振动电弧堆焊的设备和特点

堆焊是用焊接的方法，即利用火焰、电弧、等离子弧等热源将具有一定性能的材料熔敷在基体表面上，即在其表面熔覆一层或几层具有特定性能的材料，使工件表面具有耐磨、耐蚀、耐热涂层的工艺方法。用堆焊对工件进行修复不仅可修复尺寸，还可通过合理选择焊层材料等工作，改善和提高其表面性能，将修复和强化两种功能结合起来，使工件的使用寿命超过原设计水平。堆焊发展到现在已具有工件的修复与表面强化两大功能，堆焊已经成为改进产品设计和提高产品性能常采用的表面强化技术。例如在制造一些耐磨零件的时候，不能用全部高硬度的材料制造这些零件。因为高硬度材料往往含有较多的贵重金属，整体使用势必大幅度提高零件的成本；材料的硬度提高的同时往往脆性大幅度提高，会使工件的使用性能大大降低；高硬度的材料难于加工，在制造工艺上有难度。所以在普通材料制造工件的表面利用堆焊的方法加上一层高硬度合金，可以达到使用、加工、成本等多方面的要求。

堆焊具有焊接的一般规律，手工电弧堆焊是应用最广泛的堆焊方法，原则上所有的熔焊方法都可以用于堆焊，但它有自身的特点，如它系异种金属焊接，要求尽可能低的稀释率，特别注意熔合区污染、热循环和热应力问题，要求堆焊材料与基体有尽可能好的润湿性和流平性等；堆焊材料则从普通的碳钢、低合金钢到高级合金钢、镍基合金、钴基合金、铜基合金以及碳化物、氧化物陶瓷材料。氧乙炔火焰堆焊的火焰温度低，能保持堆焊材料中碳化物等硬相的原有形状与性能，是较为广泛用于耐磨件堆焊的工艺。等离子弧堆焊有冷丝等离子堆焊、热丝等离子堆焊、预制型等离子弧堆焊和粉末等离子弧堆焊，其中由于粉末等离子堆焊粉末制作简单、熔敷率高、粉末利用率高等优点应用很广泛。电渣堆焊的熔敷高，气体含量少，质量好，但易过热。堆焊方法广泛应用于航天、兵器、电站、矿山、冶金、机械、化工、农机以及工模具的制造与修复领域。

1.电弧堆焊

电弧堆焊是目前一种主要堆焊方法。它是利用焊条或电极熔敷在基材表面的一种堆焊方法。采用的是量大面广的焊条电弧焊机，设备简单、移动灵活、成本低，几乎所有的实芯和药芯焊条均能用，应用广泛。

熔化焊时，在电热源作用下，焊条金属熔化的同时，被焊的金属母材表面也发生局部熔化，在母材上表面由熔化的焊条金属和母材组成具有一定几何形状的液态金属熔池。药皮熔化后形成熔渣，熔渣覆盖在熔滴和熔池表面，把液态金属与空气隔开，保护液金属不被氧化和渗氮，凝固的渣壳也可以防止高温的焊层被空气氧化。

（1）手工电弧堆焊 手工电弧堆焊与手工电弧焊接相同，是将焊条与工件分别接到电源的两极，电弧引燃后，焊条与表面熔化成熔池，冷却后形成堆焊层。

焊条电弧堆焊用的设备和焊条电弧焊一样，有直流弧焊机、弧焊整流器和交流弧焊机，设备简单，操作方便，适于现场或野外作业。通过实心焊条和管状焊芯能获得几乎所有的堆焊合金层，满足各类零件表面强化和修复的需要，因此，目前仍是一种主要堆焊的工艺。对堆焊层性能要求不高，且采用酸性堆焊焊条时，选用弧焊变压器；当要求较高，且采用碱性低氢型焊条时，必须选用弧焊整流器或直流弧焊发电机。堆焊时希望尽可能小的熔焊区，为此应采用小电流、低电压、慢速焊，尽可能使稀释率与合金元素的烧损率降到最小限度；采用前倾焊，并防止开裂和剥离。

