1　概述

  热喷焊技术是将自熔性合金粉末先喷涂在基材上 ,在基材不熔化的情况下使其湿润基材表面并熔化到基材上而形成冶金结合 ,形成所需要的致密喷焊层。它们形成冶金结合是由于液态合金于固态基材表面之间的相互熔结和扩 散而形成了一层新的表面合金。目前热喷焊技术按所采用的热源类型不同主要有氧乙炔火焰喷焊、等离子喷焊以及相应的加热重熔方法(如炉内重熔、感应加热重熔、激光重熔等 )。按热喷焊材料的形状可分为线材、粉材、棒材喷焊。喷焊层与基材的结合强度高、涂层致密 ,但重熔时基材的热变形大。

 

2　喷焊材料及涂层设计

2 .1　喷焊材料喷焊技术的应用需要具备的物质条件有喷焊设备和喷焊材料两方面。在设备维修中零件的材料性质和表面要求各不相同 ,为满足零件的使用要求 ,选择合理的喷焊材料成为保证修复性能的重要因素之一。热喷焊所用的材料主要是自熔性合金粉末。所谓自熔性合金粉末是指合金粉末熔化时合金成份能自行脱氧并形成低熔渣 ,从而与基材形成良好的结合。粉末材料的主要特点是可喷焊材料的范围特别广 ,调整合金基涂层层份比较容易 ;但粉末的形状、粒度及粒度分布、湿度等因素对粉末材料的性能会产生不同的影响。自熔性合金粉末的突出特点是粉末的熔点较低 ,有良好的自熔性。在熔融状态下与基材有良好的润湿性 ,液 -固相线之间的温度范围较宽 ,可以制备耐磨、耐腐蚀、抗氧化和耐热等表面强化和表面防护涂层。常用的有铁基、镍基、钴基、铜基和碳化钨的五大类。铁基粉末价格低廉 ,其粉末的熔点比镍基和钴基的高。它具有很高的耐磨性能 ,在弱腐蚀介质中耐腐蚀性良好。其涂层高温下抗氧化和耐腐蚀性差。多用于常温和 4 0 0℃以下的抗磨涂层和抗弱腐蚀介质的耐腐蚀涂层。镍基粉末价格适中 ,其粉末熔点低 (1 1 0 0～1 1 5 0℃ ) ,自熔成渣性良好 ,固液相线温度范围宽 ,对多种坯料机体润湿能力强 ,涂层韧性好 ,喷焊工艺性良好。其涂层具有优异的耐腐蚀性、耐磨性和良好的耐热性 ,是应用最广的一类自熔性合金。它可以用于具有综合性能要求的涂层或在6 0 0℃以下代替钴基合金。钴基合金粉末的价格较高 ,其主要特点是具有优良的耐高温性、红硬性、耐腐蚀、耐磨和抗氧化等性能 ,最适合 70 0℃左右高温下作抗氧化、耐腐蚀、耐磨损的表面涂层。含碳化钨的自熔性合金粉末通常是由镍基自熔性合金粉末中加入一部分纯钴 (镍 ) ,包括碳化钨粉末 (铁基、钴基也可以 )。通过调节碳化钨与铁、镍和钴基合金粉末的比例 ,可以获得不同硬度、耐磨性的涂层。采用含碳化钨的自熔性合金粉末喷焊时 ,其涂层的硬度比单用自熔性合金粉末涂层的硬度高HRC5～HRC1 0。铜基自熔性合金粉末涂层具有磨擦系数小、易加工、耐腐蚀等特点。

2 .2　涂层设计如果说喷焊设备和材料是喷焊技术的物质条件 ,那么涂层设计和喷焊工艺则成为保证修复零件使用性能和质量的技术条件。涂层设计是选择工艺方法的前提 ,工艺方法是保证涂层使用性能和质量的措施。涂层设计的主要任务是确定涂层类型、选择涂层材料和设计涂层结构。采用热喷焊技术可以获得致密、整体硬度高的涂层 ,适用于抗磨粒磨损、抗表面疲劳磨损以及抗腐蚀磨损涂层。涂层材料的选择主要考虑需修零件的工作条件(如工作温度、滑动速度、润滑条件等 )和表面破坏形式 (磨损、腐蚀等 ) ;其次还应考虑所选喷焊材料的经济合理性。但最终还应使涂层的性能满足使用要求。涂层材料的设计重点要解决涂层与基材的结合强度和确定涂层厚度的问题。

 

