在母体材料为WCB、A105、13Cr、F304、F316上堆焊钴基硬质合金，通常采用氧炔焰堆焊、手工电弧堆焊、氩弧堆焊和等离子弧堆焊。通常工件需按如下规定进行焊前准备、焊前预热和焊后保温措施。
焊前准备：工件表面粗糙度Ra值应在6.3μm以下，并严格清除表面的铁锈、油、水等污物，不得有裂纹、剥落、孔穴、凹坑等缺陷，棱角处应倒圆角。对于已磨损的阀件的修复，应将原堆焊层全部车掉，并用与母材相同的材料或奥氏体不锈钢进行堆焊打底层。
焊前预热及焊后保温：为防止堆焊合金和母材金属产生裂纹和减少变形，零件在堆焊前需进行预热，堆焊过程中，工件温度不应低于预热温度，焊后应采取适当的热处理。
图12⁃9 堆焊后的热处理工艺曲线
不同的材料焊前预热温度和焊后处理规范如表12⁃14、图12⁃9、表12⁃15所示。
表12⁃14 工件堆焊前的预热温度
表12⁃15 堆焊后热处理加热温度
保温时间以工件有效厚度每25mm保温1h。
1.氧炔焰堆焊
钴基硬质合金氧炔焰堆焊熔深浅，母材熔化量少，因此，堆焊质量好，且节省贵重合金的消耗。但这种堆焊方法生产效率较低，适用于中、小阀门的平面堆焊。
（1）设备 使用与氧炔焰焊接相同的乙炔发生器或瓶装乙炔、氧气瓶及普通射吸式氧炔焊炬。焊嘴号码可根据堆焊零件的大小和堆焊层的尺寸要求来选择，如表12⁃16所示。
表12⁃16 不同板厚所用焊炬规格型号
堆焊的乙炔发生器（中压）应是单人使用，以保持火焰的稳定，为保持乙炔氧干燥，可接入干燥器或使用瓶装乙炔气。
（2）火焰的调整 实践证明采用图12⁃10所示的所谓“三倍乙炔过剩焰”（即焰心内与火焰的长度比为1∶3）堆焰效果较好。
“三倍乙炔过剩焰”属碳化焰，其温度较低，对堆焊合金和工件加热较缓合，火焰保护气氛良好，所以堆焊合金中的碳及其他合金元素的烧损质量小。这种火焰还可造成工件表面渗碳，该渗碳层熔点较低，是造成堆焊熔深极小的有利条件。
图12⁃10 三倍乙炔过剩焰
对奥氏体不锈钢阀门的堆焊，宜采用“2～2.5倍乙炔过剩焰”，目的是防止奥氏体不锈钢因火焰渗碳而引起耐腐蚀性能降低。
如果要提高堆焊层硬度，可用“3.5～4倍乙炔过剩焰”堆焊。但乙炔过剩焰中含碳量较多，则堆焊合金硬度的不均匀性和焊缝成形的不平整性都将增大。
堆焊过程中的反射热和阀门灼热金属的辐射热会使焊嘴温度过高，飞溅到焊嘴上的熔化金属以及焊嘴过于接近堆焊金属时，都会增加火焰燃烧的外部阻力，其结果都会引起混合气体中氧气含量的增加，改变了混合气体成分，使火焰比例改变，从而引起堆焊质量的不稳定。为此，堆焊过程中必须随时注意调整火焰的比例，必要时可把焊嘴浸入水中冷却。
（3）堆焊操作要领及注意事项 堆焊可采用左焊法或右焊法，一般常采用左焊法，如图12⁃11所示。
图12⁃11 堆焊操作方法
a）左向法堆焊 b）右向法堆焊
1）母材按规定的预热温度进行预热后，将工件欲堆焊表面置于水平位置。将火焰调为碳化焰，焰心尖端距工件表面约3～5mm，焊炬倾角60°±10°，保持不动。当工件表面呈“出汗”状态的瞬间，将焊嘴稍稍抬高，使焰心与堆焊面距离拉开4～6mm，此时将处于内焰外的焊丝端部接近焰心尖部（焊丝与堆焊表面呈25°左右的夹角，焊丝端与焰心尖端距离约为2mm），并使熔融的合金熔滴滴到已呈“出汗”状态的工件表面上，同时使其均匀扩展开。若熔滴不扩展，说明堆焊表面加热不足，需重新加热至“出汗”状态；反之，若加热温度过高，使堆焊表面成为熔融状态，则母材金属与堆焊合金相互混合，合金冲淡率高，不能保证堆焊层合金成分的要求。
