技术 | 喷焊技术

喷焊
喷焊是对经预热的自溶性合金粉末涂层再加热至1000～1300℃，使颗粒熔化，造渣上浮到涂层表面，生成的硼化物和硅化物弥散在涂层中，使颗粒间和基体表面达到良好结合。最终沉积物是致密的金属结晶组织并与基体形成约0.05～0.1mm的冶金结合层，其结合强度约400MPa，抗冲击性能较好、耐磨、耐腐蚀，外观呈镜面。

优点
与喷涂层相比，喷焊层的优点显著。但由于重熔过程中基体局部受热后温度达900℃，会产生较大热变形。因此，喷焊的使用范围有一定局限性。适于喷焊的零件和材料一般是：①受冲击载荷，要求表面硬度高，耐磨性好的易损零件，如抛砂机叶片，破碎机齿板，挖掘机铲斗齿等；②几何形状比较简单的大型易损零件，如轴、柱塞、滑块、液压缸、溜槽板等；③低碳钢、中碳钢（含碳0.4%以下）、含锰、钼、钒总量<3%的结构钢、镍铬不锈钢、铸铁等材料。



喷焊用自熔性合金粉末
自熔性合金粉末是以镍、钴、铁为基材的合金，其中加入适量硼和硅元素，起脱氧造渣焊接熔剂的作用，同时能降低合金熔点，适于乙炔一氧焰对涂层进行重熔。国产自熔性合金粉末品种较多，镍基合金粉末有较强的耐蚀性，抗氧化性可达650°C，耐磨性强；钴基合金粉末最大的特点是红硬性好，可在700℃保持较好的耐磨性和耐蚀性；铁基合金粉末耐磨粒磨损性优于其他两类。

喷焊工艺
喷焊的工艺程序基本与喷涂相同，所不同者在喷粉工序中增加了重熔程序。喷焊有一步喷焊法和二步喷焊法。施工前应注意：①工件表面有渗碳层或氮化层，在预处理时必须清除；②工件的预热温度为一般碳钢200～300℃，耐热奥氏体钢350～400℃。预热火焰用中性或弱碳焰。此外，喷涂层重熔后，厚度减小25%左右，喷熔后在热态测量时，应将此量考虑在内。一步喷焊法一步法即喷一段后即熔一段，喷、熔交替进行，使用同一支喷枪完成。可选用中、小型喷焊枪。在工件预热后先喷涂0. 2mm的保护层，并将表面封严，以防氧化，喷熔从一端开始，喷距10～30mm，有顺序地对保护层局部加热到熔融开始湿润（不能流淌）时再喷粉，与熔化反复进行，直至达到预定厚度，表面出现“镜面”反光，再向前扩展，达到表面全部覆盖喷焊层。如一次厚度不足，可重复加厚。一步法适用于小型零件或小面积喷焊。二步喷焊法二步法即先完成喷涂层再对其重熔。喷涂与重熔均用大功率喷枪，例如SpH-E喷、焊两用枪，使合金粉末充分在火焰中熔融，在工件表面上产生塑性变形的沉积层。喷铁基粉末时用弱碳火焰，喷镍基和钴基粉末时用中性或弱碳火焰。喷粉每层厚度<0.2mm，重复喷涂达到重熔厚度，一般可在0.5～0. 6 mm时重熔。如果喷焊层要求较厚，一次重熔达不到要求时，可分几次喷涂和重熔。重熔是二步法的关键工序，在喷涂后立即进行。用中性焰或弱碳化焰的大功率柔软火焰，喷距约20 ～ 30mm，火焰与表面夹角为60°～ 75°，从距涂层约30mm处开始，适当掌握重熔速度，将涂层加热，直至涂层出现“镜面”反光为度，然后进行下一个部位的重熔。重熔时应防止过熔（即镜面开裂），涂层金属流淌，或局部加热时间过长使表面氧化。多层重熔时，前一层降温至700℃左右，清除表面熔渣后，再作二次喷熔。重熔宜不超过3次。工件的冷却。中低碳钢、低合金钢的工件和薄焊层、形状简单的铸铁件在空气中自然冷却。对于焊层较厚、形状复杂的铸铁件，锰、铜、钒含量较大的合金钢件，冷硬性高的零件，要埋在石灰坑中缓冷。




喷涂与喷焊的工艺区别
喷涂层和喷焊层与基体金属的结合形成不同,镍包铝通过喷涂焰束加热时发生放热化学反应,在经喷砂除锈达Sa3级,RZ>50μm的碳钢表面形成微冶金结合底层与工作层又产生“锚钩”效应的机械结合涂层,而喷焊层与基体的结合纯属冶金结合涂层。喷涂材料不同,喷焊要求使用自熔性合金粉末,而喷涂则对粉末的自熔性要求不高,且不一定是自熔性合金粉末,各种自熔性合金粉末既可用于喷焊又可用于喷涂,但喷涂粉末不具备自熔性只能用于喷涂而不能用于喷焊工艺。工件受热情况不同,喷涂与喷焊过程中,喷前预热温度不同,工件受热影响不同,喷后工件的组织、性能亦不同。涂层的致密性不同,喷焊层致密,而喷涂层中有少量孔隙。承受载荷的能力不同,喷涂层一般能承受大面积接触,多在有润滑条件的工作表面,配合面以及其它受力较小的工况条件下使用,喷焊层却能承受较大的冲击力,挤压应力或接触应力等。