手工电弧堆焊时焊条的选择、焊条直径、堆焊电流、堆焊速度、零件的预热温度等对堆焊质量和生产率都有重要影响，首先要注意堆焊材料的选择，对一般金属间磨损件表面强化与修复，可遵循等硬度原则来选择堆焊材料，对承受冲击负荷的磨损表面，应综合分析确定堆焊材料；对腐蚀磨损、高温磨损件表面强化或修复，应根据其工作条件与失效特点确定合适的堆焊材料。

焊条电弧堆焊温度高，热量集中，一般堆焊前可不预热，工件的碳当量达到0.4%以上时应预热到100～300℃，堆焊后采用补充加热的方法使工件缓冷，或在炉中、石棉灰坑中缓冷。生产效率比氧乙炔焰堆焊高，工件变形小，但熔深大，稀释率达15%～25%，堆焊在焊工的直接观察和操纵下进行，不受焊接位置及工件表面形状的限制，但对焊工操作技术要求较高。常用于小型或复杂形状零件及可达性差的部位的堆焊，也广泛用于现场修复工作。

手工电弧堆焊多用于磨损失效件的修复，例如用高锰钢丝堆焊焊条修复装煤机耙齿。用Fe-Mn-Ni-C双相自强化钢焊条堆焊修复钢厂大型齿轮磨损部位。采用马氏体钢堆焊修复挖掘机斜斗的低应力磨料磨损。常温低压阀门、中温低压阀门及密封面可分别堆焊铜基合金、高铬不锈钢及钴基斯太尔合金。

（2）振动电弧堆焊 振动电弧堆焊的工作原理是焊丝在送进的同时按一定频率振动，造成焊丝与工件周期性的短路、放电，使焊丝在12～22V较低电压下熔化，并稳定地堆焊到工件表面。

振动堆焊设备主要包括堆焊机床、堆焊机头、电源、电气控制柜和冷却液供给装置等。堆焊电源一般采用直流电源，而堆焊机头用以使焊丝按一定频率和振幅振动，并以一定速度送入堆焊处。按产生振动的方式不同可分为电磁式和机械式。振动电弧堆焊是在直流低压电路中串接电感器，空载时焊丝与工件未接触，电流等于零，电压为空载电压。当焊丝振动到与工件接触时，电路短路，电压迅速下降到零，电流增加到最大，接触处强大的短路电流所产生的热量加热了焊丝端部。当焊丝向上运动时，焊丝与工件接触端被拉伸成缩颈，截面积减小，电阻加大，温度升高，金属丝被熔化。焊丝被拉断的瞬间，焊丝与工件表面分离，产生间隙，电流急剧下降。与此同时，贮存在电感线圈中的磁能转变为电能，产生自感电势，增加了焊丝与工件间的电压，迅速达到电弧放电的电压，介质被击穿开始发生电弧放电。在电弧作用下，使焊丝金属熔化，形成堆焊层，这是脉冲放电阶段。在下一次振动循环中，重复短路阶段到脉冲放电阶段，如此反复构成振动堆焊的全过程。

振动电弧堆焊具有熔池浅、热影响区小、堆焊层薄而均匀、工件变形较小、生产率较高、劳动条件较好等优点。但是振动电弧堆焊时焊剂的保护作用差，氢、氧、氮易浸入电弧区和熔池，在堆焊层与基体的结合处易产生针眼状气孔；堆焊层氢含量高，易产生裂纹。堆焊层受热和冷却不均匀，易造成组织和硬度不均匀。为了防止焊丝和焊嘴熔化粘连或在焊嘴上结渣，需向焊嘴供给少量冷却液。

图5-61 熔化极气体保护电弧焊设备示意图

（3）熔化极气体保护电弧堆焊 熔化极气体保护电弧堆焊是利用送进的可熔化堆焊材料与基体之间产生的电弧热，使堆焊金属熔敷在基材表面的一种堆焊方法。所使用的设备如图5-61所示。焊机一般采用平特性的直流电源，并直流反接，保护气体是从焊枪中连续喷出的，以屏蔽大气对熔化金属的浸蚀。常用氩气、二氧化碳或它们的混合气体作保护气。用氩气保护时，堆焊过程中合金元素不会烧损，且电弧燃烧稳定，熔滴过渡平衡，堆焊层质量高，常用于镍基合金、钴基合金、低合金钢、铝青铜等的堆焊；二氧化碳气体保护电弧堆焊成本较低生产率高，但有合金元素烧损问题，电弧燃烧不稳，飞溅大，堆焊层质量不如氩气保护的好，适于修复球墨铸铁的曲轴、轴瓦及泥浆泵等堆焊性能要求不高的工件。用混合气体保护，可以改变熔滴特性及焊缝的形成。

