材料表面工程技術(shù)-3堆焊技術(shù).ppt

第三章 堆焊技術(shù),1 概述,堆焊與堆焊技術(shù) 堆焊是用焊接方法在零件表面堆敷一層金屬的工藝過程。 一方面可以恢復(fù)零件因磨損或加工過程中的失誤而造成的尺寸不足，即恢復(fù)零件的尺寸 另一方面可以對零件表面進(jìn)行改性，以獲得所需要的特殊性能，即賦予零件表面特殊的性能。,堆焊的特點(diǎn) 必須盡量控制稀釋率 合理地選擇堆焊層的合金系統(tǒng) 綜合考慮堆焊方法,堆焊方法的分類,常用堆焊方法的主要特點(diǎn) 氧乙炔焰堆焊 溫度較低(30503100)， 小的稀釋率(110) 小于1mm厚的均勻薄堆焊層。 該堆焊方法設(shè)備簡單、使用方便、成本低。 缺點(diǎn)是生產(chǎn)率低、工人的勞動強(qiáng)度大。 一般適用于堆焊較小的零件，如內(nèi)燃機(jī)排氣閥閥面、農(nóng)機(jī)零件等。,手工電弧堆焊 設(shè)備簡單、機(jī)動靈活、成本低 應(yīng)用實(shí)心堆焊焊條和管狀焊條能獲得范圍較大的堆焊合金，應(yīng)用很廣 稀釋率較高、生產(chǎn)率較低、堆焊層不太平整，堆焊后的加工量較大， 通常應(yīng)用于少量零件的修復(fù)和強(qiáng)化。,埋弧堆焊 單絲、多絲和帶極埋弧堆焊等多種。單絲埋弧堆焊的熔深大、稀釋率高(3060)、生產(chǎn)率中等。 采用焊絲擺動法、加入填充絲(冷絲或熱絲)等，以增加熔敷率和降低稀釋率。 雙絲、三絲及多絲埋弧堆焊，電弧將周期性地從一根焊絲移向另一根焊絲，使熔敷率大大提高，而稀釋率大為降低，帶極埋弧堆焊是用金屬帶來代替焊絲作電極，其熔深淺、稀釋率低，而熔敷率很高。 多絲埋弧堆焊和帶極埋弧堆焊在機(jī)車輪緣堆焊、軋輥表面堆焊、化工設(shè)備不銹鋼襯里堆焊等方面得到了廣泛的應(yīng)用。,氣體保護(hù)和自保護(hù)明弧堆焊 氣體保護(hù)堆焊分熔化極氣體保護(hù)堆焊和非熔化極惰性氣體保護(hù)堆焊兩種。 熔化極氣體保護(hù)推焊是用CO2、Ar或混合氣體作為保護(hù)氣體，它有較高的熔敷率，但稀釋率也較高(大約1525)。 非熔化極惰性氣體保護(hù)堆焊，主要是以手工送進(jìn)各種合金焊絲進(jìn)行堆焊。這種方法的保護(hù)效果好，合金元素的過渡系數(shù)高，稀釋串比熔化極氣體保護(hù)堆焊低；但生產(chǎn)率低，保護(hù)氣體昂貴。 不加保護(hù)氣體的自保護(hù)藥芯焊絲的明弧堆焊的設(shè)備簡單、方便靈活，但堆焊時的飛濺較大。,電渣堆焊 電渣堆焊的熔敷率最高，板極電渣堆焊的熔敷率可達(dá)：150kg/h，堆焊的厚度大，稀釋率不高。 缺點(diǎn)是堆焊層嚴(yán)重過熱，堆焊后需進(jìn)行熱處理，堆焊層一般不能太薄。 適用于需要較厚堆焊層、堆焊表面形狀比較簡單的大中型零件，例如熱鍛模堆焊等。,等離子弧堆焊 等離子弧堆焊包括冷絲、熱絲堆焊，合金粉末堆焊。 由于等離子弧的溫度很高，因此能堆焊難熔材料，有高的堆焊速度和高的熔敷率，稀釋率很低(最低可達(dá)5左右)。 缺點(diǎn)是設(shè)備成本較高，堆焊時有很強(qiáng)的紫外線輻射和臭氧污染，需進(jìn)行有效的保護(hù)。