热喷涂喷讲义焊与堆焊技术

热喷涂、喷焊与堆焊技术共113页文档

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60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地走到底，决不回头。 ——左
热喷涂、喷焊与堆焊技术
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46、寓形宇内复几时，曷不委心任去留。
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47、8、啸傲东轩下，聊复得此生。
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49、勤学如春起之苗，不见其增，日有所长。
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50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结，箪瓢屡空，晏如也。
56、书不仅是生活，而且是现在、过去和未来文化生活的源泉。 ——库法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一次也不善于度过。— —吕凯特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处，只不过是愈来愈发觉自己的无知。 ——笛卡儿

热喷涂与喷焊技术

2.热喷涂分类
3.热喷涂特点
能够喷涂的材料范围特别广；能够在多种基体材料上形成涂层；一般不受工件尺寸和施工场所的限制；沉积效率高，特别适合沉积后膜涂层；对基体材料的热影响小；调整涂层成分比较容易；容易对制品进行局部强化或改性；节约贵重材料；方便维修。
三.喷涂工艺方法
1.电弧喷涂电弧喷涂最早是由瑞士工学博士 M. U. Schoop 在 1913 年提出的，到 1916 年研制成功了第一把实用型的电弧喷枪。图1所示为世界上的第一台电弧喷涂设备。
世界上的第一台电弧喷涂设备
1）电弧喷涂原理
电弧喷涂是用电弧将喷涂材料加热熔化，再用压缩空气雾化，喷射到基体表面形成涂层的一种热喷涂技术
对封孔剂的基本要求是：
a 粘度低，渗透性好； b 化学性能稳定，能耐化学腐蚀或溶剂作用，不与涂层材料发生有害反应； c 容易古话，最好能常温固化，且与涂层粒子粘结牢固； d 安全无毒，使用方便。
按照封孔剂材料的类型，封孔剂主要分为有机封孔剂和无机封孔剂两类。前者一般用于常温和不高的环境温度下，如微晶石蜡、酚醛清漆、环氧清漆等；后者则多用于高温涂层的封孔，如水玻璃、水解硅酸乙酯、磷酸铝等。
二.热喷涂技术原理 1. 热喷涂技术原理如图1所示，在喷涂过程中，被热源加热并被高速气流雾化的喷涂材料颗粒被喷射到基体表面，和基体发生撞击，速度由每秒几十、几百米骤然降为零，颗粒由于撞击而产生巨大的变形铺展，形成片层状结构，并迅速冷却下来，如图2所示。
图1 热喷涂技术原理示意图 1- 基体 2- 涂层 3 热源 4- 热喷涂材料 L- 熔体 S- 固体
式中 σ b ——涂层的粘聚强度， N/mm 2 ； F ——涂层破断最大载荷， N ； d1 ——试件喷涂前直径， mm ； d2 ——试件喷涂加工后直径， mm 。

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

第六章热喷涂技术

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第六章热喷涂技术
热喷涂的特点之三
（3）工件受热少例如氧--乙炔焰喷涂、等离子喷涂或爆炸喷涂，工件受热程度均不超过250℃，工件不会发生畸变，不改变工件的金相组织。
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第六章热喷涂技术
热喷涂的特点之四
（4）生产效率高大多数工艺方法的生产率可达到每小时喷涂数千克喷涂材料，有些工艺方法可高达50kg／h以上。
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1.火焰喷涂
火焰喷涂设备简单，一枝喷枪。喷枪主要由两部分组成：产生火焰的氧、乙炔供给系统和供料（粉末或丝材）系统。
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1.火焰喷涂
喷枪
初期的火焰丝材喷枪美国METCO的5P-Ⅱ粉末喷枪
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线、棒材喷涂都是将材料从喷枪中心孔送出，由氧的火焰将其熔化，通过压缩空气将熔化的材料雾化成微粒，并将其喷射到基体表面沉积成为涂层。特点：操作简单，设备运转费用低，可手持操作。材料：线材主要有 Zn,Al,Cu, Mo, Ti等及其化合物，铝包镍，镍包铝，金属包碳化物等复合线材; 棒材主要为Al2O3、 Al2O3 + TiO2及TiO2陶瓷材料。
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火焰粉末喷涂过程中
爆炸喷涂技术产生于上世纪50年代中期，将燃气爆炸技术引入热喷涂领域。其主要特点是涂层与基体的结合强度高，涂层孔隙率小（小于0.5％），工件受热小，涂层在制作过程中受空气污染小。
PT100型爆炸喷涂设备
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高速火焰喷涂是20世纪80年代初期由美国开发的，由喷管出口处燃烧的高温射流迅速膨胀，产生了超音速火焰，焰流速度高，颗粒熔化充分。该方法制备的涂层与基体结合强度高，涂层致密，孔隙率小于1％，并且涂层的残余应力小。但是成本较高，限于应用于一些关键部位制作上。特点：所得涂层性能可与爆炸喷涂相媲美，但其工作效率，工作条件的可变范围更优越；成本较高。材料：最适宜喷涂碳化物基的粉末。

