噴焊

噴焊是對經(jīng)預(yù)熱的自溶性合金粉末涂層再加熱至1000～1300℃，使顆粒熔化，造渣上浮到涂層表面，生成的硼化物和硅化物彌散在涂層中，使顆粒間和基體表面達到良好結(jié)合。最終沉積物是致密的金屬結(jié)晶組織并與基體形成約0.05～0.1mm的冶金結(jié)合層，其結(jié)合強度約400MPa，抗沖擊性能較好、耐磨、耐腐蝕，外觀呈鏡面。

自熔性合金粉末是以鎳、鈷、鐵為基材的合金，其中加入適量硼和硅元素，起脫氧造渣焊接熔劑的作用，同時能降低合金熔點，適于乙炔一氧焰對涂層進行重熔。

國產(chǎn)自熔性合金粉末品種較多，鎳基合金粉末有較強的耐蝕性，抗氧化性可達650°C，耐磨性強；鈷基合金粉末最大的特點是紅硬性好，可在700℃保持較好的耐磨性和耐蝕性；鐵基合金粉末耐磨粒磨損性優(yōu)于其他兩類 。

與噴涂層相比，噴焊層的優(yōu)點顯著。但由于重熔過程中基體局部受熱后溫度達900℃，會產(chǎn)生較大熱變形。因此，噴焊的使用范圍有一定局限性。適于噴焊的零件和材料一般是：

①受沖擊載荷，要求表面硬度高，耐磨性好的易損零件，如拋砂機葉片，破碎機齒板，挖掘機鏟斗齒等；

②幾何形狀比較簡單的大型易損零件，如軸、柱塞、滑塊、液壓缸、溜槽板等；

③低碳鋼、中碳鋼（含碳0.4%以下）、含錳、鉬、釩總量<3%的結(jié)構(gòu)鋼、鎳鉻不銹鋼、鑄鐵等材料 。

噴焊的工藝程序基本與噴涂相同，所不同者在噴粉工序中增加了重熔程序。噴焊有一步噴焊法和二步噴焊法。施工前應(yīng)注意：

①工件表面有滲碳層或氮化層，在預(yù)處理時必須清除；

②工件的預(yù)熱溫度為一般碳鋼200～300℃，耐熱奧氏體鋼350～400℃。預(yù)熱火焰用中性或弱碳焰。此外，噴涂層重熔后，厚度減小25%左右，噴熔后在熱態(tài)測量時，應(yīng)將此量考慮在內(nèi)。

一步噴焊法。一步法即噴一段后即熔一段，噴、熔交替進行，使用同一支噴槍完成?？蛇x用中、小型噴焊槍。在工件預(yù)熱后先噴涂0. 2mm的保護層，并將表面封嚴，以防氧化，噴熔從一端開始，噴距10～30mm，有順序地對保護層局部加熱到熔融開始濕潤（不能流淌）時再噴粉，與熔化反復(fù)進行，直至達到預(yù)定厚度，表面出現(xiàn)“鏡面”反光，再向前擴展，達到表面全部覆蓋噴焊層。如一次厚度不足，可重復(fù)加厚。一步法適用于小型零件或小面積噴焊。

二步噴焊法。二步法即先完成噴涂層再對其重熔。噴涂與重熔均用大功率噴槍，例如SpH-E噴、焊兩用槍，使合金粉末充分在火焰中熔融，在工件表面上產(chǎn)生塑性變形的沉積層。噴鐵基粉末時用弱碳火焰，噴鎳基和鈷基粉末時用中性或弱碳火焰。

噴粉每層厚度<0.2mm，重復(fù)噴涂達到重熔厚度，一般可在0.5～0. 6 mm時重熔。如果噴焊層要求較厚，一次重熔達不到要求時，可分幾次噴涂和重熔。

重熔是二步法的關(guān)鍵工序，在噴涂后立即進行。用中性焰或弱碳化焰的大功率柔軟火焰，噴距約20 ～ 30mm，火焰與表面夾角為60°～ 75°，從距涂層約30mm處開始，適當掌握重熔速度，將涂層加熱，直至涂層出現(xiàn)“鏡面”反光為度，然后進行下一個部位的重熔。

