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℃。

在电弧堆焊时，会使原始碳化钨颗粒大部分熔化，焙敷金属中重新析出硬度仅l 200HV左右的含钨复合碳化钨，导致耐磨性下降。

这类合金脆性大，容易产生裂纹，对结构复杂的零件虚进行预热。

8.堆焊合金的选用原则
(l)满足零件在工作条件下使用的性能要求(2)具有良好的焊接性(3)堆焊的经济性
9.堆焊层数
堆焊层数是以保证堆焊层高度满足设计要求为前提。

对于较大构件时需要堆焊多层。

堆焊第一层时，为减小基体熔深，一般采用小电流；或者堆焊电流不变，提高堆焊速度，同样可以达到减小熔深的目的。

堆焊最后一层时，要注意焊道的成形和平整度，以满足堆焊后机械加工的尺寸要求。

10.手工电弧堆焊常见的缺陷有气孔、裂纹、夹碴等。

这些缺陷产生的原因及预防方法如下。

1)气孔
①基体的影响其原因是：在电弧冶金化学反应中，这些缺陷含有水或水蒸气，而且不能全部逸出，残留在焊层中形成气孔。

预防措施是：一定要清除堆焊基体表面的缺陷。

②焊条的影响预防措施是：焊条在使用前应严格按照说明书中的烘干温度和时间进行烘干
处理，烘干后不得放置时间过长，最好放在保温筒内，随用随取。

③工艺参数的影响预防措施是；堆焊时，工艺要保持稳定，对于低氢型焊条要尽量采用短弧焊；并注意观察熔池，合理调整运条基本动作，以利于气体逸出和防止外部气体侵入。

2)裂纹
同气孔产生的原因一样，，在焊后冷却过程中，由收缩力而引起的应变超过焊层材料本身的抗拉强度面产生裂纹。

措施：严格执行工艺评定后得出的预热、缓冷工艺进行操作。

堆焊时在熄弧处要逐渐填满弧坑，慢慢拉断电弧，必要时将熄弧处移出焊道。

3)夹渣和未焊透主要是由工艺参数不稳定和操作不当所引起的。

措施：应及时停止操作，查找原因，排除故障后再进行堆焊。

对熔渣较厚的焊条堆焊时，应注意操作手法，以利熔渣的浮出．从而防止夹渣和来焊透。

4)焊道成形不良这类缺陷主要是操作不当所致。

堆焊操作时应注意控制熔池形状．防止流淌，特别是堆焊最后层要注意焊道的平整度。

11.氧乙炔火焰的分类和性质氧乙炔火焰可分为中性焰、碳化焰（也称还原焰）和氧化焰1）中性焰：氧与乙炔的体积比(O2：C2H2)为1：(l-l.1)时，被完全燃烧
焰心：C2H2+O2___2CO+H2 C2H2____2C+H2
外焰：4CO+2H2+3O2___4CO2+2H2O
2）碳化焰（也称还原焰）氧与乙炔的体积比(O2：C2H2)小于1
3）氧化焰氧与乙炔的体积比(O2：C2H2)大于1.1
12.钴基合金氧乙炔堆焊过程：
钴基硬质合金氧乙炔堆焊时，堆焊基体金属表而不应完全熔化成熔池，而只需加热到
基体金属呈现“出汗”状态便立即进行堆焊
“左焊法”堆焊过程：当工件表面加热至略呈“出汗”状态的瞬间，将焊嘴微微抬高，使焰心与堆焊面的距离稍微拉开，此时将处在内焰外围的合金棒端部接近焰心尖部，并使熔融的合金熔清滴到已呈现“出汗”状态的堆焊表面上·同时使之均匀扩展开。

当合金熔滴完全分布到“出汗”状态的表面时，将火焰向前移动一定距离，其目的是将内焰的一部分对着熔池，仍保持其熔化状态，而将内焰的另一部分移到与熔池相邻的新的堆焊表面上加热，使其呈现”出汗”状态。

与此同时，合金棒上应形成熔融的合金熔滴，在新的堆焊表面变成“出汗”状态之初离开合金棒，并覆盖在紧接着的新的“出汗”表面上。

此时火焰稍向后移动一个距离，待熔滴完全扩展开后，再将火焰向前移动一段距离。

然后按以上堆焊顺序周期地重复全部操作。

注意事项：
①堆焊过程中，需缓慢地沿堆焊面作横向摆动，保证焊道平整光滑堆焊完成后，根据需要可以重熔堆焊层，以保证焊层质量，减少堆焊层中的缺陷。

②堆焊过程中·合金焊丝的熔化端头和熔池以及准备滴入熔滴的工件表面，必须经常处于还原焰的保护中
③堆焊结束时，应使接头重叠l5-2Omm．。

结束时需将焊炬继续前移40-50mm这样，接头处的冷却速度就较缓慢，不致发生接头疏松、缩孔、龟裂等缺陷。

④堆焊较厚大工件时，可用特大号焊炬补充加热，以保持工件温度的均匀性，减少温差。

而堆焊较小零件时，为避免薄壁基体过热和边缘熔化，可把零件放在紫铜导热垫板上进行堆焊。

⑤对于熔点较低、流动性较好的钴基硬质合金，堆焊时需把零件堆焊表面水平放置。

（6）堆焊后的工件应放入炉内进行缓冷。

13.埋弧堆焊的分类:单丝埋弧堆焊、多丝埋弧堆焊、带极埋弧堆焊、串联埋弧堆焊、粉末埋弧堆焊等
14.堆焊速度对焊缝形状尺寸的影响
①小的堆焊速度速度越大，熔深越大，堆焊焊缝的宽度减小
②中等的堆焊速度速度越大，熔深不变，堆焊焊缝的宽度减小
③大的堆焊速度速度越大，熔深越小，堆焊焊缝的宽度减小
15.等离子弧堆焊的特点：等离子弧堆焊温度高，热量集中：等离子弧堆焊热稳定性能好：等离子弧堆焊具有可控性。

