第五章 堆焊与热喷涂技术
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表面堆焊
堆焊与喷涂技术1，堆焊是焊接的一个分支，是金属晶内结合的一种熔化焊接方法。
2热喷涂工艺是将熔融状态的喷涂材料，通过高速气流，使其雾化，喷射在被净化及粗化的零件表面上，形成喷涂层的一种表面加工方法。
3.磨料磨损当硬质颗粒或表面粗糙物体（称为磨料，如岩石、矿石、砂子、土壤、硬金属屑、砂布，砂轮）在压力的作用下，对金属表面进行显微切削，即产生了磨料磨损。
它是一种工件表面损伤中常见的磨损形式。
4.按应力状态不同，磨料磨损分为下列三种形式。
①凿削式磨料磨损②高应力磨料磨损③低应力磨料磨损。
5. 影响磨料磨损的主要因素如下。
1)材料类型基体组织对耐磨性的影响顺序是：铁索体、珠光体、贝氏体和马氏体逐次递增2)载荷3)滑动距离4)滑动速度5)磨料：形状大小材料的耐磨性不仅决定于材料的硬度Hm，且更主要的是决定于材料硬度Hm.和磨料硬度Ha的比值。
当Hm/Ha≤0. 5-0. 8对为硬磨料磨损，增加材料的硬度对耐磨性影响不大。
当Hm/Ha≥0. 5-0. 8时为软磨料磨损，增加材料的硬度Hm，便会迅速提高其耐磨性。
6)腐蚀环境和水汽作用6.高锰奥氏体钢堆焊合金含Mn约13%，含C 0. 7%-l_2%，属于奥氏体高锰钢。
堆焊金属组织为奥氏体，硬度仅200HB左右。
但是·当堆焊台金经受强烈冲击后，即转变为马氏体而使表面层硬化，硬度提高为450-500HB。
而硬化层以下仍为韧性很好的奥氏体组织。
因此，这类合金具有良好的抗冲击磨损性能，适用于堆焊承受强烈冲击的凿削式磨料磨损零件。
但对于受冲击作用很小的低应力磨料磨损，由于不能产生冲击加工硬化，所以耐磨性不高。
高锰钢耐腐蚀、耐热性都不好，不宜用于高温。
但耐低温性能好，冷至-45C还不会发生脆化。
7.碳化钨堆焊合金碳化钨由WC和W1C组成(一般含C 3. 5%～4,0%，含W 95% -96%)．有很高的硬度和熔点。
含C 3.8%的碳化鸨硬度达2 500HV，熔点接近Z600℃。
第五章-热喷涂技术PPT课件
18几种常用的热喷涂技术及常用表面工程技术的比较见表1等离子喷涂法火焰喷涂电弧喷涂法爆炸喷涂法熔粒速度ms4001502001500温度值12000300050004000典型涂层孔隙率11010151015典型结合强度mpa3070510102080100优点孔隙率低结合性好多用途基材温度低污设备简单工艺灵活成本低效率高污染低基材温度低孔隙率非常低结合性好基材温度低缺点成本较高孔隙率高结合性差对工件要预只应用于导电喷涂材料通常孔隙率较高成本高效率1953待喷涂表面的制备热喷涂的基本工艺流程图如图2所示工件表面制备201表面净化喷涂前首先须将待喷涂表面净化彻底清除附着在表面的油污油漆氧化物等显露出新鲜的金属表面
热喷涂的基本工艺流程图如图2所示
工件表面制备
喷
涂
表 表 表预
底
面面面
净 化
预 加 工
粗热 化
层
喷
喷后处理
涂
工
机封
作
械
层
加 工空
图2 热喷涂的基本工艺流程图
2021
19
1）表面净化
喷涂前，首先须将待喷涂表面净化，彻底清除附着在表面的油 污、油漆、氧化物等，显露出新鲜的金属表面。
2）表面预加工
表面预加工的主要目的是预留一定的喷涂层厚度。
镍合金中用作喷涂材料的主要为镍铬合金，这类合金具有非 常好的抗高温氧化性能，可在880℃高温下使用，是目前应用很 广的热阻材料。
2021
26
5） 钼
钼在喷涂中常作为结合底层材料使用，还可以用作摩擦表面的 减摩工作涂层，如活塞环、刹车片、铝合金气缸等。
6）碳钢和低合金钢
碳钢和低合金钢是广泛应用的电弧喷涂材料。它具有强度较高、 耐磨性好、价格低廉等特点。
热喷涂的基本工艺流程图如图2所示
工件表面制备
喷
涂
表 表 表预
底
面面面
净 化
预 加 工
粗热 化
层
喷
喷后处理
涂
工
机封
作
械
层
加 工空
图2 热喷涂的基本工艺流程图
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1）表面净化
喷涂前，首先须将待喷涂表面净化，彻底清除附着在表面的油 污、油漆、氧化物等，显露出新鲜的金属表面。
2）表面预加工
表面预加工的主要目的是预留一定的喷涂层厚度。
镍合金中用作喷涂材料的主要为镍铬合金，这类合金具有非 常好的抗高温氧化性能，可在880℃高温下使用，是目前应用很 广的热阻材料。
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5） 钼
钼在喷涂中常作为结合底层材料使用，还可以用作摩擦表面的 减摩工作涂层，如活塞环、刹车片、铝合金气缸等。
6）碳钢和低合金钢
碳钢和低合金钢是广泛应用的电弧喷涂材料。它具有强度较高、 耐磨性好、价格低廉等特点。
机电设备维修技术授课教案：热喷涂和喷焊修复法
①高速、高温的喷涂射流对人和设备都有伤害。
②喷涂粉尘有害健康，注意防尘、通风。
③喷涂噪音可能损坏听力，请使用耳罩。
④喷涂弧光的辐射有损视力，请戴护目镜。
7、发展趋势：
（1）大面积长效防护技术得到了广泛应用
（2）修复强化大型设备及进口零部件国产化
（3）超音速火焰喷涂技术的应用
（4）气体爆燃式喷涂技术进一步得到应用
（3）工艺简单，修复周期短，生产率高，成本低。
（4）能改善和提高零件表面的性能，如抗氧化性、导电性、绝缘性、隔热性
等。
（5）喷涂层的结合强度不高。
3、应用范围
（1）恢复磨损工件的尺寸，如机床主轴、曲轴、凸轮轴轴颈、电动机转子轴、
机床导轨和溜板等；
（2）修复铸件的砂眼、气孔等缺陷；
（3）在需要耐磨的部位，喷一层耐磨材料如磷青铜或铝青铜，以提高零件的
6、合拢固化