重熔時應(yīng)防止過熔（即鏡面開裂），涂層金屬流淌，或局部加熱時間過長使表面氧化。多層重熔時，前一層降溫至700℃左右，清除表面熔渣后，再作二次噴熔。重熔宜不超過3次。

工件的冷卻。中低碳鋼、低合金鋼的工件和薄焊層、形狀簡單的鑄鐵件在空氣中自然冷卻。對于焊層較厚、形狀復(fù)雜的鑄鐵件，錳、銅、釩含量較大的合金鋼件，冷硬性高的零件，要埋在石灰坑中緩冷 。

⑴ 鑄鐵是含碳量大于2%的鐵碳合金,在工業(yè)中常用的鑄鐵,含碳量為2.5～4%,含硅量為1~3%,以及含有少量的錳、硫、磷等,其中用量最多的是灰口鑄鐵,由于鑄鐵含量高,強度低,對溫度變化敏感,焊補時又多為局部受熱,溫差較大,冷卻速度快,給鑄鐵焊補帶來困難,鑄鐵的可焊性較差,在焊補時易出現(xiàn)以下問題:

⑵ 焊補部位易出現(xiàn)白口組織,白口組織硬而脆,焊后很難進行機械加工,而且易引起裂紋;

⑶ 易產(chǎn)生裂紋,在焊補時由于不均勻加熱和冷卻速度快,易產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋;另外鑄鐵中含硫、磷等雜質(zhì)較多也 易在焊補處產(chǎn)生裂紋;

⑷ 氣孔與夾渣,正因為鑄鐵中含碳量高,含雜質(zhì)較多,在焊補過程中又因冷卻速度快,氣體和一些氧化物來不及析出和上浮,便在焊縫區(qū)形成氣孔或夾渣,采用氧—乙炔焰合金粉末一步法噴焊,能較滿意地解決上述幾個問題;

⑸ 噴焊時使用合金粉末的熔點低于基體熔點,在重熔時,鑄鐵基體不熔化,沒有噴焊層的稀釋問題,也不存在半熔化區(qū),所以正確地噴焊不會使焊補區(qū)產(chǎn)生白口組織,便于加工,而且由于基體不熔化,自然就控制了基體中所含 硫、磷等雜質(zhì)熔入噴焊層,有利于防止裂紋的產(chǎn)生;

⑹ 采用一步法噴焊對基體的熱輸入量少,基體受熱影響小,有利于減少熱應(yīng)力,從而有效地控制熱應(yīng)力裂紋;熱輸入量少,對尺寸精度較高的零件做局部噴焊修補有獨到之處.同時,采用氧—乙炔焰加熱,相對于電焊冷卻緩慢,對防止裂紋和變形也有利;

⑺ 合金粉末中含有強烈的脫氧元素硼和硅,不僅保護了粉末中其它元素免于氧化燒損,而且基體表面的氧化物 也可被硼、硅元素還原,防止了氣孔和夾渣;

⑻ 噴焊層組織致密平整,成型好,無咬邊現(xiàn)象,只需少量加工即可使用,材料省,效率高;噴焊鑄鐵零件常用的有SH · F₁₀₃ 、鎳基合金粉末 Ni₁₅等,鐵基合金粉末熔點高,脆性大,對基體影響也大,效果較差.

⑼ 噴焊時工件預(yù)熱的主要目的是去除工件表面濕氣,并產(chǎn)生一定的熱膨脹減少溫差,從而減少熱應(yīng)力有利于提高涂層結(jié)合強度,保證噴焊層質(zhì)量,一般鋼材取250—300℃,奧氏體不銹鋼取450—500℃,鎳—鉻不銹鋼取350—400℃,低合金鋼、鑄鐵取250—300℃,一般小工件和易氧化的鋼材預(yù)熱溫度要低些;噴焊層厚度根據(jù)工件噴涂后熱脹冷縮特性,重熔后的收縮量大約25—30% ,因此在確定噴涂層厚度時,除考慮加工余量和工件噴前的直徑車小量外,必須將收縮量考慮在內(nèi),噴層的厚度計算,重熔前的涂層厚度=(噴焊層厚度 加工余量)÷(1-0.3) 。

