金屬粉末火焰噴焊技術(shù)ppt課件

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金屬粉末火焰噴焊技術(shù),1,一、熱噴涂噴焊技術(shù)發(fā)展簡介,最早的熱噴涂裝置由瑞士科學家M.V.Schoop發(fā)明的。原理是將熔化的金屬液注入到由旋管噴出的熱空氣流中，被霧化噴射到工件表面； 1913年Schoop利用氧—乙炔焰加熱金屬絲原理，制成了早期的氣噴涂裝置； 1920年日本人江澤謙二郎發(fā)明了電弧噴涂裝置； 三十年代，美國Metco公司發(fā)明了用空氣渦輪和馬達送絲的Metco E型和K型氣噴涂裝置，同期英國人Schori發(fā)明了粉末型火焰噴槍；,2,熱噴涂噴焊技術(shù)發(fā)展簡介,二戰(zhàn)前后，噴涂的應用已擴展到噴鋅、噴鋁、防腐、耐熱、抗氧化等方面； 1953年，H.S.Sayre發(fā)明了“自熔合金”，這是熱噴涂技術(shù)的重大突破； 50年代后期，美國聯(lián)合碳化物公司發(fā)明了爆炸噴涂，同期美國Plasmayne公司發(fā)明了等離子噴涂技術(shù)； 60年代，Metco公司發(fā)明了放熱型自熔合包復粉末； 60年代后期，日本九洲大學棲原發(fā)明了線爆噴涂技術(shù)；,3,熱噴涂噴焊技術(shù)發(fā)展簡介,70年代捷克、瑞士、美國先后研制成功80千瓦高能高速等離子噴涂設備； 80出現(xiàn)了超音速噴涂設備。,4,二、熱噴涂材料簡介,1、分類 金屬及其合金 自熔合金粉末 陶瓷材料 塑料 復合粉末,5,熱噴涂材料簡介,2、對熱噴涂材料的要求 ■良好的使用性能——耐磨、耐蝕、耐高溫、抗氧化、導電、絕緣等； ■熱穩(wěn)定性——不升華、不分解、不揮發(fā)、不發(fā)生晶格轉(zhuǎn)變； ■熱膨脹系數(shù)和導熱率與母材接近； ■良好的固態(tài)流動性； ■良好的潤濕性和液態(tài)流動性。,6,熱噴涂材料簡介,3、自熔合金的性質(zhì)及在噴焊中的應用 ■自熔合金定義：含硼和硅元素，低熔點、自脫氧，與基體濕潤性良好的合金。 ■自熔合金的特點：熔點低 流動性好 能自行脫氧、造渣 能形成高硬度的彌散強化相,7,熱噴涂材料簡介,■分類：鎳基合金 鈷基合金 鐵基合金,8,熱噴涂材料簡介,■合金元素在自熔合金中的作用 硼、硅元素 脫氧、造渣 降低合金熔點，提高固液相溫度范圍 形成彌散強化相，提高硬度和強度,9,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1100,1050,1000,950,溫度 ℃,1 2 3 4 5,,硼含量對熔化溫度的影響,B%,,,,,,,,液相線,固相線,10,,,,,,,,,,,,溫度 ℃,1100 1050 1000 950,3.5 4 4.5 5 5.5 Si%,硅含量對熔化溫度的影響,,,,,,,,,,,11,鎳基自熔合金,1 鎳的作用 基體材料（占70%以上） 提高韌性 提高耐蝕性 2 鉻的作用 鉻約占15%左右 形成硬質(zhì)點的主要元素Cr23C6、Cr7C3、Cr2B、CrB 還能形成碳化鉻和硼化鉻 與鎳形成固溶體，使基體固溶強化,12,3 碳的作用 形成碳化物，提高合金的硬度和耐磨性 能增加合金的脆性（一般控制在1%以下） 碳與鎳形成低熔點共晶體，降低合金熔點,13,4 合金粉末的主要技術(shù)指標 硬度-----HRC 粉末含氧量（O)------小于0.1% 粒度-----目 Fe含量-----Fe含量高會降低合金的膨脹系數(shù) 松裝比（g/cm3) 搖實比（g/cm3) 流動性（s/50g）-----粉末圓度,14,4 鎳基合金的性能 耐磨性------在低應力磨粒磨損條件下，鎳基合金涂層的耐磨性比相同硬度的碳素鋼高8~10倍，在鎳基合金中加入適當?shù)腤C 、CrB，耐磨性能進一步提高 