氧乙炔火焰喷焊工艺简介
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
重熔将粉层与工件的机械结合变为焊层与工件的冶金结合、并得到一个致密 的、具有综合性能的焊层。重熔时，一般采用中性焰或微碳化焰、喷枪与工间距 离 180-200mm。起始重熔点应从边缘 10-25mm 处开始、枪的移动距离（或工件移 动）要严格控制、以出现“镜面反光”为准。
注意：自容合金粉末中 B、Si 元素含量的变化，对粉末性能有明显影响，实 验结果表明在喷焊过程中，对涂层进行多次重熔后，将引起焊层中 B、Si、C 等
1 气雾化工艺生产，为氧乙炔火焰喷焊工艺特别定制;
2 NiCrBSi 系自熔合金，氧含量低，自熔性好，镜面清晰，焊层光滑;
3 粉末纯度高，无任何杂质，组织致密、均匀，无气孔、夹渣、疏松、裂纹等
缺陷，晶粒度小、硬度高，从而保证合金耐磨、耐腐蚀性较市场常用品牌高
30%-100%；
4 粉末球形性好，送粉通畅、稳定;
铸 宇 牌镍基 合金粉 末主要 包含 Ni-B-Si 、 Ni-Cr-B-Si、Ni-Cr-B-Si-P 、 Ni-Cr-B-Si-Cu-Mo、Ni-Cr-B-Si-W、Ni-WC 等系列，它不但具有优良的耐腐蚀、 抗氧化性能，而且在 500℃以下具有优异的耐低应力磨粒磨损和粘着磨损性能 等。该粉末应用工艺广泛，主要有氧乙炔火焰喷焊、超音速火焰喷涂（HVOF 或 HAVF）、等离子对焊、等离子喷涂、激光溶覆、感应重熔、离心浇铸、3D 打印和 粉末冶金。主要应用在闸板、球阀球面、阀座、柱塞、螺杆、机筒、玻璃模具、 层流辊道、拉丝滚筒、拉丝塔轮、抽油杆、风机叶片、螺旋输送器、金刚石工具 等工件。
化 学 成 分 (重量%)
C
Cr
B
Ni
Si
Fe
范ห้องสมุดไป่ตู้围 最小 Min 0.60 14.00 2.50
4.00
Spec 最大 Max 1.00 17.00 3.50 Bal
4.50
5.00
测 量值 Test Value
0.80 15.57 3.19 Bal
4.02 4.48
范围
松比
流动性
焊层硬度值(HRc)
图 3-1 氧乙炔喷焊设备
图 3-2 球阀喷粉
图 3-3 球阀重熔
6
喷焊层的形成大致可以分为以下三个过程： 1).将待喷金属基材加热到一定温度； 2).将喷焊材料喷洒到金属基材表面上； 3).加热喷焊材料，使其熔化到基材表面上。 氧乙炔火焰喷焊按工艺的不同分为：一步法和二步法。一步法即边喷边熔， 此法要求操作者控制工件温度、送粉量、移动速度，做到三者协调，才能保证喷 焊层均匀熔透。因此，对工人的经验要求很高；二步法是先喷后熔，它的优点是 焊层平整、致密均匀、操作便于机械化控制。根据工件形状及大小特点，在重熔 操作时，可采用工件快速移动或慢速移动方法。 2.工艺路线的制定 以二步法为例：待喷表面处理-预热-喷粉-重熔-焊后保温-精加工-检验 2.1 待喷表面处理 喷焊层与基体的结合强度，除取决于自熔合金粉末性能和喷焊工艺操作之 外、还与被喷焊工件表面处理是符合要求有直接关系，对于与喷焊工件的表面疲 劳层、渗碳层、氧化层、锈斑、油污等需预先清理。 处理方法有两种： 1.喷砂：对大工件材料进行表面处理，去除工件表面的锈蚀物、氧化皮等杂 污使基体露出自身金属光泽。 2.手工：用角向磨光机或电动磨头清理至露出基体金属本身光泽为宜。 一般推荐使用喷砂处理，喷砂处理机械化程度高，处理效果好，降低工人劳 动轻度，降低污染。 为保证焊层与基体有高的结合强度、并保证焊层本身的质量、对工件待喷面
