钴基合金等离子弧堆焊显微组织及性能研究高伟* 陈聪*（中国石油大学（北京）暨加拿大哈斯基材料腐蚀与防护联合研究中心）摘要：利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜(EDS附件)、显微硬度计，对等离子弧堆焊钴基合金显微组织、物相及力学性能进行分析测试。
结果表明，堆焊层组织主要是由树枝状的γ-Co固溶体和由γ-Co固溶体与M7C3(M =Cr﹑W﹑ Fe)碳化物形成的共晶组织组成。
从堆焊层至基体，硬度逐渐降低，堆焊层硬度最高，可达550HV以上，熔合区的硬度维持在350HV左右，基体硬度为210HV左右。
关键词：等离子弧堆焊；钴基合金；堆焊层；显微组织；硬度0 引言堆焊钴基合金由于其高硬度、良好的耐腐蚀性及热硬性能日益引起广泛的关注[1-3]。
填丝等离子堆焊除能保证良好的堆焊质量及稀释率之外，还具有设备简单，操作灵活的特点，有着良好的应用前景[4]。
许多研究工作者主要集中于堆焊工艺及堆焊材料的设计和研究上，对堆焊合金层，尤其是手工填丝等离子堆焊合金层微观组织研究尚不充分。
本文详细揭示了钴基合金等离子堆焊层显微组织特点及元素分布特征，并对堆焊层力学性能进行了初步测试，为等离子弧堆焊钴基合金的应用提供一定的理论准备。
1．实验材料和实验方法采用100mm×50mm×5mm的Q235A的低碳钢板为堆焊基材。
焊材选用司太立1#钴基合金堆焊焊丝，其成分见表1。
表1 堆焊焊丝的主要化学成分（质量分数，wt/%）元素 C Cr W Fe Si Ni Mo Co含量 2.4 30.5 12.5 3.00 1.00 3.00 1.00 余量采用飞马特ULTIMA150型等离子焊机进行堆焊实验。
工艺参数：焊接电流79A，离子气流量1.0LPM，保护气流量15LPM，焊枪行走速度1.3mm/s，喷距6mm。
手工填丝。
按GB884-85堆焊要求[5]，堆焊多层钴基合金，堆焊层厚度约3mm。
用XD-3A 型X射线衍射仪对堆焊层表面进行物相分析。
D802 D812阀门钴基焊条：铸造钴铬钨合金焊芯的堆焊焊条，药皮用浸涂法制成的堆焊用焊条，宜采用直流反接。
堆焊金属在1000℃仍具有良好的耐磨性及耐腐蚀性能。
用途：适用于高温高压阀门，高压泵的轴套筒和内套筒以及化纤设备的斩刀刃口等部位的堆焊。
堆焊层硬度HRC≥40注意事项：1、焊前焊条须经200℃左右烘1小时以上再行施焊接。
2、焊时尽可能采用短弧，并且焊条与工作保持垂直。
3、根据工作的大小和母材的种类须经300～600℃预热。
宜采用小电流短弧焊接。
4、焊后应在600～7 Co106钴焊条高温焊条00℃回火1小时后在缓冷或将工作立即放入干燥和热的沙箱内或草灰中缓冷，以避免裂纹。
5、堆焊层须经粗磨，如发现缺陷时，按上述步骤进行焊补及缓冷。
钴基堆焊焊丝说明：堆焊D802焊丝铸造钴铬钨合金焊芯的堆焊焊丝，焊芯用浸涂法制成的堆焊用焊丝，堆焊金属在1000℃仍具有良好的耐磨性及耐腐蚀性能。
用途：适用于高温高压阀门，高压泵的轴套筒和内套筒以及化纤设备的斩刀刃口等部位的堆焊。
焊缝金属化学成分（％）C 1.0～1.7 Cr 26.0～32.0 W 7.0～10.0 Mn≤2.0 Si≤2.0 Fe≤3.0 Co 余量堆焊层硬度HRC≥40规格φmm 2.5 3.0Co101 用于高常温硬度，较强耐磨粒磨损，耐腐蚀性能。
用于旋转密封环，牙轮轴承，套筒，钻头等。
Co104（司太立钴基4号）用于较高耐磨损性能，极好的高温强及耐腐蚀性能。
用于铜，铝合金热压模，热挤压模，干电池模具等。
Co106(司太立钴基6号）较好的耐磨，耐高温，抗热震冲击，抗擦伤性能。
用于发动机气门，高温高压阀门密封面，热剪刀刃，涡轮机叶片等。
Co106钴基焊条钴铬钨合金焊芯的钴基堆焊焊条，Co106钴基焊条采用直流反接，堆焊金属在650℃工作仍能保持良好的耐磨性和耐腐蚀性，Co106钴基焊条用于要求在650℃左右工作仍能保持良好的耐磨性和耐腐蚀性的场合Co106钴基焊条，或承受冲击和冷热交错的部位，如堆焊高温高压阀门及热剪切刀刃等Co112(司太立钴基12号）较高耐磨损，耐腐蚀抗擦伤性能。