如CO₂保护气体以一定的速度从喷嘴中吹向电弧区，把熔池与空气隔开，同时对熔融金属中的铁、硅、锰等元素起氧化作用，形成氧化物以浮渣的形式在焊层表面，并在冷却时脱落。

熔化极气体保护电弧堆焊易实现机械化和自动化，生产效率高，堆焊过程无需清渣，提高了设备的负载持续率，对焊工操作技术要求较低，熔敷速度可与单丝埋弧堆焊相当，但设备价格较高，并消耗保护气，使堆焊成本升高，适用于堆焊区域小、形状不规则的工件或小零件的堆焊，小面积堆焊可以采用单丝堆焊机，大面积堆焊可以采用多丝堆焊机，以改善热循环。

（4）埋弧堆焊 埋弧堆焊是在电弧高温作用下使焊剂熔化，形成一个覆盖在熔池上面的熔渣层，隔绝大气对堆焊金属的作用，熔化的金属与熔剂蒸发形成的蒸气在熔渣层下形成一个密封的空腔，电弧在空腔内燃烧，使连续送进的焊条熔化，即电弧埋在熔剂层下面进行堆焊，使填充材料熔敷在基材表面的一种堆焊方法称之为埋弧堆焊。熔渣的保温作用使熔池内的冶金作用比较完全，因而堆焊层的化学成分和性能比较均匀，结合强度高，表面也光洁平直。埋弧堆焊设备可与埋弧焊通用，主要由电源、控制箱、焊丝送进机构、焊机行走机构及焊剂输送器等组成。埋弧堆焊通常采用大电流（300～900A）和较高的电流密度，加上焊剂和熔渣的覆盖，使热效率较高，熔敷速度快，但稀释率高。由于使用连续送进焊丝（药芯焊丝或带极），堆焊过程易实现机械化、自动化，是进行大面积堆焊的理想方法。埋弧焊示意图如图5-62所示。焊剂的保护效果取决于焊剂的粒度与结构。多孔性的浮石状焊剂比玻璃状焊剂表面积大，吸收的气体大，保护效果差。焊剂的粒度越大，其比容越大，透气性越大，保护性效果越差。但如果焊剂比容过小，阻碍熔池中产生的大量气体外逸，会使焊层出现气孔等缺陷。熔渣的熔点约为1100～1250℃，凝固较晚，不仅保护了熔池中金属，而且减慢了堆焊金属的冷却速度。金属在液态下存在的时间长，促进了金属、熔渣和气体之间的反应更加完全，有利于清除熔池金属中的非金属夹杂、夹渣和气体，得到化学成分较均匀的堆焊层，堆焊层表面光洁平整；埋弧堆焊层存在残余压应力，有利于提高修复零件的疲劳强度；埋弧堆焊都是机械化、自动化生产，因而生产率高，埋弧自动堆焊的工艺和技术比手工电弧堆焊复杂，热影响区大。埋弧自动堆焊可分为单丝、三丝、带极电弧堆焊，如图5-63所示，电极的连接方式有串列、并列和串联电弧等。

图5-62 埋弧焊示意图

图5-63 几种埋弧堆焊示意图

1）单丝埋弧堆焊是目前最广泛使用的自动堆焊方法，设备和操作都比较简单，其堆焊层平整、质量稳定、熔敷率高，劳动条件好。但其熔深大、稀释率高（20%～60%），生产率不够理想。增大焊接电流，能提高生产率，但必须进一步增加熔深。为降低稀释率，可采用下坡焊、降低电流、增加电压、降低焊速、电弧向前吹、增大焊丝直径，采用单丝埋弧堆焊条用焊丝摆动法，改进电弧加热集中的情况，获得较宽的焊道等措施，并且用堆焊2～3层来弥补。也可采用加入填充丝增加熔覆量，降低稀释率。