耐蝕性------鎳基合金涂層有優(yōu)良的耐熱、耐蝕、和抗氧化性能 紅硬性------鎳基合金具有較高的紅硬性原于硼化物的作用，500度時仍有很高的硬度,15,,,,,,,,,,,,,,100 75 50 25,2 4 6 8 10 12 14,失重（mg/cm2),時間（t）,,,,,Cr13,18--8,在Cr13上噴焊,在18-8上噴焊,介質(zhì)：10%鹽酸,鎳基自熔合金與不銹鋼耐蝕性比較,16,,,HRC,,,,,,,,,,,,,100 200 300 400 500 600 700 溫度℃,60 50 40 30 20,,鎳基合金硬度隨溫度變化情況,17,涂層結(jié)構(gòu)和基體表面制備,1 涂層結(jié)構(gòu)特點 涂層是層狀結(jié)構(gòu)，由涂層的形成過程決定，涂層的物理特性有方向性 涂層中存在內(nèi)應力 涂層化學成份存在不均勻性 涂層的多孔性 2 涂層與基體的結(jié)合機理 機械結(jié)合 金屬鍵力結(jié)合 微擴散結(jié)合，在界面形成微小的擴散 微焊接結(jié)合,18,基體表面制備,1 預清潔 去油、除銹等 2 加工 注意邊角的過渡 3 粗化 ①噴砂 主要參數(shù)有：磨料類型（多棱角）、磨料粒度、壓縮空氣壓力、工件表面硬度、壓縮空氣清潔度（無水無油）、噴砂角度等 ②機加工法 車螺紋、滾花等 車螺紋的優(yōu)點是：粗化了結(jié)合的表面；增加結(jié)合面積；提高涂層的剪切強度；減不涂層的應力疊加 ③鎳拉毛 電火花加工方法，適于工件表面硬度，不能采用噴砂和機加工方法的工件 注意：粗化后的工件應在2小時內(nèi)進行噴涂,19,輸送輥噴焊工藝及檢驗要點,1 輥坯 管坯----無縫管------狀態(tài)（去應力） 管坯加工----車螺紋----R角----防表面污染 R角噴砂 定期檢查壓縮空氣質(zhì)量（油水含量） 噴前粗化處理 定期檢查砂子是否標準（粒度和棱角） 檢查噴砂質(zhì)量（Sa2.5） 壓縮空氣壓力和流量 清潔度控制-----去油去水（溫度和大氣露點）,,,20,2 溫度控制 紅外測溫（反射系數(shù)） 預熱（300℃）---溫度檢測 熱電偶測溫 噴預保護涂層（約0.1mm) 加熱----溫度控制（小于500℃） 重熔溫度控制（1000-1100℃）----鏡面反射 冷卻----旋轉(zhuǎn)冷卻至300℃以下，拆卸，立放至室溫,,,21,3 涂層均勻性控制 涂層的均勻性是輸送輥噴焊的一項關鍵技術(shù)。涂層均勻性好的優(yōu)點是： 降低噴焊成本 降低噴焊層的內(nèi)應力 降低加工難度 涂層均勻性控制目標： 涂層不均勻性小于0.2mm 控制機床的穩(wěn)定性 粉軸 送粉管 送粉器送粉精度控制 噴咀 控制涂層均勻性的方法 合金粉 載氣 氧氣、燃氣、壓縮空氣壓力和流量 重熔溫度控制,,,22,4 重熔控制 重熔時須對加熱溫度進行精確控制，溫度過高會造成噴焊層淌流，溫度過低會造成噴焊層熔化不充分而出現(xiàn)生粉，只有對加熱溫度進行精確控制才能保證噴焊層質(zhì)量。具體的做法是： （1）確保輥坯的加工精度，為重熔時建立均勻、穩(wěn)定的溫度場創(chuàng)造條件； （2）重熔過程采用計算機程序控制； （3）對粉末的物理性能進行調(diào)整，將其熔化的溫度范圍調(diào)寬，使鏡面加寬，進而降低重熔難度。,23,5 變形控制 （1）軸向變形控制 采用彈性卡具控制輥子的軸向變形，經(jīng)計算及實測，噴焊時輥子（?300×1500）的軸向彭脹量一般在15~20mm范圍內(nèi)，徑向彭脹量在3mm左右，為此采用彈性卡具，如圖所示，在保證一定夾緊力的情況下，輥子在加熱和冷卻時能自由脹縮，這樣可防輥子由于軸向固定而產(chǎn)生旁彎。