硬質(zhì)合金堆焊工藝規(guī)程的編制、評定和應(yīng)用

劉 源 史雪芬 李 艷 郭 晶

焊接技術(shù)

硬質(zhì)合金堆焊工藝規(guī)程的編制、評定和應(yīng)用

劉 源*史雪芬 李 艷 郭 晶

（大連日立機(jī)械設(shè)備有限公司)

通過一個具體的壓力容器零部件硬質(zhì)合金堆焊實(shí)例，介紹按照ASME規(guī)范第Ⅸ卷要求，編制堆焊工藝規(guī)程，進(jìn)行焊接工藝評定和應(yīng)用方面的若干問題。

堆焊 堆焊工藝規(guī)程 ASME規(guī)范 硬質(zhì)合金層 焊接 焊接工藝評定

1 任務(wù)的提出

一臺按ASME規(guī)范第Ⅷ卷第1分冊UHA篇建造的不銹鋼壓力容器[1]，其上傳動裝置的機(jī)械密封組件上有一個零件要求堆焊Stellite 6。該零件材料為304L型Cr-N i奧氏體不銹鋼鍛件。零件結(jié)構(gòu)見圖1。設(shè)計要求的堆焊層很薄，只有1.7mm。

圖1 堆焊零件的結(jié)構(gòu)

2 堆焊材料

Stellite 6是Co基堆焊合金中的一個品種，該合金族包括多個品種[2,3]。Stellite 6在美國焊接材料標(biāo)準(zhǔn)SFA-5.13中的標(biāo)準(zhǔn)分類號為ECoCr-A[4]。表1是我國 “上海司太立有限公司” （Shanghai Stellite Co.,Ltd.）兩份Stellite 6焊條合格證書中熔敷金屬化學(xué)成分分析值與SFA-5.13對ECoCr-A焊條無稀釋焊縫金屬化學(xué)成分的要求。由表1可見，該公司生產(chǎn)的Stellite 6焊條符合SFA-5.13對ECoCr-A的要求，可選擇使用。但供應(yīng)方提供的焊材試驗報告 （certifiedmaterial test report，縮寫為CMTR），即合格證，須符合ASME焊材標(biāo)準(zhǔn)要求。

其實(shí)制造ASME規(guī)范第Ⅷ卷第1分冊的產(chǎn)品，CMTR有與無倒也無妨 （見WG-9[1]和SFA-5.13，A4條[4]），但焊材包裝上必須有ASME焊材標(biāo)準(zhǔn)要求的識別標(biāo)識，其中主要是焊材標(biāo)準(zhǔn)號SF-5.13（或AWSA5.13）和焊條分類號ECoCr-A。每根焊條靠近夾持端的涂料上還必須有ECoCr-A的識別標(biāo)識。授權(quán)檢驗師就是根據(jù)這些標(biāo)識進(jìn)行符合性判定的。至于Stellite 6有沒有都無關(guān)緊要。但是可以肯定，只有Stellite 6而沒有規(guī)范要求的標(biāo)識絕對不行。

另外，這種堆焊合金也可以制成實(shí)心光焊絲或粉末，使用鎢極氣體保護(hù)焊 （GTAW）、等離子焊（PAW）和氧燃?xì)夂?（OFG），采用填絲或噴粉的形式實(shí)現(xiàn)堆焊。但這種合金無法制成可以盤繞成卷或盤 （coil)的焊絲，所以ASME規(guī)范第Ⅸ卷中允許使用的其它焊接方法，如SAW、GMAW、FCAW和ESW等焊接方法無法使用。

表1 兩個批號Stellite 6焊條熔敷金屬的化學(xué)成分以及與SFA-5.13對ECoCr-A要求的比較

3 焊接方法

盡管可選擇的堆焊焊接方法不止一種，但最方便的還是焊條手工電弧焊 （SMAW）。所以就選擇這種方法。

4 焊接工藝規(guī)程（WPS）的編制

在ASME焊接評定規(guī)范中，關(guān)于硬質(zhì)合金堆焊的一般規(guī)則規(guī)定在QW-216中。用焊條手工電弧焊 （SMAW）方法進(jìn)行硬質(zhì)合金堆焊的具體控制要求規(guī)定在QW-253.1中[5]。