2）为了降低稀释率和提高熔敷速度，在单丝埋弧堆焊基础上发展了多丝埋弧堆焊方法。双丝、三丝和多丝埋弧堆焊是将几根并列的焊丝接于电源的一个极上，同时向焊接区推进的堆焊工艺，电弧将周期性的从一根焊丝移向另一根焊丝。串列双丝双弧堆焊时，第一个电弧电流较小，后一电弧采用大电流，这样冷却较慢，可减少淬硬和开裂倾向；双丝、三丝以及多丝并列，接在电源的一个极上，同时向堆焊区送进，可加大焊接电流，提高生产率，而熔深可与单丝时一样；串联埋弧堆焊时，电弧发生在焊丝之间，因而熔深更浅。此时为了使两焊丝均匀熔化，宜采用交流电源。多丝埋弧堆焊的熔敷速度可达11.3～37.7kg/h，稀释率下降10%～15%。

两道焊丝可以沿堆焊方向前后排列，成为双弧堆焊法。两根焊丝可用同一电源，也可分别由两个电源供电。前面的电弧用较小电流，少量熔化母材，后面的电弧用大电流，主要起堆高作用，生产率很高。

3）带极埋弧堆焊设备可用一般自动埋弧焊机改装，也可用专用的设备。带极堆焊用金属带代替焊丝在焊渣上进行，一般带极厚0.4～0.8mm，甚至可达1.5mm。堆焊时，电弧在带极端部局部点燃，沿带端迅速移动，与焊丝左右摆动相似，因而熔深浅，焊道宽，稀释率最低可达10%，熔敷效率高。除单带极外还有的采用双带极、多带极或加入冷带等方法来提高熔敷率。如果借助外加磁场控制电极，则可用180mm宽的带极进行堆焊。如果用添加冷带极的双带埋弧堆焊，可将生产率提高2.5倍，而稀释率降至5%。带极堆焊所用焊剂应具有导电性，带极的熔化主要靠渣的电阻热，电弧热起辅助作用。目前，多采用宽60mm、75mm、120mm、150mm的带极堆焊，电压25～27V，电流790～860A，堆焊速度9～12cm/min，每小时堆焊面积达0.3～0.4m²。为获得更高的生产率，还可增加带级宽度。

埋弧自动堆焊工艺参数规范主要包括：预热温度、工作电压、工作电流、送丝速度、堆焊速度等。为了防止堆焊层产生裂纹，焊件应先预热，材料的碳含量高，预热温度适当提高。

工作电压过低，起弧困难，堆焊过程中易熄弧，堆焊层结合强度不高；电压过高，易起弧，但堆焊层易出现高低不平，脱渣困难，影响堆焊层质量。采用直径d=1.2～2.2mm的焊丝时，工作电压常选22～30V。焊丝伸出长度约为焊丝直径的8倍为宜。焊丝伸出焊嘴的长度叫焊丝伸出长度，它影响熔深和成形。焊丝伸出过大，其电热增大，熔化速度快，使熔深减小，焊丝易发生抖动，堆焊成形差。焊丝伸出太短，焊嘴离工件太近，会干扰焊剂的埋弧，且易烧坏焊嘴。

堆弧埋焊常用H08、H08A、H08Mn、H15、H15Mn等低碳钢丝，也有采用可得到高硬度和耐磨性焊层的H2Cr13、H3Cr13、H30CrMnSiA和H3Cr2W8V的合金钢丝。(https://www.xing528.com)

在正常情况下，马氏体钢堆焊层的焊态组织为马氏体，碳含量在0.1%～1.0%，可分别形成低碳马氏体、中碳马氏体和高碳马氏体，硬度在25～60HRC之间变化，最理想的应用是在抗金属间磨损的场合，如各种齿轮、轴类的堆焊。为满足工模具钢的特殊性能要求，有18-4-1型焊条（D307）可用于金属切削刀具的堆焊；热锻模和冷锻模的堆焊则要求表面足够的高硬度和良好的抗冲击性，可用D337、D397、D327、D027和D036等进行堆焊。