当熔滴滴在“出汗”状态表面上，并扩展开时，保持焰心尖端距焊接金属表面3～5mm，并与熔池保持相对固定位置，不可前后左右摆动。此时熔池中堆焊合金中的杂质可上浮到焊接金属表面。
当合金熔滴完全分布到“出汗”状态表面上时，将火焰向前移动一个距离，使内焰的一部分对着熔池，熔池仍保持熔化状态，而内焰的另一部分移到熔池前新的堆焊面上加热，使其呈现“出汗”状态。此时焊丝端熔化的熔滴滴到新的“出汗”状态表面上。然后，火焰稍向后移动一个距离，待熔滴完全扩展开后再向前移动一个比向后移动略大的距离，堆焊全部操作过程按上述顺序周期地进行。堆焊顺序如图12⁃12所示。
图12⁃12 堆焊顺序示意图
在堆焊过程中，焊炬除了按上述方法作阶梯式的向前移动外，还须缓慢地沿着堆焊面作横向摆动。这样可以提高堆焊层的均匀性和平整度。
每堆焊一层可得2～3mm厚的堆焊层，要求一次连续堆焊好。如果要求得到更厚的堆焊层，则需多层堆焊，这时须用砂轮或钢丝刷将前层堆焊金属表面进行清理和平整，而后再堆焊第二层。堆焊完成后，根据需要可以用火焰重新熔化堆焊层（即重熔），以减少堆焊层金属中的缺陷，提高堆焊层质量。
2）堆焊时，合金焊丝的熔化端、熔池及准备滴熔滴的工件表面必须处于还原焰（内焰）的保护中，使它们与空气隔绝。不得将火焰急速地从熔池表面移开。若误将焊丝放进焰心中熔化，或误使焰心与熔池接触，均会使堆焊合金过多的增碳。
3）堆焊到结尾时，应使接头重叠15～20mm，如图12⁃13所示。收口时需将焊炬继续前移40～50mm，焊嘴逐渐抬起，火焰逐渐离开熔池，使熔池逐渐缩小。这样，接头处的冷却速度就较缓，不致产生接头疏松、缩孔、火口裂纹等缺陷。火焰收口在环缝内侧较好，这样可以减少堆焊接头的收缩应力。
4）堆焊厚大工件时，可用特大号焊炬或煤气补充加热，保持工件堆焊温度，减小温差。堆焊小件时，为避免薄壁母材过热和边缘熔化，可把阀门放在纯铜导热板上堆焊。
5）堆焊后，工件放在加热炉内，按规定温度进行加热，保温后随炉冷却。小件堆焊后可空冷或放入硅藻土、石棉灰中缓冷。
（4）堆焊缺陷及其排出方法
1）翻泡和气孔。堆焊表面局部温度过高、母材金属过热、堆焊层混入过多的母材金属、火焰比例失调、火焰晃动、保护气氛不良及母材表面清理不佳等因素都会引起翻泡和产生气孔。
堆焊时应注意保持“三倍乙炔过剩焰”和正确掌握火焰对堆焊表面的加热温度。
图12⁃13 环状堆焊金属收尾
钴基硬质合金焊丝中的氧、氮、氢等元素含量过高也是形成堆焊层翻泡和产生气孔的原因。
母材金属含钛时，极易出现翻泡现象。通常是先堆焊过渡层（采用堆焊性能好的材料作为过渡层材料），然后再在过渡层上堆焊钴基硬质合金。
对于翻泡和气孔，可待堆焊完毕后，仍用“三倍乙炔过剩焰”将翻泡处堆焊金属熔化，并用焊丝将其刮掉，再用同样的火焰把刮掉处重熔，并焊补完整。焊补后，对密封面的性能无影响。
