各种堆焊对比

1.等离子转移弧堆焊

等离子转移弧堆焊硬面装置是利用电弧电离气体在压缩电弧区形成物质第四态“等离子体”作为热源（负极），合金粉末（堆焊材料）通过等离子弧区输送到工件（正极）表面建立熔池，并快速冷却形成金相组织均一与工件呈冶金结合的合金焊层的先进设备。

等离子转移弧堆焊的优点

（1）弧柱区温度高，电流密度、堆焊线能量大；保证在高堆焊速度条件下，能形成与基体呈冶金结合，金相组织均一的焊层。

（2）热影响区小：基体材料机械强度损失少，对高合金基材，焊后残余应力和焊后开裂倾向小。

（3）焊层晶粒细化，呈树枝状：相同堆焊材料，PTA工艺焊层耐磨性高。

（4）焊层稀释率低：焊层稀释率与氧－乙炔工艺相当，比惰性气体钨极焊TIG(GTA)要低，稀释率的高低对常温硬度、高温硬度和耐磨性都有显著影响。

（5）焊层平整，加工量小（省料、省工）

（6）便于自动控制，适于大批量、多品种流水作业。

粉末等离子弧堆焊主要工艺指标

（1）熔敷率：熔敷率是指单位试件内熔焊在工件上的合金粉末重量。计量单位是：kg/h 或g/min。熔敷率越高则生产效率越高。

（2）粉末利用率：粉末利用率是指单位时间内，从焊枪送出的合金粉末量和熔敷金属重量之比，用百分数表示。堆焊时，不可能使焊枪送出的合金粉末全部熔敷在工件上，部分粉末由于飞溅而未落入熔池，或以熔珠的形式而流失，并有少量粉末在堆焊过程中氧化，所以粉末利用率很难达到100％。

（3）冲淡率：冲淡率是指工件（基体金属）熔化后混入堆焊层，对堆焊合金的冲淡程度，即：冲淡率＝焊层中基体金属总量/焊层合金总量，由于堆焊层成形较平整，熔深基本一致，因此，冲淡率还可以按下式表示：冲淡率≈工件熔深/堆焊层厚度。

（4）堆焊层质量：堆焊层质量包括外观质量和内部质量。外观质量指成形好坏，宏观上有无明显弧坑、缩孔、裂纹、缺肉等缺陷。内部质量是指堆焊层内部有无气孔、夹渣、裂纹、未焊透等缺陷，微观组织结构的均匀性。

在冲淡率和堆焊质量符合要求的情况下，堆焊层的物理化学性能，如：硬度、耐磨性、耐蚀性、金相组织等主要取决于粉末合金材料的性能，而工艺规范的控制也会对焊层性能产生一定的影响。

（5）堆焊层的利用率：阀面堆焊后，要经过机加工达到成品尺寸。成品尺寸中的堆焊

质量与未经加工的堆焊层量之比为堆焊层的利用率。堆焊层利用率高表明对焊后加工量小，从而降低加工更工时的消耗及材料成本。要提高堆焊的利用率。一是要合理设计堆焊层的成形尺寸，二是要提高堆焊工艺水平，做到成形好，无缺陷。

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2. 氧乙炔喷焊

氧乙炔喷焊按工艺的不同分为一步法和二步法。一步法即边喷边熔二步法是先喷后熔。

热喷涂技术是表面工程技术中的一种，它是利用热源加热喷涂材料，将融化或接近融化状态的粒子雾化，喷射并沉积于基材表面上，形成特殊表面层的方法。氧乙炔粉末火焰喷焊技术针对工件的不同工况进行了预保护，均不同程度的提高了其使用寿命收到一定的经济效益。

氧乙炔火焰喷焊的特点

（1）基体不熔化，焊层不被稀释，可保持喷焊合金的原有性能。

（2）可根据工件需要得到理想的强化表面。

（3）喷焊层与基体之间结合非常牢固，喷焊层表面光洁，厚度可控制。

（4）设备简单，工艺简便，适应于各种钢、铸铁及铜合金工件的表面强化。

主要工艺参数对沉积率的影响

（1）乙炔气流量的影响

氧乙炔喷焊的基本过程是使粉末到达熔融或半熔融状态，而这主要取决于喷枪所提供的火焰功率，在固定氧气压力和乙炔压力的前提下，火焰的功率主要取决于乙炔的气体流量。随着气体流量的增大，沉积率在减小，这说明随火焰功率的提高粉末中合金元素烧损增加，气体流量对硬度的影响不大。

（2）喷涂距离对沉积率的的影响

喷涂距离是指喷涂时喷枪的喷嘴至工件表面的距离，在决定焊层质量的因素中，粉末在火焰中被加热的温度和能达到的速度是两个关键因素，而这与粉末在火焰中的滞留时间有关。随距离的增大，沉积率先大后小。

（3）重熔转速对涂层质量的影响

在对涂层进行重熔处理时，当转速低于某一临界转速时，处于火焰下面的粉末涂层已被熔化而不能及时移出火焰和过热区，涂层出现过热现象如果为了避免过熔而将重熔火焰快速移动，又会在工件表面形成螺旋形重熔层。而若转速过高，熔融的液态合金层会被甩离工件表面。

