堆焊方法.pptx
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1、一一 概述概述 堆焊:是借用焊接的手段对金属材料表面进行厚膜改质。堆焊:是借用焊接的手段对金属材料表面进行厚膜改质。对本来是用一般材料制成的零件,通过堆焊一层高合金,对本来是用一般材料制成的零件,通过堆焊一层高合金,可使其性能得到明显的改善或提高。堆焊也是修复的方法可使其性能得到明显的改善或提高。堆焊也是修复的方法 3.1 堆焊技术堆焊技术 堆焊是一种熔焊工艺,堆焊就其物理本质和冶金过程而言,具有焊接的一般规律,原则上已有的熔焊方法都可以用于堆焊。堆焊技术的进步是希望采用的堆焊方法有较小的母材稀释、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能,即优质、高效、低稀释率的堆焊技术。金属表面堆焊的特点 1.1.
2、堆焊的目的是用于表面改质,因此,堆焊材料堆焊的目的是用于表面改质,因此,堆焊材料与基体往往差别很大,因而具有异种金属焊接的与基体往往差别很大,因而具有异种金属焊接的特点。特点。2.2.与整个机件相比,堆焊层仍是很薄的一层,因与整个机件相比,堆焊层仍是很薄的一层,因此,其本身对整体强度的贡献,不像通常焊缝那此,其本身对整体强度的贡献,不像通常焊缝那样严格,只要能承受表面耐磨等要求即可。堆焊样严格,只要能承受表面耐磨等要求即可。堆焊层与基体的结合力,也无很高要求,一般冶金结层与基体的结合力,也无很高要求,一般冶金结合即可满足,但是必须保证工艺过程中对基体的合即可满足,但是必须保证工艺过程中对基体的
3、强度不损害,或者损害可控制在允许限度之内。强度不损害,或者损害可控制在允许限度之内。3.要保证堆焊层自身的高性能,要求尽可能低的稀释率。4.堆焊用于强化某些表面,因而希望焊层尽可能平整均匀。这要求堆焊材料与基体应有尽可能好的润湿性和尽可能好的流平性。堆焊方法较其它表面处理方法的优点(1 1)堆焊层与基体金属的结合为冶金结合,结合强)堆焊层与基体金属的结合为冶金结合,结合强度高,抗冲击性能好。度高,抗冲击性能好。(2 2)堆焊层金属的成分和性能调节方便,一般常用)堆焊层金属的成分和性能调节方便,一般常用的手工电弧焊堆焊条或药芯焊丝调节配方很方便,的手工电弧焊堆焊条或药芯焊丝调节配方很方便,可以设
4、计出各种合金体系,以适应不同的工况条件。可以设计出各种合金体系,以适应不同的工况条件。(3 3)堆焊层厚度较大,一般堆焊层厚度可在)堆焊层厚度较大,一般堆焊层厚度可在2 23 3内调节,更适合于严重磨损的工况条件。内调节,更适合于严重磨损的工况条件。(4 4)堆焊方法具有高的性能价格比,当工件的基体)堆焊方法具有高的性能价格比,当工件的基体采用普通材料制造,表面采用高合金堆焊层时,不采用普通材料制造,表面采用高合金堆焊层时,不仅降低了制造成本,而且还节约许多贵重金属。仅降低了制造成本,而且还节约许多贵重金属。堆焊的应用1)恢复工件尺寸 2)抗磨损 3)抗腐蚀堆焊高铬铸铁堆焊焊条钴基D842焊条
5、电火花沉积堆焊冷焊机辊压机耐磨堆焊材料普通锰型堆焊焊条二、二、异种金属熔焊(堆焊)理论异种金属熔焊(堆焊)理论 一、熔合区的形成与结构一、熔合区的形成与结构 1.1.熔合区熔合区 所谓熔合区一般包括熔合线和具有结晶层与扩散层的所谓熔合区一般包括熔合线和具有结晶层与扩散层的过渡区段过渡区段 。焊缝完全冷却以后,熔合区一部分由基体金属。焊缝完全冷却以后,熔合区一部分由基体金属组成,另一部分由焊缝金属组成。组成,另一部分由焊缝金属组成。2 2熔合区的结构特点熔合区的结构特点 两种金属尽管合金化特性彼此差别很大,但只要它们两种金属尽管合金化特性彼此差别很大,但只要它们的晶格相同,基体金属与焊缝金属的熔