根據(jù)QW-253.1可知，采用焊條手工電弧焊（SMAW）方法堆焊硬質(zhì)合金，決定堆焊金屬質(zhì)量的焊接變素共10項，而且都是重要變素（essential）， 見表 2 第 2 欄。

編制焊接工藝規(guī)程 （WPS）就是對這10項變素做出規(guī)定。對于數(shù)值變素，給出量值或量值范圍；對于非數(shù)值變素，在可能的選擇中，給出明確的選項確定。

ASME焊接評定規(guī)范只規(guī)定需要進(jìn)行控制的變素，以及控制到什么程度。但這些變素如何確定卻不是規(guī)范的事。需要焊接工程師根據(jù)文件資料和經(jīng)驗決定，并承擔(dān)責(zé)任。例如QW-406.4規(guī)定，產(chǎn)品堆焊預(yù)熱溫度不得比評定試驗中采用的預(yù)熱溫度低55℃。但評定試驗預(yù)熱溫度應(yīng)該多高，WPS中的預(yù)熱溫度應(yīng)該規(guī)定多大范圍，規(guī)范并未指出。同樣QW-409.22規(guī)定，首層堆焊使用的電流不得超過評定試驗時使用電流的10%，但焊評試驗堆焊首層使用多大電流，WPS中規(guī)定多大電流范圍，也不是規(guī)范的事。所以編制WPS既要真正理解規(guī)范對每項變素的控制要求，又要具備必要的專業(yè)知識。

我國機(jī)械工程學(xué)會、焊接學(xué)會編寫的第3版《焊接手冊》第20章就是專門講 “堆焊”的[2]，其中對于Co基硬質(zhì)合金堆焊，規(guī)定堆焊前需預(yù)熱300～600℃，焊后需經(jīng)600～700℃回火，或埋入溫?zé)岣稍锏纳岸鸦虿菽净抑芯徛鋮s，以防止出現(xiàn)裂紋。同時還給出了不同直徑焊條適宜的焊接電流范圍和堆焊操作注意事項。

我國原機(jī)械工業(yè)部編輯的 《焊接材料產(chǎn)品樣本》中也有完全相同的內(nèi)容[3]。

每個ASME焊材標(biāo)準(zhǔn)后面都有一個 “附錄”，提供標(biāo)準(zhǔn)中所包含的各類焊材的特征和與應(yīng)用有關(guān)的信息。例如SFA-5.13，其附錄中的表A2介紹了各焊接參數(shù)對稀釋率 （dilution）、熔敷率（deposition rate）和熔敷厚度 (deposit thickness)的影響。第A7.2.1條介紹了ECoCr-A焊條堆焊金屬的組織和性能特點(diǎn)。同時指出,由于不發(fā)生晶格轉(zhuǎn)變（allotropic transformation），即使以后基體母材需要進(jìn)行熱處理，堆焊層的耐磨性、耐蝕性也不會降低。

另外各焊材廠的產(chǎn)品樣本也都有更具體的、可供實(shí)際應(yīng)用的資料數(shù)據(jù)。

據(jù)此便不難對WPS中要求的各變素做出規(guī)定，見表2第3欄。下面由易到難說明這些規(guī)定是怎樣做出來的。

當(dāng)然為了深入了解這些知識和經(jīng)驗結(jié)論所依據(jù)的更深層次的原理，以及所依據(jù)的實(shí)驗數(shù)據(jù)和實(shí)際案例，還需要閱讀一些中外技術(shù)學(xué)術(shù)刊物上的有關(guān)論文和報告。對于從事實(shí)際工作的焊接工程師，這是更高一層的要求，但不是絕對必須的。

5 WPS中各變素的確定

編制WPS既不能突破規(guī)范設(shè)定的控制界限，又不能太保守，把變素范圍規(guī)定得很窄，以至于編制和評定的WPS僅適用于眼前的產(chǎn)品，以后遇到其他產(chǎn)品，條件稍微不同，就超出了規(guī)定范圍，又要重新編制和評定新的WPS。為做到這一點(diǎn)，就需要把規(guī)范允許的自由空間充分利用起來，但又不能違背目前公認(rèn)的知識和經(jīng)驗。下面就按該原則說明表2第3欄對與硬質(zhì)合金堆焊有關(guān)的10項變素是如何確定下來的。

