氧-乙炔火焰噴焊

噴焊是對經(jīng)預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到良好結合。***終沉積物是致密的金屬結晶組織并與基體形成0.05～0.1mm的冶金結合層，其結合強度約400MPa，抗沖擊性能較好、耐磨、耐腐蝕，外觀(guān)呈鏡面。

優(yōu)點(diǎn)

與噴涂層相比，噴焊層的優(yōu)點(diǎn)顯著(zhù)。但由于重熔過(guò)程中基體局部受熱后溫度達900℃，會(huì )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，如拋砂機葉片，破碎機齒板，挖掘機鏟斗齒等；②幾何形狀比較簡(jiǎn)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%的結構鋼、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(shí)能降低合金熔點(diǎn)，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的耐蝕性，抗氧化性可達650°C，耐磨性強；鈷基合金粉末***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?xún)?yōu)于其他兩類(lèi)。

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。施工前應注意：①工件表面有滲碳層或氮化層，在預處理時(shí)必須清除；②工件的預熱溫度為一般碳鋼200～300℃，耐熱奧氏體鋼350～400℃。預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(shí)，應將此量考慮在內。

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。在工件預熱后先噴涂0.2mm的保護層，并將表面封嚴，以防氧化，噴熔從一端開(kāi)始，噴距10～30mm，有順序地對保護層局部加熱到熔融開(kāi)始濕潤（不能流淌）時(shí)再?lài)姺?，與熔化反復進(jìn)行，直至達到預定厚度，表面出現“鏡面”反光，再向前擴展，達到表面全部覆蓋噴焊層。如一次厚度不足，可重復加厚。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?zhuān)鏢pH-E噴、焊兩用槍?zhuān)购辖鸱勰┏浞衷诨鹧嬷腥廴?，在工件表面上產(chǎn)生塑性變形的沉積層。噴鐵基粉末時(shí)用弱碳火焰，噴鎳基和鈷基粉末時(shí)用中性或弱碳火焰。

噴粉每層厚度<0.2mm，重復噴涂達到重熔厚度，一般可在0.5～0.6 mm時(shí)重熔。如果噴焊層要求較厚，一次重熔達不到要求時(shí)，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(kāi)始，適當掌握重熔速度，將涂層加熱，直至涂層出現“鏡面”反光為度，然后進(jìn)行下一個(gè)部位的重熔。

重熔時(shí)應防止過(guò)熔（即鏡面開(kāi)裂），涂層金屬流淌，或局部加熱時(shí)間過(guò)長(cháng)使表面氧化。多層重熔時(shí)，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(guò)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(jiǎn)單的鑄鐵件在空氣中自然冷卻。對于焊層較厚、形狀復雜的鑄鐵件，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。

區別

噴涂與噴焊的工藝區別

噴涂層和噴焊層與基體金屬的結合形成不同,鎳包鋁通過(guò)噴涂焰束加熱時(shí)發(fā)生放熱化學(xué)反應,在經(jīng)噴砂除銹達Sa3級,RZ>50μm的碳鋼表面形成微冶金結合底層與工作層又產(chǎn)生“錨鉤”效應的機械結合涂層,而噴焊層與基體的結合純屬冶金結合涂層。

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(guò)程中,噴前預熱溫度不同,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,擠壓應力或接觸應力等。

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,要求涂層與基體結合強度在350—450N/mm2的工件,噴焊硬度HRC150≤65,涂層厚度從0.3至數毫米,噴焊層經(jīng)磨削加工后表面粗糙度可達Ra0.4—0.1μm以上。

⑵在腐蝕介質(zhì)中使用，要求涂層致密,無(wú)孔隙。

⑶工件表面原設計采用淬火、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各種碳鋼、低合金鋼零部件的表面強化或修復,但應注意到零件材質(zhì)的一些特點(diǎn),當基體材質(zhì)的線(xiàn)脹系數與合金噴焊層的線(xiàn)脹系數差別較大時(shí)小于12×10-6/℃大于12×10-6/℃,則應慎用此工藝,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(shí),也會(huì )給噴焊帶來(lái)困難,這是因為這些材料與氧作用極易生成致密而穩定的氧化膜,阻擋熔融合金對基體的潤濕作用,重熔時(shí)液態(tài)合金會(huì )呈珠狀象“汗珠”一樣地滾落，因此在采用噴焊工藝時(shí),應該注意此工藝對于所噴基體材料的適應性。

⑹  無(wú)需特殊處理就可噴焊的金屬材料：

①  含碳量≤ 0.25% 的碳素結構鋼.

② Mn、 Mo 、 V 、 Cr 、 Ni 總含量< 3% 的合金結構鋼。

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   需預熱 250 — 375 ℃噴焊后需緩冷的金屬材料。

①   含碳量> 0.4% 的碳素結構鋼;

②   錳.鉬.釩.鎳 的總含量>3% 的合金結構鋼;

③   含鉻量≤ 2% 的合金結構鋼 ;

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% 的鎳鉬合金結構鋼。

在確定采用噴焊工藝后,再根據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,且噴焊處不允許熱輸入量很大,如各類(lèi)機床導軌局部傷痕的修補,宜用一步法噴焊工藝;

⑵ 工件表面復雜或無(wú)規則,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,如機車(chē)、礦車(chē)輪子等,宜用一步法噴焊工藝;

⑷ 可在機床旋轉的一般軸類(lèi)零件宜用二步法噴焊工藝;

⑸ 所得涂層的硬度應盡量接近原設計的表面硬度,例如原設計采用淬火或化學(xué)處理工藝,使表面硬度達HRC≥ 55 左右的,則應選用所謂“硬面涂層”粉末,如Ni15、Ni60、Fe65或Wc復合粉;