将粘接件的粘接表面紧密叠合在一起，并根据粘接剂的特性确定固化温度、压力和时间。
7、检验
对完全固化后的粘接件进行全面的检验，观察有无裂痕、气孔等现象。
8、加工
如有必要可对粘接后的工件进行机械加工，以满足使用要求。
六、粘接修复法的应用
磨损性机件的修复：直接填补法、粘加塑料板法、粘接剂喷涂法
断裂型机件的修复：注意粘接接头设计
（5）氧乙炔火焰塑料粉末喷涂技术发展迅速
（6）热喷涂技术在化工防腐工程中得到应用
（7）激光重熔技术开始应用
（8）在建筑装潢医疗卫生方面也得到了应用
8、喷涂喷焊的分类
根据热源不同，热喷涂技术可分：火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、电爆炸喷涂等。
热喷焊技术可分：火焰喷焊、等离子喷焊等。
喷涂喷焊材料可分：线状和粉末状。
②喷涂粉尘有害健康，注意防尘、通风。
③喷涂噪音可能损坏听力，请使用耳罩。
④喷涂弧光的辐射有损视力，请戴护目镜。
7、发展趋势：
（1）大面积长效防护技术得到了广泛应用
（2）修复强化大型设备及进口零部件国产化
（3）超音速火焰喷涂技术的应用
（4）气体爆燃式喷涂技术进一步得到应用
（3）工艺简单，修复周期短，生产率高，成本低。
（4）能改善和提高零件表面的性能，如抗氧化性、导电性、绝缘性、隔热性
等。
（5）喷涂层的结合强度不高。
3、应用范围
（1）恢复磨损工件的尺寸，如机床主轴、曲轴、凸轮轴轴颈、电动机转子轴、
机床导轨和溜板等；
（2）修复铸件的砂眼、气孔等缺陷；
（3）在需要耐磨的部位，喷一层耐磨材料如磷青铜或铝青铜，以提高零件的
6、合拢固化
将粘接件的粘接表面紧密叠合在一起，并根据粘接剂的特性确定固化温度、压力和时间。
7、检验
对完全固化后的粘接件进行全面的检验，观察有无裂痕、气孔等现象。
8、加工
如有必要可对粘接后的工件进行机械加工，以满足使用要求。
六、粘接修复法的应用
磨损性机件的修复：直接填补法、粘加塑料板法、粘接剂喷涂法
断裂型机件的修复：注意粘接接头设计
（5）氧乙炔火焰塑料粉末喷涂技术发展迅速
（6）热喷涂技术在化工防腐工程中得到应用
（7）激光重熔技术开始应用
（8）在建筑装潢医疗卫生方面也得到了应用
8、喷涂喷焊的分类
根据热源不同，热喷涂技术可分：火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、电爆炸喷涂等。
热喷焊技术可分：火焰喷焊、等离子喷焊等。
喷涂喷焊材料可分：线状和粉末状。
热喷涂喷焊与堆焊PPT课件
热喷涂喷焊与堆焊
4 涂层形成过程
（1） 喷涂材料被加热到熔融状态。 （2） 喷涂材料被雾化成微小熔滴并高速撞击基体表面，撞击 基体的颗粒动能越大和冲击变形越大，形成的涂层结合越好。 （3） 熔融的高速粒子在冲击基材表面后发生变形，冷凝后形 成涂层。
热喷涂喷焊与堆焊
在涂层粉末熔化过程中，将材料参数及有关变量，如 热导率、熔化温度等，统一纳入到加热条件及气流动力学 方程中，可得到以下不等式。
• 残余应力： 致密涂层 > 疏松涂层 • 涂层应力大小可通过调整工艺参数而部分控制，
但更有效的方法是采用梯度过渡层缓和涂层应力
热喷涂喷焊与堆焊
减少涂层残余应力措施： （1） 减小涂层厚度； （2） 调整喷涂工艺参数； （3）采用较疏松涂层； （4） 采用梯度过渡层缓和涂层内应力
热喷涂喷焊与堆焊
8 涂层的结合强度
缺点：孔隙将降低涂层的硬度、耐磨性和耐蚀性。优点： 但孔隙可以储存润滑剂，提高涂层的隔热性能，减小内应力 并因此增加涂层厚度，提高涂层抗热震性能，提高涂层的可 磨耗性能。
热喷涂喷焊与堆焊
6 热喷涂中的相变
相对基体来说，熔滴尺寸非常小，冷却速 度可达10∧6 K/s,冷却后会形成非晶态或亚稳相， 完全不同于同样材料在轧制态或铸态的组织结 构。
热喷涂喷焊与堆焊
➢ 涂层是由无数变形粒子互相交错堆叠 在一起，形成一层堆积而成的层状结构。 ➢ 涂层性能具有方向性，垂直和 平行涂层方向上的性能不一致。 ➢ 涂层中伴有氧化物等夹杂，存 在部分孔隙，孔隙率4％－20％。
热喷涂喷焊与堆焊
涂层内有一定比例的孔隙，产生原因是： (1) 未熔化颗粒的低冲击功能； （1） 喷涂角度不同造成的遮蔽效应； （2） 凝固收缩和应力释放效应
4 涂层形成过程
（1） 喷涂材料被加热到熔融状态。 （2） 喷涂材料被雾化成微小熔滴并高速撞击基体表面，撞击 基体的颗粒动能越大和冲击变形越大，形成的涂层结合越好。 （3） 熔融的高速粒子在冲击基材表面后发生变形，冷凝后形 成涂层。
热喷涂喷焊与堆焊
在涂层粉末熔化过程中，将材料参数及有关变量，如 热导率、熔化温度等，统一纳入到加热条件及气流动力学 方程中，可得到以下不等式。
• 残余应力： 致密涂层 > 疏松涂层 • 涂层应力大小可通过调整工艺参数而部分控制，
但更有效的方法是采用梯度过渡层缓和涂层应力
热喷涂喷焊与堆焊
减少涂层残余应力措施： （1） 减小涂层厚度； （2） 调整喷涂工艺参数； （3）采用较疏松涂层； （4） 采用梯度过渡层缓和涂层内应力
热喷涂喷焊与堆焊
8 涂层的结合强度
缺点：孔隙将降低涂层的硬度、耐磨性和耐蚀性。优点： 但孔隙可以储存润滑剂，提高涂层的隔热性能，减小内应力 并因此增加涂层厚度，提高涂层抗热震性能，提高涂层的可 磨耗性能。
热喷涂喷焊与堆焊
6 热喷涂中的相变
相对基体来说，熔滴尺寸非常小，冷却速 度可达10∧6 K/s,冷却后会形成非晶态或亚稳相， 完全不同于同样材料在轧制态或铸态的组织结 构。
热喷涂喷焊与堆焊
➢ 涂层是由无数变形粒子互相交错堆叠 在一起，形成一层堆积而成的层状结构。 ➢ 涂层性能具有方向性，垂直和 平行涂层方向上的性能不一致。 ➢ 涂层中伴有氧化物等夹杂，存 在部分孔隙，孔隙率4％－20％。