表2 SMAW堆焊涉及的焊接變素及其確定

5.1 基體母材P-號 （QW-403.20）：要求堆焊硬質(zhì)合金的零件材料為304L型Cr-Ni奧氏體不銹鋼鍛件，根據(jù)QW-422，304L型不銹鋼的P-號為8，組號為1。但由于QW-403.20只要求控制P-號，不要求控制組號，更不要求控制具體材料等級（grade）或類型 （type），所以WPS中該控制項下僅規(guī)定P-號8就夠了。304L和組號 “1”都不用顯示。不僅不用顯示，而且不能顯示。如果顯示出來，說明該份WPS的適用對象僅僅是304L，或P-號為8、組號為1的材料。這就大大縮小了規(guī)范允許的適用范圍，沒有把規(guī)范允許的空間都利用上。

5.2 焊條標(biāo)準(zhǔn)分類號 （QW-404.12）：只有一種選擇，即SFA-5.13，ECoCr-A。

5.3 電流種類和極性 （QW-409.4）：SFA-5.13附錄表A2介紹說，直流正接，即工件接焊接電源正極，焊條接負(fù)極 （DCEN）時稀釋率低，熔敷率高，獲得的熔敷厚度也大，似乎應(yīng)該選DCEN。但又說這不是絕對的。而且這也和通常的認(rèn)識不一致。一般認(rèn)為，當(dāng)采用直流電源焊接時，電弧熱量的較大部分產(chǎn)生在電弧正極附近，所以SMAW和GMAW一般選直流反接，即DCEP，以提高熔敷效率。對于Co基合金焊條堆焊，焊接材料樣本[3]中推薦的電源和極性也是DCEP。所以此處決定選擇DCEP。

5.4 焊接位置 （QW-405.4）：一般要求堆焊Co基合金的產(chǎn)品零件都不會十分龐大，以至于不便改變焊接位置。所以選擇 “平焊”位置。

5.5 多層改變?yōu)閱螌?（QW-410.38）：有些焊接方法熔深很淺，基體母材的稀釋極輕微，例如帶極電渣堆焊。如果焊接材料 （即帶極）合金元素含量不是剛剛滿足焊材合格標(biāo)準(zhǔn)下限的那種情況，首層堆焊金屬的化學(xué)成分和性能就能進(jìn)入合格標(biāo)準(zhǔn)范圍。首層都合格了，上面繼續(xù)堆焊的其他各層自然更沒有問題。但是焊條手工電弧焊 （SMAW）不行。由于熔深較大，首層堆焊金屬受基體母材稀釋較嚴(yán)重，無法確保堆焊一層就滿足要求，所以必須至少堆焊2層。

5.6 評定的基體母材厚度 （QW-403.23）：由零件設(shè)計圖樣得知，堆焊部位零件材料厚度為38.1 mm＞25 mm。根據(jù)表QW-453，評定厚度范圍應(yīng)為25mm至無限大。

5.7 預(yù)熱溫度和層間溫度 （QW-406.4）：根據(jù)文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]給出的資料，即300～600℃。層間溫度雖然控制的是最高值，但也不能低于最低預(yù)熱溫度，所以也是300～600℃。

5.8 首層焊接電流 （QW-409.22）：當(dāng)前手頭只有直徑4mm的焊條，所以只能使用最大160 A的電流堆焊評定試板上的首層堆焊金屬。根據(jù)QW-409.22，實(shí)際在產(chǎn)品上堆焊時，堆焊首層使用的電流不得超過160 A的110%，即176 A。根據(jù)文獻(xiàn)[2]、文獻(xiàn) [3]推薦的不同直徑焊條的焊接電流范圍，可知直徑4 mm、5 mm和6 mm的焊條都可以用來堆焊首層，只要把電流控制得不超過175 A就行。堆焊首層以外的其他層時，則不受此限制，完全可以充分使用文獻(xiàn)[2]、文獻(xiàn)[3]推薦的滿范圍的電流值。

表3中序號2對首層堆焊電流的限制，是在評定試板首層堆焊使用直徑4mm焊條的最大推薦電流160 A的條件下做出的。當(dāng)然如果有條件，也可以使用更粗直徑的焊條和更大的電流堆焊評定試板的首層，如果那樣，那又將是另一番景象。