Apparent Density(g/cm3) Flow Rate (sec / 50g) Hardness(OXY)
最 小 最 大 最 小 最 大 最 小最 大
Spec
Min
Max
Min
Max
Min
Max
4.20
17.0
55.0 62.0
测量值 Test Value
4.47
16.1
60.0
铸宇牌镍基合金粉末 Ni60AA 特性:
球阀加热至 1100℃以上重熔，直至出现清晰的“镜面反光”为止；
5) 保温缓冷：采用炉内或珍珠岩、石棉布覆盖保温，保证喷后球体缓慢冷
却，从而使焊层在重熔冷却过程中不产生裂纹等现象。
结合现场实际情况，我们对管线球阀面进行了氧乙炔喷焊增强球阀面的硬度
以及耐腐蚀性能，在工作过程中管线球阀一方面工况环境极度恶劣，其安装从北
预热好的工件、对待喷面应立即喷粉、并以较快的速度移动喷枪或工件，使 粉层覆盖整个待喷表面，以防止基体氧化。喷敷第一层粉末时，必须注意控制粉 层厚度、一般控制在 0.2mm（0.3-0.4）左右为宜，太薄在重熔时会出现“露底”、 太厚则可能重熔不透，造成假结合层、同时对边缘或边角处粉层应适当厚一些、 以免在重熔时拉开或起翅。 2.4 重熔
3.1 合金粉末的选择 球阀的主要失效形式是磨损和腐蚀，所以在喷焊时，一般采用耐磨性、抗腐 蚀性 和工艺性都较好的上海铸宇材料科技有限公司生产的 NiCrBSi 系（如 Ni60AA）合金粉末以及镍基包覆碳化钨系列粉末（如 Ni60WC）等。 1）Ni60AA 合金粉末是 Ni-Cr-B-Si 自熔合金粉末，粒度为 150-300 目，其 中 Cr 能溶解于 Ni 中形成稳定的固溶体，其固熔强化作用，提高合金高温抗氧化、
2
元素烧损，并是焊层硬度明显下降。因此必须避免在喷焊过程中对同一涂层进行 多次重熔的操作，以保证焊层厚度的质量和性能。 2.5 焊后保温
工件表面经喷焊操作形成焊层后，应保证焊层自高温重熔冷却到室温的过程 中不产生裂纹或脱落。因此针对不同的基体、粉末性能及工件形状尺寸等情况采 取合理的焊后保温制度是非常重要的工艺环节。
焊后保温方式多种多样，有炉内保温、珍珠盐保温、保温棉保温等工艺，具 体保温方式需根据工件的规格以及焊后性能要求来确定。 3.喷焊工艺应用实例
我们在球阀喷焊的实际应用中，喷焊粉末主要选择目前性价比比较高的上海 铸宇材料科技有限公司生产的合金粉末。
上海铸宇材料科技有限公司提供的合金粉均采用具有国际先进水平的气雾 化工艺生产，成分均匀、氧含量低，球型性好、规格齐全，因此粉末流动性好， 堆焊、喷焊送粉流畅稳定，不堵枪、不结珠、不占枪管，粉末质量达到国际先进 国内领先水平，赢得了国内外客户的高度赞誉。
极圈到赤道，从高山到海底，从高原到沙漠，其间穿过地震带、沼泽地、冻土层、
江河、湖泊和山坡，有的架设，有的直埋地下，在野外操作，维修困难，要求 30 年
5
使用寿命。 另一方面，长输管线一般输送的介质为原油和天然气，虽经处理但 介质含有硫化物、杂质及异物，且要求零级密封。因此，对管线球阀提出了严格 的技术要求。经过协商论证，决定采用氧乙炔喷焊工艺进行预保护，能达到降低 成本，提高寿命之目的。因此，实际加工过程如图 3-1 到 3-3 所示：
对喷焊工件进行预热，有两种方法：一种是炉内预热，这种方法效率高，预 热均匀，可以将较大工件热透，整体效果优良。另一种是火焰预热，预热时采用 中性焰、喷枪与工件距离 150-200mm，当工件升温到 150℃左右时，枪距可采用 100-150mm，这种方法只适用于较小工件，而且无法保证工件完全预热均匀和热 透。
氧乙炔火焰合金粉末喷焊工艺简介