热喷涂喷焊与堆焊
涂层内有一定比例的孔隙，产生原因是： (1) 未熔化颗粒的低冲击功能； （1） 喷涂角度不同造成的遮蔽效应； （2） 凝固收缩和应力释放效应
热喷涂与堆焊
于涂层形成不产生龟裂有利于形成致密的，平整光 滑，结合强度高的涂层。
20
21
堆焊
❖ 堆焊是用焊接的方法，即利用火焰、电弧、 等离子弧等热源将堆焊材料熔化，靠自身重 力在工件表面堆覆成耐磨、耐蚀、耐热涂层 的工艺方法。
❖ 手工电弧堆焊是应用最广泛的堆焊方法。
22
❖ 为达到不同目的,堆焊可分为以下四种: a.包层堆焊。当焊件表面与腐蚀介质接触时,为使其 表面具有耐腐蚀性,而在碳钢或合金钢母材上堆焊一 定厚度的填充金属层。
喷
喷
涂
涂
5
火焰线材喷涂 ❖ 线材火焰喷涂法是最早发明的喷涂法。它是
把金属线以一定的速度送进喷枪里，使端部 在高温火焰中熔化，随即用压缩空气把其雾 化并吹走，沉积在预处理过的工件表面上。
6
7ห้องสมุดไป่ตู้
粉末火焰喷涂
❖ 粉末火焰喷涂法：它与丝材火焰喷涂的不同之处是 喷涂材料不是丝材而是粉末。
❖ 优点：火焰喷涂可喷涂金属，陶瓷，塑料等材料， 应用非常灵活，喷涂设备轻便简单，可移动，价格 低于其他喷涂设备，经济型好，是目前喷涂技术中 使用较广泛的一种方法。
18
19
热喷涂材料
❖ 热喷涂材料在热喷涂过程中要经历高温热源加热熔 化，在空气中或特定气氛中飞行，高速撞击工件表 面，冷却凝固形成涂层的过程，因此热喷涂材料具 有下列工艺性能：
❖ a 热稳定性好。 ❖ b 粉末材料应具有良好的流动性。 ❖ c 良好的 润湿性。 ❖ d 形成涂层的线膨胀系数应尽可能与基材相近，便
❖ 缺点：喷出的颗粒速度较小，火焰温度较低,涂层的 粘结强度及涂层本身的综合强度都比较低,且比其他 方法得到的气孔率都 大。
8
9
爆炸喷涂
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堆焊
❖ 堆焊是用焊接的方法，即利用火焰、电弧、 等离子弧等热源将堆焊材料熔化，靠自身重 力在工件表面堆覆成耐磨、耐蚀、耐热涂层 的工艺方法。
❖ 手工电弧堆焊是应用最广泛的堆焊方法。
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❖ 为达到不同目的,堆焊可分为以下四种: a.包层堆焊。当焊件表面与腐蚀介质接触时,为使其 表面具有耐腐蚀性,而在碳钢或合金钢母材上堆焊一 定厚度的填充金属层。
喷
喷
涂
涂
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火焰线材喷涂 ❖ 线材火焰喷涂法是最早发明的喷涂法。它是
把金属线以一定的速度送进喷枪里，使端部 在高温火焰中熔化，随即用压缩空气把其雾 化并吹走，沉积在预处理过的工件表面上。
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7ห้องสมุดไป่ตู้
粉末火焰喷涂
❖ 粉末火焰喷涂法：它与丝材火焰喷涂的不同之处是 喷涂材料不是丝材而是粉末。
❖ 优点：火焰喷涂可喷涂金属，陶瓷，塑料等材料， 应用非常灵活，喷涂设备轻便简单，可移动，价格 低于其他喷涂设备，经济型好，是目前喷涂技术中 使用较广泛的一种方法。
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热喷涂材料
❖ 热喷涂材料在热喷涂过程中要经历高温热源加热熔 化，在空气中或特定气氛中飞行，高速撞击工件表 面，冷却凝固形成涂层的过程，因此热喷涂材料具 有下列工艺性能：
❖ a 热稳定性好。 ❖ b 粉末材料应具有良好的流动性。 ❖ c 良好的 润湿性。 ❖ d 形成涂层的线膨胀系数应尽可能与基材相近，便
❖ 缺点：喷出的颗粒速度较小，火焰温度较低,涂层的 粘结强度及涂层本身的综合强度都比较低,且比其他 方法得到的气孔率都 大。
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爆炸喷涂
喷焊与堆焊技术-xin
3.3、堆焊技术的应用特性
1 结合强度高，抗冲击性能好；
2
成分和性能调节方便；
通过正确设计堆焊层的合金体系，可以获 得抗磨损、冲击、腐蚀、擦伤和气蚀等多 种性能的堆焊层，
3
堆焊层厚度大，2-30g/h; 双带极埋弧焊：68kg/h；
5 设备简单，与焊接设备通用；
6
热喷焊工艺中基材的变形比热喷涂大得多； 温度高，导致基材变形大。因此，对于 一些形状复杂、易热变形的零件，无法 使用热喷焊技术。
d)
热喷焊层的成分与喷焊材料的原始成分会有 一定差别；
•由于基体表面会少量熔化，并与喷焊材 料形成合金，导致成分差异。一般将基 材熔入喷焊层中的重量百分含量称为喷 焊层的稀释率。
3.1、堆焊层的形成和控制
１. 堆焊层的形成 １. 堆焊层的形成
由于堆焊材料与基材成分不同，必定会产生一层性 能和组织与基材和堆焊层都不相同的过渡层。该过 渡层如果是脆性的，将使性能恶化。
２. 相容性 ２. 相容性
取决于互溶性及是否产生脆性金属间化合物；还需 考虑两者之间的熔化温度、膨胀系数、热导率和比 电阻等物理相容性能的差异。(增加焊接应力，降低 结合质量)
1）喷焊材料需能够润湿基材； 2）必须与基材相容，即它们在液相和固 相下必须有一定的溶解度； 3）基材的熔点应高于喷焊材料的熔点， 否则易导致基材塌陷或损坏； 4）喷焊材料在凝固结晶过程中应不会产 生热裂纹，或使基材热影响区产生裂纹。
因此，热喷焊工艺只能适合于一些特定的金属材料（包括 基材和粉末）
C)
加热不均匀，薄壁、细长构件要注意变形。
3.4、堆焊工艺方法
各种焊接方法都可以用来进行堆焊.