2）裂纹。若堆焊前工件预热温度过低、堆焊过程保温不良（温度下降严重）或焊后急冷，则堆焊易产生裂纹。接头收尾过急或火焰突然从堆焊熔池表面离开，则往往产生龟裂（即火口裂纹）。因此，“预热堆焊”是钴基硬质合金氧炔焰堆焊的一个重要环节，不可忽视。
另外，堆焊前工件的组织状态也是影响堆焊层产生裂纹的主要原因。对于可焊性不好的材料，堆焊前应进行适当的热处理，以改善其组织，便于堆焊。
一个密封面的堆焊过程应连续进行，不得中断。在不得已的情况下中断堆焊时，应将焊件放在炉内保温。再行堆焊时，要用火焰把堆焊末尾处熔化15～20mm后，再开始堆焊。若中断时间过长，焊件可进行焊后缓冷，在重新堆焊前要进行预热。在任何情况下中断堆焊时，均不能将火焰快速离开熔池表面。
对于扩展到母材的裂纹，须用砂轮或其他机械加工方法将裂纹彻底清除掉，再按上述规定进行预热、焊补和焊后热处理。若裂纹较浅（未扩展到母材），可将焊件重新预热，用重熔方法将裂纹消除。
3）夹渣。夹渣主要来源于合金焊丝中的夹杂物。堆焊时要注意熔池金属，如果发现夹渣物应待其浮出熔池表面，再将火焰移开，往下进行堆焊。
多层堆焊时，应将前一层堆焊金属表面的焊渣清除干净，并在堆焊时发现的夹渣要及时排出。
工件表面残存氧化物、锈蚀等也是造成堆焊金属夹渣的原因，所以堆焊前应严格清理堆焊工件表面。
4）疏松。疏松是由于火焰离开熔池太快，使熔化金属急剧冷却凝固造成。特别是接头处应认真按上述要领收口。更换焊丝时应使火焰仍旧对着熔池，保持熔池温度和避免外界空气侵入。
5）硬度不均。堆焊硬度过低的区域通常是由于母材金属混入堆焊层所致。硬度过高的区域是由于氧炔焰焰心侵入熔化金属，或内焰与焰心长度比大于3∶1造成堆焊金属增碳的结果。
避免堆焊层硬度不均，除正确地执行工艺外，还要操作熟练。堆焊火焰比例保持稳定，最好采用瓶装乙炔或单独使用乙炔发生器。
2.手工电弧堆焊
钴基硬质合金堆焊用的焊条的型号、牌号、焊层硬度、加工后净高度、应用范围及焊接方法如表12⁃17所示。
表12⁃17 常用钴基焊条型号、牌号及硬度
堆焊件的焊前准备工作与采用氧炔焰相同，焊前工件预热温度和焊后热处理规范如表12⁃14、表12⁃15和图12⁃9所示。
表12⁃18 焊条直径与焊接电流
（1）堆焊操作要领
1）堆焊前，母材按表12⁃14规定的温度预热。
2）焊条与工件间保持70°～80°斜角。
3）采用短弧焊接。
4）焊条横向摆动幅度应小于焊条直径的三倍。
5）更换焊条时，接头方法如图12⁃14所示。
图12⁃14 接头方法
a）熄弧处 b）引弧处 c）向前移动到熄弧处15～20mm d）继续焊接
6）多道堆焊时，焊道重叠1/3～1/4，如图12⁃15所示。
（2）堆焊注意事项(www.xing528.com)
1）假如焊条干燥后长时间放置不用，为避免堆焊层产生气孔，焊条须再次进行烘干。
2）当母材的可焊性不好或工件刚性较大时，若提高预热温度，会造成熔深增大。此时可用06Cr19Ni10奥氏体不锈钢堆焊过渡层，以改善母材的堆焊工艺性能。
3）为减小冲淡率尽量采用小电流，小电流即表12⁃18中所规定的电流下限。
4）焊条的横向摆动幅度不宜过大。
