氧-乙炔火焰噴焊

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。***終沉積物是致密的金屬結(jié)晶組織并與基體形成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

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(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，適用于氧乙炔火焰對涂層進(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***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。

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。

區(qū)別

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,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 Mn、 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(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。

鑄鐵零件噴焊特點

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***多的是灰口鑄鐵,由于鑄鐵含量高,強(qiáng)度低,對溫度變化敏感,焊補(bǔ)時又多為局部受熱,溫差較大,冷卻速度快,給鑄鐵焊補(bǔ)帶來困難,鑄鐵的可焊性較差,在焊補(bǔ)時易出現(xiàn)以下問題:

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

⑶ 易產(chǎn)生裂紋,在焊補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)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(qiáng)烈的脫氧元素硼和硅,不僅保護(hù)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(qiáng)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);

下列情況不能采用噴焊工藝

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(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）

鑄鐵件的噴焊 工藝要點

①在車輛及機(jī)械設(shè)備中有相當(dāng)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—乙炔火焰噴焊工藝不僅是強(qiáng)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(bǔ),而且缺陷大小不等,深淺不一,適合采用一步法噴焊,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(dāng)調(diào)整噴、熔距離,控制熱輸入;

⑤焊補(bǔ)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(bǔ)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(qiáng)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(jìn)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(qiáng)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。