YARWAY排污阀无阀座、硬质合金堆焊阀座和串联适用于压力为3206 psig的锅炉系统排污应用。
技术参数尺寸范围：NPS 1, 1¼, 1½, 2, 2½[DN 25, 32, 40, 50, 65]压力范围：高达3206 psi连接：材料：法兰、承插焊、对焊铸铁、碳钢一般应用用于锅炉系统排污应用，清除污垢、泥沙和水垢，并在一定范围内保持锅炉水位波动。
特点•设计依据ASME第1篇，ASME B31.1，ASME B16.34。
•适用于压力至3206psig的锅炉系统。
•坚固耐用的结构，适用于高压和高速工况。
•优异的耐酸洗性能和抵抗由沉淀固体颗粒造成的磨损性能。
无阀座式•无阀座-不会划伤或由污垢带来的堵塞-无泄漏•活载荷填料-填料密封无泄漏•缓慢打开-不会迅速给锅炉汽包进行排污串联式•将硬质合金堆焊阀座型和无阀座型阀整合在一个阀体上-消除管接头-减少潜在泄漏-可安装在狭小空间硬质合金堆焊阀座阀门•司太立硬质合金堆焊阀座表面-耐磨损-提供长使用寿命开放式支架显示柱塞在阀体内的位置。
滚珠轴承支架，使手轮操作更方便。
长行程采用螺纹阀杆有助于防止水锤，阀门开启或关闭过快时，就会发生水锤。
柱塞靠肩在阀门关闭位置时，通过压盖将力传递至填料环。
渗氮柱塞抗侵蚀渗氮柱塞管，耐高温和突然的冲击。
无阀座上下滑动结构设计，具有“抛光”作用，延长填料环使用寿命。
双导向凸耳提供适当校准。
压缩弹簧保持填料环上的持续压力，无论柱塞位置如何，都要保持阀门外密封。
B型无阀座式排污阀概述排污阀设计和使用的基本要求由ASME动力锅炉规范第1篇规定。
阀门的一般形式、结构材料、允许的锅炉压力和阀门安装都由该规范规定。
Yarway排污阀设计符合所有规范（ASME第l篇，ASME B31.1，ASME B16.34）。
由于排污阀的主要目的是清除锅炉内污垢、泥沙和水垢，锅炉规范要求，带有容易淤积泥沙的拱形或凹槽的阀门不能用于排污工况。
HS111钴基堆焊焊丝相当AWSRCoCr-A主要化学成分/%C0.9-1.4 Mn≤1.0 Si0.4-2.0 Cr26-32 W3.5-6.0 Fe≤2.0 Co余量堆焊层硬度HRC：40-45主要特征及用途：HS111钴基堆焊焊丝是Co-Cr-W堆焊合金中C及W含量最低、韧性最好的一种。
能承受冷热条件下的冲击，产生裂纹的倾向小，具有良好的耐蚀、耐热和耐磨性能。
主要用于要求在高温工作时能保持良好的耐磨性及耐蚀性，如高温、高压阀门、热剪切刀刃、热锻模等HS112钴基堆焊焊丝相当AWSRCoCr-B主要化学成分/%C1.2-1.7 Mn≤1.0 Si0.4-2.0 Cr26-32 W7.0-9.5 Fe≤2.0 Co余量堆焊层硬度HRC：45-50主要特征及用途：HS112钴基堆焊焊丝，在Co-Cr-W堆焊合金中具有中等硬度，耐磨性比HS111好，但塑性稍差，具有良好的耐蚀、耐热及耐磨性能，在650℃左右高温下仍能保持这些特性。
主要用于高温、高压阀门、内燃机阀、高压泵轴套和内衬套筒、热轧辊孔型等堆焊HS113钴基堆焊焊丝主要化学成分/%C2.5-3.3 Mn≤1.0 Si0.4-2.0 Cr27-33 W15-19 Fe≤2.0 Co余量堆焊层硬度HRC：55-60主要特征及用途：HS113钴基堆焊焊丝，硬度高，耐磨性非常好，但抗冲击性较差，堆焊时产生裂纹倾向大，具有良好的耐蚀、耐热、耐磨性能，在650℃左右仍可保持这些性能。
主要用于牙轮钻头轴承、锅炉的旋转叶片、粉碎机刃口、螺旋送料机等堆焊HS113G钴基堆焊焊丝主要化学成分/%C3.2-3.55 Mn≤1.0 Si0.5-1.1 Cr24-28 W12-16 Fe≤2.5 Co余量堆焊层硬度HRC：≥54主要特征及用途：堆焊层具有优良的耐磨料磨损和耐热、耐腐蚀性能，至800℃的高温也能保持这些特性，单冲击韧性较差，对堆焊层温度较敏感。
金相组织为共晶体和粗大复合碳化物。