表3 文獻(xiàn) [2]推薦的不同直徑鈷基合金堆焊焊條的電流范圍及其在堆焊不同層次時的應(yīng)用

5.9 焊后熱處理 （PWHT） （QW-407.6）： 根據(jù)文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]，堆焊后可以進(jìn)行600～700℃的回火熱處理，也可以不進(jìn)行熱處理，而代之以埋入砂或草木灰堆中緩冷。

如選擇不熱處理，當(dāng)然也就沒有處理溫度和時間的問題了，但在WPS中需要注明緩冷要求的指導(dǎo)性提示。

如選擇熱處理，便可以選擇文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]推薦的600～700℃的回火熱處理。由于基體母材是P-號為8的材料，QW-407.1(a)不適用。這樣QW-407.6控制的只是熱處理時間不能太長。所以采用文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]的推薦規(guī)范就行。

5.10 最小堆焊層厚度t（QW-406.4）：如何確定t值需要多說幾句。

（1）可以簡單地把t理解為要求的堆焊層最小厚度。如果按WPS中規(guī)定的t值通過了將要進(jìn)行的堆焊工藝評定試驗，那么將來使用該項WPS指導(dǎo)產(chǎn)品堆焊時，實(shí)際堆焊在產(chǎn)品上的堆焊層厚度就不能比該t值小。因為厚度t下面的堆焊層質(zhì)量，雖不能斷定一定不合格，但沒有評定依據(jù)支持，質(zhì)量是存在疑問的。而厚度t處及其以上的堆焊層金屬是有評定依據(jù)的，質(zhì)量不存在疑問。

（2）由于有基體母材的稀釋，堆焊層的化學(xué)成分和性能 （對于硬質(zhì)合金堆焊，性能就是指硬度）越離基體母材近，就越與要求的合格標(biāo)準(zhǔn)偏離大?；蛘哒f只有離開基體母材一定距離處和更遠(yuǎn)處的堆焊金屬，其成分和性能才能達(dá)到和滿足合格標(biāo)準(zhǔn)的要求，該 “一定距離處”的堆焊金屬距基體母材表面的距離就是要求的t值，原則上講，采用逐層剝離、逐層分析成分和測量硬度的方法總可以把這個t值找出來。但是焊接工藝評定不是科學(xué)研究，不要求找出準(zhǔn)確的t值來，而只要求憑經(jīng)驗估計給出一個近似值，并通過評定試驗，證明該處的堆焊金屬滿足要求就行了。這個近似值必須是可靠的，也就是說在這個估計的t值下面很可能還有一定厚度的堆焊金屬也是符合要求的，沒有被利用上，但這無妨。把t值定得太小，使它落在滿足合格標(biāo)準(zhǔn)的堆焊層之下是不行的。

另外還要說明一下，規(guī)范中的t值原本是以堆焊金屬與基體母材的交界線（interface）為基準(zhǔn)測量的。但ASME給過一個解釋，認(rèn)為也可以以基體母材表面為基準(zhǔn)。筆者認(rèn)為以后者為基準(zhǔn)更方便。

（3）焊接物理冶金原理認(rèn)為，由于電弧的攪拌作用，同一焊道 （bead或pass）內(nèi)宏觀上化學(xué)成分是一致的。推而廣之，也可以說同一堆焊層內(nèi)化學(xué)成分是一致的。圖2是各堆焊層中某合金元素含量變化示意圖。圖中兩條水平直線A和B分別表示某焊材標(biāo)準(zhǔn)對其中某分類號焊材規(guī)定的該合金元素含量的下限和上限，水平直線C表示實(shí)際使用的某個具體批號的該分類號焊材可以達(dá)到的該合金元素含量。各堆焊層該合金元素的變化并不像圖中那條連續(xù)折線表示的那樣，是連續(xù)的，而是像一段段水平階梯短線表示的那樣，是跳躍式不連續(xù)的。

圖2 不同堆焊層合金元素含量的變化

（4）根據(jù)經(jīng)驗，由于基體母材稀釋，焊條手工電弧焊（SMAW）的首層堆焊金屬一般不能保證都達(dá)到要求的合金元素含量下限。但如果使用的堆焊焊接材料，不是剛剛湊合過了合格標(biāo)準(zhǔn)下限那種情況，第2層一般就會進(jìn)入合格范圍之內(nèi)了。所以最小t值就應(yīng)該選在第2堆焊層內(nèi)，而且越靠下越好。