6、合区就有相容性。的晶格相同,基体金属与焊缝金属的熔合区就有相容性。对于组织类型不同的钢,熔合区的形成过程就比较复杂。对于组织类型不同的钢,熔合区的形成过程就比较复杂。根据结晶方向和尺寸相适应的规律,被焊金属晶格的周期根据结晶方向和尺寸相适应的规律,被焊金属晶格的周期彼此相差不超过彼此相差不超过9 9才会产生共同的结晶。这时在熔合区才会产生共同的结晶。这时在熔合区内就出现从一种晶格过渡到另一种晶格的单原子层,此过内就出现从一种晶格过渡到另一种晶格的单原子层,此过渡层总是受到一定的应力。渡层总是受到一定的应力。一般说来一般说来,用手工电弧焊时,过渡层的平均厚度约为用手工电弧焊时,过渡层的平均厚度约
7、为0.40.40.60.6,而用埋弧时而用埋弧时,约为约为0.250.250.50.5。扩散过渡层 在堆焊过程中在堆焊过程中,固态基体金属和液态金属互相作用必定会引固态基体金属和液态金属互相作用必定会引起熔合区内某种程度的异扩散。异扩散速度的大小取决于起熔合区内某种程度的异扩散。异扩散速度的大小取决于温度、接触时间、浓度梯度和原子的迁移率。异扩散形成温度、接触时间、浓度梯度和原子的迁移率。异扩散形成的扩散过渡层往往会损害焊层的性能。的扩散过渡层往往会损害焊层的性能。当基体金属与堆焊金属的成分相差很大时,在焊缝金属熔当基体金属与堆焊金属的成分相差很大时,在焊缝金属熔合线附近,会形成一个成分变化不
8、定的区域,即扩散过渡合线附近,会形成一个成分变化不定的区域,即扩散过渡层。层。熔合区内形成扩散过渡层熔合区内形成扩散过渡层 ,在钢中这种扩散运动能力最强在钢中这种扩散运动能力最强的是碳的是碳 。三三 堆焊合金的类型及性能堆焊合金的类型及性能 堆焊合金的类型堆焊合金的类型 1.低碳低合金钢:性能特点是含碳量小于0.3,合金元素总量少于5,Mn、Cr、Si为主,冲击韧性好,易于机械加工,用于金属间磨损的零件,如轴类、齿轮等。2.中碳低合金钢:性能特点是含碳量0.30.6,合金元素总量少于5,Cr、Mn、Mo、Si为主,抗压强度高,适合于受中等冲击的磨损零件。3.高碳低合金钢:性能特点是含碳量0.7
9、1.0,合金总量约5,Mn、Cr、Si为主。硬度较高,用于不受冲击或弱冲击的低应力磨料磨损零件,如推土机铲刃等。4.铬-钼、铬-钨热稳定钢:性能特点是含碳量0.5左右,Cr、W、Mo、V为主要合金元素,红硬性好,高温耐磨性好,用于热模具堆焊。5.5.高铬钢:性能特点是高铬钢:性能特点是Cr13Cr13系,含碳系,含碳0.10.10.40.4,Cr12Cr12系,系,含碳含碳0.90.91.51.5,含,含CrCr大于大于1212。组织为马氏体铁素体。组织为马氏体铁素体。有良好的耐磨及耐腐蚀性,用于有腐蚀介质的磨料磨损或金有良好的耐磨及耐腐蚀性,用于有腐蚀介质的磨料磨损或金属间磨损。属间磨损。6
10、.6.奥氏体高锰钢和铬锰钢:性能特点是奥氏体高锰钢和铬锰钢:性能特点是MnMn含量大于含量大于1212,铬锰钢有较好的耐腐蚀性,铬锰钢有较好的耐腐蚀性,Mn13Mn13可以冲击相变。用于严重可以冲击相变。用于严重冲击条件下的零件,如矿石铲斗、碎石机等。冲击条件下的零件,如矿石铲斗、碎石机等。7.7.奥氏体镍铬钢:性能特点是在奥氏体镍铬钢:性能特点是在Cr18Ni8Cr18Ni8基础上,加入基础上,加入S S、MoMo、V V、MnMn、WW等元素,提高耐腐蚀及耐热性能。用于阀门、等元素,提高耐腐蚀及耐热性能。用于阀门、阀座、石油化工工业中的反应器、容器等防腐或耐热堆焊。阀座、石油化工工业中的反
