双金属复合耐磨钢管的堆层层裂纹与控方法制

    双金属复合耐磨钢管意指在普碳钢板表面采用堆焊方法制备一层厚度为3～20mm的高铬耐磨合金层。堆焊方法为埋弧自动堆焊工艺，利用焊丝与钢板产生的电弧高温熔化添加入熔池的合金粉末，获得高耐磨的合金焊层。

    在堆焊过程中，电弧高温使母板与合金焊层产生极大的焊接应力，堆焊层表面形成了许多裂纹。这些裂纹如果呈细小，弥散分布，不深入到普碳钢母板之中，在实际使用中，不会造成不良影响。如果裂纹连续延伸，形成贯穿性的大裂纹并深入母板，势必会影响复合钢板的强度。严重时，造成断裂，这种现象是必须严格禁止的。

    如何有效地控制堆焊裂纹的形态，数量及分布，是保证堆焊复合钢板制造质量的重要措施，本文就此问题简要介绍我们近年来的经验和体会。

    一、堆焊层裂纹产生的原因

    堆焊层裂纹的产生受众多因素所致，主要因素有，堆焊电流，工件温度，母板与堆焊合金的化学成份以及钢板堆焊时的装夹方式。

    堆焊复合钢板采用埋弧自动堆焊工艺，焊接电流一般在500～700A，焊接电弧的温度达到6000～7000℃，瞬间的高温使焊丝与母板均达到熔点形成熔池，并使添加入熔池的合金粉末熔化形成堆焊熔敷层。堆焊过程中，熔池邻近的母板温度将达到600～800℃，甚至更高。

复合钢板的表面堆焊层是由20～40mm宽的长焊道依次组合成平面。堆焊中，母板各部位温差很大，产生极不均匀的膨胀，收缩与变形。由于母板四周被压板牢牢紧固，无法自由变形，故使其内部产生极大的热应力。

    另外，加入大量合金粉末形成的堆焊层为典型的高硬度材料，尤其是堆焊层与母板二者的热膨胀系数相差较大，韧性好的母板可以承受较大的热变形，而高硬度堆焊层承受热变形的能力几乎为零，在受热变形后的冷却过程中，为释放堆焊复合钢板中存在的焊接应力，在堆焊层表面垂直于焊道长度方向产生许多大小不等的裂纹。

    二、堆焊层裂纹的影响

    实践表明，高碳高合金类型的堆焊复合钢板表面出现裂纹是正常现象，没有裂纹则是不符合技术要求的，但我们希望的堆焊层表面裂纹应该是：数量多、外形小，分布呈无规律弥散状，裂纹的深度仅局限在堆焊层之内。国外有关复合钢板的技术文献中也标明：每平方英寸内应出现至少一条裂纹（1）。耐磨钢板表面有裂纹是允许的，但不得深入母板（2）。上述对堆焊层裂纹的规定，其主要目的为保证堆焊复合钢板堆焊层的耐磨性以及在实际使用中的安全性。

    不合理的堆焊工艺将可能造成复合钢板表面裂纹形成连续延伸，贯穿性的大裂纹。这种大裂纹有可能深入母板之中，造成较大的危害性。在焊接电流为600～700A情况下，母板的熔深约为2～3mm，熔深层已渗入碳与合金元素，故不再为韧性金属。一般堆焊复合钢板母板厚度为10 mm，堆焊后的实际韧性区金属约减小20～30%，如果表面裂纹越过熔深层向下继续延伸，势必造成母板强度的降低，更为严重者会造成复合钢板的断裂。

    研究表明，堆焊层的裂纹数量越多，越细小，分布越广 ，则焊接应力释放的越彻底，母板焊后变形越小，应用中越安全。

    另外，高碳高合金的堆焊复合钢板若表面没有裂纹或很少的裂纹，则视为不合格产品，这是因为堆焊层表面硬度和耐磨性没有达到技术要求。

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