热喷焊技术的应用综述.doc

热喷焊技术的应用综述摘要：热喷焊在设备维修中得到了广泛的应用。以饲料粉碎机锤片为例，介绍了热喷焊技术的特点、喷焊工艺的制定以及热喷焊参数的选择，并对热喷焊前后锤片的使用寿命进行了比较。为得到良好的喷焊层，热喷焊要根据基材性质和工作条件选择合适的喷焊材料，设计合理涂层结构。在喷焊过程中可采用一步法或二步法进行喷焊。热喷焊技术在设备维修工作中越来越发挥着重要作用。关键词：热喷焊；表面预清理；焊后处理Abstract ：The spray weld is used widely in maintenance and repair of the mechanical equipment。the characteristics the thermal spray welding technology，the determination of welding technology and the choice of thermal spray welding parameters are introduced and the comparison of the service life of the hammer before and after the thermal spray welding treatment is madeIn order to get the firmly coat，the spray welding material must accord with the base substance and working stationsThe coat structure must be suitable to the usage、Onestep or twosup can be adopted during spray welding The spray weld will be more and more important in the mechanical systems serviceKey words：thermal spray welding；pretreatment of surface；post-weld treatment一、 前言部分热喷焊技术是在热喷涂技术基础上发展起来的。它是将喷涂层再进行一次重熔处理，与基体表层材料达到熔融状态后，再进一步形成更紧密的冶金结合层，使零件表面获得一层类似堆焊形成的涂层。喷焊可以看成是合金喷涂和金属堆焊两种工艺的复合，它克服了热喷涂层结合强度低、硬度低等缺点，同时由于使用了高合金粉末使喷焊层具有一系列特殊的性能，这是一般堆焊所不具备的。金属热喷焊技术的基本原理是：使用一定的热源把自熔合金属粉末喷涂在经过处理的工件表面上在工件不熔化的情况下加热涂层，使其熔化并润湿工件表面通过液态合金与固态基材表面的相互溶解与扩散，实现冶金结台，形成具有所需性能的致密喷焊层。热喷焊不仅可以用来修复表面磨损的零件，当使用合金粉喷焊时还能使修复件比新零件更耐磨，所以也将其用于新零件表面的强化和装饰等，使零件的使用性能更好，寿命更长。因此，热喷焊技术得到了比较广泛的应用。二、 主体部分1、 热喷焊技术特点热喷焊是以氧气和乙炔燃烧产生的热量为能源，通过特制的喷枪将具有特殊性能的合金粉末加热到熔融或高塑性状态，然后以较高的速度喷射到经过净化预处理的零件表面上，使其获得均匀致密的金属表层，起到耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等作用，达到修复零件和延长其使用寿命的目的。氧乙炔焰合金粉末喷涂焊具有以下特点。1.1、焊层具有耐磨、耐蚀、抗高温氧化等性能，可满足各种工况要求，一般情况下与母材结合时的结合强度可达到294MPa。