喷焊与堆焊技术

• 思考题：1、简述选择堆焊合金的步骤？ 2、简述堆焊工艺方法？
稀释率高，基体金属混入堆焊 层中的量多,改变了堆焊合金的 化学成分,将直接影响堆焊层的 固有性能。因此，堆焊时，常 希望获得较低的稀释率，以充 分发挥堆焊合金性能，达到预 期目的。
3.4、堆焊材料
1．类 型 1．类 型
包括：铁基、镍Leabharlann Baidu、钴基、铜基 和碳化钨复合堆焊材料等
铁基合金：含C量的变化---珠光体，M，耐磨。 钴基、镍基堆焊合金价格较高，由于高温性能好，耐腐 蚀，主要在要求高温磨损、高温腐蚀的场合使用。 铜基堆焊材料具有较好的耐大气、耐海水和耐各种酸碱溶 液的腐蚀，并能减少金属间的摩擦系数。 碳化钨金属陶瓷堆焊层在耐严重磨料磨损和工具堆焊中占 有重要地位。这类合金硬度高，但脆性大，容易破裂剥 落。加入一定质量分数的钴可以降低熔点，增加韧性。
等离子喷焊技术的主要特点： 等离子喷焊技术的主要特点：
(1) 生产效率高 因为等离子喷焊温度高、传热率 大，因此喷焊速度高，生产率也较高，并能顺利 地进行难熔材料的喷焊； (2) 稀释率低 为保持喷焊层的性能，要求基体材料 熔入喷焊层的比例少；即稀释率低；5％ (3) 工艺稳定性好．易实现自动化 (4) 喷焊层成分、组织均匀 喷焊层平整光滑，尺寸 可以得到较精确地控制，可获得0.25—8mm之 间任意厚度的喷焊层。
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。
工
作
条
件
堆
焊
合
金
高应力金属间磨损 低应力金属间磨损 金属间磨损+腐蚀或氧化 低应力磨料磨损、冲击浸蚀、磨料 浸蚀 低应力严重磨料磨损，切割刃 严重冲击 严重冲击+腐蚀+氧化 高温下金属间磨损 热稳定性，高温蠕变强度（540℃）
钴基合金 低合金钢 钴基、镍基合金 高合金铸铁 碳化物 高合金锰钢 钴基合金 钴基合金 钴基、镍基合金
3.2、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，2-30mm；
4
熔敷效率高；
手弧焊：3kg/h; 双带极埋弧焊：68kg/h；
5 设备简单，与焊接设备通用；
6
加热不均匀，薄壁、细长构件要注意变形。
3.3、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。
1 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，是厂矿 企业经常遇到的问题。用堆焊方法修复上述工件 是一种很常用的工艺方法，修复后的工件不仅能 正常使用，很多情况下还能超过原工件的使用寿 命，因为将新工艺新材料用于堆焊修复，可以大 幅度提高原有零部件的性能。 • 如冷轧辊、热轧辊及异型轧辊的表面堆焊修复， 农用机械（拖拉机、农用车、插秧机、收割机 等）磨损件的堆焊修复等。据统计，用于修复旧 工件的堆焊合金量占堆焊合金总量的72.2%。
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)
3.1、堆焊的特点 • 堆焊层与基体金属的结合是冶金结合，结 合强度高，抗冲击性能好。 • 堆焊层金属的成分和性能调整方便，一般 常用的焊条电弧焊堆焊焊条或药芯焊条调 节配方很方便，可以设计出各种合金体 系，以适应不同的工况要求。 • 堆焊层厚度大，一般堆焊层厚度可在2～ 30mm 内调节，更适合于严重磨损的工 况。
第二节：热喷焊工艺与特点
2.1、热喷焊工艺的一般特点
采用热源使涂层材料在基体表面重新熔化或 部分熔化，实现涂层与基体之间、涂层内颗 粒之间的冶金结合，消除孔隙、这就是热喷 焊技术。
•根据采用的热源不同，热喷焊技术有： 氧—乙炔火焰喷焊和等离子喷焊两种。
基本特点 a) 热喷焊组织致密，冶金缺陷很少，与基材结合强度高, (结合强度是热喷涂的10倍），可形成几毫米厚的涂层; b) 热喷焊材料必须与基材相匹配，喷焊材料和基材比热 喷涂窄得多； 原因
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。
埋弧堆焊
