一、錨固件焊接簡(jiǎn)介
錨固件焊接是通過(guò)加熱，使不同金屬材料界面之間產(chǎn)生原子鍵合的一種加工方法。?
錨固件焊接中，焊料和工件的邊界熔化形成熔融區(qū)域(熔池)，熔池冷卻凝固后便形成材料之間的連接。錨固件焊接是 機(jī)械工程之下的二級(jí)學(xué)科。很多名牌大學(xué)都有錨固件焊接專(zhuān)業(yè)。因而，錨固件焊接是一項(xiàng)專(zhuān)門(mén)技術(shù)。錨固件焊接對(duì)窯爐用金屬材料和耐火材料都有重要的影響。
長(zhǎng)期以來(lái)，水泥和耐火材料廠家的許多人員 缺乏關(guān)于錨固件焊接的知識(shí)，致使錨固件受損，影響了耐火材料的壽命。例如，當(dāng)錨固件時(shí)常被拔出時(shí)，有的工廠用增多、加粗錨固件的辦法，暫時(shí)避免了錨固件的拔出，但增加了在窯襯中埋設(shè)的金屬 數(shù)量，縮短了耐火材料的壽命;有的工廠設(shè)計(jì)特殊的錨固件，通過(guò)增長(zhǎng)焊縫避免錨固件拔出，但是大幅增加了錨固件焊接成本，顯著延長(zhǎng)了檢修時(shí)間，影響了水泥窯的產(chǎn)量。
二、焊縫結(jié)構(gòu)
熔化錨固件焊接時(shí)，在幾毫米的范圍，短到幾秒、長(zhǎng)至數(shù)分的時(shí)間內(nèi)，發(fā)生了一系列復(fù)雜的物理化學(xué)變化。
錨固件焊接是一個(gè)非常復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。 錨固件焊接中，發(fā)生一系列變化：①錨固件焊接包括冶煉、鑄造和熱處理三個(gè)子過(guò)程;②變化在很大溫度梯度、高速加熱和冷卻條件下發(fā)生;③焊條、母材的化學(xué)成分可能不同，使焊區(qū)不同部分存在成分和組織差異，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，從而致使焊縫開(kāi)裂。
三、錨固件焊接裂縫
錨固件焊接時(shí)，焊縫相當(dāng)于一個(gè)小的熔池，母材相當(dāng)于爐壁和錠模。第一，快速加熱到熔點(diǎn)以上;第二，在加熱和冷卻中焊縫及附近部位發(fā)生了相變，其范圍包括了從液態(tài)到固態(tài)的各個(gè)相區(qū);第三，冷卻速度很快，因而熱應(yīng)力和相變應(yīng)力可使焊件出現(xiàn)裂紋。
其中，發(fā)生在焊肉中的裂縫有1、2、4、8幾種；發(fā)生在熱影響區(qū)的裂縫有3、6兩種；7為焊縫的熔合線。 裂紋分為熱裂、冷裂兩種。一般情況下，熱裂為沿晶斷裂;冷裂為穿晶斷裂。熱裂發(fā)生在錨固件焊接過(guò)程或焊后的高溫使用過(guò)程，一般溫度髙于650°C；冷裂則出現(xiàn)在300°C:以下，不僅在錨固件焊接的冷卻過(guò)程中產(chǎn)生，也可在放置或使用中產(chǎn)生。
四、 鋼鐵材料的錨固件焊接性
鋼鐵材料的錨固件焊接性分工藝錨固件焊接性和使用錨固件焊接性。工藝錨固件焊接性指通過(guò)錨固件焊接加工形成完好錨固件焊接接頭的能力，即錨固件焊接的難易。使用錨固件焊接性指錨固件焊接接頭在使用條件下安全運(yùn)行的能力，即性能的高低。
工藝錨固件焊接性則分為冶金錨固件焊接性和熱錨固件焊接性。冶金錨固件焊接性指錨固件焊接中的冶金過(guò)程 (熔化、反應(yīng)、結(jié)晶、相變)對(duì)焊縫性能和產(chǎn)生缺陷的影響程度，其主要影響因素有母材金屬、錨固件焊接材料、錨固件焊接方法、保護(hù)條件等。
熱錨固件焊接性指錨固件焊接熱循環(huán)后，對(duì)錨固件焊接熱影響區(qū)組織性能及產(chǎn)生缺陷的影響程度，其主要影響因素是母材成分、熱處理狀態(tài)和錨固件焊接工藝。由于耐熱鋼的合金元素多、含量高、組織復(fù)雜，在錨固件焊接條件下，其組織和性能都會(huì)發(fā)生很大變化，有可能出現(xiàn)裂紋等缺陷。
五、 異種鋼材的錨固件焊接
異種鋼的錨固件焊接指兩種成分、組織不同的鋼之間的錨固件焊接。例如，珠光體鋼(碳素鋼、低合金鋼)和奧氏體耐熱鋼 的錨固件焊接。
一般情況下，兩種鋼材的錨固件焊接比同種鋼材要困難。異種材料的錨固件焊接性能主要取決于兩種材料的冶金相容性、物理性能，主要影響因素有：兩種異種鋼材的成分、焊條的種類(lèi)和成分、接頭尺寸和施焊方位、錨固件焊接方法、錨固件焊接參數(shù)、錨固件焊接技術(shù)水平和錨固件焊接的工作環(huán)境。