常用堆焊的工艺方法可分为氧—乙炔焰堆 焊、手工电弧堆焊、钨极氩弧堆焊、熔化 极气体保护电弧堆焊、埋弧堆焊、等离子 弧堆焊和电渣堆焊等。 堆焊材料通常呈棒状、管状、带状，焊剂可以装在 管芯内或作为焊条药皮包覆在外层使用。
喷焊与堆焊技术
冷轧辊修 复堆焊
2 耐磨损、腐蚀堆焊
• 磨损和腐蚀是造成金属材料失效的主要因 素，为了提高金属工件表面耐磨性和耐蚀 性，以满足工作条件的要求，延长工件使 用寿命，可以在工件表面堆焊一层或几层 耐磨或耐蚀层。就是将工件的基体与表面 堆焊层选用具有不同性能的材料，制造出 双金属工件。由于只是工件表面层具有合 乎要求的耐磨、耐蚀等方面的特殊性能， 所以充分发挥了材料的作用与工作潜力， 而且节约了大量的贵重金属。
热喷焊工艺中基材的变形比热喷涂大得多； 温度高，导致基材变形大。因此，对于 一些形状复杂、易热变形的零件，无法 使用热喷焊技术。
d)
热喷焊层的成分与喷焊材料的原始成分会有 一定差别；
•由于基体表面会少量熔化，并与喷焊材 料形成合金，导致成分差异。一般将基 材熔入喷焊层中的重量百分含量称为喷 焊层的稀释率。
2.3、等离子喷焊
等离子喷焊技术是采用 等离子弧作为热源加热 基体，使其表面形成熔 池，同时将喷焊粉末材 料送入等离子弧中，粉 末在弧柱中得到预热， 呈熔化或半熔化状态， 被焰流喷射至熔池后， 充分熔化并排出气体和 熔渣，喷枪移开后合金 熔池凝固、形成喷焊层 的工艺过程。
● 喷涂用非转移弧（钨阴极、喷嘴铜阳极）；而喷焊 用的则是非转移弧和转移弧的联合弧（工件作阳极）。 转移弧对工件的加热能力比非转移弧强，是喷焊的主 弧。 ● 等离子喷焊的前、后处理与氧—乙炔火焰喷焊相 同。 ● 等离子喷焊的材料范围比较宽，可喷焊难熔材料。 粉末粒度与火焰喷焊的一样，但比热喷涂的要稍大一 些。
最小堆焊厚度 /mm 0.8 0.8 0.2 3.2 2.4 3.2 3.2 3.2 4.8 4.8 3.0 4.0
熔敷效率 （%） 100 100 85～95 65 98～100 90～95 80～85 95 95 95 95 95
6热喷涂、喷焊与堆焊技术
4. 热喷涂用复合材料(粉末、丝材)
（主要）为适应热喷涂工艺而制备的复合材料
表6-9
通过增强相增强涂层性能的复合材料
四、热喷涂技术的应用
1. 喷涂耐腐蚀涂层
普利茅斯海湾
热喷涂锌
跨海大桥
汽轮机转子
水轮机机座
2. 喷涂耐磨涂层
延长零件使用寿命、修复磨损失效的机械零件(再制造工程)。
水轮机叶片 球阀球体碳化钨喷涂层
3. 等离子喷涂工艺
特点：(高温低压等离子体)
(优点)焰流温度及速度高，喷涂材料适应面广，特别适合喷涂高熔点材料；涂层密 度及 结合强度高。 (缺点)热效率低、沉积效率较低，设备相对复杂、价格较贵，喷涂成本高。
等离子喷涂设备包括电源、电气控制系统、喷枪、气源和气路、 供粉系统、水冷系统等。
三、等离子喷焊
定义：
采用等离子弧作为热源加热基体，使其表面形成熔池，同时将喷 焊粉末材料送入等离子弧中，粉末在弧柱中得到预热，呈熔化或半 熔化状态，被焰流喷射至熔池后，充分熔化并排出气体和熔渣，喷 枪移开后合金熔池凝固，形成喷焊层的工艺过程。
(工件带电，联合弧)
(工件不带电，非转移弧)
非转移弧： 工作时首先引燃，再建立转移弧
二、堆焊工艺方法
各种焊接方法都可以用来进行堆焊。 常用堆焊工艺方法： 氧－乙炔焰堆焊 手工电弧堆焊 钨极氩弧堆焊 熔化极气体保护电弧堆焊 埋弧堆焊 等离子弧堆焊 电渣堆焊 堆焊材料通常为棒状、管状、带状。
等离子弧堆焊
稀释率、熔敷速度和堆焊层厚度是最重要的指标。
(在允许的稀释率水平下尽可能提高熔敷速度。)
涂层及基体材质广泛 基体温度低 操作灵活
焊接工艺的热喷涂技术要点
焊接工艺的热喷涂技术要点热喷涂技术是一种广泛应用于焊接工艺中的表面处理方法，它通过将熔融状态下的喷涂材料喷射到基材表面上，形成一层薄膜，以增强基材的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。
在焊接工艺中，热喷涂技术起到补强和保护焊接接头的作用，提高了焊接工艺的稳定性和可靠性。
本文将重点介绍焊接工艺中热喷涂技术的要点。
一、喷涂材料的选择热喷涂技术中常用的喷涂材料包括金属粉末、合金粉末、陶瓷粉末等。
在选择喷涂材料时，需考虑以下几个方面：1.1 基材材料和焊接工艺的要求：根据焊接接头的材料和工艺要求，选择与之匹配的喷涂材料。
例如，对于需要增加耐腐蚀性的焊接接头，可以选择耐腐蚀性较好的合金粉末进行喷涂。
1.2 喷涂性能：喷涂材料的颗粒形态、尺寸和堆积方式等特性会直接影响到喷涂膜层的质量和性能。
因此，在选择喷涂材料时，需考虑其流动性、覆盖率、附着力以及耐磨性等性能指标。
1.3 适应环境条件：根据焊接接头所处的环境条件，选择能够适应该条件下工作的喷涂材料。
例如，在高温环境下工作的焊接接头，需要选择能够耐高温的喷涂材料。
二、喷涂设备的选择热喷涂技术中使用的喷涂设备有火焰喷涂设备、等离子喷涂设备、弧喷涂设备等。
在选择喷涂设备时，需考虑以下几个方面：2.1 喷涂工艺要求：根据焊接工艺的要求，选择相应的喷涂设备。
例如，对于需要在复杂形状零件上进行喷涂的情况，可以选择对喷涂角度要求较高的等离子喷涂设备。
2.2 喷涂材料的类型：不同的喷涂设备适用于不同类型的喷涂材料。
在选择喷涂设备时，需考虑其与喷涂材料的相容性和适用性。
2.3 喷涂效果要求：根据所需的喷涂效果，选择合适的喷涂设备。
例如，对于需要获得较高喷涂厚度的情况，可以选择具有较高喷涂速度的火焰喷涂设备。
三、喷涂工艺的控制3.1 喷涂前的基材处理：在进行热喷涂之前，需要对基材进行必要的处理。
首先，清洁基材表面，去除表面的氧化物和污垢，以保证喷涂后的附着力。
其次，进行表面粗糙化处理，增加喷涂膜层与基材的结合力。
re 第六章 热喷涂、喷焊与堆焊技术
热喷焊技术：
分类： 氧-乙炔火焰喷焊 等离子喷焊 激光熔覆
喷焊的特点：
（1）涂层组织致密，缺陷少，与基体冶金结合，强 度结合是热喷涂的10倍，因此，可以涂敷几个毫米 厚，不会开裂，这样热喷焊可以用于修复表面磨损 的零件，或者用来强化表面。 （2）热喷焊时，存在一个涂层材料与基体匹配的问 题。因为和基体要达到冶金结合，真要炼合金，两 种材料必须能炼到一起去。实际就是涂层材料基体 材料必须能够液态和固态时能够有一定的溶解度。 另外，基体材料的熔点要高于涂层材料的熔点，通 常基体有少量熔化，但是不容许基体塌陷。从这些 条件来看，喷焊材料的选择范围比热喷涂小多了。