1.2、可修复废旧零件，修复后的零件具有较优良的性能和较长的使用寿命，且修复速度陕，可减少停机时间。1.3、喷焊法综合性能好，元素稀释率小，对母材适应性强，不受母材化学成分的影响，尤其是要求工作表面具有高硬度而心部要求韧性好的零件，很适合采用喷焊法。1.4、焊层厚度可以在02Z3mm范围内调整，喷焊覆盖层薄而均匀。热喷焊的主要缺点是被处理的工件易变形。喷焊层结构示意图2、喷焊材料及涂层设计21 喷焊材料喷焊技术的应用需要具备的物质条件有喷焊设备和喷焊材料两方面。在设备维修中零件的材料性质和表面要求各不相同，为满足零件的使用要求，选择合理的喷焊材料成为保证修复性能的重要因素之一。热喷焊所用的材料主要是自熔性合金粉末。所谓自熔性合金粉末是指合金粉末熔化时合金成份能自行脱氧并形成低熔渣，从而与基材形成良好的结合。粉末材料的主要特点是可喷焊材料的范围特别广，调整合金基涂层层份比较容易；但粉末的形状、粒度及粒度分布、湿度等因素对粉末材料的性能会产生不同的影响。自熔性合金粉末的突出特点是粉末的熔点较低，有良好的自熔性。在熔融状态下与基材有良好的润湿性，液一固相线之间的温度范围较宽，可以制备耐磨、耐腐蚀、抗氧化和耐热等表面强化和表面防护涂层。常用的有铁基、镍基、钴基、铜基和碳化钨的五大类。镍基粉末价格适中，其粉末熔点低(1 100l 150)， 自熔成渣性良好，固液相线温度范围宽，对多种坯料机体润湿能力强，涂层韧性好，喷焊工艺性良好。其涂层具有优异的耐腐蚀性、耐磨性和良好的耐热性，是应用最广的一类自熔性合金。它可以用于具有综合性能要求的涂层或在600以下代替钴基合金。钴基合金粉末的价格较高，其主要特点是具有优良的耐高温性、红硬性、耐腐蚀、耐磨和抗氧化等性能，最适合700左右高温下作抗氧化、耐腐蚀、耐磨损的表面涂层。含碳化钨的自熔性合金粉末通常是由镍基自熔性合金粉末中加入一部分纯钴(镍)，包括碳化钨粉末(铁基、钴基也可以)。通过调节碳化钨与铁、镍和钴基合金粉末的比例，可以获得不同硬度、耐磨性的涂层。采用含碳化钨的自熔性合金粉末喷焊时，其涂层的硬度比单用自熔性合金粉末涂层的硬度高HRC5 HRC10。22 涂层设计如果说喷焊设备和材料是喷焊技术的物质条件，那么涂层设计和喷焊工艺则成为保证修复零件使用性能和质量的技术条件。涂层设计是选择工艺方法的前提，工艺方法是保证涂层使用性能和质量的措施。涂层设计的主要任务是确定涂层类型、选择涂层材料和设计涂层结构。采用热喷焊技术可以获得致密、整体硬度高的涂层，适用于抗磨粒磨损、抗表面疲劳磨损以及抗腐蚀磨损涂层。涂层材料的选择主要考虑需修零件的工作条件(如工作温度、滑动速度、润滑条件等)和表面破坏形式(磨损、腐蚀等)；其次还应考虑所选喷焊材料的经济合理眭。但最终还应使涂层的性能满足使用要求。涂层材料的设计重点要解决涂层与基材的结合强度和确定涂层厚度的问题。3、热喷焊工艺31 氧乙炔火焰喷焊工艺氧乙炔火焰喷焊所使用的设备比较简单，除了需要专用喷枪以外，其他的设备都是一般气焊所用设备。喷枪除了有用喷涂或喷焊送粉的两用枪以外，还需要重熔枪，如SCR一100型和SHPC型等。此外还有喷焊一步法用枪，如SPH一1h、SPH一21h和SPH一41h等。这类枪的特点是即可送粉又可重熔。喷焊工艺可分为三个阶段。3.1.1、喷前准备这个阶段的第一个重点是喷焊表面的除油去污。对某些多孔铸件，孔内油污仅靠清洗很难除尽，可用火焰加热到300或更高，将孔内油污烧净。第二个是除去表面的氧化物和疲劳层，可采用喷砂、机加工或打磨等方法。第三个就是除去表面处理层(如渗碳、镀铬、淬火层等)。这是因为这些处理层常常在喷粉或重熔时产生气体溢出或是焊层与基体结合不良。3.1.2 喷焊。