難點(diǎn)之一為，異種金屬因化學(xué)成分和物理性能顯著不同，以致錨固件焊接時(shí)兩種金屬的交界處產(chǎn)生一層成分和性能與母材不同的過(guò)渡層，對(duì)錨固件焊接接頭的整體性能造成不利影響。
難點(diǎn)之二為，異種金屬的熱膨脹系數(shù)不同，容易引起熱應(yīng)力且不易消除，往往產(chǎn)生很大錨固件焊接變形。因錨固件焊接應(yīng)力和脆性的增加，異種鋼材的錨固件焊接接頭，尤其是熱影響區(qū)，容易開(kāi)裂、脫落。圖
珠光體和奧氏體界面處的Ni含量是逐漸變化的。由第六章中的Schaeffler耐熱鋼組織圖可知，Ni含量的降低可能產(chǎn)生馬氏體脆性層，導(dǎo)致熔合區(qū)的破壞。
由圖12-14可知，成分過(guò)渡層是不可避免的。但可以通過(guò)改變充填金屬成分減少其寬度。如果使用高N1合金鋼焊條，可以大幅減少脆性層寬度；如果使用 N1基合金錨固件焊接材料，幾乎可以把脆性層寬度降至零。
六、耐熱鋼與耐熱鋼的錨固件焊接
1.爐用耐熱鋼錨固件焊接特點(diǎn)
一般情況下，錨固件的材質(zhì)為奧氏體耐熱鋼。水泥工業(yè)中，以Y形錨固件最為常用。通常，Y形錨固件的分叉部分需要錨固件焊接。這種錨固件焊接就屬于奧氏體鋼-奧氏體鋼之間的錨固件焊接。奧氏體耐熱鋼的錨固件焊接性比鐵素體耐熱鋼和馬氏體耐熱鋼好得多。但是，奧氏體耐熱鋼仍會(huì)出現(xiàn)錨固件焊接熱裂紋和熱影響區(qū)的晶粒長(zhǎng)大、475°C 脆化傾向以及在600?850°C長(zhǎng)時(shí)間停留出現(xiàn)脆化相。
奧氏體耐熱鋼的熱導(dǎo)率小、膨脹系數(shù)大，在局部高速加熱和冷卻的條件下，在接頭可形成較大的錨固件焊接應(yīng)力。奧氏體耐熱鋼，尤其是純奧氏體鋼(C.r25Ni20鋼)，熱影響區(qū)的晶粒長(zhǎng)大比較嚴(yán)重。由于不平衡加熱? S、P等有害雜質(zhì)元素聚積，因而產(chǎn)生液化裂紋。
一般情況下，錨固件焊接奧氏體耐熱鋼時(shí)，要求錨固件焊接材料的合金成分和母材匹配。 對(duì)于不銹鋼，希望有一定的鐵素體.以保證良好的抗裂性能，又有良好的耐蝕性。對(duì)于長(zhǎng)期在高溫運(yùn)行的奧氏體鋼焊件.焊縫內(nèi)鐵素體的含量不應(yīng)超過(guò)5%，以免出現(xiàn)s相脆性。讀者可以根據(jù)第六章中的Schaeffler耐熱鋼組織圖，按焊縫 金屬的Cr當(dāng)量和Ni當(dāng)量估計(jì)其鐵素體含量。
2.爐用耐熱鋼錨固件焊接工藝
為保證錨固件焊接質(zhì)量，推薦采用以下錨固件焊接工藝：
① 仔細(xì)清除油、圬、銹、垢，防止有害元素滲入;
② 按照母材和錨固件焊接性能要求選擇適當(dāng)焊條;
③ 為防止合金元素?zé)龘p，錨固件焊接時(shí)盡力縮短電弧?限制擺動(dòng)幅度，焊縫寬度不超過(guò)焊條直徑的4倍;
④ 為防止過(guò)熱，采用小電流、高速焊的工藝。
七、耐熱鋼與其他鋼材的錨固件焊接
一般情況下，水泥回轉(zhuǎn)窯窯體采用低合金耐熱鋼，其他部位的殼體采用碳素鋼。水泥工業(yè)中Y形錨固件的底部和窯體或殼體通過(guò)錨固件焊接連接。這種錨固件焊接屬于奧氏體鋼和其他鋼材之間的錨固件焊接。
異種鋼材錨固件焊接時(shí)，可能出現(xiàn)的問(wèn)題有接頭的塑性和韌性降低，焊縫金屬易產(chǎn)生裂紋，熔合區(qū)易脫碳軟化或增碳硬化。為減緩上述問(wèn)題，可以選用含N1較高的充填材料，采用小電流、高電壓和快速焊的工藝。一般情況下，錨固件焊接異種鋼時(shí)，錨固件焊接材料的選擇是就高不就低。如低合金鋼和耐熱鋼錨固件焊接時(shí)，選擇耐熱鋼焊 接材料;耐熱鋼和鎳基合金錨固件焊接時(shí)，選擇鎳基合金為錨固件焊接材料。
特別指出：如果錨固件焊接發(fā)生問(wèn)題，不要一上來(lái)就根據(jù)資料上的結(jié)果推測(cè)。這時(shí).應(yīng)該進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)，測(cè)試錨固件焊接性能是否滿(mǎn)足使用要求。然后，依據(jù)結(jié)果確定問(wèn)題所在、分析原因，提出解決辦法。然后，評(píng)價(jià)處理結(jié)果。如果自己不能解決問(wèn)題，就需要專(zhuān)業(yè)人員的指導(dǎo)和幫助。