⑹ 強烈磨損的非配合面,如泥沙泵的葉輪、殼體、裝巖機鏟齒,螺旋給料器的螺旋面等,應選用高硬度如Ni15 、Ni60、Fe65或Wc復合粉;

⑺ 需要加工,但又無(wú)法上車(chē)床、磨床,只能靠手工用銼刀等工具進(jìn)行加工的工件,如機床導軌面局部傷痕的修補,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別：噴焊層與基體之間的結合是溶解擴散冶金結合,而堆焊則是熔化冶金結合,在噴焊過(guò)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(gè)擴散互溶區.由于基體不溶物因而噴焊層就不會(huì )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(jiàn)咬邊,棱角塌陷,而噴焊則不會(huì )出現此類(lèi)缺陷。

鑄鐵零件噴焊特點(diǎn)

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,強度低,對溫度變化敏感,焊補時(shí)又多為局部受熱,溫差較大,冷卻速度快,給鑄鐵焊補帶來(lái)困難,鑄鐵的可焊性較差,在焊補時(shí)易出現以下問(wèn)題:

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

⑶ 易產(chǎn)生裂紋,在焊補時(shí)由于不均勻加熱和冷卻速度快,易產(chǎn)生熱應力裂紋;另外鑄鐵中含硫、磷等雜質(zhì)較多也 易在焊補處產(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,在焊補過(guò)程中又因冷卻速度快,氣體和一些氧化物來(lái)不及析出和上浮,便在焊縫區形成氣孔或夾渣,采用氧—乙炔焰合金粉末一步法噴焊,能較滿(mǎn)意地解決上述幾個(gè)問(wèn)題;

⑸ 噴焊時(shí)使用合金粉末的熔點(diǎn)低于基體熔點(diǎn),在重熔時(shí),鑄鐵基體不熔化,沒(méi)有噴焊層的稀釋問(wèn)題,也不存在半熔化區,所以正確地噴焊不會(huì )使焊補區產(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,有利于減少熱應力,從而有效地控制熱應力裂紋;熱輸入量少,對尺寸精度較高的零件做局部噴焊修補有獨到之處.同時(shí),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 合金粉末中含有強烈的脫氧元素硼和硅,不僅保護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(wú)咬邊現象,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(diǎn)高,脆性大,對基體影響也大,效果較差.

⑼ 噴焊時(shí)工件預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,從而減少熱應力有利于提高涂層結合強度,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熱溫度要低些;噴焊層厚度根據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(shí),除考慮加工余量和工件噴前的直徑車(chē)小量外,必須將收縮量考慮在內,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(diǎn)的材料,如鋁及其合金、鎂及其合金,黃銅、青銅;

⑵ 工件是細長(cháng)的軸類(lèi)或是很薄的板材而又不允許變形的；

⑶ 工件原設計要求很高，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(cháng)軸類(lèi)28毫米以上外徑，8米以?xún)乳L(cháng)度可以進(jìn)行高精度噴焊）

鑄鐵件的噴焊 工藝要點(diǎn)

①在車(chē)輛及機械設備中有相當多的零件的用鑄鐵制造的,在制造或使用過(guò)程中難免出現各種問(wèn)題,采用氧—乙炔火焰噴焊工藝不僅是強化鑄鐵件的有效方法,而且也是修復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,而且缺陷大小不等,深淺不一,適合采用一步法噴焊,根據工件和焊修的部位,應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(shí),因鑄鐵零件的可焊性差,應優(yōu)先選用鎳基合金粉末(Ni—B—Si系列),鎳基合金粉末熔點(diǎn)一般為950～ 1050℃,重熔時(shí)基體不致被熔化,同時(shí),含碳量低的鎳基粉噴焊層硬度低，塑性好,可以松弛噴焊應力有利于防止 裂紋,這時(shí)操作不熟練者極為重要;

④ 選擇噴焊規范時(shí),應考慮鑄鐵材質(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(shí),適當調整噴、熔距離,控制熱輸入;

⑤焊補局部小缺陷,如氣孔、砂眼,噴焊前可不預熱,盡量減少?lài)姾笇又車(chē)軣崦娣e,使處于高溫區域盡可能小'

⑥ 對局部小而深的缺陷噴焊修補適合連續噴焊,該方法粉末沉積率高,厚度增長(cháng)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,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(guò)大而導致熱應力增大,可采用間歇法噴焊,必要時(shí)亦可采用電焊、噴焊復合工藝,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,不僅能增加結合強度,防止噴焊層與母材剝離,而且可消除一部分噴焊熱應力;

⑧ 噴焊大型復雜鑄件熱應力較大,噴焊時(shí)要采取措施,減少應力積累,如采用加熱減應法、分段對稱(chēng)法;焊前預熱,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(guò)高,不僅合金元素燒損,基體過(guò) 熱,甚至基體被熔化,導致鑄鐵中的碳進(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,容易出現白口,而且溫度過(guò)高還會(huì )引起較大的熱應力,導致裂紋的產(chǎn)生,重熔溫度也不能過(guò)低,否則,易形成夾灰或熔不透,影響結合強度,對于重熔溫度的控制,主要靠操作者注意觀(guān)察重熔時(shí)涂層表面狀態(tài)的變化,借助于重熔時(shí)的“鏡面反光”來(lái)控制,呈現“鏡面反光”,則表明粉末已熔融,熔渣已經(jīng)上浮,此時(shí)重熔槍?xiě)⒓匆崎_(kāi),重熔過(guò)的部位應避免重復加熱。