1.氧乙炔火焰金属粉末喷焊工艺原理及特点 氧乙炔火焰合金粉末喷焊工艺是将合金粉末通过氧乙炔火焰加热至熔化或
达到高塑性状态后，喷射并沉积到处理过的工件表面，从而在金属基材表面获得 具有耐磨、耐蚀、抗氧化等特殊性能的焊层，其焊层硬度可从 HRC25-HRC65 自由 选择，焊层厚度也可在 0.15-3mm 内自由控制；焊层与工件基本呈分子间结合（结 合强度≧200MPa，通常结合强度为 300MPa）的一种热喷涂工艺。
预热是为了蒸发工件表面的水分并使集体有一定的预膨胀、提高粉末喷敷沉 积率、同时有助于焊层重熔时与基体的结合。预热温度取决于工件大小及基体的 抗氧化性能、一般较小或基体易氧化的工件采用 150-200℃预热。
工件预热的要求为保证工件完全热透且工件预热均匀，因此推荐适用炉内预 热，对工件进行预热。 2.3 喷粉
1
及其影响区内的水分、油污也必须清理干净。可用氧乙炔焰、喷灯等火焰对有油 污处进行烘烤。经表面处理的部位，应立即进行喷焊、避免因停留时间过长而是 工件表面重新沾污或氧化，影响焊层质量。
待喷工件表面经过处理，要求达到：清洁无污染、有一定的粗糙度（12.5-25）、 露出金属光泽（无锈蚀、无氧化皮）。 2.2 预热
高强钢）、400-500℃左右（马氏体不锈钢）；
3）喷粉：选用 SPH-E2000 型枪，参数为氧气 0.6MPa 乙炔 0.07MPa，乙炔气
流量 960L/h，压缩空气 0.2MPa，将球阀加热至 300℃,喷 Ni60AA 或 Ni60WC 合金
粉末；
4）重熔：选用 SCR-100 型重熔枪，氧气压 0.4MPa，乙炔压力 0.06MPa 将
最 小 最 大 最 小 最 大 最 小最 大
Spec
Min
Max
Min
Max
Min
Max
4.10
17.0
60.0 65.0
测量值 Test Value
4.45
15.55
63.0
3.2 喷焊工艺
3.2.1 二步法喷焊
1）表面预处理：喷砂，保证待喷表面洁净、粗糙度 12.5-25 之间、无氧化
锈蚀；
2）预热：利用炉内预热的方法将球阀整体均匀预热到 300℃左右（低合金
3.00
4.00
Spec 最大 Max 1.00 17.00 3.50 Bal
4.50
5.00 6.00
测 量值 Test Value
0.73 15.32 3.37 Bal
3.20 4.04 4.50
范围
松比
流动性
焊层硬度值(HRc)
Apparent Density(g/cm3) Flow Rate (sec / 50g) Hardness(OXY)
5 粉末粒度控制精准，沉积效率相对市场在售产品高 5-10%，粉末浪费少;
6 喷涂烟尘极低，安全环保。
2） Ni60WC 是一种 Ni 基包覆 WC 型、超硬自熔合金，由于硬度 HRC70 以上
WC 颗粒弥散分布在 Ni-Cr-B-Si 系自熔合金基体中，在 Ni60 系合金基础上，大
大提高了合金的耐磨粒磨损性能、而且市场在售类似合金不可超越的二步法喷焊
性能。成分见表 3-2。
表 3-2 铸宇牌 Ni60WC 合金粉末的化学成分及硬度
4
上海铸宇材料科技有限公司
Ni60WC
上海市嘉定区江桥镇虞姬墩路 505 号 409 室 电话/传真：021-69000220
化 学 成 分 (重量%)
C
Cr
B
Ni
Si
Fe
W
范 围 最小 Min 0.50 14.00 3.00
3
耐腐蚀、耐磨性能、增加合金硬度，同时由于该合金中含有 Ni2B 及 Ni3B、Cr7C3 等硬质相,合金硬度可达 HRC57 以上。成分见表 3-1。
