表面防腐處理之噴焊技術(shù)_滄州五森管道有限公司
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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(dá)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(qiáng)度約400MPa，抗沖擊性能較好、耐磨、耐腐蝕，外觀呈鏡面。
優(yōu)點(diǎn)
與噴涂層相比，噴焊層的優(yōu)點(diǎn)顯著。但由于重熔過程中基體局部受熱后溫度達(dá)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(jī)葉片，破碎機(jī)齒板，挖掘機(jī)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。
噴焊用自熔性合金粉末
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(diǎn)，適于乙炔一氧焰對涂層進(jìn)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(qiáng)的耐蝕性，抗氧化性可達(dá)650°C，耐磨性強(qiáng)；鈷基合金粉末最大的特點(diǎn)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。
噴焊工藝
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(jìn)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(hù)層，并將表面封嚴(yán)，以防氧化，噴熔從一端開始，噴距10～30mm，有順序地對保護(hù)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(jìn)行，直至達(dá)到預(yù)定厚度，表面出現(xiàn)“鏡面”反光，再向前擴(kuò)展，達(dá)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(dá)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(dá)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(jìn)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(dāng)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(jìn)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。
噴涂與噴焊的工藝區(qū)別
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(dá)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(jī)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。
下列情況宜選用噴焊工藝
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(qiáng)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(dá)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(jì)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(qiáng)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(qiáng)化或修復(fù),但應(yīng)注意到零件材質(zhì)的一些特點(diǎn),當(dāng)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?yàn)檫@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(bǔ),且噴焊處不允許熱輸入量很大,如各類機(jī)床導(dǎo)軌局部傷痕的修補(bǔ),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(jī)車、礦車輪子等,宜用一步法噴焊工藝;
⑷ 可在機(jī)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(jì)的表面硬度,例如原設(shè)計(jì)采用淬火或化學(xué)處理工藝,使表面硬度達(dá)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(qiáng)烈磨損的非配合面,如泥沙泵的葉輪、殼體、裝巖機(jī)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(jìn)行加工的工件,如機(jī)床導(dǎo)軌面局部傷痕的修補(bǔ),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(kuò)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(kuò)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。
下列情況不能采用噴焊工藝
⑴ 低于合金熔點(diǎn)的材料,如鋁及其合金、鎂及其合金,黃銅、青銅;
⑵ 工件是細(xì)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(jì)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(jìn)行高精度噴焊）
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