碳化钨堆焊合金是碳钢心碳化钨电焊条D707和管装碳化钨心电焊条，碳含量高达1.5%～4.0%，钨高达40%～70%，此外还含有Mo、Cr等碳化物形成元素，堆焊层中含有大量的WC和W₂C等碳化物，硬度高，耐磨性好，但脆性大，主要应用于混凝土搅拌机叶片、挖泥机叶片、风机叶片、糖厂蔗刀、打桩机锤头等的堆焊。

钴基堆焊合金主要是钴铬钨合金，即司太立合金，含铬量很高（23%～33%），含钨量可达3%～19%，Co与Cr形成固溶体，主要以M₇C₃型碳化物形式存在，650℃仍保持较高的硬度，抗高温氧化性好，抗磨粒磨损和黏着磨损性能好，主要用于在高温下工作要求耐磨的零件堆焊。受冲击力小的牙轮钻头轴承，锅炉旋转叶轮等选用碳含量w（C）高达1.7%～3.0%的D822，受冲击力较小的高温高压阀门等可选用碳含量w（C）为0.7%～1.4%的D802和D812合金。受冲击力较大的热锻模等则选用碳含量w（C）为0.2%～0.5%的D842合金。

2.等离子弧堆焊

等离子弧堆焊是利用等离子弧为热源，以合金粉末或焊丝为填充金属熔敷在基材表面的堆焊方法。等离子弧能量集中温度高，弧柱稳定，传热率和热利用率高，所以熔敷速度较快，熔深浅，稀释率较低可控制在5%以内，工件变形也小，可控制熔深和熔合比，熔敷率高焊道宽（焊枪摆动可控制在3～40mm，厚度0.5～8mm），易于实现自动化。但由于热梯度较大，必须采取措施防止工件开裂，大工件堆焊时需预热，设备成本较高，噪声大产生臭氧污染等。

电弧是一种稳定的放电形式，其特点是维持电弧放电需要的电压不大，但电流大，温度很高。电弧放电是两个电极间燃烧着电弧，电子从阴极放出，穿过电极空间，流入阳极。电弧中除去阴极区和阳极区，剩下的导电空间是弧柱。由于阴极区和阳极区都很小，所以弧柱的长度几乎等于电弧的总长度，弧柱是等离子体。

电弧穿过水冷喷嘴小孔时，受到冷气流和水冷喷嘴孔壁的冷却后，在气体的机械收缩效应和喷嘴热收缩效应作用下，使电弧弧柱的截面积缩小，带电子粒子密度增大，电场强度提高，这种压缩了的电弧称为等离子弧。等离子弧的温度高，可达24000～50000K，能量密度高可达105～106W/cm²。等离子焰流以极高的速度从等离子枪中喷出，在喷嘴附近，有时可接近音速。

等离子弧按电源的连接方式分为转移型和非转移型两种基本形式。堆焊是以混合型和转移型等离子弧为热源。转移型的电源两极分别接于电极与工件，电弧在它们之间燃烧，水冷喷嘴起收缩作用。转移型与非转移型同时存在的称为混合型等离子弧。

等离子弧堆焊分粉末等离子弧堆焊和填丝等离子弧堆焊两大类。粉末等离子弧堆焊主要用于耐磨层堆焊，而填丝等离子弧堆焊主要用于包覆层堆焊。等离子弧堆焊设备比较复杂，其价格比气体保护堆焊贵得多，工艺参数的调控也较复杂，喷枪寿命较短，消耗的氩气量比钨极氩弧堆焊多，综合成本较高。这种堆焊方法主要用于质量要求高、批量大的零件表面堆焊，如工程机械刃具、磨具、钻具接头、发动机气阀阀面及高压阀门密封面等零件的应用。

图5-64 粉末等离子弧堆焊原理示意图

（1）粉末等离子弧堆焊 粉末等离子弧堆焊是将堆焊合金粉末送入弧区加热熔化实现堆焊。在机械零件强化与修复中，粉末等离子弧堆焊应用得较多。粉末等离子弧堆焊原理示意图如图5-64所示。粉末等离子堆焊设备由堆焊机、电源、电气控制系统、气、水路系统等组成。等离子弧粉末堆焊机主要有机座、堆焊枪、送粉机构、摆动机构、防护通风罩、焊枪移动和工件转动机构等。这里转移弧作主热源，其电流可以控制工件的加热、熔深和稀释率，直接影响堆焊层的质量；非转移弧作二次热源，它补充转移弧的能量，并作为转移弧的导弧，其电流可以控制粉末的熔融状态，对堆焊过程的稳定性和熔敷率有较大影响；调节送粉速度和堆焊速度可以控制堆焊层的厚度；改变焊炬横向摆动幅度则可获得不同宽度的堆焊层。堆焊层的厚度通常在0.25～6mm，且平滑整齐，不加工或精加工即可使用。

