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锅炉水冷壁为提高使用寿命、降低生产成本,可对其表面进行堆焊防护。为解决像锅炉水冷壁这样需要在竖直方向上进行堆焊且有较低堆焊稀释率要求的问题,采用一种新的方法,即竖直方向低稀释率射流堆焊方法。采用这种方法在Q235基体上堆焊碳钢及不锈钢堆焊层,系统的研究了堆焊工艺,并对堆焊层微观组织、力学性能及堆焊稀释率进行了探讨。主要研究内容如下:设计竖直方向堆焊系统,将MIG焊枪接到MIG焊机的正极,TIG焊枪配有水冷装置并接到MIG焊机的负极,两焊枪通过连接件连接并接到操作机上,施焊时两焊枪均通保护气体。该方法可在竖直方向堆焊,得到优质堆焊层,降低堆焊层稀释率。母材及堆焊材料分别选用Q235钢板及ER50-6碳钢焊丝。优化的工艺参数为:电流220A、焊接电压22V、焊接速度2.7mm/s、钨极到工件表面距离20mm、钨极与焊丝间夹角60°、气体流量10-12L/min、摆动速度约1000mm/min、摆幅9mm及焊丝干伸长15mm,在这种工艺下,焊缝成形良好;堆焊金属层主要为先共析铁素体、侧板条铁素体及针状铁素体;焊缝中以Fe元素为主,相组成为α-Fe相;堆焊层显微硬度在180HV~220HV之间,母材显微硬度在130HV~180HV;拉伸试验表明,堆焊后的屈服强度及抗拉强度均高于基体材料,而断面收缩率及断后伸长率低于基体材料;焊缝及热影响区的冲击功分别为36J、35J,冲击韧性分别为0.73J/mm~2、0.71J/mm~2,略低于母材。选用ER304不锈钢焊丝进行堆焊,研究发现:堆焊参数的变化会导致堆焊层稀释率的变化,随着焊接电流及钨极到工件表面距离的增大、焊接速度的降低,堆焊层稀释率增大;平面晶、平行束状枝晶及胞状树枝晶为堆焊层主要组织结构;堆焊层Fe含量低于母材,Cr含量高于母材,Ni、Mn、C含量无差别,在结合界面处可能形成Fe的氧化物,存在Fe、Cr含量的较窄的过渡区;显微硬度值在190HV~310HV之间,高于母材;极化曲线显示,焊缝稀释率越小,母材混入越少,不锈钢堆焊层抗腐蚀性能越高。