表 3-1 铸宇牌 Ni60AA 合金粉的化学成分及硬度
上海铸宇材料科技有限公司
Ni60AA
上海市嘉定区江桥镇虞姬墩路 505 号 409 室 电话/传真：021-69000220
注意：自容合金粉末中 B、Si 元素含量的变化，对粉末性能有明显影响，实 验结果表明在喷焊过程中，对涂层进行多次重熔后，将引起焊层中 B、Si、C 等
1 气雾化工艺生产，为氧乙炔火焰喷焊工艺特别定制;
2 NiCrBSi 系自熔合金，氧含量低，自熔性好，镜面清晰，焊层光滑;
3 粉末纯度高，无任何杂质，组织致密、均匀，无气孔、夹渣、疏松、裂纹等
缺陷，晶粒度小、硬度高，从而保证合金耐磨、耐腐蚀性较市场常用品牌高
30%-100%；
4 粉末球形性好，送粉通畅、稳定;
铸 宇 牌镍基 合金粉 末主要 包含 Ni-B-Si 、 Ni-Cr-B-Si、Ni-Cr-B-Si-P 、 Ni-Cr-B-Si-Cu-Mo、Ni-Cr-B-Si-W、Ni-WC 等系列，它不但具有优良的耐腐蚀、 抗氧化性能，而且在 500℃以下具有优异的耐低应力磨粒磨损和粘着磨损性能 等。该粉末应用工艺广泛，主要有氧乙炔火焰喷焊、超音速火焰喷涂（HVOF 或 HAVF）、等离子对焊、等离子喷涂、激光溶覆、感应重熔、离心浇铸、3D 打印和 粉末冶金。主要应用在闸板、球阀球面、阀座、柱塞、螺杆、机筒、玻璃模具、 层流辊道、拉丝滚筒、拉丝塔轮、抽油杆、风机叶片、螺旋输送器、金刚石工具 等工件。
化 学 成 分 (重量%)
C
Cr
B
Ni
Si
Fe
范ห้องสมุดไป่ตู้围 最小 Min 0.60 14.00 2.50
4.00
Spec 最大 Max 1.00 17.00 3.50 Bal
4.50
5.00
测 量值 Test Value
0.80 15.57 3.19 Bal
4.02 4.48
范围
松比
流动性
焊层硬度值(HRc)
图 3-1 氧乙炔喷焊设备
图 3-2 球阀喷粉
图 3-3 球阀重熔
6
喷焊层的形成大致可以分为以下三个过程： 1).将待喷金属基材加热到一定温度； 2).将喷焊材料喷洒到金属基材表面上； 3).加热喷焊材料，使其熔化到基材表面上。 氧乙炔火焰喷焊按工艺的不同分为：一步法和二步法。一步法即边喷边熔， 此法要求操作者控制工件温度、送粉量、移动速度，做到三者协调，才能保证喷 焊层均匀熔透。因此，对工人的经验要求很高；二步法是先喷后熔，它的优点是 焊层平整、致密均匀、操作便于机械化控制。根据工件形状及大小特点，在重熔 操作时，可采用工件快速移动或慢速移动方法。 2.工艺路线的制定 以二步法为例：待喷表面处理-预热-喷粉-重熔-焊后保温-精加工-检验 2.1 待喷表面处理 喷焊层与基体的结合强度，除取决于自熔合金粉末性能和喷焊工艺操作之 外、还与被喷焊工件表面处理是符合要求有直接关系，对于与喷焊工件的表面疲 劳层、渗碳层、氧化层、锈斑、油污等需预先清理。 处理方法有两种： 1.喷砂：对大工件材料进行表面处理，去除工件表面的锈蚀物、氧化皮等杂 污使基体露出自身金属光泽。 2.手工：用角向磨光机或电动磨头清理至露出基体金属本身光泽为宜。 一般推荐使用喷砂处理，喷砂处理机械化程度高，处理效果好，降低工人劳 动轻度，降低污染。 为保证焊层与基体有高的结合强度、并保证焊层本身的质量、对工件待喷面
Apparent Density(g/cm3) Flow Rate (sec / 50g) Hardness(OXY)
最 小 最 大 最 小 最 大 最 小最 大
Spec
Min
Max
Min
Max