粉末等离子弧堆焊可用于铁基、镍基、钴基合金以及难熔合金的堆焊，碳化钨颗粒也可以直接添加到熔池中进行堆焊。适合于低熔点基材的堆焊和要求稀释率低的薄堆焊层。焊接过程完全机械化，特别适合于大批量、高效率的堆焊。目前粉末等离子弧堆焊广泛应用于模具刃口、犁铧刃口、钻杆接头、各种阀门密封面等的强化和修复。

（2）填丝等离子弧堆焊 图5-65所示双热丝等离子弧堆焊原理示意图。填丝等离子弧堆焊按操作方式分手工堆焊和自动化堆焊两类；根据填丝是否预热又分热丝和冷丝堆焊两种。冷丝等离子弧堆焊是将冷的焊丝送入等离子弧区加热熔化堆焊，冷丝堆焊时凡是能拔成丝状的材料如碳钢丝、合金钢丝、铜合金丝等大多以自动方式送给。能铸成棒材的合金，如钴合金，也可采用手工送料进行堆焊。一般堆焊层厚度为0.8～6.4mm，宽度为4.8～38mm。冷丝堆焊在工艺和堆焊层质量上都较稳定，但生产率较低。主要用于各种阀门堆焊和小面积堆焊耐磨、耐蚀层。手工填丝等离子弧堆焊设备由焊接电源、焊枪、控制电路、气路及水路等组成。自动堆焊时还需有送丝机构，焊接小车或转动夹具。利用附加电源预先加热焊丝的热丝等离子弧堆焊能提高焊丝的熔化速度，可分为单丝和双丝送进，焊丝预热使稀释率降低到5%左右，提高熔敷率，可达13～27kg/h，所用焊丝可以是实心的，也可以是管状的，由于焊丝预热，还可以除去焊丝上的水分等杂物，对减少堆焊层气孔起到了很好的作用。用双热丝则可进一步提高熔敷速度。堆焊时，调节电流值使两填丝在电阻热作用下加热到熔点，并被连续熔敷在等离子弧前面的基材上，随后等离子弧将它与基材熔焊在一起。热等离子弧堆焊的特点是稀释率低，且易控制，工件变形小，熔敷速度快。适用于大面积自动堆焊，如压力容器内壁包覆层堆焊。

电渣堆焊

图5-65 双热丝等离子弧堆焊原理示意图

3.电渣堆焊

电渣堆焊是利用电流通过液态熔渣所产生的电阻热作为热源，将电极（焊丝或板极）和焊件表面熔化，冷却后形成堆焊层的工艺方法。开始先在极板与接头底部之间引燃电弧，利用电弧热使焊剂熔化形成渣池后，电弧熄灭，热源便由电弧热过渡到熔渣电阻热。因为熔化的金属密度大，下沉形成液体金属熔池，熔渣密度小，浮于熔池上面，渣池覆盖在金属熔池表面，保护金属熔池不被空气污染。随着电极的不断熔化，熔池中液体金属和熔渣均不断上升，离热源较远的下部液体金属，在冷却成形水套的强制冷却下凝固成堆焊层。

电渣堆焊的特点是熔敷速度快，一次可堆焊很厚的一层，电渣堆焊的熔敷率最高，板极堆焊的熔敷率可达150kg/h，节约焊剂，堆焊层气体含量低，质量好，电渣堆焊的渣池除了有保护金属熔池不被空气污染的作用外，还对基材有较好的预热作用，故电渣堆焊时一般工件不需预热。其主要缺点是热输入大，加热和冷却速度低，高温停留时间长，接头严重过热，堆焊后需要进行热处理。此外，堆焊层不能太薄（一般应大于14～16mm），否则不能建立稳定的电渣过程。可采用实芯焊丝、管状焊丝、板状或带板进行堆焊，适用于堆焊厚度较大（15～90mm）、表面形状简单的大、中型零件。