3. 氧乙炔火焰喷焊工艺及其应用

3.1　氧乙炔火焰喷焊工艺氧乙炔火焰喷焊所使用的设备比较简单 ,除了需要专用喷枪以外 ,其他的设备都是一般气焊所用设备。喷枪除了有用喷涂或喷焊送粉的两用枪以外 ,还需要重熔枪 ,如SCR - 1 0 0型和SHP -C型等。此外还有喷焊一步法用枪 ,如SPH - 1 /h、SPH- 2 /h和SPH - 4/h等 ,这类枪的特点是即可送粉又可重熔。喷焊工艺可分为三个阶段。

(1 )喷前准备。这个阶段的第一个重点是喷焊表面的除油去污。对某些多孔铸件 ,孔内油污仅靠清洗很难除尽 ,可用火焰加热到 30 0℃或更高 ,将孔内油污烧净。第二个是除去表面的氧化物和疲劳层 ,可采用喷砂、机加工或打磨等方法。第三个就是除去表面处理层 (如渗碳、镀铬、淬火层等 )。这是因为这些处理层常常在喷粉或重熔时产生气体溢出或是焊层与基体结合不良。

(2 )喷焊。氧乙炔火焰喷焊自熔合金一般可分为“一步法”和“二步法”两种工艺。“一步法”是喷粉 与重熔几乎同时进行的。其优点是对工件的输入量较“二步法”小。适用于大工件小面积或小工件表面的喷焊修复。“一步法”喷焊的工艺流程:工件预热→喷粉重熔→缓冷。一步法喷焊的预热温度应在 30 0℃左右。每次喷涂重熔的面积为直径范围。缓冷的面积应加热到5 0 0℃以上。“二步法”喷焊的工艺流程是 :工件预热→喷粉→重熔→缓冷。预热温度一般视工件的大小、部位和材质而定。一般选在 2 0 0～ 4 5 0℃左右。对大工件、大面积或膨胀系数大的工件预热温度应偏高。对极小件、薄板及含有氧化元素的合金基材 ,预热温度应编低。必要时可以先预热到 1 0 0～ 2 0 0℃ ,接着喷涂一层 0 2～ 0 3mm厚的喷粉 ,然后继续加热到所需温度。喷涂层厚度一次不易超过 1 2 5mm ,若一次不够可以先重熔一次后再喷焊。重熔是喷焊二步法工艺中的关键环节。除了用火焰重熔以外 ,还可以采用感应重熔。一般的自熔合金的膨胀系数都偏高 ,因此 ,被喷焊的工件从高温急剧冷却下来会使涂层出现裂纹 ,必须视具体情况采用缓冷措施。

(3)喷后处理。喷焊后的零件要进行检查。喷焊层常见的缺陷有喷焊层剥落、喷焊层裂纹、喷焊层夹渣、喷焊层气孔和喷焊层漏底。对于表面精度要求不高的零件,喷焊后不加工即可使用。对有配合精度要求的零件 ,喷焊后需要进行机加工。加工方法有车削和磨削。

3.2　应用氧乙炔火焰喷焊主要用于对承受高应力载荷和承受冲击磨损的部件进行强化 ,提高工件的耐磨性 ,增加工件的使用寿命。如对汽车中的各种齿轮、花键轴、活塞销、气门、变速杆拨叉等进行喷焊强化或修复 ,不仅能使报废零件修复后继续使用 ,还可使新制零部件的寿命延长。上述汽车零部件经喷焊强化后 ,其寿命可提高 2～ 5倍。

 

4　结　论

  目前 ,我国生产的热喷焊设备已很完善 ,还发展了前处理、后加工的专用设备和刀具。喷焊材料的生产也已基本上满足国内喷焊技术发展的 需要。同时在工艺上也不断摸索了一整套的经验和方法。随着热喷焊技术在设备、材料和工艺三方面的不断进步,热喷焊技术会发挥越来越大的作用 ,可以解决过去传统加工方法无法解决的问题 ,热喷焊技术必将成为我国现代工业中不可缺少的一种表面加工新技术热喷焊技术工艺设计及其应用 氧乙炔火焰喷焊;;自熔性合金;;涂层设计热喷焊在设备维修中得到了 广泛的应用。为得到良好的喷焊层,热喷焊要根据基材性质和工作条件选择合适的喷焊材料,设计 合理涂层结构。在喷焊过程中可采用一步法或二步法进行喷焊。热喷焊技术在设备维修工作中越来越发挥着重要作用。