5）堆焊金属高度要求3mm以上时，须堆焊两层以上。
图12⁃15 多道焊缝重叠方法
（3）过渡层的堆焊 当母材为低合金耐热钢或马氏体不锈钢等可焊性不好的材料时，须预先在母材表面堆焊06Cr19Ni10奥氏体不锈钢过渡层，加工平整后再堆焊钴基硬质合金，以改善堆焊工艺性，避免产生裂纹。
（4）多层堆焊注意事项
1）须用砂轮或钢丝刷将前层堆焊金属的表面打磨光滑、平整和无焊渣等污物。
2）层间温度应稍高于所定的预热温度。
（5）堆焊始、终端的注意事项
1）当堆焊焊道为直线时，在焊道始、终端须加与母材材料相同的引弧板。堆焊时，起弧及熄弧均在引弧板上。
2）在堆焊环形焊道时，堆焊终端须稍超过始端，不能使终端与始端重合。在终端应逐渐减小焊接电流，不得使电弧急速离开堆焊的金属表面，以避免在熄弧处熔池金属急冷所产生的火口裂纹。
3.钨极手工氩弧焊
钴基硬质合金的手工氩弧堆焊，填充焊丝与氧炔焰堆焊相同。填充焊丝直径与焊接电流、喷嘴直径、氩气流量三者的关系如表12⁃19所示。不同直径的钨极使用电流范围如表12⁃20所示。钨极端部角度为20°～30°。
表12⁃19 氩弧堆焊工艺参数间关系
表12⁃20 不同直径的钨极使用电流范围
（1）堆焊操作要领
1）与氧炔焰堆焊相同，采用左向焊法，如图12⁃16所示。
2）堆焊前，母材按规定预热温度进行预热。
3）堆焊时，钨极端与工件表面须保持约为钨极直径1.5倍的距离。钨极与工件表面夹角约75°。如图12⁃15所示。
4）产生电弧后，待母材表面堆焊起始点形成熔池后，将电弧做适当大小的圆弧形摆动。
5）当熔池适当扩大后，将焊丝端部加入钨极与电弧间使其熔化，并使熔滴滴入熔池。
6）而后退出焊丝，将电弧在熔池前缘做弧形摆动，使熔池向堆焊进行方向扩展。
7）当熔池面积达到适当大小时，再将焊丝端部加入钨极与电弧间熔化，并使熔滴滴入熔池。
按以上要领重复进行。操作与氧炔焰堆焊大致相同。
（2）堆焊注意事项
图12⁃16 钨极手工氩弧焊堆焊示意图
1）堆焊前须检查高频振荡器的动作情况、保护气（氩气）控制回路动作情况、冷却水流量及焊接电源电压是否正常。
2）堆焊过程中，弧长应保持不变。
3）钨极横摆幅度不应大于钨极直径的3倍。
4）多道堆焊时，焊道两侧边缘应平缓，不可过厚，避免造成多道焊道间熔合不良，形成未焊透、夹渣和气孔等缺陷。
5）当工件较小时，由于堆焊工件急速升温，使堆焊表面氧化，造成堆焊困难。此时应适当降低预热温度或不预热。尤其当母材为奥氏体不锈钢时更应注意。
6）一般堆焊两层，当堆焊高度要求3mm以下时，可堆焊一层。
7）多道堆焊时，后焊道应与前焊道重叠1/3～1/4。
8）过渡层的堆焊。多层堆焊及堆焊始终端的处理与前述手工电弧焊堆焊相同。
4.冷丝等离子弧堆焊
等离子弧堆焊是堆焊技术领域中一项较新的工艺方法，它具有熔深浅、冲淡率低、熔敷率高的特点。它不仅能堆焊钴基、镍基和铁基合金，还可以堆焊紫铜、不锈钢，镍合金以及铜合金等材料。
目前在我国等离子堆焊已发展为多种工艺形式。但在阀门制造业应用较广泛的是合金粉末堆焊和冷丝堆焊。钴基硬质合金等离子弧冷丝堆焊用的焊丝与氧炔焰堆焊材料相同，常用国产HS111钴基1号（相当于AWS RCoCr—A）和HS112钴基2号（相当于AWS RCoCr—b）。