chapter 6 热喷涂、喷焊与堆焊技术

• 喷涂效率高，成本低．喷涂时生产效率为喷涂效率高，成本低．
每小时数公斤到数十公斤。每小时数公斤到数十公斤。 • 热热喷涂技术的局限性主要体现在热效率材料利用率低、低，材料利用率低、浪费大和涂层与基材结合强度较低三个方面。尽管如此，热喷结合强度较低三个方面。尽管如此，涂技术仍然以其独特的优点获得了广泛的应用。应用。
• 线材；粉末 • 线材： • 锌及锌合金 • 铝及铝合金 • 铜及铜合金 • 铅及铅合金 • 锡及合金 • 镍及镍合金 • 不锈钢 •钼
耐大气腐蚀耐工业气氛腐蚀，耐热导电，装饰，耐海水耐蚀和屏蔽耐蚀，巴氏合金耐盐酸，硫酸等耐热浓硫酸
• 粉末：粉末： • A.自溶性合金粉末 A.自溶性合金粉末 • 镍基 NiBSi, NiCrBSi • 钴基 Co,Cr,W, • 铁基不锈钢型，高铬铸铁型 • B.复合粉末 B.复合粉末 • 铝-镍复合粉末 NiAl,Ni3Al • 一步自黏结复合粉末 • 工作复合粉末
二、热喷涂工艺方法
2．9等离子喷涂 • 等离子喷涂有大气等离子喷涂可控气氛等离子喷涂和液体稳定等离子喷涂方法。它用氮气、定等离子喷涂方法。它用氮气、氩气、氢气作为离子气、氩气、氢气作为离子气、经电离产生等离子高温射流，离产生等离子高温射流，将输入的材料熔化或熔融喷射到工作表面形成涂层的方法。作表面形成涂层的方法。主要用于制备金属陶瓷，用于制备金属陶瓷，金属相陶瓷涂层。在这种喷涂装置上，瓷涂层。在这种喷涂装置上，对喷涂枪和电流进行改进而发展了超音速等离子喷涂．展了超音速等离子喷涂．它的等离于焰流能量密度更高、等离于焰流能量密度更高、焰流速度更快、流速度更快、提高了涂层质量
• 陶瓷粉末： • 氧化物，碳化物，氮化物，硼化物，硅化

14 第十四章堆焊与热

第三节
堆焊工艺参数的选择
氧—乙炔焰堆焊工艺氧—乙炔焰的堆焊工艺与气焊工艺差别不大。彼此相同的是，都包括焊前清理，焊前预热，焊后缓冷，操作方法、焊接参数的选择、焊接缺陷及变形的防止等也相同；与气焊不同的是火焰能率的选择，堆焊时希望熔深越浅越好，因此在保证适当生产率的同时，尽量采用较小号的焊炬和焊嘴堆焊，使稀释率与合金元素的烧损降低到最小限度。氧—乙炔焰堆焊的安全技术和气焊是一样的，请遵守。一
焊丝直径2mm 电弧电压/V 26~30 30~34 34~38
焊丝直径5mm 电弧电压/V
38~40 40~42 40~43
1000~1200
40~44
3 堆焊速度：直接影响堆焊焊缝的成形，一般以 24~42m/h较为合适。 4 焊丝送进速度：自动埋弧堆焊的电流是由焊丝速度来调节的，反之送丝速度可按预定的堆焊电流进行控制。当焊丝直径为1.5~2.2mm时送丝速度为 60~180m/h。 5 焊丝直径：当其他参数不变时，焊丝直径增大，则弧柱的直径增大，电弧加热的范围扩大，从而使堆焊焊缝的宽度增加，熔深及堆高量相应减小；反之，焊丝直径减小，则弧柱直径减小，电流密度增加，从而使堆焊焊缝的熔深增加，熔宽减小。
第二节
堆焊的设备构成
一堆焊用通用弧焊机目前，通用弧焊机在对韩设备中占有很大比例尤其是量大面广的手工电弧焊机和通用的自动、半自动焊机，应用更为普遍。二堆焊专用焊机埋弧自动堆焊机二氧化碳气体保护内圆孔自动立堆焊机等离子弧堆焊机自动振动堆焊机
1 埋弧自动堆焊机（1） MU—2X300型双头埋弧自动堆焊机主要用于堆焊磨损了的火车车轮轮缘。它由机头、控制箱弧焊电源等部分组成。
6 焊丝伸出长度：指焊丝从导电嘴中伸出的长度。一般通常为20~60mm。

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