16. 填丝等离子弧堆焊又分为冷丝、热丝、单丝、双丝等离子弧堆焊。

用冷丝效率很低，目前以很少使用。

用热丝的目的是提高熔敷速度和降低稀释率，热丝表面进行去氢处理，堆焊层气孔较少。

17.等离子弧堆焊的工艺参数
1)转移弧电压和电流①工件熔深和堆焊层稀释率随着堆焊电流的增加，过渡到工件堆焊面的热功率增加，熔池温度升高，热量增加，使工件熔深和稀释率增大。

②熔敷率和粉末利用率转移弧电流小于一定数值时，未熔化的合金粉末飞散多（熔敷率增加），粉末利用率很低。

③堆焊层质量转移弧电流过小时，，粉末熔化不充分，造成来熔透、气孔、夹渣等缺陷，粉末熔化不充分，造成来熔透、气孔、夹渣等缺陷
2)非转移弧电流电流越大、转移弧越稳定、但不利于喷嘴冷却。

3)堆焊速度堆焊速度快，熔敷效率就高。

提高堆焊速度使堆焊层减薄、变窄，工件熔深减小，堆焊层稀释率降低。

但堆焊速度过大成形恶化，易生成气孔、未焊透。

4) 送粉量增加送粉量，工件熔深减小，当送粉量增加到一定程度时，粉末熔化不好，飞溅严重，易出现未焊透、夹渣。

5) 离子气和送粉气流量
①离于气流量气流量过小，对电弧压缩弱，造成电弧不稳定；气流量过大，对电弧压缩过弱，增加电弧刚度，致使熔深加大
②送粉气流量气流量过小，粉末易堵塞；气流量过大，对电弧有干扰
6）焊枪摆动频率和幅度摆动幅度一般依据堆焊层宽度的要求而定，一般摆幅宽，摆频要适当减慢：摆幅窄摆频可适当加快，以保证基体受热均匀，避免未焊透的现象。

7)喷嘴与工件之间的距离距离过高，使得电弧稳定性和熔池保护变差。

距离过低，不利于粉末在弧柱中预先加热。

18. 热喷涂是利用一种热源将喷涂材料加热至熔融状态，并通过气流吹动使其雾化高速喷射到零件表面，以形成喷涂层的表面加工技术
19.|热喷涂的特点(1)热喷涂种类多(2)涂层功能多(3)适用热喷涂的零件范围广(4)设备简单，生产效率高（5）操作环境差，需加以保护
20.黏结底层喷涂材料
黏结底层喷涂材料常用于喷涂底层以增加表面的黏结力，尤其是面层为陶瓷脆性材料，基体为金属材料时，黏结底层喷涂材料的效果更明显
21自熔性合金粉末
1)自熔性合金粉末的要求
①熔点要低由于喷熔工艺是自熔性合金涂层熔融而基体不熔，所以自熔性合金的熔点必须低于基体的熔点，因此，自熔性合金的熔点一般不能超过l200'C。

②具有自熔性自熔性合金粉末必须包含有与氧亲和力较大并能自行脱氧的硼、硅元素，以清除熔融涂层和基体界面的氧，保证具有良好的润湿基悻表面，对基体表面有自熔性。

③具有一定的液固相线范围对于喷熔一步法粉末，要求熔点低，液态流动性好，所以粉末的设计一般应靠近共晶点。

而对于喷熔二步法粉末，要求合金有一定的黏度，因此_二步法
台金的设计成分，应偏离共晶点.
④合适的粉末粒度在一步法喷熔中，粉末喷涂到基体表面上随之用火焰重熔，喷涂距离又较短，因此对粉末的粒度要求较细. 二步法喷熔工艺时，在喷涂过程中、粉末在火焰中的停留时同较长，过细的粉末容易氧化，甚至发生气化，因此要求粉末的粒度较粗
2)硼、硅元素在自熔性台金粉末中的作用
①降低熔点②脱氧还原作用③硬化作用
3)自熔性台金粉末主要类型及性能
自熔性合金粉末按合金的基本成分可分为镍基铁基、钴基铜基和碳化钨型自熔性合金粉末。

22 复合材料粉末
凡是由两种或者两种以上性质不同的固相物质所组成的粉末称之为复合粉末
特点：①,制备不同综合性能的复合粉末②粉末整体的物质性③核心粉末受包覆层保护④发生化学反应增强结合力（5）易调整成分易生产
23热喷涂材料的选用原则
（1）根据热喷涂工艺方法选用
（2）根据被喷涂工件的使用要求
（3）应与工件的热膨胀系数相近
（4）应成本低，来源广
24)对常用热喷涂材料的基本要求①应具有良好的使用性能②应具有热稳定性③热喷
涂材料的线膨胀系数、热导率应尽可能的与工件材料接近④应具有良好的润湿性⑤固态流动性好
论述：手工电弧堆焊等离子弧堆焊。