氧乙炔火焰喷焊自熔合金一般可分为“一步法”和“二步法” 两种工艺。“一步法” 是喷粉与重熔几乎同时进行的。其优点是对工件的输入量较“二步法”小。适用于大工件小面积或小工件表面的喷焊修复。“一步法”喷焊的工艺流程：工件预热一喷粉重熔一缓冷。一步法喷焊的预热温度应在300 左右。每次喷涂重熔的面积为直径范围。缓冷的面积应加热到500 以上。“二步法”喷焊的工艺流程是：工件预热一喷粉一重熔一缓冷。预热温度一般视工件的大小、部位和材质而定。一般选在200-450左右。对大工件、大面积或膨胀系数大的工件预热温度应偏高。对极小件、薄板及含有氧化元素的合金基材，预热温度应编低。必要时可以先预热到100200 ，接着喷涂一层0203 mm厚的喷粉，然后继续加热到所需温度。喷涂层厚度一次不易超过125 mill，若一次不够可以先重熔次后再喷焊。重熔是喷焊二步法工艺中的关键环节。除了用火焰重熔以外，还可以采用感应重熔。一般的自熔合金的膨胀系数都偏高，因此，被喷焊的工件从高温急剧冷却下来会使涂层出现裂纹，必须视具体情况采用缓冷措施。(3)喷后处理。喷焊后的零件要进行检查。喷焊层常见的缺陷有喷焊层剥落、喷焊层裂纹、喷焊层夹渣、喷焊层气孔和喷焊层漏底。对于表面精度要求不高的零件，喷焊后不加工即可使用。对有配合精度要求的零件，喷焊后需要进行机加工。加工方法有车削和磨削。32 应用氧乙炔火焰喷焊主要用于对承受高应力载荷和承受冲击磨损的部件进行强化，提高工件的耐磨性，增加工件的使用寿命。如对汽车中的各种齿轮、花键轴、活塞销、气门、变速杆拨叉等进行喷焊强化或修复，不仅能使报废零件修复后继续使用，还可使新制零部件的寿命延长。上述汽车零部件经喷焊强化后，其寿命可提高25倍。喷焊层常见质量缺稿及控嗣方法4、热喷焊参数选择在喷焊工艺中，气体压力和喷枪至工件的距离是两个重要的参数，它们与合金粉末种类有关。如采用F Ni一15粉末，气体压力分别为：氧气35MPa、乙炔0507MPa，喷枪至工件距离约100mm左右；当采用Ni60合金粉末时，气体压力分别为：氧气0305MPa、乙炔004007MPa，喷枪至工件距离约100150mm。在上述参数范围内可获得平整、银白色的致密焊层。增加气体压力或缩短喷枪与工件之间的距离，喷焊层会出现过烧现象，甚至会有绿色氧化皮出现。反之，气体压力过小、喷射间距过大则会造成焊层粉末重熔不好。喷射角(即粉末流动方向与工件表面的夹角)对焊层质量也有一定影响。当喷射角为90。时，喷射功最大，粉末在空中行进距离最短，氧化程度也较小，这时焊层气孔率低，组织致密。喷射角过小(如小于45。)则焊层组织疏松，粉末利用率降低。将喷焊后的锤片和未喷焊的锤片分别安装在同一型号的两台饲料粉碎机上进行试验，结果表明，经喷焊后锤片的使用寿命是未经喷焊锤片使用寿命的46倍。热喷焊技术操作方便，设备简单，一般工厂均可利用现有的气焊设备再添置少量专用器材进行热喷焊作业，其广泛应用于制造业和修理业。三、结论部分目前，我国生产的热喷焊设备已很完善，还发展了前处理、后加工的专用设备和刀具。喷焊材料的生产也已基本上满足国内喷焊技术发展的需要。同时在工艺上也不断摸索了一整套的经验和方法。随着热喷焊技术在设备、材料和工艺三方面的不断进步，热喷焊技术会发挥越来越大的作用，可以解决过去传统加工方法无法解决的问题。热喷焊技术必将成为我国现代工业中不可缺少的一种表面加工新技术。四、参考文献1 储江伟汽车维修工程学哈尔滨：东北林业大学出版社，20002 戴羽锦工程机械修理学北京：中国铁道出版社，19853 戴冠军汽车维修理论北京：人民交通出版社，19914 徐绪森等装备维修工程学北京：国防工业出版社，19945 氯乙炔火焰粉末咬涂和喷焊技术机械工业出版社6 化工厂机械手册-化学工业出版社