噴涂層和噴焊層與基體金屬的結(jié)合形成不同,鎳包鋁通過噴涂焰束加熱時發(fā)生放熱化學(xué)反應(yīng),在經(jīng)噴砂除銹達Sa3級,RZ>50μm的碳鋼表面形成微冶金結(jié)合底層與工作層又產(chǎn)生“錨鉤”效應(yīng)的機械結(jié)合涂層,而噴焊層與基體的結(jié)合純屬冶金結(jié)合涂層。

噴涂材料不同,噴焊要求使用自熔性合金粉末,而噴涂則對粉末的自熔性要求不高,且不一定是自熔性合金粉末,各種自熔性合金粉末既可用于噴焊又可用于噴涂,但噴涂粉末不具備自熔性只能用于噴涂而不能用于噴焊工藝。

工件受熱情況不同,噴涂與噴焊過程中,噴前預(yù)熱溫度不同,工件受熱影響不同,噴后工件的組織、性能亦不同。

涂層的致密性不同,噴焊層致密,而噴涂層中有少量孔隙。

承受載荷的能力不同,噴涂層一般能承受大面積接觸,多在有潤滑條件的工作表面,配合面以及其它受力較小的工況條件下使用,噴焊層卻能承受較大的沖擊力,擠壓應(yīng)力或接觸應(yīng)力等 。

⑴ 低于合金熔點的材料,如鋁及其合金、鎂及其合金,黃銅、青銅;

⑵ 工件是細長的軸類或是很薄的板材而又不允許變形的；

⑶ 工件原設(shè)計要求很高，金相組織不允許有任何改變的;

⑷ 可硬性高的鎳鉻鉬合金鋼；

⑸ 含鉻量> 18%的馬氏體高鉻鋼。

（PS：長軸類28毫米以上外徑，8米以內(nèi)長度可以進行高精度噴焊）

⑴ 各種碳鋼、低合金鋼的工件表面載荷大,特別是受沖擊載荷,要求涂層與基體結(jié)合強度在350—450N/mm²的工件,噴焊硬度HRC150≤65,涂層厚度從0.3至數(shù)毫米,噴焊層經(jīng)磨削加工后表面粗糙度可達Ra0.4—0.1μm以上。

⑵在腐蝕介質(zhì)中使用，要求涂層致密,無孔隙。

⑶工件表面原設(shè)計采用淬火、滲碳、滲氮、鍍硬鉻等工藝,要求表面有很高的硬度。

⑷工件工作環(huán)境惡劣,如受強烈的磨粒磨損、沖蝕磨損、氣蝕等等。

⑸ 氧—乙炔焰合金粉末噴焊工藝適應(yīng)各種碳鋼、低合金鋼零部件的表面強化或修復(fù),但應(yīng)注意到零件材質(zhì)的一些特點,當基體材質(zhì)的線脹系數(shù)與合金噴焊層的線脹系數(shù)差別較大時小于12×10^-6/℃大于12×10^-6/℃,則應(yīng)慎用此工藝,以免造成裂紋,若基體金屬中與氧親合力大的元素含量較多如鎢和鉬的含量大于3%,鋁、鎂、鈷、鈦 、鉬等元素總含量大于0.5%或鋼中含硫量較多時,也會給噴焊帶來困難,這是因為這些材料與氧作用極易生成致密而穩(wěn)定的氧化膜,阻擋熔融合金對基體的潤濕作用,重熔時液態(tài)合金會呈珠狀象“汗珠”一樣地滾落，因此在采用噴焊工藝時,應(yīng)該注意此工藝對于所噴基體材料的適應(yīng)性。

⑹無需特殊處理就可噴焊的金屬材料：

①含碳量≤ 0.25% 的碳素結(jié)構(gòu)鋼。

② Mh 、 Mo 、 V 、 Cr 、 Ni 總含量< 3% 的合金結(jié)構(gòu)鋼。

③ 18 — 8 不銹鋼、鎳不銹鋼、灰鑄鋼、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、低碳純鐵、紫銅。

⑺ 需預(yù)熱 250 — 375 ℃噴焊后需緩冷的金屬材料。

①含碳量> 0.4% 的碳素結(jié)構(gòu)鋼;