电渣堆焊设备包括电源、堆焊机头（包括送丝机构、摆动机构及上下行走机构）、电控系统以及水冷成形滑块。电渣堆焊可使用多丝极或比带极埋弧堆焊更宽的板极（300mm），所得堆焊层更宽，表面平滑，熔深均匀，稀释率也较低。但电渣堆焊的熔合线附近成分变化过于剧烈，高温使用时堆焊层易剥离。因此为了防止剥离，常采用第一层用埋弧堆焊，第二层用电渣堆焊，这样不仅生产率较高，而且能得到结合牢固的光滑表面的堆焊层。为了获得更均匀的堆焊层表面，可通过线圈在电极边缘加磁场力的方法如图5-66所示，即磁控带极电渣堆焊法，这是一种电渣—电弧联合的堆焊方法，是一种优质、高效、节能的新型堆焊工艺。靠调整焊剂成分和焊接参数控制电弧—电渣比例，使带极的两边缘产生电弧，带极中间部位仍为电渣过程。外加磁场的目的是抵消电磁收缩力使堆焊层表面更均匀。还能克服咬边，加宽焊道，熔深小于1 mm，稀释率低到5%～8%。堆焊一层即可获得相当于埋弧堆焊两层的优良性能，从而提高焊接生产率。

图5-66 用磁场力控制液态渣流动示意图

堆焊合金可分为铁基、镍基、钴基、碳化钨和铜基几种类型。铁基堆焊性能范围广，韧性与耐磨性配合好，能满足许多方面要求，而且价格低廉，品种多，所以应用最广。镍基、钴基堆焊合金价格高，但是高温性能好，耐腐蚀，抗氧化，主要用于高温下耐蚀、耐磨等场合。碳化钨堆焊合金具有良好耐磨料磨损性，价格较贵，主要应用在工具堆焊和有严重磨料磨损的工件。铜基材料的耐蚀性好，减磨性好，有时也用于堆焊材料。

马氏体类堆焊合金的组织为马氏体，有时会出现少量珠光体、贝氏体和残留奥氏体。这类钢一般是低、中合金钢，加入增加淬透性的合金元素Cr、Mn、Mo，会促进马氏体、贝氏体形成。加入碳化物形成元素Cr、Mo、W、V使堆焊层含有数量较多高硬度碳化物，增加其耐磨性。低碳马氏体堆焊合金如D217A。堆焊层的基体组织为韧性好的板条马氏体，硬度为25～50HRC，特点是抗裂性好，堆焊时不需预热，硬度较高，有一定耐磨性，能用陶瓷刀具加工，能承受较大冲击性能，变形和开裂倾向小；中碳马氏体堆焊合金如D172、D167、D212及D237，堆焊层基体组织为针状马氏体，有时含有少量板条马氏体、珠光体和残留奥氏体，其硬度为38～53HRC，具有较好的耐磨性和中等抗冲击性能，开裂倾向较大，堆焊时一般要预热到250～350℃；高碳马氏体堆焊合金如D207，D227。堆焊层的基体组织是针状马氏体和残留奥氏体，硬度为60HRC左右，具有良好的抗磨料磨损性能，但抗冲击性差，堆焊时开裂倾向大，一般需预热到300～400℃，堆焊后只能用磨削方法加工。

D322、D327A、D027、D036为冷模具用堆焊焊条，碳含量为0.3%～0.7%C，含有Cr、Ni、V、W等合金元素，增加淬透性，常温硬度高，堆焊后硬度大于55HRC，主要用于冲压模、冲裁模等冷作模具的制造与修复。

D337、D39为热作模具堆焊合金，碳含量偏低为0.25%～0.60%，含有提高耐回火性的合金元素W、Mo、Cr等，D337与3Cr2W8V热模钢成分相近，提高高温硬度，主要用于热锻模及热轧辊的制造与修复。

高速工具钢堆焊合金成分与整体高速工具钢成分相近，D307与W18Cr4V高速工具钢成分相近，具有良好热硬性，在600℃以下保持高硬度，既可用于冷作模具堆焊，也可用于热作模具堆焊。