11、应器、容器等防腐或耐热堆焊。8.8.高速钢:性能特点是含碳量高速钢:性能特点是含碳量0.70.71.01.0左右,左右,Cr 3.8Cr 3.84.54.5;W17W171919、V1.0V1.01.51.5为主要合金元素,用于刀为主要合金元素,用于刀具修复堆焊。具修复堆焊。9.9.马氏体合金铸铁:性能特点是含碳量马氏体合金铸铁:性能特点是含碳量2%2%4%,4%,以白口铸铁以白口铸铁为基为基,加入加入WW、CrCr、MoMo、MnMn、NiNi等元素。合金总量等元素。合金总量15%15%20%20%。用于低应力磨料磨损的场合。用于低应力磨料磨损的场合。1010高铬合金铸铁:性能特点是含碳高铬
12、合金铸铁:性能特点是含碳1.5%1.5%4.5%,4.5%,铬铬22%22%32%,32%,加入加入SiSi、MnMn、NiNi、MoMo、B B等合金。用于抗低应力和高等合金。用于抗低应力和高硬度磨料磨料腐损场合。硬度磨料磨料腐损场合。11.11.碳化钨合金:性能特点是含碳化钨合金:性能特点是含WC45%WC45%以上以上,粒状粒状WCWC在堆在堆焊中应避免熔化焊中应避免熔化,达到最佳抗磨损性能达到最佳抗磨损性能.基体可以是铁基基体可以是铁基,镍基镍基或钴基。或钴基。12.12.钴基合金:性能特点是含钴钴基合金:性能特点是含钴30%30%70%70%,Cr25Cr253333,W3%W3%2
13、5%25%,钴基合金具有最佳综合性能。主要用于重要,钴基合金具有最佳综合性能。主要用于重要的耐高温、冲击、热疲劳、搞磨损的工件。的耐高温、冲击、热疲劳、搞磨损的工件。13.13.镍基合金:性能特点是镍基合金:性能特点是Ni-Cr-B-SiNi-Cr-B-Si堆焊合金堆焊时堆焊合金堆焊时,湿润湿润性好性好,流动性好流动性好,堆焊金属硬度堆焊金属硬度HRC50HRC506060。用于抗磨损堆焊;。用于抗磨损堆焊;Ni-Cr-Mo-WNi-Cr-Mo-W具有抗强硫腐蚀能力,用于防腐堆焊具有抗强硫腐蚀能力,用于防腐堆焊14.14.铝基合金铝青铜、锡青铜、硅青铜、黄铜、白铜、紫铜铝基合金铝青铜、锡青铜、
14、硅青铜、黄铜、白铜、紫铜等等 堆焊材料的选择 工作条件工作条件堆焊用合金堆焊用合金高应力金属间磨损高应力金属间磨损亚共晶钴基合金、含金属间化合物钴基亚共晶钴基合金、含金属间化合物钴基合金合金低应力金属间磨损低应力金属间磨损堆焊用低合金钢堆焊用低合金钢金属间磨损腐蚀或氧化金属间磨损腐蚀或氧化大多数钴基或镍基合金大多数钴基或镍基合金低应力磨料磨损、冲击浸蚀、磨料浸蚀低应力磨料磨损、冲击浸蚀、磨料浸蚀高合金铸铁高合金铸铁低应力严重磨料磨损、切割刃低应力严重磨料磨损、切割刃碳化物碳化物气蚀浸蚀气蚀浸蚀钴基合金钴基合金严重冲击严重冲击高合金锰钢高合金锰钢严重冲击腐蚀氧化严重冲击腐蚀氧化亚共晶基合金亚共晶
15、基合金高温下金属间磨损高温下金属间磨损亚共晶、含金属间化合物钴基合金亚共晶、含金属间化合物钴基合金凿削式磨料磨损凿削式磨料磨损奥氏体锰钢奥氏体锰钢热稳定性、高温蠕变强度(热稳定性、高温蠕变强度(540540)钴基合金、碳化物型镍基合金钴基合金、碳化物型镍基合金四四 堆焊方法堆焊方法 一、手工电弧堆焊一、手工电弧堆焊 (1 1)为降低稀释率应采用小电流、短弧长、慢速度的方)为降低稀释率应采用小电流、短弧长、慢速度的方法,焊接电流应比普通焊条小法,焊接电流应比普通焊条小10101515。(2 2)为防止堆焊层开裂,对于一些用于与泥沙、粉尘、)为防止堆焊层开裂,对于一些用于与泥沙、粉尘、矿石直接磨损