② 錳.鉬.釩.鎳 的總含量>3% 的合金結(jié)構(gòu)鋼;

③含鉻量≤ 2% 的合金結(jié)構(gòu)鋼 ;

⑻ 噴焊后需等溫退火處理的金屬材料：

①含鉻量≥ 13% 的馬氏體不銹鋼；

②含碳量≥ 0.4% 的鎳鉬合金結(jié)構(gòu)鋼。

在確定采用噴焊工藝后,再根據(jù)下列情況選用一步法或二步法噴焊工藝:

⑴ 工件需局部修補,且噴焊處不允許熱輸入量很大,如各類機床導(dǎo)軌局部傷痕的修補,宜用一步法噴焊工藝;

⑵ 工件表面復(fù)雜或無規(guī)則,如鏈輪、齒輪齒面、螺旋給料器等,宜用一步法噴焊工藝;

⑶ 大型工件整體加熱有困難,如機車、礦車輪子等,宜用一步法噴焊工藝;

⑷ 可在機床旋轉(zhuǎn)的一般軸類零件宜用二步法噴焊工藝;

⑸ 所得涂層的硬度應(yīng)盡量接近原設(shè)計的表面硬度,例如原設(shè)計采用淬火或化學(xué)處理工藝,使表面硬度達HRC≥ 55 左右的,則應(yīng)選用所謂“硬面涂層”粉末,如Ni₁₅、Ni₆₀、Fe₆₅或Wc復(fù)合粉;

⑹ 強烈磨損的非配合面,如泥沙泵的葉輪、殼體、裝巖機鏟齒,螺旋給料器的螺旋面等,應(yīng)選用高硬度如Ni₁₅ 、Ni₆₀、Fe₆₅或Wc復(fù)合粉;

⑺ 需要加工,但又無法上車床、磨床,只能靠手工用銼刀等工具進行加工的工件,如機床導(dǎo)軌面局部傷痕的修補,只能采用低硬度噴焊粉如 SH、F₁₀₃ 、 Ni₁₅等;

⑻ 噴焊工藝與電弧堆焊的區(qū)別：噴焊層與基體之間的結(jié)合是溶解擴散冶金結(jié)合,而堆焊則是熔化冶金結(jié)合,在噴焊過程中基體是不熔化的,只是噴焊層與基體之間產(chǎn)生溶解作用,在兩者之間存在一個擴散互溶區(qū).由于基體不溶物因而噴焊層就不會被基體材料所沖淡,因此稀釋率極低,能保證噴焊層的良好性能,堆焊基體熔化,堆焊層稀釋率高,需要堆焊很厚才有可能保證焊層的性能,而且零件輪廓棱角難以保證,常見咬邊,棱角塌陷,而噴焊則不會出現(xiàn)此類缺陷 。

① 在車輛及機械設(shè)備中有相當多的零件的用鑄鐵制造的,在制造或使用過程中難免出現(xiàn)各種問題,采用氧—乙 炔焰噴焊工藝不僅是強化鑄鐵件的有效方法,而且也是修復(fù)鑄件各種缺陷和損傷(如鑄造件的砂眼、氣孔或使用 中的磨損及其它損傷)的理想手段;

② 噴焊多用于鑄鐵件的局部缺陷的修補,而且缺陷大小不等,深淺不一,適合采一步法噴焊,根據(jù)工件和焊修的部位,應(yīng)盡量使用小功率噴槍,這樣可減少對基體的熱輸入量,一般選用QH—1/h,QH—2/h,QH—4/h等;

③ 噴焊時,因鑄鐵零件的可焊性差,應(yīng)優(yōu)先選用鎳基合金粉末(Ni—B—Si系列),鎳基合金粉末熔點一般為950～ 1050℃,重熔時基體不致被熔化,同時,含碳量低的鎳基粉噴焊層硬度低，塑性好,可以松弛噴焊應(yīng)力有利于防止 裂紋,這時操作不熟練者極為重要;

