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(xué)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(dá)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(yīng)用已擴(kuò)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(fù)粉末； 60年代后期，日本九洲大學(xué)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(shè)備； 80出現(xiàn)了超音速噴涂設(shè)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(fù)合粉末,5,熱噴涂材料簡介,2、對(duì)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(dǎo)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(dǎo)熱率與母材接近； ■良好的固態(tài)流動(dòng)性； ■良好的潤濕性和液態(tài)流動(dòng)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(yīng)用 ■自熔合金定義：含硼和硅元素，低熔點(diǎn)、自脫氧，與基體濕潤性良好的合金。 ■自熔合金的特點(diǎn)：熔點(diǎn)低 流動(dòng)性好 能自行脫氧、造渣 能形成高硬度的彌散強(qiáng)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(diǎn)，提高固液相溫度范圍 形成彌散強(qiáng)化相，提高硬度和強(qiáng)度,9,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1100,1050,1000,950,溫度 ℃,1 2 3 4 5,,硼含量對(duì)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(duì)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(diǎn)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(qiáng)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(diǎn)共晶體，降低合金熔點(diǎn),13,4 合金粉末的主要技術(shù)指標(biāo) 硬度-----HRC 粉末含氧量（O)------小于0.1% 粒度-----目 Fe含量-----Fe含量高會(huì)降低合金的膨脹系數(shù) 松裝比（g/cm3) 搖實(shí)比（g/cm3) 流動(dòng)性（s/50g）-----粉末圓度,14,4 鎳基合金的性能 耐磨性------在低應(yīng)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(dāng)?shù)腤C 、CrB，耐磨性能進(jìn)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(shí)仍有很高的硬度,15,,,,,,,,,,,,,,100 75 50 25,2 4 6 8 10 12 14,失重（mg/cm2),時(shí)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(diǎn) 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(yīng)力 涂層化學(xué)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(jī)理 機(jī)械結(jié)合 金屬鍵力結(jié)合 微擴(kuò)散結(jié)合，在界面形成微小的擴(kuò)散 微焊接結(jié)合,18,基體表面制備,1 預(yù)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(jī)加工法 車螺紋、滾花等 車螺紋的優(yōu)點(diǎn)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(qiáng)度；減不涂層的應(yīng)力疊加 ③鎳?yán)? 電火花加工方法，適于工件表面硬度，不能采用噴砂和機(jī)加工方法的工件 注意：粗化后的工件應(yīng)在2小時(shí)內(nèi)進(jìn)行噴涂,19,輸送輥噴焊工藝及檢驗(yàn)要點(diǎn),1 輥坯 管坯----無縫管------狀態(tài)（去應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)（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(diǎn)）,,,20,2 溫度控制 紅外測(cè)溫（反射系數(shù)） 預(yù)熱（300℃）---溫度檢測(cè) 熱電偶測(cè)溫 噴預(yù)保護(hù)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(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。涂層均勻性好的優(yōu)點(diǎn)是： 降低噴焊成本 降低噴焊層的內(nèi)應(yīng)力 降低加工難度 涂層均勻性控制目標(biāo)： 涂層不均勻性小于0.2mm 控制機(jī)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?xì)?