金属粉末火焰喷涂 焊 工艺通则一.doc

金属粉末火焰喷涂 焊 工艺通则一金属粉末火焰喷涂(焊)工艺通则一 2011年02月19日金属粉末火焰喷涂(焊)工艺通则一 本文主要根据笔者从事热喷涂二十多年实际教训，对不同工件材质、涂层挑选、涂层质量把持及工艺要 点等起到“抛砖引玉”的作用。 一、工艺取舍 1 、懂得工件自身的机能 ：如材质、成份、名义状态、磨损部位及磨损面积、深度等。 2 、了解工件的使用条件 ：使用环境(工作温度、主要介质浓度及其它成份)、受力情况(冲击负荷仍是滑动 配合、静配合)、失效起因(加工超差、磨损、腐蚀等)等。 3 、下列情况宜采用喷涂工艺： 1)表面受静载荷或低速滑动负荷，要求耐磨但对涂层与基体抗 拉结合强度要求不超过50N/mm2的工件，喷涂层硬度HV130-350 ，涂层厚度从0.3 至数毫米，钢烟囱拆除，喷涂态表面粗糙度Ra10-25 m ，涂层经磨削加工后表面 粗糙度可达 Ra0.8-0.4 m ，如各种轴类的轴承部位。 2)要求耐气蚀、水蚀而加工后粗拙度不超过 Ra0.4 m 的表面，如入口汽车曲轴，火车曲轴、船用曲轴等。 3)材质为铜合金，铝或铝合金等有色金属，需要恢复尺寸或提高表面耐磨度的工件。 4)在铜合金、铝或铝合金等有色金属工件上喷涂最好选用铜基粉或铝粉 5)在腐化介质中使用，请求涂层致密无孔隙，应根据工件的应用环境，工作温度，介质浓度及成份，抉择可知足使。 用前提的塑料、陶瓷或耐蚀金属喷涂后再采用适合的封孔剂对涂层进行关闭处理。 6)喷涂层与基体的联合强度：传统火焰喷涂层抗拉结合强度普通为20-30N/mm 2，采取陕西中科表面工程有限公司最新研制出产的ZK8032型粉末多功效高速火焰喷涂枪，在球墨铸铁经由喷砂表面喷涂铝包镍复合涂层，其涂层剪切结合强度可达63.7N/mm 2；固然喷涂层不如喷焊层结合强度高，但对修复工作在有光滑的金属间摩擦耐生效的零件是足以满意须要。经过科研单位盘算，在解放牌CA141汽车满载运行时，对曲轴七个主轴颈的剪切应力集中在一个主轴颈上也仅有15N/mm 2；对东方红75拖沓机则仅有5.5N/mm2 ，这些数据远远低于喷涂层的抗剪强度。 7)喷涂层耐磨性能：以汽车曲轴喷涂为例，喷涂的主轴颈与新品曲轴比拟有更高的耐磨性，曾经我公司喷涂过日本产日野汽车曲轴，修复的主轴颈大修时经检讨磨损量为0.022-0.03mm，而未经喷涂修复的主轴颈磨损量为 0.2-0.25mm，其磨损量简直相差十倍，从这个实例中能够阐明喷涂层存在良好的耐磨性，甚至在发念头缺油的情况 下仍能保持运行数小时之久而不会烧瓦抱轴景象。 8)喷涂与喷焊的工艺区别： 喷涂层和喷焊层与基体金属的结合形成不同，镍包铝通过喷涂焰束加热时产生放热化学反映，在经喷砂除锈达Sa3级，RZ50m的碳钢表面造成微冶金结合底层与工作层又产生“锚钩”效应的机械结合涂层，而喷焊层与基体的结合纯属冶金结合涂层。 喷涂材料不同，喷焊要求使用自熔性合金粉末，而喷涂则对粉末的自熔性要求不高，且不一定是自熔性合金粉末，各种自熔性合金粉末既可用于喷焊又可用于喷涂，但喷涂粉末不具备自熔性只能用于喷涂而不能用于喷焊工 艺。 工件受热忱况不同，喷涂与喷焊进程中，喷前预热温度不同，工件受热影响不同，喷后工件的组织、性能亦不同 涂层的致密性不同，喷焊层致密，而喷涂层中有少量孔隙。 承受载荷的才能不同，喷涂层一般能承受大面积接触，多在有润滑条件的工作表面，配合面以及其它受力较小的工况条件下使用，喷焊层却能蒙受较大的冲击力，挤压应力或接触应力等。 4 、下列情形宜选用喷焊工艺： 各种碳钢、低合金钢的工件表面载荷大，特殊是受冲击载荷，要求涂层与基体结合强度在350-450N/mm2的工件，喷焊硬度HRC15065，涂层厚度从0.3至数毫米，喷焊层经磨削加工后表面毛糙度可达Ra0.4-0.1m以上。 在腐蚀介质中使用，要求涂层致密，无孔隙； 工件表面原设计采用淬火、渗碳、渗氮、镀硬铬等工艺，要求表面有很高的硬度。 工件工作环境恶劣，如受强烈的磨粒磨损、冲蚀磨损、气蚀等等。 