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3.超音速喷涂技术

热喷涂技术正朝着高能高速喷涂的方向发展，超音速喷涂已成为一些发达国家竞相研究的热点，并形成了超音速火焰喷涂、超音速等离子喷涂、超音速电弧喷涂及冷喷涂等几种重要技术。

工艺特点

超音速喷涂主要是依靠大幅度提高喷涂颗粒的速度来获得高质量的涂层, 即: 高的燃烧室压力→高的燃流速度→高的颗粒飞行速度→高的涂层质量。涂层性能与气流的速度和温度有关, 但目前表明粒子的速度或动能对涂层质量的贡献更大。粒子速度越高, 动量越大, 沉积时的冲量越大; 粒子速度越高, 粒子对基体的撞击作用越强, 粒子变形越充分, 使涂层中颗粒之间的连接更加紧密, 从而减小了涂层孔隙率, 增大了涂层的结合强度。

因此, 新一代超音速喷涂系统的设计都是将温度定位在某一区间内, 将速度的提高作为结构优化的主要目标。按照喷涂过程中粒子的加热形式可以分为热喷涂、温喷涂和冷喷涂三个区间。

工艺参数

（1）超音速氧气火焰喷涂

在超音速氧气火焰喷涂中可控工艺参数有: 喷嘴长度, 喷涂距离, 氧气流量及压力, 燃料流量及压力, 送粉气体流量及压力, 压缩空气压力, 冷却水流量, 喷枪移动距离。大多数喷枪采用圆筒型燃烧室, 压力为0. 4~ 0. 5MPa, 主要由喷枪结构和燃料与空气流量比决定。燃烧火焰温度2 700~ 3 000℃, 焰流速度可达1 500 m/s 以上, 粒子速度400～ 800 m/s。超音速氧气火焰喷涂在喷涂金属陶瓷材料过程中能有效地抑制碳化物等硬质相的分解, 涂层质量优越, 结合强度可高达70M Pa 以上, 孔隙率低, 约为1% 左右。

（2）超音速空气火焰喷涂

超音速空气火焰喷涂的特点就是将喷涂粉末加热到它们的熔点以下同时加速到700 m/s以上, 在热退化影响最低的前提下, 形成致密、几乎不含氧化物的高质量涂层。

其工艺特点是通过在高热气体中加入适量水, 使粒子温度控制在800~1500℃, 从而使粒子温度填补了超音速空气火焰喷涂工艺到冷喷工艺中间的空白温度区, 因此也可以称为温喷涂。其水流量可调, 使粒子尽量不熔化,但比在冷喷条件下的延展性好。

(3)超音速等离子喷涂

超音速等离子喷涂中通过气体的旋流稳定作用与收缩作用得到稳定集聚的高热焓、超高速等离子体焰流, 其弧压高达200～ 400 V , 电流400～ 500 A , 喷嘴喷射出的等离子射流温度达到2 500℃以上, 焰流速度超过3 600 m/s, 喷涂颗粒速度可达500 m/s以上。而且工艺参数可通过喷涂功率、工作电压、工作电流、主气(A r)、次气(N 2) 的压力和流量、喷涂距离等加以控制。超音速等离子弧喷涂功率高, 气流量大, 速度极高, 具有极高的喷涂效率, 而且等离子弧不发散, 热焓高, 使涂层质量明显优于一般等离子喷涂, 与爆炸喷涂和超音速火焰喷涂相近, 而且非常适用于高熔点陶瓷材料的喷涂。

(4)超音速电弧喷涂

超音速电弧喷涂与火焰喷涂相比, 其特点是: 热效率高, 生产效率高, 喷涂成本低, 操作简单, 易于现场操作。超音速电弧喷涂需要控制的工艺参数有: 喷涂电压, 喷涂电流, 空气压力, 燃气压力。相对传统电弧喷涂, 由于超音速气流的雾化、加速作用, 粒子细小、均匀而且速度高, 从而提高了涂层的结合强度和内聚强度,并降低了涂层孔隙率; 同时粒子在空中停留时间短, 涂层氧化物含量低。

(5) 冷喷涂

冷喷涂时, 粒子始终保持固体状态并通过纯塑性变形聚合形成涂层。因此, 粒子是形成涂层还是对基体产生喷丸或冲蚀作用, 取决于粒子撞击前的速度。一般情况下, 粒子喷涂速度以500 m/s 为界限, 只有大于500 m/s 才能形成喷涂层。因此, 实现喷涂粒子的高速是冷喷涂技术的关键。在喷管的几何形状确定后, 影响喷涂粒子飞行速度的主要因素有: 工作气体种类、工作气体压力和预热温度及粒子的大小与密度等。

在冷喷涂过程中, 气体温度约为800℃, 粒子速度可达1 000 m ?s 以上。使传统热喷涂方法中的有害影响, 如高温氧化、蒸发、溶解、结晶、残余应力、剥离、气体释放等, 均可减到最小甚至消除。但这一技术目前存在孔隙率高, 对喷涂粒子尺寸范围要求严格等缺点, 而且应用范围较窄、耗能大、不易实现与其它喷涂的对接。随着冷喷涂技术的不断改进与完善, 喷涂层的质量将不断得到提高。

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