16、的工件,堆焊金属一般选用高铬合金铸铁堆矿石直接磨损的工件,堆焊金属一般选用高铬合金铸铁堆焊条,如基体为低碳、低合金钢,韧性较好,可以允许堆焊条,如基体为低碳、低合金钢,韧性较好,可以允许堆焊层存在密集的小裂纹时,应采取相应的工艺措施。焊层存在密集的小裂纹时,应采取相应的工艺措施。主要措施有:在保证堆焊层性能的前提下,选择与基体材料线膨胀系数相近的堆焊合金,以减小由于膨胀系数不同造成的热应力;采取预热,中间消氢热处理,焊后缓冷的工艺方法,预热温度可以根据堆焊金属的碳当量确定(3)(3)当堆焊金属或母材硬度很高时,可先基体上堆当堆焊金属或母材硬度很高时,可先基体上堆焊一层高塑性材料作为堆焊过渡层,
17、如不锈钢或焊一层高塑性材料作为堆焊过渡层,如不锈钢或镍基合金,然后在过渡层上堆焊,这种方法对防镍基合金,然后在过渡层上堆焊,这种方法对防止裂纹很有效。止裂纹很有效。(4)(4)为防止工件变形,对批量较大的工件,应采用为防止工件变形,对批量较大的工件,应采用专用工卡具,以防止变形。也可以采用预制反变专用工卡具,以防止变形。也可以采用预制反变形法。对于工况条件为低应力磨料磨损的工件,形法。对于工况条件为低应力磨料磨损的工件,在基体表面堆焊成网格状焊道,就可以获得很高在基体表面堆焊成网格状焊道,就可以获得很高的抗磨损性能,这样即可以降低成本,又可以防的抗磨损性能,这样即可以降低成本,又可以防止变形过
18、大。止变形过大。氧-乙炔堆焊(1)(1)焊前清除工件表面上的油、锈。焊前清除工件表面上的油、锈。(2)(2)将工件放平防止铁水流出。将工件放平防止铁水流出。(3)(3)用碳化焰将工件表面加热至半熔化温度,即呈现出汗用碳化焰将工件表面加热至半熔化温度,即呈现出汗状态,此时添入堆焊材料进行堆焊。注意堆焊时不要使状态,此时添入堆焊材料进行堆焊。注意堆焊时不要使母材完全熔化形成熔池。母材完全熔化形成熔池。(4)(4)堆焊时,焊丝和熔化区应处于还原焰的保护中,不得将堆焊时,焊丝和熔化区应处于还原焰的保护中,不得将火焰急速移开,以防止堆焊金属氧化。火焰急速移开,以防止堆焊金属氧化。(5)(5)单层堆焊一般
19、在单层堆焊一般在2 23 3厚,厚度不够时可用多层堆焊,厚,厚度不够时可用多层堆焊,必要时可用火焰重熔堆焊层,以消除堆焊缺陷。必要时可用火焰重熔堆焊层,以消除堆焊缺陷。氧乙炔火焰温度较低(30503100),火焰加热面积大,可获得较低的稀释率(110),堆焊层厚度较小,可在1左右。氧-乙炔火焰尤其适用于堆焊碳化钨管状焊丝,这种合金要求在堆焊时WC颗粒不熔化,这样才能最好地发挥WC的耐磨性。几种堆焊方法特点比较 堆焊方法堆焊方法堆焊方法堆焊方法稀释率稀释率稀释率稀释率()熔数速度熔数速度熔数速度熔数速度(kg/hkg/h)最小堆焊厚度最小堆焊厚度最小堆焊厚度最小堆焊厚度()熔数效率熔数效率熔数效
20、率熔数效率()氧氧氧氧-乙炔焰堆乙炔焰堆乙炔焰堆乙炔焰堆焊焊焊焊手工送丝手工送丝手工送丝手工送丝自动送丝自动送丝自动送丝自动送丝粉末堆焊粉末堆焊粉末堆焊粉末堆焊1 110101 110101 110100.50.51.81.80.50.56.86.80.50.51.81.80.80.80.80.80.80.810010010010085859595手工电弧堆焊手工电弧堆焊手工电弧堆焊手工电弧堆焊101020200.50.55.45.43.23.26565钨极氩弧堆焊钨极氩弧堆焊钨极氩弧堆焊钨极氩弧堆焊101020200.50.54.54.53.23.29898100100熔化极气体保护电弧堆熔