Min
Max
4.20
17.0
55.0 62.0
测量值 Test Value
4.47
16.1
60.0
铸宇牌镍基合金粉末 Ni60AA 特性:
球阀加热至 1100℃以上重熔，直至出现清晰的“镜面反光”为止；
5) 保温缓冷：采用炉内或珍珠岩、石棉布覆盖保温，保证喷后球体缓慢冷
却，从而使焊层在重熔冷却过程中不产生裂纹等现象。
结合现场实际情况，我们对管线球阀面进行了氧乙炔喷焊增强球阀面的硬度
以及耐腐蚀性能，在工作过程中管线球阀一方面工况环境极度恶劣，其安装从北
预热好的工件、对待喷面应立即喷粉、并以较快的速度移动喷枪或工件，使 粉层覆盖整个待喷表面，以防止基体氧化。喷敷第一层粉末时，必须注意控制粉 层厚度、一般控制在 0.2mm（0.3-0.4）左右为宜，太薄在重熔时会出现“露底”、 太厚则可能重熔不透，造成假结合层、同时对边缘或边角处粉层应适当厚一些、 以免在重熔时拉开或起翅。 2.4 重熔
3.1 合金粉末的选择 球阀的主要失效形式是磨损和腐蚀，所以在喷焊时，一般采用耐磨性、抗腐 蚀性 和工艺性都较好的上海铸宇材料科技有限公司生产的 NiCrBSi 系（如 Ni60AA）合金粉末以及镍基包覆碳化钨系列粉末（如 Ni60WC）等。 1）Ni60AA 合金粉末是 Ni-Cr-B-Si 自熔合金粉末，粒度为 150-300 目，其 中 Cr 能溶解于 Ni 中形成稳定的固溶体，其固熔强化作用，提高合金高温抗氧化、
2
元素烧损，并是焊层硬度明显下降。因此必须避免在喷焊过程中对同一涂层进行 多次重熔的操作，以保证焊层厚度的质量和性能。 2.5 焊后保温
工件表面经喷焊操作形成焊层后，应保证焊层自高温重熔冷却到室温的过程 中不产生裂纹或脱落。因此针对不同的基体、粉末性能及工件形状尺寸等情况采 取合理的焊后保温制度是非常重要的工艺环节。
焊后保温方式多种多样，有炉内保温、珍珠盐保温、保温棉保温等工艺，具 体保温方式需根据工件的规格以及焊后性能要求来确定。 3.喷焊工艺应用实例
我们在球阀喷焊的实际应用中，喷焊粉末主要选择目前性价比比较高的上海 铸宇材料科技有限公司生产的合金粉末。
上海铸宇材料科技有限公司提供的合金粉均采用具有国际先进水平的气雾 化工艺生产，成分均匀、氧含量低，球型性好、规格齐全，因此粉末流动性好， 堆焊、喷焊送粉流畅稳定，不堵枪、不结珠、不占枪管，粉末质量达到国际先进 国内领先水平，赢得了国内外客户的高度赞誉。
极圈到赤道，从高山到海底，从高原到沙漠，其间穿过地震带、沼泽地、冻土层、
江河、湖泊和山坡，有的架设，有的直埋地下，在野外操作，维修困难，要求 30 年
5
使用寿命。 另一方面，长输管线一般输送的介质为原油和天然气，虽经处理但 介质含有硫化物、杂质及异物，且要求零级密封。因此，对管线球阀提出了严格 的技术要求。经过协商论证，决定采用氧乙炔喷焊工艺进行预保护，能达到降低 成本，提高寿命之目的。因此，实际加工过程如图 3-1 到 3-3 所示：
对喷焊工件进行预热，有两种方法：一种是炉内预热，这种方法效率高，预 热均匀，可以将较大工件热透，整体效果优良。另一种是火焰预热，预热时采用 中性焰、喷枪与工件距离 150-200mm，当工件升温到 150℃左右时，枪距可采用 100-150mm，这种方法只适用于较小工件，而且无法保证工件完全预热均匀和热 透。
氧乙炔火焰合金粉末喷焊工艺简介
1.氧乙炔火焰金属粉末喷焊工艺原理及特点 氧乙炔火焰合金粉末喷焊工艺是将合金粉末通过氧乙炔火焰加热至熔化或