相对比较而言，粉末喷涂选材容易，因为制粉比制线材容易多了。 火焰喷涂适用于金属材料和塑料，因为焰流温度比较低（800-2电极之间产生的放电作为热源的。两根丝材接在直流电源 的正负极上，在离开导嘴后短接，产生电弧，电弧就会稳定的燃烧，不断熔 化喷涂材料，在压缩空气的作用下雾化，并喷涂在基体表面上。电弧喷涂比 火焰喷涂质量要好，涂层致密度高，结合强度高。但是只能用于导电的金属 线材。通常用来喷涂防腐的锌铝涂层。
η为喷焊层的稀释率，A为喷焊的金属质量，B为基 体熔化的质量。所以，稀释率不能大，否则涂层成 分会严重偏离你设计的成分。
二、热喷焊工艺
（1）氧-乙炔火焰喷焊 用氧-乙炔混合气体燃烧的火焰作为热源。设备就是喷 焊枪、气焊的那一套，气瓶，焊枪和普通气焊枪的区别 就是加了套送粉机构，一个粉斗，再加一个开关。
5．涂层的结合强度 热喷涂层的形成是液滴与基体撞击后变形与基体不平处咬 合在一起，后来的颗粒是一层层镶嵌在一起的，因此，结合属于 机械结合。结合力较低，只能达到母体材料的30%以下，最高能 达到70MPa. 6．热喷涂的技术特点 （1）可以制备各种材质的涂层 （2）基体温度低 基体温度在30-200℃，变形小。 （3）操作灵活 （4）涂层厚度范围广 几十个um到几个mm都能喷涂，另外效率高，成本低。 7. 热喷涂的工艺流程 基体表面预处理（清洗、粗化3.2-12.5um， 粘结底层，就是 选择容易喷涂的材料打底，然后再喷涂涂层材料，底层材料有NiAl Ni-Cr合金等）——热喷涂——封孔（就是用一些树脂类物质 把孔隙填充。提高抗腐蚀能力）——机加工。
第5章 热喷涂、喷焊与堆焊技术
原因
1）喷焊材料需能够润湿基材； 2）必须与基材相容，即它们在液相和固 相下必须有一定的溶解度； 3）基材的熔点应高于喷焊材料的熔点， 否则易导致基材塌陷或损坏； 4）喷焊材料在凝固结晶过程中应不会产 生热裂纹，或使基材热影响区产生裂纹。
因此，热喷焊工艺只能适合于一些特定的金属材料（包 括基材和粉末）
第一节：热喷涂技术
1.1、热喷涂技术原理与特点
1. 热喷涂原理
利用各种不同的热源，将欲喷涂的各种材料(如 金属、合金、陶瓷、塑料及其各类复合材料)加 热至熔化或熔融状态，借助气流高速雾化形成 “微粒雾流”沉积在已经预处理的工件表面形成 堆积状，与基体紧密结合形成喷涂层。 而将某些喷涂层进行重熔处理形成的冶金结 合特征的涂层称之为喷熔层或重熔层。
等离子喷涂设备
超音速喷涂设备
⑧ 激光喷涂
将从激光器发出的激光束 聚焦在喷枪喷嘴近旁，喷 涂粉末由压缩气体从喷嘴 喷出，由激光束加热熔化， 压缩气体将熔粒雾化、加 速，喷射到基材表面形成 涂层。
1.3、热喷涂涂层材料
热喷涂工艺对涂层材料的基本要求
1
涂层材料必须满足设计特性；
被喷涂的材料必须满足对热喷涂涂层使用 功能特性的基本要求，如耐磨、耐蚀、耐 高温、抗氧化、可磨耗密封、自润滑、热 辐射、导电、绝缘及超导等。
“抛锚作用”：即最先形成的薄片状颗粒与基体 表面凹凸不平处产生机械咬合，随后依照次序堆 叠镶嵌，形成以机械结合为主的喷涂层；此外基 体表面局部瞬时高温，导致涂层材料与基体之间 发生局部扩散和焊合，形成冶金结合。
机械结合为主的结合机理决定了热喷涂涂层 的结合强度比较差，只相当于其母体材料的5 ％—30%。最高也只能达到70MPa。
6
加热不均匀，薄壁、细长构件要注意变形。
1）喷焊材料需能够润湿基材； 2）必须与基材相容，即它们在液相和固 相下必须有一定的溶解度； 3）基材的熔点应高于喷焊材料的熔点， 否则易导致基材塌陷或损坏； 4）喷焊材料在凝固结晶过程中应不会产 生热裂纹，或使基材热影响区产生裂纹。
因此，热喷焊工艺只能适合于一些特定的金属材料（包 括基材和粉末）
第一节：热喷涂技术
1.1、热喷涂技术原理与特点
1. 热喷涂原理
利用各种不同的热源，将欲喷涂的各种材料(如 金属、合金、陶瓷、塑料及其各类复合材料)加 热至熔化或熔融状态，借助气流高速雾化形成 “微粒雾流”沉积在已经预处理的工件表面形成 堆积状，与基体紧密结合形成喷涂层。 而将某些喷涂层进行重熔处理形成的冶金结 合特征的涂层称之为喷熔层或重熔层。
等离子喷涂设备
超音速喷涂设备
⑧ 激光喷涂
将从激光器发出的激光束 聚焦在喷枪喷嘴近旁，喷 涂粉末由压缩气体从喷嘴 喷出，由激光束加热熔化， 压缩气体将熔粒雾化、加 速，喷射到基材表面形成 涂层。
1.3、热喷涂涂层材料
热喷涂工艺对涂层材料的基本要求
1
涂层材料必须满足设计特性；
被喷涂的材料必须满足对热喷涂涂层使用 功能特性的基本要求，如耐磨、耐蚀、耐 高温、抗氧化、可磨耗密封、自润滑、热 辐射、导电、绝缘及超导等。
“抛锚作用”：即最先形成的薄片状颗粒与基体 表面凹凸不平处产生机械咬合，随后依照次序堆 叠镶嵌，形成以机械结合为主的喷涂层；此外基 体表面局部瞬时高温，导致涂层材料与基体之间 发生局部扩散和焊合，形成冶金结合。
机械结合为主的结合机理决定了热喷涂涂层 的结合强度比较差，只相当于其母体材料的5 ％—30%。最高也只能达到70MPa。
6
加热不均匀，薄壁、细长构件要注意变形。
05-教案-表面技术概论-堆焊-2
授课学时：2学时
非转移（等离子喷涂用）转移联合型
堆焊：是用焊接的方法，即利用火焰、电弧、等离子弧等热源将堆焊材料熔化，在工件表面堆焊成耐磨、耐蚀、耐热涂层的工艺方法。
恢复工件尺寸
抗磨损
抗腐蚀堆焊
）恢复工件尺寸堆焊
由于磨损或加工失误造成工件尺寸不足，用堆焊方法修
焊缝的结晶组织
）一次结晶近似与铸锭的结晶组织
）二次结晶所得组织符合一般固体相变规律
熔合区中的结晶过渡层
因是异种材料焊接，在熔合区的焊缝边界上就会产生化学成分介于基体和焊缝之间的过渡层。
比如：在珠光体钢基体上堆焊马氏体钢时，产生过渡层常是硬度很高的脆性马氏体。
扩散过渡层的产生
因合金元素扩散所形成的过渡层称为扩散过渡层。
扩散速度取决于温度、接触时间、浓度梯度、和原子的迁移。
第五章堆焊与热喷涂技术
4.5～11.3 11.3～27.2 11.3～15.9 12～36 22～68 0.5～5.8 0.5～3.6 0.5～3.6～13～ 27 15～75