（5）根據(jù)經(jīng)驗，直徑4～6mm的焊條，焊出的焊道一般高出母材表面約3 mm左右。按3 mm計，t就應(yīng)取得大于3 mm,例如可取t=3.5 mm。由于有熔深，似乎還可以把t值取得再小一些 （見圖3點(diǎn)A處）。但熔深是電弧中心大，邊緣小，在焊道邊緣熔深幾乎為零。又不能排除堆焊第2層時不出現(xiàn)像圖3中的點(diǎn)B處那樣的情況，所以第2層的熔深還是不考慮為好。

圖3 同時考慮余高和熔深確定最小堆焊層厚度

（6）對于堆焊本文涉及的具體零件，t=3.5mm稍嫌大了點(diǎn)，可以減小一些。可以把首層堆焊金屬加工去除一部分，例如去掉1 mm，這樣最小堆焊層厚度t就可以取為t=2.5 mm，減小了1mm。t=2.5 mm也還嫌大，但不能再減小了，再減小就有風(fēng)險。如果把首層堆焊金屬繼續(xù)減薄，堆焊第2層時就有穿透首層堆焊金屬余留部分，把基體母材熔化的危險，就像圖3中的點(diǎn)E處表示的那樣。所以首層堆焊金屬能夠減薄的限度，要以使首層堆焊金屬余留部分厚度大于堆焊第2層時的熔深為度。當(dāng)然還要考慮一點(diǎn)安全裕度。直徑4～6 mm焊條焊出的焊道，熔深一般有1.5mm左右。留0.5mm的安全邊界，把首層堆焊金屬最多去掉1 mm，保留2mm。這就是取t≥2.5mm的來由。

使用小直徑焊條可以堆焊出更薄的焊道來，但Co基堆焊焊條最小規(guī)格就是4 mm，沒有再細(xì)的焊條。

任何一項焊接工藝規(guī)程（WPS）的編制當(dāng)然都是由一項具體產(chǎn)品，甚至一項產(chǎn)品上一類或一條具體焊縫焊接需要引起的。但任何一份WPS也不應(yīng)該僅為一項產(chǎn)品，或一類，或一條焊縫編制。也就是說編制任何一項WPS既要滿足當(dāng)前產(chǎn)品需要，也要留出足夠使它今后還能夠繼續(xù)在其它產(chǎn)品上應(yīng)用的余地。為做到這一點(diǎn)，必須充分理解規(guī)范對每一項變素的控制要求，盡量把規(guī)范給出的自由空間都利用上。例如本文涉及的具體零件材料是304L型奧氏體不銹鋼，但WPS中只規(guī)定P-號。這樣這份WPS就不僅適用于在304L不銹鋼上堆焊，還適用于在P-號為8的其它材料上堆焊，根據(jù)QW-422，P-號為8的材料不下200多種。再例如首層堆焊電流，只要不超過評定值的110%，又在文獻(xiàn)資料推薦范圍內(nèi)，使用直徑4mm、5mm和6mm的焊條都行。

6 WPS的評定和評定試板的試驗

6.1 WPS的評定

編制出了WPS，按照規(guī)范的控制要求便不難確定評定試板堆焊應(yīng)使用的變素及其范圍。原則是評定試板使用的變素要能夠把WPS中規(guī)定的變素及其范圍都毫無遺漏地評定到?？梢钥闯觯?第4欄列出的變素就符合這樣的要求。

所以一定要先編制WPS。WPS不編制出來，就無法知道應(yīng)該使用怎樣的變素焊接評定試板。

在本例中，評定試板可以采用如圖4所示的形式。即在評定試板中央預(yù)先加工出一道深2mm的溝槽，堆焊金屬就堆焊在溝槽內(nèi)。堆焊完首層，把堆焊層加工到與試板表面齊平，首層堆焊厚度2 mm就保證了。然后再在其上堆焊第2層。試板厚度28mm,溝槽深2mm，槽底母材厚度26 mm＞25 mm。堆焊完第2層后，加工堆焊層使其僅高出試板表面0.5mm，然后就在該平面焊縫中心打光譜，分析化學(xué)成分，并測量硬度。

