2 堆焊试验与检测

1. 试验材料： 采用高碳的Ti-Nb-V-Re-Cr合金系，通过焊条药皮过渡C及合金元素，药皮中加入金属Nb、Ni、钛铁、钒铁、铬铁、石墨及Re-Si、Re-Mg合金；采用CaO-CaF₂-TiO₂渣系，熔渣碱度B=1.3～1.4；采用Ø3.2mm的H08A焊芯，在TL-25型焊条压涂机上压制焊条。
2. 试验设备及程序： 利用自制焊条在9Cr2Mo轧辊表面堆焊金相试样，焊接电流I=130～150A，层间温度小于35℃；水冷条件下用砂轮切割机切取试样。采用JXA-840型扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、3080E型X射线荧光光谱仪、H-80透射电镜(TEM)以及D/max-RC型X射线衍射仪对试样进行微观组织成分分析。用ZB-28冲击试验机作无缺口冲击试验，用SEM观察断口形貌。在Ø200mm的9Cr2Mo冷轧辊表面进行缺陷修补并进行检验。

3 试验结果与分析

表1 焊缝主要元素含量(质量百分数，%)

元素	C	Ti	Nb	V	Cr	Ni	Mo
含量	0.88	0.64	1.18	2.18	1.43	1.3	0.25

1. 焊缝主要成分
2. 冲击试验及断口观察
3. 缺陷修补试验
由X射线荧光光谱仪测得的焊缝主要成分见表1。
由表1可知，X射线荧光光谱仪测得焊缝为高碳多元合金系统，而高碳是保证焊缝硬度及耐磨性的基础。Nb、Ti、V为强碳化物形成元素，易形成MC型碳化物，含量较高时可由液态金属中析出初生碳化物。MC碳化物的高硬度(TiC：HV3200，NbC：HV2400，VC：HV2094)有利于提高焊缝硬度和耐磨性；同时，初生碳化物分布均匀，有利于改善材料韧性。Cr、Mo为中强碳化物元素，但与Ti、Nb、V共存时，Cr、Mo主要起固溶强化作用，强化基体，而Mo对于细化晶粒、改善材料韧性也有一定作用。Ni的主要作用是固溶强化、改善韧性。X射线荧光光谱仪还测得焊缝中加有Re元素，目的是利用Re氧化物为碳化物提供形核核心，促进碳化物的弥散分布。
图1为焊缝试样的X射线衍射结果，焊缝材料主要由α-Fe和NbC、TiC组成。图2所示为焊缝中碳化物的分布形态，由图中可见碳化物数量多且呈颗粒状均匀分布。电子探针及电子衍射试验结果表明，焊缝中的碳化物主要为NbC、TiC、VC或Nb、Ti、V的复合碳化物(Nb，Ti，V)C。


图1

图2

图3为焊缝基体组织的TEM照片，可知基体为典型的板条状马氏体。由于板条状马氏体含碳量低，亚结构为高密度的位错，具有良好的综合性能，因此有利于改善焊缝韧性。在高碳焊缝中之所以能获得低碳的板条马氏体，与大量碳化物的早期形成有关。焊缝中Nb、Ti、V含量高，在液态熔滴或熔池中与C结合形成大量均匀的碳化物，使奥氏体基体中的碳含量降低，从而避免形成脆性的高碳孪晶马氏体。另一方面，基体含碳量的降低也减少了焊缝凝固后网状二次碳化物的析出，减轻了对基体的割裂作用。


图3

图4

表2 焊缝试样冲击韧度(α_k，J/?)

编号	1	2	3	4	5
αk	52	51	56	49	52

焊缝无缺口冲击试验结果见表2，断口形貌见图4。由表2、图4可知焊缝平均冲击韧度达52J/?，断口为明显的韧窝状断口，表明焊缝韧性较好。
用角磨机对9Cr2Mo轧辊表面缺陷进行修整，修整后缺陷尺寸约为Ø30mm，深8～10mm。采用冷焊工艺进行缺陷修补，层间温度约为35℃，每一层焊接后立即进行锤击以消除应力，以达到改善晶粒形态、消除铸态缺陷和减轻焊接应力的目的。焊后进行磁粉探伤，焊缝及热影响区未发现裂纹。焊缝硬度为56～60HRC，接近9Cr2Mo母材的表面硬度(60～61HRC)。