④ 選擇噴焊規(guī)范時,應(yīng)考慮鑄鐵材質(zhì)、缺陷部位大小,工況要求等因素,在保證必要火焰能量的前提下,盡量減少對基體的熱量輸入,氧氣、乙炔氣壓力取下限值為宜,噴粉、重熔時,適當調(diào)整噴、熔距離,控制熱輸入; ⑤ 焊補局部小缺陷,如氣孔、砂眼,噴焊前可不預(yù)熱,盡量減少噴焊層周圍受熱面積,使處于高溫區(qū)域盡可能小'

⑥ 對局部小而深的缺陷噴焊修補適合連續(xù)噴焊,該方法粉末沉積率高,厚度增長快,效率高,但要求操作技術(shù)熟練,使送粉量和噴、熔速度協(xié)調(diào),做到噴均、熔透;

⑦ 對面積較大且深的缺陷,為防止基體受熱過大而導(dǎo)致熱應(yīng)力增大,可采用間歇法噴焊,必要時亦可采用電焊、噴焊復(fù)合工藝,用焊條填充底部,上部噴焊,如鑄件壁厚較大,可采用噴前栽絲,不僅能增加結(jié)合強度,防止噴焊層與母材剝離,而且可消除一部分噴焊熱應(yīng)力;

⑧ 噴焊大型復(fù)雜鑄件熱應(yīng)力較大,噴焊時要采取措施,減少應(yīng)力積累,如采用加熱減應(yīng)法、分段對稱法;焊前預(yù)熱,焊后緩冷等,均可取得良好效果;

⑨ 控制重熔溫度,重熔溫度過高,不僅合金元素?zé)龘p,基體過 熱,甚至基體被熔化,導(dǎo)致鑄鐵中的碳進入噴焊層,將使噴焊層中含碳量增加,硬度提高,塑性降低,而基體又因含碳量下降,容易出現(xiàn)白口,而且溫度過高還會引起較大的熱應(yīng)力,導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生,重熔溫度也不能過低,否則,易形成夾灰或熔不透,影響結(jié)合強度,對于重熔溫度的控制,主要靠操作者注意觀察重熔時涂層表面狀態(tài)的變化,借助于重熔時的“鏡面反光”來控制,呈現(xiàn)“鏡面反光”,則表明粉末已熔融,熔渣已經(jīng)上浮,此時重熔槍應(yīng)立即移開,重熔過的部位應(yīng)避免重復(fù)加熱 。

操作電弧噴涂、等離子噴焊、激光熔覆等專用設(shè)備，進行工件噴涂、噴焊、熔覆等處理加工的人員。

噴焊槍首先在陰極與前槍體間引燃非轉(zhuǎn)移弧，接著利用非轉(zhuǎn)移弧產(chǎn)生的導(dǎo)電性好的等離子射流，引燃陰極與工件間的轉(zhuǎn)移弧。在轉(zhuǎn)移弧建立后，載粉氣體向噴槍送粉，粉末被焰流加熱后落入工件上的熔池中，形成合金噴焊層。

這一過程分成噴涂和重熔個過程，并同時進行。由于噴焊采用柔性弧，因此粉末的速度不高，且一般不會完全熔化。落入熔池的粉末進人轉(zhuǎn)移弧的陽極區(qū)，受高溫而迅速熔化。電弧對熔池有較強的攪拌作用，使重熔充分，熔融金屬中的氣體和熔渣能充分排出。由于工件受熱產(chǎn)生熔池，涂層材料與基材金屬有一定程度的互熔。

與火焰粉末噴焊相比，等離子噴焊層與基材的結(jié)合是互相熔合，后者是釬焊熔敷。等離子噴焊層5%~ 15%的沖淡率，而后者沒有。此外，等離子噴焊層的氧化物假消家開何動一個題的和我夾雜和氣孔率更低。2100433B 解讀詞條背后的知識 上海多木實業(yè)有限公司 上海多木實業(yè)有限公司官方帳號

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中文名稱

等離子弧噴焊

英文名稱

plasma arc spray welding

定　　義

采用轉(zhuǎn)移型等離子弧為主要熱源，在金屬基材表面噴焊合金粉末的方法。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級學(xué)科），材料科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)（二級學(xué)科），材料合成、制備與加工（三級學(xué)科），表面改性和涂層技術(shù)（四級學(xué)科）