圖4 硬質(zhì)合金堆焊評定用試板

試板上挖溝槽完全是為了便于控制首層堆焊厚度，不開槽也可以。不管開不開溝槽，首層堆焊厚度不能小于2mm，否則堆焊第2層時，可能燒穿到基體母材上，使評定失敗。即使不燒穿到母材上，通過了評定，但評定的不是極限情況，偏于不安全一面。超過2 mm以上的多余金屬也必須去除掉，否則最后在距試板表面2.5 mm處進(jìn)行成分分析和硬度測量很可能不合格，因為那個位置可能還是首層堆焊的金屬。評定試板堆焊過程如圖5所示。

圖5 評定試板堆焊過程

6.2 堆焊評定試板的試驗

根據(jù)QW-453，硬質(zhì)合金堆焊評定試驗應(yīng)進(jìn)行的試驗項目見表4。堆焊金屬化學(xué)成分合格標(biāo)準(zhǔn)見表5。

表4 硬質(zhì)合金堆焊工藝評定試驗試板應(yīng)進(jìn)行的試驗

表5 堆焊金屬化學(xué)成分合格標(biāo)準(zhǔn)（即焊條標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的熔敷金屬化學(xué)成分范圍）

7 在目標(biāo)產(chǎn)品上的應(yīng)用

和指導(dǎo)任何一項產(chǎn)品焊接一樣，除了必要的WPS以外，還需要一份 “接頭識別圖” （welding map） 和一份 “接頭識別卡 （JIC）”。 為指導(dǎo)本文開頭提到的那個具體產(chǎn)品零件的堆焊，也需要編制一份專門針對該項具體任務(wù)的指導(dǎo)書，把一些問題具體化、細(xì)化。它和WPS一起使用。

本任務(wù)的特點(diǎn)是，要求的堆焊層很薄，只有1.7 mm。如果直接就在產(chǎn)品零件圖所示的位置堆焊，加工后剩下的堆焊金屬都是成分和性能沒有得到評定的首層堆焊金屬了。解決這個問題的辦法之一，是在堆焊前，把零件需要堆焊的部位往下挖2.5 mm深一圈環(huán)臺，讓質(zhì)量存在疑問的首層堆焊金屬都堆焊在這圈環(huán)臺面上。首層堆焊完后，加工掉高出環(huán)臺上表面的多余堆焊金屬，再堆焊第2層。這樣按零件設(shè)計圖樣最終加工后，留在環(huán)臺上表面以上的堆焊金屬就全是有評定支持、質(zhì)量沒有疑問的第2層堆焊金屬了，見圖6。圖6僅示出了圖1中A局部表示的零件上那一小部分。注意，這里加工下凹環(huán)臺和前面在堆焊工藝評定試板上加工溝槽的目的完全不一樣。前者完全是為了方便首層堆焊厚度控制，不這樣做也可以。而這里是為了把質(zhì)量存疑的堆焊金屬置于設(shè)計要求區(qū)域以外，不這樣做不行。

圖6 產(chǎn)品零件堆焊過程

8 討論

8.1 無論硬質(zhì)合金堆焊，還是耐蝕堆焊，關(guān)鍵是要先確定一個最小堆焊層厚度t。根據(jù)圖QW-462(a)好像這個t值可以隨意取，甚至取在評定試驗最終堆焊層表面上。但是一旦把t值規(guī)定在WPS中，并通過了評定，以后實(shí)際堆焊在產(chǎn)品上的堆焊層就不能比這個t還薄。多數(shù)產(chǎn)品要求的堆焊層都不會很厚，所以t值還是應(yīng)該盡量取得小一些。

8.2 對于焊條手工電弧焊 （SMAW），本文確定t值的原則是把t值定在第2層堆焊金屬的最靠下的位置處。這樣就需要先對首層堆焊厚度有一個大致估計。本文估計是3 mm（例如使用直徑6 mm焊條，不擺動施焊）。

8.3 無論評定試驗，還是在以后產(chǎn)品上堆焊，實(shí)際首層堆焊厚度不可能都恰好和估計值相等。

(1)在評定試驗中。如果首層堆焊厚度小于預(yù)估值，評定試驗容易通過，這樣通過的評定就不是在預(yù)計最不利的條件下通過的，就不符合焊接工藝評定的精神。所以在這種情況下，就需要繼續(xù)堆焊，并把繼續(xù)堆焊的金屬視為“首層”堆焊金屬。如果首層堆焊大于預(yù)估值，必須把多余金屬去除掉，使它大致等于預(yù)估值。