达到高塑性状态后，喷射并沉积到处理过的工件表面，从而在金属基材表面获得 具有耐磨、耐蚀、抗氧化等特殊性能的焊层，其焊层硬度可从 HRC25-HRC65 自由 选择，焊层厚度也可在 0.15-3mm 内自由控制；焊层与工件基本呈分子间结合（结 合强度≧200MPa，通常结合强度为 300MPa）的一种热喷涂工艺。
预热是为了蒸发工件表面的水分并使集体有一定的预膨胀、提高粉末喷敷沉 积率、同时有助于焊层重熔时与基体的结合。预热温度取决于工件大小及基体的 抗氧化性能、一般较小或基体易氧化的工件采用 150-200℃预热。
工件预热的要求为保证工件完全热透且工件预热均匀，因此推荐适用炉内预 热，对工件进行预热。 2.3 喷粉
1
及其影响区内的水分、油污也必须清理干净。可用氧乙炔焰、喷灯等火焰对有油 污处进行烘烤。经表面处理的部位，应立即进行喷焊、避免因停留时间过长而是 工件表面重新沾污或氧化，影响焊层质量。
待喷工件表面经过处理，要求达到：清洁无污染、有一定的粗糙度（12.5-25）、 露出金属光泽（无锈蚀、无氧化皮）。 2.2 预热
高强钢）、400-500℃左右（马氏体不锈钢）；
3）喷粉：选用 SPH-E2000 型枪，参数为氧气 0.6MPa 乙炔 0.07MPa，乙炔气
流量 960L/h，压缩空气 0.2MPa，将球阀加热至 300℃,喷 Ni60AA 或 Ni60WC 合金
粉末；
4）重熔：选用 SCR-100 型重熔枪，氧气压 0.4MPa，乙炔压力 0.06MPa 将
最 小 最 大 最 小 最 大 最 小最 大
Spec
Min
Max
Min
Max
Min
Max
4.10
17.0
60.0 65.0
测量值 Test Value
4.45
15.55
63.0
3.2 喷焊工艺
3.2.1 二步法喷焊
1）表面预处理：喷砂，保证待喷表面洁净、粗糙度 12.5-25 之间、无氧化
锈蚀；
2）预热：利用炉内预热的方法将球阀整体均匀预热到 300℃左右（低合金
3.00
4.00
Spec 最大 Max 1.00 17.00 3.50 Bal
4.50
5.00 6.00
测 量值 Test Value
0.73 15.32 3.37 Bal
3.20 4.04 4.50
范围
松比
流动性
焊层硬度值(HRc)
Apparent Density(g/cm3) Flow Rate (sec / 50g) Hardness(OXY)
5 粉末粒度控制精准，沉积效率相对市场在售产品高 5-10%，粉末浪费少;
6 喷涂烟尘极低，安全环保。
2） Ni60WC 是一种 Ni 基包覆 WC 型、超硬自熔合金，由于硬度 HRC70 以上
WC 颗粒弥散分布在 Ni-Cr-B-Si 系自熔合金基体中，在 Ni60 系合金基础上，大
大提高了合金的耐磨粒磨损性能、而且市场在售类似合金不可超越的二步法喷焊
性能。成分见表 3-2。
表 3-2 铸宇牌 Ni60WC 合金粉末的化学成分及硬度
4
上海铸宇材料科技有限公司
Ni60WC
上海市嘉定区江桥镇虞姬墩路 505 号 409 室 电话/传真：021-69000220
化 学 成 分 (重量%)
C
Cr
B
Ni
Si
Fe
W
范 围 最小 Min 0.50 14.00 3.00
3
耐腐蚀、耐磨性能、增加合金硬度，同时由于该合金中含有 Ni2B 及 Ni3B、Cr7C3 等硬质相,合金硬度可达 HRC57 以上。成分见表 3-1。
表 3-1 铸宇牌 Ni60AA 合金粉的化学成分及硬度
上海铸宇材料科技有限公司
Ni60AA
上海市嘉定区江桥镇虞姬墩路 505 号 409 室 电话/传真：021-69000220