21、化极气体保护电弧堆熔化极气体保护电弧堆熔化极气体保护电弧堆焊焊焊焊自保护电弧堆焊自保护电弧堆焊自保护电弧堆焊自保护电弧堆焊10104040151540400.90.95.45.42.32.311.311.33.23.23.23.29090959580808585埋弧堆焊埋弧堆焊埋弧堆焊埋弧堆焊单丝单丝单丝单丝多丝多丝多丝多丝串联电弧串联电弧串联电弧串联电弧单带极单带极单带极单带极多带极多带极多带极多带极303060601515252510102525101020208 815154.54.511.311.311.311.327.227.211.311.315.915.9121236362222
22、68683.23.24.84.84.84.83.03.04.04.095959595959595959595等离子弧堆等离子弧堆等离子弧堆等离子弧堆焊焊焊焊自动送粉自动送粉自动送粉自动送粉手工送丝手工送丝手工送丝手工送丝自动送丝自动送丝自动送丝自动送丝双热丝双热丝双热丝双热丝5 515155 515155 515155 515150.50.55.85.80.50.53.63.60.50.53.63.6131327270.80.82.42.42.42.42.42.485859595989810010098981001009898100100电渣堆焊电渣堆焊电渣堆焊电渣堆焊101014141515
23、757515159595100100旧辊套堆焊工艺流程图 3.2 热喷涂1.概述 1.1 什么是热喷涂 1.2 热喷涂技术分类 1.3 热喷涂技术的特点2.热喷涂的基础理论3.热喷涂工艺热喷涂的基本原理是将涂层材料加热熔化,以高速气流将其雾化成极细的颗粒,并以很高的速度喷射到事先已准备好的工件表面上,形成覆层。什么是热喷涂什么是热喷涂?对被处理工件的形状、尺寸、材料等原则上没有限制对被处理工件的形状、尺寸、材料等原则上没有限制(尺寸过小及小孔内壁的热喷涂工艺还有困难)。无论是金属、合金,还是陶瓷、玻璃、水泥、石膏、塑料、无论是金属、合金,还是陶瓷、玻璃、水泥、石膏、塑料、木材,甚至纸张,都是适
24、用的基体材料。木材,甚至纸张,都是适用的基体材料。涂层材料也是多样的,金属、合金、陶瓷、复合材料都可选涂层材料也是多样的,金属、合金、陶瓷、复合材料都可选用。用。根据需要选择不同的覆层材料,可以获得耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、耐热等方面的一种或数种性能,也可以获得其它特殊性能的涂层。这些涂层能够满足各种尖端技术的特殊需要,也能使普通材料制成的零件获得特殊的表面性能,从而成倍地提高零件的使用寿命,或使报废零件得到再生。热喷涂技术的特点和优点热喷涂技术的特点和优点热热喷喷涂涂方方法法的的种种类类线材火焰喷涂棒材火焰喷涂粉末火焰喷涂超音速火焰喷涂粉末火焰喷焊大气等离子喷涂真空等离子喷涂保护气氛等离子喷涂
25、水稳等离子喷涂超音速等离子喷涂气体燃烧热源气体放电热源电热热源爆炸热源激光热源电弧喷涂等离子喷涂等离子喷焊电容放电喷焊感应加热喷涂燃气重复爆炸喷涂线材电爆喷涂激光喷涂激光喷焊 利利用用各各种种可可燃燃性性气气体体燃燃烧烧放放出出的的热热进进行行的的热热喷喷涂涂称称为火焰喷涂。为火焰喷涂。火焰喷涂的历史最悠久,设备最简单,投资最少,目前仍被广泛使用。一般情况下,高温下不剧烈氧化,在2760C以下不升华,能在2500以下熔化的材料都可以使用火焰喷涂形成涂层。根据火焰特征和喷涂材料的形态又可分为:线材火焰喷涂,棒材火焰喷涂,粉末火焰喷涂,超音速火焰喷涂,粉末火焰喷焊。气气体体燃燃烧烧热热源源热热喷喷
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