备的维修上。

2. 堆焊工艺的步骤即工艺控制要点

堆焊工艺属于焊接工艺的一种，由于在工艺过程中需要使用危险性较大的工具设备以及对熔融状态的金属材料进行操作，因此工艺控制的难度比较大，下面就对堆焊工艺的一般步骤以及各个环节的工艺控制要点进行列举解析。

1. 焊前准备

在堆焊开始之前，操作人员需要对堆焊环境进行控制，为堆焊工作准备一个洁净、稳定的工作环境。首先，要对焊接母材进行清理，将材料表面的铁锈、污渍、杂质等污染物清除掉，一旦这些杂质在堆焊过程中混入焊条，就会导致焊料的润湿性、焊点的机械强度和耐腐蚀性受到极大的不良影响，因此在焊接前必须将母材表面的杂志物质清理干净，为焊接提供一个洁净的环境。其次，要对焊接表面进行渗透探伤，明确材料表面的缺陷情况，渗透探伤是一种利用液体的毛细现象检查材料表面缺陷的工艺，在渗透探伤的过程中，工作人员会采用混有颜料的液体涂抹材料表面，这样在液体流走后颜料就会在缺陷处停留，指示出缺陷的存在，在堆焊前对材料进行渗透探伤，有利于工作人员全面的认识材料表面缺陷的存在，避免堆焊过程“盲人摸象”，遗漏应当得到维修的损伤^[2]。

2. 焊条烘干

在堆焊开始前，还需要对焊条进行加热烘干处理。焊条是堆焊工艺中熔化填充在材料表面的金属条，这些金属条在制造、运输、储存的过程中都有可能接触到水分，并吸附储存在药皮上，一旦这些水分没有去除，就有可能在堆焊时分解出来，致使焊缝出现冷裂缝，影响材料的机械强度，因此必须在焊接前对焊条进行加热烘干。烘干的温度条件随着焊条材料种类变化，如A321焊条应采用300摄氏度烘干一小时，而EcoCr-A型焊条则应当在250摄氏度的条件下烘干。烘干后的焊条要放在保温箱内，随用随取，为了防止焊条被氧化或重新吸水，焊条不应当暴露在空气中超过四个小时，掉落的焊条原则上不再使用。

3. 材料预热

为了防止材料在堆焊过后的冷却过程中因为温度的急涨急跌而出现冷却裂缝、淬硬组织等不良现象，在堆焊前要先对材料进行预热，在预热时，要对材料进行整体加热，尽可能的保持材料整体受热均匀，在堆焊中一般采用“履带法”，并利用保温棉保温，最高温度不能低于240摄氏度，加热速度保持在每小时80摄氏度，材料不同部分的温差不能超过30摄氏度，加热至300摄氏度时开始堆焊，温度控制可以采用测温笔法，即在材料上画出颜料标记，在颜料熔化消失时就说明温度达标了，此外，加热履带时还要随时防止短路事故，避免加热过程突然中断

^[3]。

4. 堆焊

在完成了一系列准备工作之后，就可以对工件进行堆焊工作了，在堆焊的过程中，工作人员要仔细的做好操作控制，对焊条和工件进行有效的引导。首先，在操作前要最后检查一次设备是否按照“直流反接”的形式安装完成，即工件接负极、焊接钳接正极；其次，堆焊时，焊条要尽可能的与材料表面保持垂直，看准需要焊接的点位，焊接时运条准确，又快又直，不要出现左右摆动的情况，并且要操作环境要安静无风，避免因气流的影响造成杂质入侵或熔池流动；最后，在堆焊时每焊完一层就要对材料表面的杂质进行清理，去除焊渣，削平过高的接头，然后再进行其他位置的操作。

5. 热处理

在堆焊完成后，为了让焊条与材料进行充分的融合以及减小急速冷却带来的热应力现象，工作人员要对材料进行热处理。以硬质合金层为例，材料要先以每个小时80摄氏度的速度加热到650摄氏度，随后以每个小时100摄氏度的速度匀速降温，至200摄氏度时关闭电源自然冷却。

2. 冶金设备检修工作中堆焊工艺的优化策略

1. 严格进行规范操作

在冶金设备的维修实践中，以往经常存在着操作人员不按规范进行操作的现象，这种现象主要表现在两个方面。一方面，一些经验比较充足的操作人员有时会认为按照自己的经验操作比按照操作规范操作更加可靠，结果造成了堆焊结果与规范要求存在出入，再加上堆焊工艺往往需要多人配合，这就容易造成不同操作人员的结果对不上的现象。另一方面，由人员进行堆焊操作本身就容易出现不精确的现象，如焊条运条时摆动幅度超过15毫米、收弧点之间的距离小于20毫米都是堆焊工艺的要求，这些堆焊误差的尺寸都是毫米级别的，人员操作在焊接的强光条件下很难把握准确。针对这两个问题，冶金单位可以采取两个方面的措施予以解决，首先，针对操作人员有时不按规范进行操作的现象，冶金单位可以强化规章制度建设，要求操作人员在焊接方案定下来之后必须按照方案和操作规范进行操作，可以采取责任制，对不同焊点的质量责任精确到操作人员个人上，督促操作人员规范操作；其次，针对人工操作容易出现误差的问题，冶金单位要尽可能的采用技术含量高的设备取代人工操作，如在对材料进行热处理时采用数字化测温仪器进行温度控制，甚至可以用工业机器人直接进行焊接操作，利用机器设备的精准性消除人工误差。

2. 提高人员素质

堆焊工艺作为焊接工艺的一种，其工艺质量与操作人员的经验是具有非常强的相关关系的，这也就造成了在冶金检修工作实践中堆焊质量经常受到人员素质的影响导致问题。比如，缺乏经验的操作人员往往堆焊质量不足，出现缺陷需要重新维修的情况出现的较多，而经验比较丰富的操作人员在操作中对堆焊工艺的控制往往是直觉性的、无法量化的，这就使得他们的操作经验不容易在整个行业内推广。针对这一问题，冶金单位可以采用三种措施予以改进，首先，在冶金单位内部，要做好“老带新”的工作，将缺乏经验的新员工和经验丰富的老员工组合起来，做好单位内部的经验技能传承；其次，要鼓励堆焊操作人员不断的提升技术水平，如可以在不同的冶金单位之间组织“劳动技能大赛”，鼓励堆焊操作人员为了这样的竞赛提升自己的技术水平，对竞赛的优胜者还应当提供物质奖励，让操作人员有更强的获得感，追求技术高峰；最后，在单位与单位之间要积极的开展技术交流活动，可以依托互联网建立技术交流平台，鼓励堆焊操作人员在平台上记录、推广自己的优秀经验，尽可能的让一线操作中总结出的宝贵经验推广出去^[4]。

结束语

在冶金工业中，堆焊操作具有至关重要的意义，他可以向冶金单位的免疫细胞一样，在不影响正常的冶金生产进程的情况下对机械设备当中多发的损伤进行修复，在冶金生产实践中，我们要做好工艺控制，并从人员管理和技术进步两个方面提升堆焊质量，为冶金生产提供更坚强的支持。

参考文献：

[1] 张海璇. 浅谈冶金机械设备维修中的堆焊工艺[J]. 中国金属通报, 2020(2):2.

[2] 赵修华. 探析冶金机械设备维修中的堆焊工艺[J]. 装备维修技术, 2019(2):1.

[3] 殷华兴. 关于冶金机械设备的维修技术探讨[J]. 环球市场, 2019, 000(011):359.

[4] 李杨. 冶金机械设备维修中的堆焊技术探析[J]. 冶金管理, 2021(11):2.