表面工程-第8章热喷焊和堆焊

8.2.3.3等离子喷焊焊工艺过程 前、后处理工艺与火焰喷焊相同。 但工艺参数更多,如转移弧电压和电流、非
转移弧电流、喷焊速度、送粉量等。
8.2.3.4等离子喷焊特点 生产效率高;稀释率低; 工艺稳定性好,易自动化; 喷焊层成分、组织均匀、平整光滑,涂层厚
度容易控制。
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• §8.3堆焊概述
8.3.3堆焊材料 可归纳为铁基、镍基、钴基、铜基和碳化
钨复合堆焊材料等几种类型。 ①铁基堆焊材料:有珠光体,马氏体,奥氏体
钢类和合金铸铁类,性能范围广,韧性和耐磨 性匹配好,且价格低,应用最广泛。
②镍基,钴基堆焊材料:价格较高,高温性能 好,耐腐蚀。主要用于需耐高温磨损,耐高温 腐蚀的场合。
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常用粉末,粒径比热喷涂稍粗大。 分为合金粉末和金属陶瓷复合粉末。 为保证焊接性能,陶瓷含量<50%。 喷焊材料熔点应比基材低,应有自熔性(自脱 氧造渣)。 自熔性合金： 镍基,钴基,铁基合金中添加硼、硅等元素。 铜基合金中添加硅、锡、磷、硼等元素。
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• §8.2热喷焊工艺分类
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①预处理 喷焊前基材表面必须清洁干净,可喷砂处理。
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②喷焊 包括预热、喷粉和重熔。 ⅰ.预热：湿气蒸发,减少应力,提高喷粉沉
积效率。
ⅱ.喷粉和重熔“一步法”或“二步法”。 一步法——边喷粉边熔化; 特点:沉积效率高,但涂层厚度不易控制。
二步法——先喷涂粉末,再将涂层熔化; 特点:涂层厚度均匀,颗粒间隙小,润湿性好, 结合力高。
基体-堆焊层分界—熔 合区:包括熔合线、过 渡层。
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晶格类型有差别 过渡层晶格畸变 晶体缺陷
各层结晶
特点不同成分变化
性能不良的过
渡层
影响焊层质量 导致焊层开裂
成分偏析成分偏析 大量脆性金属间化合物
应尽量避免或控制过渡层的产生和长大。 合理选用堆焊材料(考虑相容性)是最有效 的方法。
钨极氩弧堆焊、熔化极气体保护电弧堆焊、 埋弧堆焊和等离子弧堆焊等。
合适的工艺方法可保证堆焊层性能及最佳 经济效益。
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③后处理 喷焊后缓冷,以免焊层开裂。 零件喷焊后已经回火,如强度不足,需进行
热处理。
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8.2.2.2火焰喷焊特点 ①兼具喷涂和堆焊优点——“中间”技术
表面光滑平整——热喷涂; 无气孔,无氧化夹杂——堆焊。 ②喷焊层互熔区窄,稀释率低,结合强度高,耐 冲蚀磨损性能好,常用于风机叶片。
8.2.1热喷焊的分类
根据热源不同,可分为氧－乙炔火焰喷焊和 等离子喷焊两种 。
氧－乙炔火焰喷焊
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等离子喷焊
8.2.2氧－乙炔火焰喷焊 设备简单,喷焊枪、氧气瓶、乙炔瓶。 喷焊枪与普通气焊枪区别——有粉末输送
机构。
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8.2.2.1火焰喷焊工艺过程 主要有预处理、喷焊及后处理三步。
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热丝TIG堆焊
8.3.1堆焊的概念 用焊接方法在零件表面堆敷一层具有一定
性能材料的工艺过程。
修复零件或增加其耐磨、耐热、耐蚀等性 能。
堆焊修复前的辊套
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堆焊修复后的辊套
8.3.2堆焊层 8.3.2.1堆焊层的形成
堆焊层与基体相容性非常重要。 由于成分不同,堆焊时必定产生过渡层, 脆 性过渡层将严重恶化堆焊层性能。
转移弧是主要热源,称为主弧。先引燃非转 移弧,然后建焊设备 与等离子喷涂设备基本相似,主要区别: ①若单电源,不太稳定,常用两台电源分别
向非转移弧和转移弧供电。 ②喷焊枪喷嘴压缩比(等离子通道长度/直
径)较小,喷焊等离子弧较软, 稀释率低。
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速度、焊道间距等)来控制稀释率。 此外,向堆焊熔池中补加填充金属,也可降
低稀释率。
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8.3.2.4堆焊层内应力 残余应力叠加或抵消工作应力,可影响堆焊
层开裂倾向。 堆焊耐磨层通常不做消除应力处理, 是否
变形开裂,取决于堆焊材料和基体的强塑性。 焊前预热和焊后缓冷,可减少内应力。
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③设备简单,操作容易,应用范围广。
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8.2.3等离子喷焊
等离子弧使 表面形成熔池, 同时粉末在弧 柱中熔化(半 熔化),随焰流 喷射到熔池, 凝固形成喷焊 层。
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8.2.3.1喷焊等离子弧 等离子喷涂时, 工件不带电, 非转移弧。 等离子喷焊,非转移弧和转移弧的联合弧。
③铜基堆焊材料:耐蚀性好,可减少磨损,主 要有紫铜,黄铜,白铜和青铜四类。
④碳化钨基堆焊材料:主要有铸造碳化钨 和烧结碳化钨(以钴为黏结金属)。主要用于 严重磨粒磨损零件和刀具。
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• §8.4堆焊工艺分类
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8.4.1堆焊的工艺方法 各种焊接方法都可用来进行堆焊。 常用的有氧－乙炔焰堆焊、手工电弧堆焊、
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8.1.2热喷焊的特点 ①热喷焊层组织致密,冶金缺陷少,结合强度高; ②热喷焊材料须与基材相匹配,选材范围窄; ③热喷焊中基材的变形比热喷涂大的多 ; ④喷焊层与喷焊材料成分有差别;
基材熔入喷焊层质量分数称为“稀释率”。
B 100%
A B
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8.1.3热喷焊材料
第8章 热喷焊和堆焊
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表面工程
第8章 热喷焊和堆焊
• §8.1热喷焊概述 • §8.2热喷焊工艺分类 • §8.3堆焊概述 • §8.4堆焊工艺分类
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• §8.1热喷焊概述
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8.1.1热喷焊的概念 采用热源使涂层材料在基体表面重新熔化
或部分熔化, 涂层-基体、涂层内颗粒间冶金 结合,消除孔隙。
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8.3.2.2堆焊层的相容性 ①化学相容性 冶金学(化学)相容性取决于液(固)态的互溶
性以及是否产生金属间化合物。 选材时不仅要考虑使用性能要求,更要满足
化学相容性要求。
②物理相容性 即熔化温度、膨胀系数、热导率等物理性 能的差异。
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8.3.2.3稀释率的影响 稀释率→影响堆焊层成分和性能。 通过控制堆焊工艺参数(如堆焊功率、堆焊