氧-乙炔焰合金粉末喷焊工艺适应各种碳钢、低合金钢零部件的表面强化或修复，但应留神到零件材质的一些特点，当基体材质的线胀系数与合金喷焊层的线胀系数差异较大时小于1210-6/大于1210-6/，则应慎用此工艺，免得造成裂纹，若基体金属中与氧亲协力大的元素含量较多如钨和钼的含量大于3%，铝、镁、钴、钛 、钼等元素总含量大于0.5%或钢中含硫量较多时，也会给喷焊带来难题，这是由于这些材料与氧作用极易天生致密而稳固的氧化膜，拦阻熔融会金对基体的润湿作用，重熔时液态合金会呈珠状象“汗珠”一样地滚落，因此在采用喷焊工艺时，应当注意此工艺对于所喷基体材料的适应性。 无需特别处置就可喷焊的金属资料： 含碳量 0.25% 的碳素结构钢。 Mh 、 Mo 、 V 、 Cr 、 Ni 总含量 3% 的合金构造钢。 18-8 不锈钢、镍不锈钢、灰铸钢、可锻铸铁、球墨铸铁、低碳纯铁、紫铜。 需预热 250-375 喷焊后需缓冷的金属材料： 含碳量 0.4% 的碳素结构钢； Mn.Mo.V.Ni 的总含量3% 的合金结构钢； 含铬量 2% 的合金结构钢； 喷焊后需等温退火处理的金属材料： 含铬量 13% 的马氏体不锈钢； 含碳量 0.4% 的镍钼合金结构钢。 5 、在肯定采用喷焊工艺后，再根据下列情况选用一步法或二步法喷焊工艺： 工件需局部修补，且喷焊处不容许热输入量很大，如各类机床导轨局部伤痕的修补，宜用一步法喷焊工艺； 工件表面庞杂或无规矩，如链轮、齿轮齿面、螺旋给料器等，宜用一步法喷焊工艺； 大型工件整体加热有困难，如机车、矿车轮子等，宜用一步法喷焊工艺； 可在机床旋转的个别轴类零件宜用二步法喷焊工艺； 所得涂层的硬度应尽量濒临原设计的表面硬度，例如原设计采用淬火或化学处理工艺，使表面硬度达HRC55 左右的，则应选用所谓“硬面涂层”粉末，如Ni15、Ni60、Fe65或Wc复合粉； 强烈磨损的非配合面，如泥沙泵的叶轮、壳体、装岩机铲齿，螺旋给料器的螺旋面等，应选用高硬度如Ni15、Ni60、Fe65或Wc复合粉； 需要加工，但又无奈上车床、磨床，只能靠手工用锉刀等工具进行加工的工件，如机床导轨面部分创痕的修补，只能采用低硬度喷焊粉如 SH F103 、 Ni15 等； 喷焊工艺与电弧堆焊的差别：喷焊层与基体之间的结合是溶解扩散冶金结合，而堆焊则是熔化冶金结合，在喷焊过程中基体是不融化的，只是喷焊层与基体之间产生溶解作用，在两者之间存在一个扩散互溶区。因为基体不溶物因此喷焊层就不会被基体材料所冲淡，因此稀释率极低，能保证喷焊层的良好性能，堆焊基体熔化，堆焊层稀释率高，需要堆焊很厚才有可能保证焊层的性能，而且零件轮廓棱角难以保证，常见咬边，棱角塌陷，而喷焊则不会涌现此类缺点。 6 、铸铁整机喷焊特色： 铸铁是含碳量大于2%的铁碳合金，在产业中常用的铸铁，含碳量为2.54%，含硅量为13%，以及含有少量的锰、硫、磷等，其顶用量最多的是灰口铸铁，因为铸铁含量高，强度低，对温度变更敏感，焊补时又多为局部受热，温差较大，冷却速度快，给铸铁焊补带来艰苦，铸铁的可焊性较差，在焊补时易呈现以下问题： 焊补部位易出现白口组织，白口组织硬而脆，焊后很难进行机械加工，而且易引起裂纹； 易产生裂纹，在焊补时由于不平均加热和冷却速度快，易产生热应力裂纹；另外铸铁中含硫、磷等杂质较多也易在焊补处产生裂纹； 气孔与夹渣，正因为铸铁中含碳量高，含杂质较多，在焊补过程中又因冷却速度快，气体和一些氧化物来不迭析出和上浮， 便在焊缝区构成气孔或夹渣，采用氧-乙炔焰合金粉末一步法喷焊，能较满足地解决上述多少个问题； 喷焊时使用合金粉末的熔点低于基体熔点，在重熔时，铸铁基体不熔化，不喷焊层的稀释问题，也不存在半熔化区，所以准确地喷焊不会使焊补区产生白口组织，便于加工，而且由于基体不熔化，天然就掌握了基体中所含硫、磷等杂质熔入喷焊层，有利于防止裂纹的产生； 采用一步法喷焊对基体的热输入量少，基体受热影响小，有利于减少热应力，从而有效地节制热应力裂纹；热输入量少，对尺寸精度较高的零件做局部喷焊修补有独到之处。同时，采用氧-乙炔焰加热，绝对于电焊冷却迟缓，对预防裂纹和变形也有利； 合金粉末中含有强烈的脱氧元素硼和硅，不仅维护了粉末中其它元素免于氧化烧损，而且基体表面的氧化物也可被硼、硅元素还原，避免了气孔和夹渣； 喷焊层组织致密平坦，成型好，无咬边现象，只要少量加工即可使用，材料省，效力高；喷焊铸铁零件常用的有SH F103 、镍基合金粉末 Ni15等，铁基合金粉末熔点高，脆性大，对基体影响也大，后果较差。 喷焊时工件预热的重要目标是去除工件表面湿气，并发生必定的热膨胀减少温差，从而减少热应力有利于进步涂层结合强度，保障喷焊层品质，一般钢材取2