3.2 3.2
3.2 4.8 4.8 3.0 4.0 0.8 2.4 2.4 2.4 15
90～95 80～85
95 95 95 95 95 85～95 98～100 98～100 98～100 95～100
金属表面堆焊的特点
• 1.堆焊的目的是用于表面改质，因此，堆焊材料 与基体往往差别很大，因而具有异种金属焊接的 特点。 • 2.与整个机件相比，堆焊层仍是很薄的一层，因 此，其本身对整体强度的贡献，不像通常焊缝那 样严格，只要能承受表面耐磨等要求即可。堆焊 层与基体的结合力，也无很高要求，一般冶金结 合即可满足，但是必须保证工艺过程中对基体的 强度不损害，或者损害可控制在允许限度之内。
氧-乙炔堆焊
氧－乙炔火焰温度较低（3050～3100℃），火焰加热面 积大，可获得较低的稀释率（1﹪～10﹪），堆焊层厚度 较小，可在1㎜左右。氧-乙炔火焰尤其适用于堆焊碳化钨 管状焊丝，这种合金要求在堆焊时WC颗粒不熔化，这样 才能最好地发挥WC的耐磨性。 • (1)焊前清除工件表面上的油、锈。 • (2)将工件放平防止铁水流出。 • (3)用碳化焰将工件表面加热至半熔化温度，即呈现＂出 汗＂状态，此时添入堆焊材料进行堆焊。注意堆焊时不要 使母材完全熔化形成熔池。 • (4)堆焊时，焊丝和熔化区应处于还原焰的保护中，不得将 火焰急速移开，以防止堆焊金属氧化。 • (5)单层堆焊一般在2～3㎜厚，厚度不够时可用多层堆焊， 必要时可用火焰重熔堆焊层，以消除堆焊缺陷。
10．高铬合金铸铁：性能特点是含碳1.5%～4.5%,铬22%～ 32%,加入Si、Mn、Ni、Mo、B等合金。用于抗低应力和高 硬度磨料磨料腐损场合。 11. 碳化钨合金：性能特点是含WC45%以上,粒状WC在堆 焊中应避免熔化,达到最佳抗磨损性能.基体可以是铁基,镍基 或钴基。 12. 钴基合金：性能特点是含钴30%～70%，Cr25～33， W3%～25%，钴基合金具有最佳综合性能。主要用于重要 的耐高温、冲击、热疲劳、搞磨损的工件。 13. 镍基合金：性能特点是Ni-Cr-B-Si堆焊合金堆焊时,湿润 性好,流动性好,堆焊金属硬度HRC50～60。用于抗磨损堆焊； Ni-Cr-Mo-W具有抗强硫腐蚀能力，用于防腐堆焊 14. 铝基合金铝青铜、锡青铜、硅青铜、黄铜、白铜、紫铜 等
3.2 3.2
3.2 4.8 4.8 3.0 4.0 0.8 2.4 2.4 2.4 15
90～95 80～85
95 95 95 95 95 85～95 98～100 98～100 98～100 95～100
金属表面堆焊的特点
• 1.堆焊的目的是用于表面改质，因此，堆焊材料 与基体往往差别很大，因而具有异种金属焊接的 特点。 • 2.与整个机件相比，堆焊层仍是很薄的一层，因 此，其本身对整体强度的贡献，不像通常焊缝那 样严格，只要能承受表面耐磨等要求即可。堆焊 层与基体的结合力，也无很高要求，一般冶金结 合即可满足，但是必须保证工艺过程中对基体的 强度不损害，或者损害可控制在允许限度之内。
氧-乙炔堆焊
氧－乙炔火焰温度较低（3050～3100℃），火焰加热面 积大，可获得较低的稀释率（1﹪～10﹪），堆焊层厚度 较小，可在1㎜左右。氧-乙炔火焰尤其适用于堆焊碳化钨 管状焊丝，这种合金要求在堆焊时WC颗粒不熔化，这样 才能最好地发挥WC的耐磨性。 • (1)焊前清除工件表面上的油、锈。 • (2)将工件放平防止铁水流出。 • (3)用碳化焰将工件表面加热至半熔化温度，即呈现＂出 汗＂状态，此时添入堆焊材料进行堆焊。注意堆焊时不要 使母材完全熔化形成熔池。 • (4)堆焊时，焊丝和熔化区应处于还原焰的保护中，不得将 火焰急速移开，以防止堆焊金属氧化。 • (5)单层堆焊一般在2～3㎜厚，厚度不够时可用多层堆焊， 必要时可用火焰重熔堆焊层，以消除堆焊缺陷。
10．高铬合金铸铁：性能特点是含碳1.5%～4.5%,铬22%～ 32%,加入Si、Mn、Ni、Mo、B等合金。用于抗低应力和高 硬度磨料磨料腐损场合。 11. 碳化钨合金：性能特点是含WC45%以上,粒状WC在堆 焊中应避免熔化,达到最佳抗磨损性能.基体可以是铁基,镍基 或钴基。 12. 钴基合金：性能特点是含钴30%～70%，Cr25～33， W3%～25%，钴基合金具有最佳综合性能。主要用于重要 的耐高温、冲击、热疲劳、搞磨损的工件。 13. 镍基合金：性能特点是Ni-Cr-B-Si堆焊合金堆焊时,湿润 性好,流动性好,堆焊金属硬度HRC50～60。用于抗磨损堆焊； Ni-Cr-Mo-W具有抗强硫腐蚀能力，用于防腐堆焊 14. 铝基合金铝青铜、锡青铜、硅青铜、黄铜、白铜、紫铜 等
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过渡区段 。焊缝完全冷却以后，熔合区一部分由基体金 属组成，另一部分由焊缝金属组成。
2．熔合区的结构特点 两种金属尽管合金化特性彼此差别很大，但只要它们
的晶格相同，基体金属与焊缝金属的熔合区就有相容性。
对于组织类型不同的钢，熔合区的形成过程就比较复杂。 根据结晶方向和尺寸相适应的规律，被焊金属晶格的周期 彼此相差不超过9﹪才会产生共同的结晶。这时在熔合区 内就出现从一种晶格过渡到另一种晶格的单原子层，此过 渡层总是受到一定的应力。
（2）堆焊层金属的成分和性能调节方便，一般常用 的手工电弧焊堆焊条或药芯焊丝调节配方很方便， 可以设计出各种合金体系，以适应不同的工况条件。
（3）堆焊层厚度较大，一般堆焊层厚度可在2～3㎜ 内调节，更适合于严重磨损的工况条件。
（4）堆焊方法具有高的性能价格比，当工件的基体 采用普通材料制造，表面采用高合金堆焊层时，不 仅降低了制造成本，而且还节约许多贵重金属。
编辑ppt
4
• 3.要保证堆焊层自身的高性能，要求尽可能 低的稀释率。
• 4.堆焊用于强化某些表面，因而希望焊层尽 可能平整均匀。这要求堆焊材料与基体应 有尽可能好的润湿性和尽可能好的流平性。
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5
堆焊方法较其它表面处理方法的优点
（1）堆焊层与基体金属的结合为冶金结合，结合强 度高，抗冲击性能好。
13
10．高铬合金铸铁：性能特点是含碳1.5%～4.5%,铬22%～ 32%,加入Si、Mn、Ni、Mo、B等合金。用于抗低应力和高 硬度磨料磨料腐损场合。
