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3 1 18表面工程技术 热喷涂与堆焊 SurfacingandSpraying 焊接技术 表面工程技术 堆焊与热喷涂 2 表面工程技术简介 堆焊技术 热喷涂技术 3 表面工程技术简介 1 表面工程技术概念2 表面工程技术 三大技术3 表面工程作用4 现代表面工程学 4 1 表面工程技术概念表面工程是将材料表面与基体一起作为一个系统进行设计 利用表面改性技术 表面处理技术和表面涂覆技术 使材料表面获得材料本身没有而又希望具有的性能的系统工程 表面工程是改善机械零件 电子电器元件基质材料表面性能的一门科学和技术 5 对于机械零件 表面工程主要用于提高零件表面的耐磨性 耐蚀性 耐热性 抗疲劳强度等力学性能 以保证现代机械在高速 高温 高压 重载以及强腐蚀介质工况下可靠而持续地进行 对于电子电器元件 表面工程主要用于提高元器件表面的电 磁 声 光等特殊物理性能 以保证现代电子产品容量大 传输快 体积小 高转换率 高可靠性 对于机电产品的包装及工艺品 表面工程主要用于提高表面的耐蚀性和美观性 以实现机电产品优异性能 艺术造型与绚丽外表的完美结合 对生物医学材料 表面工程主要用于提高人造骨骼等人体植入物的耐磨性 耐蚀性 尤其是生物相容性 以保证患者的健康并提高生活质量 6 表面工程的概念 国际上最初是由英格兰伯明翰大学教授汤姆 贝尔 TomBell 在80年代初提出的 我国最初提出表面工程的概念的是北京装甲兵学院徐滨士院士 表面工程技术成为80年代世界上十大关键技术之一 进入90年代 其发展势头更猛 各国竞相将表面工程列入研究发展规划 比如 美国将其列为工程科学院向美国国会提出的2000年前要加强发展的九大科学技术项目之一 我国将一些表面技术列为若干个五年计划的重点推广项目 国际国内出现了表面工程研究及其技术应用的热潮 所涉及的范围几乎包括了国民经济的各个领域 7 2 表面技术 三大技术表面改性技术表面处理技术表面涂覆技术随着表面工程技术的发展 又出现了复合表面工程技术和纳米表面工程技术 8 9 10 3 表面工程作用 11 4 现代表面工程学 科学理论基础 表面界面理论 表面失效理论 腐蚀科学 摩擦科学等 表面工艺技术 表面改性技术 表面处理技术 表面涂覆技术 复合表面工程技术和纳米表面工程技术 表面检测技术 微观结构 化学 物理 力学分析 几何特征分析 无损检测技术等 表面工程设计 成分结构设计 复合功能设计 涂层选择与应用设计 设备与工艺流程设计 生产车间设计等 表面工程应用 涂层特性及综合应用 涂层材料及加工技术 质量及工艺过程控制 管理及经济分析等 12 表面工程是近代技术与经典表面工艺相结合而繁衍 发展起来的 拥有坚实的科学理论基础 它包括涂镀层材料与制备工艺 施涂与检测设备 表面组成与结构分析技术 表面性能测试技术 检验方法 标准评价 质量保证与工艺过程控制等为制造新型表面和表面层而形成工程化规模化生产的成套技术 总之 在材料表面上发生的各种技术都是表面工程的一部分 13 堆焊技术 1堆焊的基本概念2金属的磨损及腐蚀3堆焊材料4堆焊工艺方法5部分应用简介 14 1堆焊的基本概念 堆焊是为增大或恢复焊件尺寸 或使焊件表面获得具有特殊性能的熔敷金属而进行的焊接 堆焊可以提高零件耐磨 耐热 耐腐蚀等性能 堆焊的物理本质 冶金过程 热过程等基本规律与一般焊接没有区别 但堆焊的目的是使零件表面充分发挥堆焊合金的性能 使零件获得更高的使用寿命 15 堆焊的特殊性 堆焊稀释率 母材金属对熔敷金属冲淡的程度称为稀释率 稀释率用母材金属或先前焊道的堆焊金属在整个堆焊焊道中所占百分比来确定 即 d B B f d为稀释率 B为母材熔化的面积 f为熔敷金属的面积 16 18 堆焊合金化所谓合金化是指把所需要的合金元素通过堆焊材料过渡到堆焊金属中的过程 合金元素的过渡形式往往随堆焊方法不同而异 而同一种堆焊方法也可有不同的合金过渡方式 常用的合金化方法有以下几种 1 焊条药皮渗合金法 2 焊剂渗合金法 3 合金焊丝或焊带渗合金法 4 药芯焊丝渗合金法 5 合金粉末渗合金法 19 合金元素的过渡系数 实际堆焊过程中 无论采用上述哪一种方式 都存在合金元素的损失问题 如堆焊过程因飞溅和氧化而导致的损失等 因此 经常用合金元素的过渡系数来说明合金元素利用率的高低 合金元素的过渡系数等于它在熔敷金属中的实际含量与它的原始含量之比 影响过渡系数的因素很多 