下列情况宜选用喷焊工艺

⑴ 各种碳钢、低合金钢的工件表面载荷大,特别是受冲击载荷,要求涂层与基体结合强度在350—450N/mm2的工件,喷焊硬度HRC150≤65,涂层厚度从0.3至数毫米,喷焊层经磨削加工后表面粗糙度可达Ra0.4—0.1μm以上。⑵在腐蚀介质中使用，要求涂层致密,无孔隙。⑶工件表面原设计采用淬火、渗碳、渗氮、镀硬铬等工艺,要求表面有很高的硬度。⑷工件工作环境恶劣,如受强烈的磨粒磨损、冲蚀磨损、气蚀等等。⑸ 氧—乙炔焰合金粉末喷焊工艺适应各种碳钢、低合金钢零部件的表面强化或修复,但应注意到零件材质的一些特点,当基体材质的线胀系数与合金喷焊层的线胀系数差别较大时小于12×10-6/℃大于12×10-6/℃,则应慎用此工艺,以免造成裂纹,若基体金属中与氧亲合力大的元素含量较多如钨和钼的含量大于3%,铝、镁、钴、钛 、钼等元素总含量大于0.5%或钢中含硫量较多时,也会给喷焊带来困难,这是因为这些材料与氧作用极易生成致密而稳定的氧化膜,阻挡熔融合金对基体的润湿作用,重熔时液态合金会呈珠状象“汗珠”一样地滚落，因此在采用喷焊工艺时,应该注意此工艺对于所喷基体材料的适应性。⑹无需特殊处理就可喷焊的金属材料：①含碳量≤ 0.25% 的碳素结构钢. ② Mh 、 Mo 、 V 、 Cr 、 Ni 总含量< 3% 的合金结构钢。③ 18 — 8 不锈钢、镍不锈钢、灰铸钢、可锻铸铁、球墨铸铁、低碳纯铁、紫铜。⑺ 需预热 250 — 375 ℃喷焊后需缓冷的金属材料。①含碳量> 0.4% 的碳素结构钢; ② 锰.钼.钒.镍 的总含量>3% 的合金结构钢;③含铬量≤ 2% 的合金结构钢 ;⑻ 喷焊后需等温退火处理的金属材料：①含铬量≥ 13% 的马氏体不锈钢；②含碳量≥ 0.4% 的镍钼合金结构钢。在确定采用喷焊工艺后,再根据下列情况选用一步法或二步法喷焊工艺:⑴ 工件需局部修补,且喷焊处不允许热输入量很大,如各类机床导轨局部伤痕的修补,宜用一步法喷焊工艺;⑵ 工件表面复杂或无规则,如链轮、齿轮齿面、螺旋给料器等,宜用一步法喷焊工艺;⑶ 大型工件整体加热有困难,如机车、矿车轮子等,宜用一步法喷焊工艺;⑷ 可在机床旋转的一般轴类零件宜用二步法喷焊工艺;⑸ 所得涂层的硬度应尽量接近原设计的表面硬度,例如原设计采用淬火或化学处理工艺,使表面硬度达HRC≥ 55 左右的,则应选用所谓“硬面涂层”粉末,如Ni15、Ni60、Fe65或Wc复合粉;⑹ 强烈磨损的非配合面,如泥沙泵的叶轮、壳体、装岩机铲齿,螺旋给料器的螺旋面等,应选用高硬度如Ni15 、Ni60、Fe65或Wc复合粉;⑺ 需要加工,但又无法上车床、磨床,只能靠手工用锉刀等工具进行加工的工件,如机床导轨面局部伤痕的修补,只能采用低硬度喷焊粉如 SH ? F103 、 Ni15 等;⑻ 喷焊工艺与电弧堆焊的区别：喷焊层与基体之间的结合是溶解扩散冶金结合,而堆焊则是熔化冶金结合,在喷焊过程中基体是不熔化的,只是喷焊层与基体之间产生溶解作用,在两者之间存在一个扩散互溶区.由于基体不溶物因而喷焊层就不会被基体材料所冲淡,因此稀释率极低,能保证喷焊层的良好性能,堆焊基体熔化,堆焊层稀释率高,需要堆焊很厚才有可能保证焊层的性能,而且零件轮廓棱角难以保证,常见咬边,棱角塌陷,而喷焊则不会出现此类缺陷。
下列情况不能采用喷焊工艺

⑴ 低于合金熔点的材料,如铝及其合金、镁及其合金,黄铜、青铜;⑵ 工件是细长的轴类或是很薄的板材而又不允许变形的；⑶ 工件原设计要求很高，金相组织不允许有任何改变的;⑷ 可硬性高的镍铬钼合金钢；⑸ 含铬量> 18%的马氏体高铬钢。（PS：长轴类28毫米以上外径，8米以内长度可以进行高精度喷焊）
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