11. 碳化钨合金：性能特点是含WC45%以上,粒状WC在堆 焊中应避免熔化,达到最佳抗磨损性能.基体可以是铁基,镍基 或钴基。
12. 钴基合金：性能特点是含钴30%～70%，Cr25～33， W3%～25%，钴基合金具有最佳综合性能。主要用于重要 的耐高温、冲击、热疲劳、搞磨损的工件。
8. 高速钢：性能特点是含碳量0.7～1.0﹪左右，Cr 3.8～
4.5﹪；W17～19﹪、V1.0～1.5﹪为主要合金元素，用于刀
具修复堆焊。
9. 马氏体合金铸铁：性能特点是含碳量2%～4%,以白口铸铁
为基,加入W、Cr、Mo、Mn、Ni等元素。合金总量15%～
20%。用于低应力磨料磨损的编辑场pp合t 。
2. 中碳低合金钢：性能特点是含碳量0.3﹪～0.6﹪，合金 元素总量少于5﹪，Cr、Mn、Mo、Si为主，抗压强度高，适 合于受中等冲击的磨损零件。
3. 高碳低合金钢：性能特点是含碳量0.7﹪～1.0﹪，合金 总量约5﹪，Mn、Cr、Si为主。硬度较高，用于不受冲击或 弱冲击的低应力磨料磨损零件，如推土机铲刃等。
属间磨损。
6. 奥氏体高锰钢和铬锰钢：性能特点是Mn含量大于12﹪，
铬锰钢有较好的耐腐蚀性，Mn13可以冲击相变。用于严重
冲击条件下的零件，如矿石铲斗、碎石机等。
7. 奥氏体镍铬钢：性能特点是在Cr18Ni8基础上，加入S、
Mo、V、Mn、W等元素，提高耐腐蚀及耐热性能。用于阀门、
阀座、石油化工工业中的反应器、容器等防腐或耐热堆焊。
编辑ppt
6
堆焊的应用
1）恢复工件尺寸 2）抗磨损 3）抗腐蚀堆焊
高铬铸铁堆焊焊条
钴基D842焊条
编辑ppt
7
电火花沉积堆焊冷焊机
编辑ppt
8
辊压机耐磨堆焊材料
编辑ppt
普通锰型堆焊焊条
9
二、 异种金属熔焊（堆焊）理论
一、熔合区的形成与结构
1. 熔合区 所谓熔合区一般包括熔合线和具有结晶层与扩散层的
13. 镍基合金：性能特点是Ni-Cr-B-Si堆焊合金堆焊时,湿润 性好,流动性好,堆焊金属硬度HRC50～60。用于抗磨损堆焊； Ni-Cr-Mo-W具有抗强硫腐蚀能力，用于防腐堆焊 14. 铝基合金铝青铜、锡青铜、硅青铜、黄铜、白铜、紫铜 等
第五章 堆焊及热喷涂技术
5.1 堆焊技术 5.2 热喷涂技术
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1
5.1 堆焊技术
一 概述
堆焊：是借用焊接的手段对金属材料表面进行厚膜改质。 对本来是用一般材料制成的零件，通过堆焊一层高合金， 可使其性能得到明显的改善或提高。堆焊也是修复的方法
编辑ppt
2
堆焊是一种熔焊工艺 ，堆焊就其物理本质和冶金过程 而言，具有焊接的一般规律，原则上已有的熔焊方法都可 以用于堆焊。
• 当基体金属与堆焊金属的成分相差很大时，在焊缝金属熔 合线附近，会形成一个成分变化不定的区域，即扩散过渡 层。
• 熔合区内形成扩散过渡层 ,在钢中这种扩散运动能力最强 的是碳 。
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11
三 堆焊合金的类型及性能
堆焊合金的类型
1.低碳低合金钢: 性能特点是含碳量小于0.3﹪，合金元素 总量少于5﹪，Mn、Cr、Si为主，冲击韧性好，易于机械加 工，用于金属间磨损的零件，如轴类、齿轮等。
堆焊技术的进步是希望采用的堆焊方法有较小的母材 稀释、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能，即优质、高 效、低稀释率的堆焊技术。
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3
金属表面堆焊的特点
• 1.堆焊的目的是用于表面改质，因此，堆焊材料 与基体往往差别很大，因而具有异种金属焊接的 特点。
• 2.与整个机件相比，堆焊层仍是很薄的一层，因 此，其本身对整体强度的贡献，不像通常焊缝那 样严格，只要能承受表面耐磨等要求即可。堆焊 层与基体的结合力，也无很高要求，一般冶金结 合即可满足，但是必须保证工艺过程中对基体的 强度不损害，或者损害可控制在允许限度之内。
4. 铬-钼、铬-钨热稳定钢：性能特点是含碳量0.5﹪左右， Cr、W、Mo、V为主要合金元素，红硬性好，高温耐磨性好， 用于热模具堆焊。
编辑ppt
12
5. 高铬钢：性能特点是Cr13系，含碳0.1﹪～0.4﹪，Cr12系，
含碳0.9﹪～1.5﹪，含Cr大来自12﹪。组织为马氏体＋铁素体。
有良好的耐磨及耐腐蚀性，用于有腐蚀介质的磨料磨损或金
一般说来,用手工电弧焊时，过渡层的平均厚度约为 0.4～0.6㎜,而用埋弧时,约为0.25～0.5㎜。
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10
扩散过渡层
• 在堆焊过程中,固态基体金属和液态金属互相作用必定会 引起熔合区内某种程度的异扩散。异扩散速度的大小取决 于温度、接触时间、浓度梯度和原子的迁移率。异扩散形 成的扩散过渡层往往会损害焊层的性能。
2．熔合区的结构特点 两种金属尽管合金化特性彼此差别很大，但只要它们
的晶格相同，基体金属与焊缝金属的熔合区就有相容性。
对于组织类型不同的钢，熔合区的形成过程就比较复杂。 根据结晶方向和尺寸相适应的规律，被焊金属晶格的周期 彼此相差不超过9﹪才会产生共同的结晶。这时在熔合区 内就出现从一种晶格过渡到另一种晶格的单原子层，此过 渡层总是受到一定的应力。
（2）堆焊层金属的成分和性能调节方便，一般常用 的手工电弧焊堆焊条或药芯焊丝调节配方很方便， 可以设计出各种合金体系，以适应不同的工况条件。
（3）堆焊层厚度较大，一般堆焊层厚度可在2～3㎜ 内调节，更适合于严重磨损的工况条件。
（4）堆焊方法具有高的性能价格比，当工件的基体 采用普通材料制造，表面采用高合金堆焊层时，不 仅降低了制造成本，而且还节约许多贵重金属。
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• 3.要保证堆焊层自身的高性能，要求尽可能 低的稀释率。
• 4.堆焊用于强化某些表面，因而希望焊层尽 可能平整均匀。这要求堆焊材料与基体应 有尽可能好的润湿性和尽可能好的流平性。