凡是能减少氧化 蒸发 及有利于合金元素由渣向堆焊金属中转移的因素都可以提高过渡系数 20 2金属的磨损 金属表面的腐蚀 1 根据腐蚀机理分类 化学腐蚀电化学腐蚀物理腐蚀 2 根据腐蚀破坏形式分类 全面腐蚀局部腐蚀 3 根据腐蚀环境分类 大气腐蚀 电解质溶液中的腐蚀 海水腐蚀 土壤腐蚀 溶盐腐蚀 22 1 根据腐蚀机理分类化学腐蚀电化学腐蚀物理腐蚀 化学腐蚀化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏 其主要特点是非电解质中的氧化剂直接与金属表面的原子相互作用而形成腐蚀产物 原子之间的传递是在金属与氧化剂中直接进行的 因而没有电流产生 金属在干燥的气体介质和不导电的液体介质 如酒精 石油 中发生的腐蚀都属于化学腐蚀 23 电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质因发生电化学作用而发生的破坏 主要特点是其反应历程可分为两个相对独立 并且可以同时进行的过程 阴极反应和阳极反应 在腐蚀进行过程中有腐蚀电流产生 大气腐蚀 海水腐蚀 土壤腐蚀等都属于电化学腐蚀 物理腐蚀物理腐蚀是指金属由于单纯的物理溶解作用所引起的破坏 其特点是没有化学反应产生 仅仅是物理溶解过程 24 2 根据腐蚀破坏形式分类全面腐蚀局部腐蚀 全面腐蚀全面腐蚀是指腐蚀作用以基本相同的速度在整个金属表面同时进行 当金属发生全面腐蚀时 腐蚀作用均匀地分布在整个金属表面上 这类腐蚀虽然可以造成损害 但相对来说其危害性没有局部腐蚀那样严重 25 局部腐蚀局部腐蚀是指腐蚀作用仅发生在金属的某一局部区域 其它部分基本没有发生腐蚀 或金属某一部位的腐蚀速度比其他部位的腐蚀速度快得多 呈局部破坏状态 这类腐蚀造成的损害可能比全面腐蚀更为严重 局部腐蚀又有不同的类型 例如缝隙腐蚀 点腐蚀 晶间腐蚀 选择性腐蚀 磨损腐蚀 应力腐蚀 腐蚀疲劳以及电偶腐蚀等 26 3 根据腐蚀环境分类大气腐蚀 电解质溶液中的腐蚀 海水腐蚀 土壤腐蚀 溶盐腐蚀 27 28 堆焊合金类型 各类堆焊合金的主要特性 30 3堆焊材料的选择 在选择堆焊金属时 一般按下列几个步骤进行 1 分析工作条件 确定对堆焊金属的要求 2 按一般指南列出几种可供选择的材料 3 分析待选材料和基体材料的相容性 包括热应力和裂纹 初步选定堆焊材料的形状并制定初步堆焊工艺 4 进行样品堆焊 堆焊后的工件要在模拟工作条件下经受运行试验 5 综合考虑使用寿命和成本 最后选定堆焊金属 6 选择堆焊方法 制定堆焊工艺 这时必须全面考虑熔敷速度 熔敷效率 稀释率和总的费用 包括消耗品的费用和工艺过程的费用 31 堆焊金属选用的一般规律 一些典型工件适用的堆焊合金类型 33 34 堆焊材料相关标准和规程 DIN8555德国标准碳钢 合金钢堆焊材料标准DIN1733德国标准铜及铜合金堆焊材料采用标准DIN1736德国标准镍及镍合金堆焊材料采用标准DIN1732德国标准铝及铝合金堆焊材料采用标准DVS0945德国焊接学会规程堆焊用药芯焊丝 带 及烧结焊带GB984 85中国标准堆焊焊条 35 DIN8555简介焊缝金属的表示方法 焊丝DIN8555 G1 250DIN8555 标准号G 气焊 1 合金组别 250 硬度 225 275HB 36 焊接方法的符号表示焊接填充材料的符号表示 G 气焊GW 轧制的E 手工电弧焊GO 浇铸的MF 药芯焊条电弧焊GZ 拉拨的WSG 钨极保护气体焊GS 烧结的MSG 熔化极气体保护焊GF 填充的UP 埋弧焊 UM 涂料药的 37 38 39 焊缝性能的符号表示 P 耐冲击C 耐腐蚀R 耐锈G 耐磨粒磨损S 易切削K 冷加工性T 热强性N 非磁化Z 耐高温 600 40 母材的可堆焊性 续表 4堆焊工艺方法 堆焊方法的选择原则 优质 高效 低稀释率 44 选择堆焊方法时需要考虑以下因素 1 堆焊层的性能要求 2 堆焊件的结构特点 冶金特点 3 堆焊材料的形状 4 堆焊方法的特点 5 经济性 45 5堆焊技术应用情况 目前堆焊技术已广泛应用于矿山 冶金 农机 建筑 电站 铁路 车辆 石油化工设备 核动力及工具 模具等的制造 修复中 并已成为近年来得到最广泛应用的表面技术之一 46 优质堆焊方法的最新发展 1 激光堆焊 2 脉冲电弧堆焊法 3 冷分子堆焊法 4 宽带极电渣堆焊 5 高效等离子堆焊 6 堆焊工艺专家系统的开发 47 传动轮 连续铸锭导轮 镍基合金 部分应用简介