、壓縮空氣壓力和流量 重熔溫度控制,,,22,4 重熔控制 重熔時(shí)須對(duì)加熱溫度進(jìn)行精確控制，溫度過高會(huì)造成噴焊層淌流，溫度過低會(huì)造成噴焊層熔化不充分而出現(xiàn)生粉，只有對(duì)加熱溫度進(jìn)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(shí)建立均勻、穩(wěn)定的溫度場(chǎng)創(chuàng)造條件； （2）重熔過程采用計(jì)算機(jī)程序控制； （3）對(duì)粉末的物理性能進(jìn)行調(diào)整，將其熔化的溫度范圍調(diào)寬，使鏡面加寬，進(jìn)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?zhàn)拥妮S向變形，經(jīng)計(jì)算及實(shí)測(cè)，噴焊時(shí)輥?zhàn)樱?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?zhàn)釉诩訜岷屠鋮s時(shí)能自由脹縮，這樣可防輥?zhàn)佑捎谳S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(jìn)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?zhàn)硬馁|(zhì)不同，其軋制的應(yīng)力狀態(tài)不同，因而每種輥?zhàn)拥膹较蚴湛s量也不盡相同，但是每批管子的材質(zhì)和應(yīng)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(yàn)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(jì)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?zhàn)又睆剑╩m）； t ——輥?zhàn)訙囟龋ā妫?t0 ——環(huán)境溫度（℃）； Δl——徑向收縮量（mm），該數(shù)根據(jù)試驗(yàn)測(cè)得。,26,6 裂紋產(chǎn)生的原因及對(duì)策 由于噴焊材料本身硬度高、脆性大、韌性差，因此在噴焊時(shí)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(gè)方面： （1）噴焊層材料與母材不匹配，當(dāng)噴焊層材料與母材的熱彭脹系數(shù)相差較大時(shí)，在輥?zhàn)蛹訜岷屠鋮s時(shí)由于彭脹量不一樣，會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力超過臨界值時(shí)就會(huì)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(dá)到完全冶金結(jié)合或重熔時(shí)熔化不充分等也會(huì)使噴焊層產(chǎn)生裂紋；,27,,28,（3）輥?zhàn)颖旧韯傂暂^大，噴焊時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力無法充分的釋放而使噴焊層產(chǎn)生裂紋。根據(jù)試驗(yàn)，噴焊時(shí)當(dāng)輥?zhàn)拥淖冃问湛s量小于0.1mm時(shí)，噴焊層產(chǎn)生裂紋的傾向會(huì)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(gè)重要原因，如噴焊層材料中碳的含量過高等都會(huì)增加裂紋傾向。,29,針對(duì)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(shí)），母材的材料的熱彭系數(shù)應(yīng)盡量與其接近。如噴焊Ni基合金時(shí)，首選的母材材料為20號(hào)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(huì)增加輥?zhàn)觾啥说膭傂?，噴焊時(shí)易產(chǎn)生裂紋，而先噴焊則可避免這一問題。 （3）噴焊時(shí)確保各環(huán)節(jié)的操作不會(huì)導(dǎo)致輥面及噴焊層過度氧化，如預(yù)熱溫度不能過高，預(yù)熱后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行預(yù)保護(hù)噴涂，經(jīng)粗化處理的輥面不能放置過長時(shí)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?zhàn)涌焖倮鋮s，必要時(shí)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(yàn)的有效方法，對(duì)噴焊層質(zhì)量作出正確的評(píng)價(jià)，這個(gè)問題就變的十分復(fù)雜，因此嚴(yán)格掌控每個(gè)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(shè)備保證、材料保證、工藝保證和檢驗(yàn)保證。 （1）設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性 （2）材料的質(zhì)量 化學(xué)成份、粉末的粒度及分布、粉末的幾何尺寸都須嚴(yán)格控制 （3）工藝措施 沉積效率是涂層質(zhì)量控制的一個(gè)重要指標(biāo)，沉積效率的高低與涂層質(zhì)量成正比 （4）檢驗(yàn)保證 噴焊層的檢驗(yàn)控制以保證產(chǎn)品的噴涂條件為主，以各種試驗(yàn)檢測(cè)為輔 結(jié)論：噴焊層的質(zhì)量不取決于復(fù)雜的試驗(yàn)，而取決于工藝流程的每一步簡單而嚴(yán)格的控制。,31,（5）熱軋輸送輥噴焊質(zhì)量控制的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn) 粉末：化學(xué)成份、硬度、粒度及粒度分布、圓度、烘干 溫度； 輥坯：材料、應(yīng)力狀態(tài)、噴砂質(zhì)量、清潔度； 裝芯軸：預(yù)留的變形量 預(yù)熱與噴粉：溫度、間隔時(shí)間、沉積效率、涂層厚度； 重熔：起始、收尾、鏡面反射； 力學(xué)性能：硬度 裝配軸頭：尺寸檢查、加熱及加熱方法,32,再 見,33,