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堆焊方法较其它表面处理方法的优点
（1）堆焊层与基体金属的结合为冶金结合，结合强 度高，抗冲击性能好。
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10．高铬合金铸铁：性能特点是含碳1.5%～4.5%,铬22%～ 32%,加入Si、Mn、Ni、Mo、B等合金。用于抗低应力和高 硬度磨料磨料腐损场合。
11. 碳化钨合金：性能特点是含WC45%以上,粒状WC在堆 焊中应避免熔化,达到最佳抗磨损性能.基体可以是铁基,镍基 或钴基。
12. 钴基合金：性能特点是含钴30%～70%，Cr25～33， W3%～25%，钴基合金具有最佳综合性能。主要用于重要 的耐高温、冲击、热疲劳、搞磨损的工件。
8. 高速钢：性能特点是含碳量0.7～1.0﹪左右，Cr 3.8～
4.5﹪；W17～19﹪、V1.0～1.5﹪为主要合金元素，用于刀
具修复堆焊。
9. 马氏体合金铸铁：性能特点是含碳量2%～4%,以白口铸铁
为基,加入W、Cr、Mo、Mn、Ni等元素。合金总量15%～
20%。用于低应力磨料磨损的编辑场pp合t 。
2. 中碳低合金钢：性能特点是含碳量0.3﹪～0.6﹪，合金 元素总量少于5﹪，Cr、Mn、Mo、Si为主，抗压强度高，适 合于受中等冲击的磨损零件。
3. 高碳低合金钢：性能特点是含碳量0.7﹪～1.0﹪，合金 总量约5﹪，Mn、Cr、Si为主。硬度较高，用于不受冲击或 弱冲击的低应力磨料磨损零件，如推土机铲刃等。
属间磨损。
6. 奥氏体高锰钢和铬锰钢：性能特点是Mn含量大于12﹪，
铬锰钢有较好的耐腐蚀性，Mn13可以冲击相变。用于严重
冲击条件下的零件，如矿石铲斗、碎石机等。
7. 奥氏体镍铬钢：性能特点是在Cr18Ni8基础上，加入S、
Mo、V、Mn、W等元素，提高耐腐蚀及耐热性能。用于阀门、
阀座、石油化工工业中的反应器、容器等防腐或耐热堆焊。
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6
堆焊的应用
1）恢复工件尺寸 2）抗磨损 3）抗腐蚀堆焊
高铬铸铁堆焊焊条
钴基D842焊条
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7
电火花沉积堆焊冷焊机
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8
辊压机耐磨堆焊材料
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普通锰型堆焊焊条
9
二、 异种金属熔焊（堆焊）理论
一、熔合区的形成与结构
1. 熔合区 所谓熔合区一般包括熔合线和具有结晶层与扩散层的
13. 镍基合金：性能特点是Ni-Cr-B-Si堆焊合金堆焊时,湿润 性好,流动性好,堆焊金属硬度HRC50～60。用于抗磨损堆焊； Ni-Cr-Mo-W具有抗强硫腐蚀能力，用于防腐堆焊 14. 铝基合金铝青铜、锡青铜、硅青铜、黄铜、白铜、紫铜 等
第五章 堆焊及热喷涂技术
5.1 堆焊技术 5.2 热喷涂技术
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1
5.1 堆焊技术
一 概述
堆焊：是借用焊接的手段对金属材料表面进行厚膜改质。 对本来是用一般材料制成的零件，通过堆焊一层高合金， 可使其性能得到明显的改善或提高。堆焊也是修复的方法
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2
堆焊是一种熔焊工艺 ，堆焊就其物理本质和冶金过程 而言，具有焊接的一般规律，原则上已有的熔焊方法都可 以用于堆焊。
• 当基体金属与堆焊金属的成分相差很大时，在焊缝金属熔 合线附近，会形成一个成分变化不定的区域，即扩散过渡 层。
• 熔合区内形成扩散过渡层 ,在钢中这种扩散运动能力最强 的是碳 。
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三 堆焊合金的类型及性能
堆焊合金的类型
1.低碳低合金钢: 性能特点是含碳量小于0.3﹪，合金元素 总量少于5﹪，Mn、Cr、Si为主，冲击韧性好，易于机械加 工，用于金属间磨损的零件，如轴类、齿轮等。
堆焊技术的进步是希望采用的堆焊方法有较小的母材 稀释、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能，即优质、高 效、低稀释率的堆焊技术。
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3
金属表面堆焊的特点
• 1.堆焊的目的是用于表面改质，因此，堆焊材料 与基体往往差别很大，因而具有异种金属焊接的 特点。
• 2.与整个机件相比，堆焊层仍是很薄的一层，因 此，其本身对整体强度的贡献，不像通常焊缝那 样严格，只要能承受表面耐磨等要求即可。堆焊 层与基体的结合力，也无很高要求，一般冶金结 合即可满足，但是必须保证工艺过程中对基体的 强度不损害，或者损害可控制在允许限度之内。
4. 铬-钼、铬-钨热稳定钢：性能特点是含碳量0.5﹪左右， Cr、W、Mo、V为主要合金元素，红硬性好，高温耐磨性好， 用于热模具堆焊。
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12
5. 高铬钢：性能特点是Cr13系，含碳0.1﹪～0.4﹪，Cr12系，
含碳0.9﹪～1.5﹪，含Cr大来自12﹪。组织为马氏体＋铁素体。
有良好的耐磨及耐腐蚀性，用于有腐蚀介质的磨料磨损或金
一般说来,用手工电弧焊时，过渡层的平均厚度约为 0.4～0.6㎜,而用埋弧时,约为0.25～0.5㎜。
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10
扩散过渡层
• 在堆焊过程中,固态基体金属和液态金属互相作用必定会 引起熔合区内某种程度的异扩散。异扩散速度的大小取决 于温度、接触时间、浓度梯度和原子的迁移率。异扩散形 成的扩散过渡层往往会损害焊层的性能。