(2)在產(chǎn)品上堆焊時。如果首層堆焊厚度小于預(yù)估值，只要不致于使堆焊下一層時燒穿到基體母材上，可以不管，就在其上堆焊第2層，這時還能額外贏得一些有效堆焊金屬厚度。反之如果首層堆焊金屬大于預(yù)估值，將會使有效堆焊金屬厚度減少，對于要求的堆焊層厚度不大的場合，甚至?xí)刮唇?jīng)評定的堆焊金屬曝露在產(chǎn)品表面上。所以超過預(yù)估值的首層堆焊金屬應(yīng)該去除掉。

總之，不論是堆焊工藝評定試驗，還是在產(chǎn)品上堆焊，首層堆焊金屬厚度都應(yīng)該測量一下。

在本例中首層堆焊厚度預(yù)估值3 mm是知道的。當(dāng)使用已有的、以前評定過的或以前別人評定過的堆焊WPS，不知道當(dāng)初編制和評定該份WPS時的預(yù)估值的情況下，可以評定的最小t值為參照，檢查和控制首層堆焊厚度。

8.4 本例中還把首層堆焊金屬去除了一些，使其減小到可能的最小值2mm（即堆焊下一層時不致燒穿的厚度）。而且堆焊產(chǎn)品零件時，還在產(chǎn)品上往下加工了一道深2.5mm的溝槽。這兩項措施在沒有充分空間容納堆焊金屬的情況下都可以采用，例如焊接復(fù)合鋼板產(chǎn)品。大多數(shù)復(fù)合鋼板產(chǎn)品強(qiáng)度計算時并不把復(fù)層金屬考慮在內(nèi)，在這種情況下，焊接工藝規(guī)程WPS可以分成基層母材坡口焊接和在基層母材上堆焊耐蝕金屬兩部分來評定 （QW-217(b)）。這時候如果不把首層堆焊金屬的厚度盡量減薄，由于復(fù)層材料厚度有限 （一般為3mm），第1層可能就把復(fù)層材料部分的坡口填滿，而沒有容納第2層堆焊金屬的空間了 （見圖7（a））。如果評定試驗時把首層堆焊金屬盡量減薄，就可以給第2層堆焊金屬留出一些空間 （見圖7（b））。如果再能把基層母材往下挖去一部分，那就更好 （見圖7（c））。但基層母材往下挖的深度有限，不能使基層母材余留厚度小于設(shè)計計算厚度。

圖7 加大有效耐蝕層厚度的方法

9 結(jié)束語

9.1 本文是作者面對一項具體任務(wù)，執(zhí)行ASME焊接評定規(guī)范過程中思考問題和制定行動計劃過程的記錄。實(shí)際上解決任何焊接任務(wù)都要經(jīng)歷大致相同的過程。

9.2 我國壓力容器焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)JB-4708中，雖然沒有 “硬質(zhì)合金堆焊”的條文，但不見得按我國標(biāo)準(zhǔn)制造的壓力容器上不存在需要堆焊耐磨硬質(zhì)合金的零部件。在遇到這種情況時就可以參考ASME焊接評定規(guī)范中有關(guān)規(guī)定去做。

9.3 本文介紹的內(nèi)容，對耐蝕堆焊也有參考意義。耐蝕堆焊在我國標(biāo)準(zhǔn)JB-4708中是有的。所以本文介紹的內(nèi)容對執(zhí)行我國標(biāo)準(zhǔn)也有參考意義。

[1]ASME Code， Section Ⅷ,Division 1,Rules for Construction of Pressure Vessels,2007 Edition with 2007 up to and incl.2009 Addenda,ADME,New York.

[2]中國機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會.焊接手冊 (第2卷):材料的焊接[M].第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3]機(jī)械工業(yè)部.焊接材料產(chǎn)品樣本[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1997.

[4]ASME Code,Section II,Materials,Part C,Specifications for Welding Rods,Electrodes,and Filler Metals,2007 Edition with 2007 up to and incl.2009 Addenda,ASME,New York.

[5]ASME Code, Section IX, Welding and Brazing Qualifications,2007 Edition with 2007 up to and incl.2009 Addenda,ADME,New York.

TG 455

2010-11-16）

*劉源，男，1983年生，助理工程師。大連市，116032。