,,24,,,彈性夾具示意圖,25,（2）徑向變形的控制，采用環(huán)向加熱的方式進行重熔，避免了由于單槍加熱造成的加熱不均的問題，由于輥子材質(zhì)不同，其軋制的應力狀態(tài)不同，因而每種輥子的徑向收縮量也不盡相同，但是每批管子的材質(zhì)和應力狀態(tài)是基本相似的，椐此我們根據(jù)每批管子的前三根噴焊試驗確定其徑向收縮量，并根據(jù)徑向收縮量及該材料的彭脹系數(shù)確定噴粉的厚度，計算方法如下： ΔL= k?d?（t - t0）+ Δl 注：ΔL——噴粉厚度（mm）； k ——輥筒材料的線彭脹系數(shù)； d ——輥子直徑（mm）； t ——輥子溫度（℃）； t0 ——環(huán)境溫度（℃）； Δl——徑向收縮量（mm），該數(shù)根據(jù)試驗測得。,26,6 裂紋產(chǎn)生的原因及對策 由于噴焊材料本身硬度高、脆性大、韌性差，因此在噴焊時及易產(chǎn)生裂紋，如照片所示。在工藝上必需采取措施加以解決，裂紋產(chǎn)生的原因主要有以下幾個方面： （1）噴焊層材料與母材不匹配，當噴焊層材料與母材的熱彭脹系數(shù)相差較大時，在輥子加熱和冷卻時由于彭脹量不一樣，會產(chǎn)生較大的內(nèi)應力，當內(nèi)應力超過臨界值時就會在噴焊層產(chǎn)生裂紋； （2）噴焊層與母材結(jié)合不好，如由于母材表面過度氧化，使噴焊層與母材沒有達到完全冶金結(jié)合或重熔時熔化不充分等也會使噴焊層產(chǎn)生裂紋；,27,,28,（3）輥子本身剛性較大，噴焊時產(chǎn)生的應力無法充分的釋放而使噴焊層產(chǎn)生裂紋。根據(jù)試驗，噴焊時當輥子的變形收縮量小于0.1mm時，噴焊層產(chǎn)生裂紋的傾向會大大增加。照片中的裂紋就是由于這一原因產(chǎn)生的。 （4）噴焊層材料本身也是產(chǎn)生裂紋的一個重要原因，如噴焊層材料中碳的含量過高等都會增加裂紋傾向。,29,針對裂紋問題采取的措施： （1）盡量選用與噴焊層材料匹配的母材，一般情況下噴焊層材料的熱脹系數(shù)為13×10-6℃（700℃時），母材的材料的熱彭系數(shù)應盡量與其接近。如噴焊Ni基合金時，首選的母材材料為20號鋼； （2）合理安排工序，如圖1所示，芯軸的安裝順序?qū)姾赣绊懞艽?，如果先裝芯軸后噴焊，會增加輥子兩端的剛性，噴焊時易產(chǎn)生裂紋，而先噴焊則可避免這一問題。 （3）噴焊時確保各環(huán)節(jié)的操作不會導致輥面及噴焊層過度氧化，如預熱溫度不能過高，預熱后應及時進行預保護噴涂，經(jīng)粗化處理的輥面不能放置過長時間等，確保噴焊層與母材形成完全冶金結(jié)合。 （4）噴焊后避免輥子快速冷卻，必要時要采取緩冷措施。,30,7 噴焊層質(zhì)量控制 噴焊層質(zhì)量控制在生產(chǎn)中始終是最重要的，但由于缺乏非破壞檢驗的有效方法，對噴焊層質(zhì)量作出正確的評價，這個問題就變的十分復雜，因此嚴格掌控每個工藝環(huán)節(jié)才是噴焊層質(zhì)量控制的唯一途徑。 總之，為了做到噴焊層的全面質(zhì)量控制必須有設備保證、材料保證、工藝保證和檢驗保證。 （1）設備的穩(wěn)定性和可靠性 （2）材料的質(zhì)量 化學成份、粉末的粒度及分布、粉末的幾何尺寸都須嚴格控制 （3）工藝措施 沉積效率是涂層質(zhì)量控制的一個重要指標，沉積效率的高低與涂層質(zhì)量成正比 （4）檢驗保證 噴焊層的檢驗控制以保證產(chǎn)品的噴涂條件為主，以各種試驗檢測為輔 結(jié)論：噴焊層的質(zhì)量不取決于復雜的試驗，而取決于工藝流程的每一步簡單而嚴格的控制。,31,（5）熱軋輸送輥噴焊質(zhì)量控制的關鍵節(jié)點 粉末：化學成份、硬度、粒度及粒度分布、圓度、烘干 溫度； 輥坯：材料、應力狀態(tài)、噴砂質(zhì)量、清潔度； 裝芯軸：預留的變形量 預熱與噴粉：溫度、間隔時間、沉積效率、涂層厚度； 重熔：起始、收尾、鏡面反射； 力學性能：硬度 裝配軸頭：尺寸檢查、加熱及加熱方法,32,再 見,33,