（1）原理 冷丝等离子弧堆焊就是把填充金属做成丝状，根据工件堆焊层宽度的要求，可用单根或多根焊丝并排送入等离子弧中，熔敷形成堆焊层。
图12⁃17 转移型等离子弧工作原理
钴基硬质合金冷丝等离子弧堆焊一般都是采用转移型弧，即先由非转移弧起弧，当转移弧稳定燃烧时，非转移弧被切断，只留转移弧进行工作。这样可以用一个独立电源，图12⁃17为转移型等离子弧工作原理。
（2）工艺特点
1）温度高、传热率高是等离子弧做为堆焊热源的主要特点之一。转移型等离子弧最高温度可达30000℃，不但可提高堆焊效率，并且可堆焊难熔的金属材料。
2）冲淡率低是等离子弧堆焊的又一工艺特点。堆焊要求冲淡率低。氧炔焰堆焊虽然可得到最小的熔深和冲淡率，但由于氧炔焰的温度低（最高温度为3000℃），热量不足，对一些工件还须进行焊前预热，因此，生产效率低，生产周期长，工人劳动条件差。手工电弧堆焊，虽然熔敷率较高，但熔深大，冲淡率一般都在20%～30%以上。钨极手工氩弧焊堆焊冲淡率低（10%左右），但生产效率低，多用于小型阀门的堆焊。等离子弧堆焊既降低了合金冲淡率，又可提高熔敷效率。
3）等离子弧极为稳定，指向性强。生产实践表明，等离子弧的弧柱较为细长，其长度约为钨极氩弧的10倍以上，电离程度高，因而较为稳定。在燃烧过程中，较准确地指向熔池，并跟随喷嘴的摆动而进，不飘动，从而便于将焊丝送进等离子弧中，致使堆焊工艺过程稳定，提高了堆焊质量。
（3）等离子弧堆焊设备 等离子弧堆焊所应用的设备必须满足工艺要求。一般通用设备由电源、工艺程序控制、焊枪、焊枪摆动机构、水和气路系统以及转胎机构等部分组成。
下面仅将工艺程序控制的要求、焊枪及喷嘴结构作简要的介绍。
1）等离子弧（转移型弧）堆焊的程序控制部分应完成下列程序：预通工作气体（离子气）和保护气体；高频引出非转移弧；分级过渡转移型弧；经转移弧预热工件表面后，焊枪开始摆动，转胎旋转，若送丝方式为自动送丝时，再开始送丝；当堆焊收尾时，如果立刻切断电流，由于急速熄弧，火口常常产生较大的弧坑以及裂纹等缺陷。为避免出现上述缺陷，堆焊设备的控制系统必须实行熄弧时电流和气流的逐渐衰减，并在此衰减熄弧过程中填满弧坑，使终端缓慢冷却。在堆焊环形焊层的首尾相接后熄弧时，为了使接头处均匀而平滑的过渡，也必须实行衰减熄弧，同时要求等离子弧超过原起点一段距离后再进行衰减熄弧；在堆焊结束时，为了使熔池金属不被氧化，控制系统必须实行保护气体的延时切断。
等离子弧堆焊基本控制程序如图12⁃18所示。
2）焊枪及喷嘴结构。堆焊用的焊枪结构与焊接枪基本相同，所不同的只是喷嘴。堆焊要求等离子弧柔和、平静而稳定。它与切割、喷涂不同，堆焊不要求弧柱有强烈的压缩和较大的喷射速度，因此喷嘴压缩孔道直径d较大，孔道长度H较小，两者的关系比：H/d=1/2较为合适。此外，还应有适当的喷嘴压缩角α、喷嘴气室直径D及长度L等，图12⁃19是一种曾在生产中应用的喷嘴结构。图中，D=10～12mm；H=3～4mm；d=6～8mm，α=60°～70°。
图12⁃18 等离子弧堆焊控制程序
图12⁃19 喷嘴结构