等离子弧堆 焊
自动送粉 手工送粉 自动送丝 双热丝
5～15 5～15 5～15 5～15 10～14
0.5～6.8 1.5～3.6 0.5～3.6 13～27 15～75
0.25 2.4 2.4 2.4 15
85～95 98～100 98～100 98～100 95～100
电渣堆焊
资料卡
• 为了最有效地发挥 堆焊层的作用，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。
2.2、氧—乙炔火焰喷焊
采用氧乙炔火焰作为喷焊热源的工艺。
主要有喷焊枪、氧气瓶和乙炔瓶。
喷焊工艺包括预处理、喷焊和后处理。 喷焊过程包括预热、喷粉和重熔。预热使表面湿气蒸 发，产生适当的热膨胀以减少焊层应力，提高喷粉沉积效 率。一般钢材预热200～300ºC，不锈钢和高合金钢300～ 400ºC。 喷粉和重熔过程又分“一步法”或“二步法”。 重熔温度控制在固相线和液相线之间，可达到颗粒熔 化、消除颗粒间隙、与基体润湿以及氧化物造渣的最佳效 果，同时保持一定的粘度防止流淌。 喷焊后处理包括采取缓冷措施（焊层与基体热胀系数 相差较大）和喷焊后热处理（如喷焊后回火使强度降低）。
2.4、常用热喷焊材料
自熔性合金粉末 要求喷焊材料的熔点比基体低。添加元素的作用①降 低熔点，扩大液固两相区；②脱氧、造渣；③硬化、强化喷焊层。
• 思考题：简述热喷涂工艺对涂层材料的基 本要求？ • 作 业：热喷焊工艺与热喷涂工艺的区别？
第三节：堆焊工艺及特点
堆焊是在零件表面熔敷上一层耐磨、耐蚀、耐热等具 有特殊性能合金层的技术。 堆焊的物理本质与一般的熔焊工艺无区别。只是堆焊 的目的不是为了起连接作用，而是对工件表面改性， 或恢复工件因磨损或加工失误造成的尺寸不足 热喷焊也属于堆焊技术的范畴，只是热喷焊采用的是 粉末填充材料，而常规堆焊一般采用线材或焊条。 堆焊的优势在于熔敷效率比热喷焊要高，但是稀释率 比热喷焊大得多。
2．选择堆焊合金的原则 2．选择堆焊合金的原则
满足使用要求、经济性和工艺可行性。 步骤
1.分析工作条件，确定失效类型及其堆焊层的要求； 2.选择几种可供采用的堆焊合金和堆焊方法； 3.分析这些堆焊合金与基材的相容性，同时考虑热应力和开 裂性； 4.堆焊零件进行试验分析； 5.根据使用寿命和成本进行评价，选出堆焊材料和堆焊方法 的最佳方案； 6.制定严密的堆焊工艺。
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
氧乙炔火焰堆焊
焊条电弧堆焊 钨极氩弧堆焊 熔化极气体保护电弧堆焊 其中：自保护电弧堆焊 单 丝 多 丝 串联电弧 单带极 多带极
堆 焊 方 法 手工送丝 自动送丝 粉末堆焊
稀释率 （%） 1～10 1～10 1～10 10～20 10～20 10～40 15～40 30～60 15～25 10～25 10～20 8～15
熔敷速度 /（㎏/h） 0.5～1.8 0.5～6.8 0.5～1.8 0.5～5.4 0.5～4.5 0.9～5.4 2.3～11.3 4.5～11.3 11.3～27.2 11.3～15.9 12～36 22～68
3.5、堆焊技术的应用
• 作为焊接领域中的一个分支，堆焊技术的应用范 围非常广泛，堆焊技术的应用几乎遍及所有的制 造业，如矿山机械、输送机械、冶金机械、动力 机械、农业机械、汽车、石油设备、化工设备， 建筑、以及工具模具及金属结构件的制造与维修 中大量应用堆焊技术。 • 通过堆焊可以修复外形不合格的金属零部件及产 品，或制造双金属零部件。采用堆焊可以延长零 部件的使用寿命，降低成本，改进产品设计，尤 其对合理使用材料（特别是贵重金属）具有重要 意义。
• 节省成本，经济性好。当工件的基体采用普 通材料制造，表面用高合金堆焊层时，不仅 降低了制造成本，而且节约大量贵重金属。 在工件维修过程中，合理选用堆焊合金，对 受损工件的表面加以堆焊修补，可以大大延 长工件寿命，延长维修周期，降低生产成 本。 • 由于堆焊技术就是通过焊接的方法增加或恢 复零部件尺寸，或使零部件表面获得具有特 殊性能的合金层，所以对于能够熟练掌握焊 接技术的人员而言，其难度不大，可操作性 强。