（4）堆焊规范及其对质量的影响 等离子堆焊时，影响堆焊质量的工艺参数主要有：电流强度、电弧电压、工作气体流量、保护气体流量、堆焊速度、钨极直径及其缩入长度、喷嘴孔直径、喷嘴端平面与焊丝表面的距离和电流衰减等。
1）焊接电流是保证堆焊质量的重要参数之一。电流过小，电弧功率不够，致使堆焊层金属与母材熔合不良；反之，电流过大，虽然使堆焊的熔敷率有所增加，但由于母材金属熔化过多，熔深和冲淡率随电流增加而增大，使堆焊层金属性能降低。
2）工作气体是产生等离子流的气体，堆焊通常用氩气。工作气体流量的大小，直接影响等离子弧的性能。堆焊要求等离子弧稳定而柔和，熔池平稳，不受高速等离子流的冲击，因而工作气体的流量比切割、喷涂时的流量要小得多，同时也比堆焊的保护气流量要小。实践证明，工作气流量过大，致使等离子流喷射速度大，冲击熔池，出现明显坑窝，严重时会产生翻浆和飞溅，破坏成型，同时也使熔深和冲淡率增大。若气流过小，则等离子弧无力且稳定性差。
3）保护气的作用是保护熔池金属不被氧化。其流量大小，一般说来，在较小的范围内变化对弧焰影响不明显。但流量增加到一定程度时，可促使弧焰膨胀，阳极加面变宽，并有减小穿透力的趋势。流量过小，对熔池金属保护不良，使其氧化，容易出现气孔和成形不良。
4）钨极缩入长度（即钨极尖端到喷嘴外端平面的距离）直接影响到等离子弧的压缩效果和电弧的稳定性。等离子弧堆焊时一般选用3～4mm为宜。
5）等离子堆焊时，在送丝操作方便和不烧喷的前提下，喷嘴端面距焊丝表面的距离应选择小些为宜。这对有效地保护熔池，充分利用等离子弧热量均为有利，同时也易于起弧。在自动等离子弧堆焊时，这个距离一般可选择为4～6mm。
6）堆焊速度是影响堆焊质量和生产率的主要参数。堆焊速度的大小与工件、堆焊材料的金属种类。电流的大小和焊枪摆动频率有关。在选择堆焊速度时，必须与堆焊电流、焊枪摆动频率等参数相配合。堆焊速度过低，母材受热大，熔化多，冲淡率高；反之，堆焊速度过高，加热不足，熔合不良，难以成形。因此，在不使母材熔化过多的情况下，可选用大电流，并提高堆焊速度与之相适应，以提高生产率。
7）焊枪摆动频率对焊层成形、熔深和冲淡率都有直接影响。实践表明，堆焊速度一定时，提高焊枪的摆动频率，其熔深和冲淡率都趋于减小，且成型良好。若摆动率过高，则使堆焊层金属与母材熔合不良。若摆动频率过低，则母材受热大，熔深和冲淡率都会增加，堆焊层金属性能下降。实践表明，在选定的堆焊速度下，适当增加摆动频率将会得到满意的堆焊质量。
8）钨极的直径、端部形状和材料都直接影响到高频激发和等离子弧的稳定性。生产实践证明，采用图12⁃20所示的钨极端部形状便于高频的激发与“对中”，电弧稳定，也不易烧损。
冷丝等离子弧堆焊规范如表12⁃21所示。
图12⁃20 钨极端部形状
表12⁃21 冷丝堆焊规范实例
钴基硬质合金冷丝等离子弧堆焊最大的特点是抗裂性好，实践表明，在DN800mm，母材为12Cr18Ni9奥氏体不锈钢的阀座、闸板上堆焊钴基硬质合金，焊前不经预热，焊后空冷，均不产生裂纹。因此可大大改善工人的劳动条件，并缩生产周期。
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