如發(fā)動機(jī)排氣閥的閥面堆焊等。,2 堆焊材料及選擇,堆焊合金的類型和特點(diǎn) 鐵基堆焊合金性能范圍廣，韌性與抗磨性配合好，能滿足許多不同的要求；而且價格較低，品種也最多，所以應(yīng)用最廣。 鎳基、鈷基堆焊合金價格較高，由于高溫性能好、耐腐蝕，主要用于要求耐高溫磨損、耐高溫腐蝕等場合。 銅基材料的耐蝕性好，有時也用于堆焊材料。 碳化鎢堆焊合金的耐磨料磨損性能最好，雖然其價格較貴，但在耐嚴(yán)重磨料磨損部位堆焊和工具堆焊中占重要地位。,1鐵基堆焊合金 珠光體類的堆焊材料及特點(diǎn) 碳含量0.5，合金元素總量5，以Mn、Cr、Mo、Si為主要合金元素。 在堆焊后自然冷卻時，堆焊層的組織以珠光體為主(包括索氏體和托氏體)，其硬度為2038HRC。 特點(diǎn)是堆焊性能優(yōu)良，具有中等的硬度和一定的耐磨性，沖擊韌度好，易機(jī)械加工，價格便宜。,馬氏體類的堆焊材料及特點(diǎn) 碳含量：0.11.0，個別達(dá)1.5%，低或中等含量的合金元素。加入Mo，Mn、Ni能提高淬硬性。加入Cr、Mo、W、V可形成抗磨的碳化物。Mn、Si能改進(jìn)焊接性能。組織為馬氏體，有時也會出現(xiàn)少量的珠光體、貝氏體和殘余奧氏體。堆焊層的硬度為2565HRC，主要決定于碳含量和轉(zhuǎn)變成馬氏體的數(shù)量。 低碳合金的碳含量0.30，堆焊層的組織為低碳馬氏體，硬度為2555HRC。特點(diǎn)是抗裂性好，不需預(yù)熱，硬度較高，有一定的耐磨性，能用碳化鎢刀具加工，能承受中度沖擊，線膨脹系數(shù)較小，變形和開裂傾向較小。 中碳合金的碳含量在0.300.60之間，堆焊層的組織為片狀馬氏體，有時也有少量板條狀馬氏體、珠光體和殘余奧氏體。其硬度為3853HRC，具有較好的耐磨性和中等抗沖擊能力。開裂傾向比低碳馬氏體堆焊合金大；因此堆焊前應(yīng)預(yù)熱到250350。 高碳馬氏體堆焊合金的碳含量在0.601.0之間，有時高達(dá)1.5堆焊層的組織是片狀馬氏體和殘余奧氏體，其硬度高達(dá)60HRC左右，具有良好的抗磨料磨損性能，但抗沖擊性能較差，堆焊時易產(chǎn)生裂紋，因此一般應(yīng)預(yù)熱到350400。堆焊后只能用磨削加工。,高速鋼及工具鋼堆焊合金 高速鋼堆焊合金的碳含量在0.701.0之間，W、Mo的含量較高。堆焊層的組織為馬氏體加碳化物，還有殘余奧氏體，其硬度高于55HRC，具有良好的紅硬性(達(dá)600)。 熱工具鋼堆焊合金主要用于熱鍛模和熱軋輥的堆焊。這類堆焊合金除有較高的高溫硬度外，還要有較高的強(qiáng)度和沖擊韌度。因此，它的碳含量較高速鋼堆焊合金低些，這類合金還應(yīng)具有較高的抗冷熱疲勞性能以及高的抗高溫氧化性能、耐磨性能。 冷加工工具鋼堆焊合金具有較高的常溫硬度和抗金屬間磨損的性能。,奧氏體堆焊合金 奧氏體錳鋼堆焊合金、鉻錳奧氏體鋼堆焊合金； 奧氏體錳鋼堆焊合金： C%=1.01.4，Mn%=10%14%。 用于ZGMnl3零件的堆焊，堆焊層應(yīng)為單一的奧氏體組織，具有良好的沖擊韌性和加工硬化特點(diǎn)。 為了改善其焊接性，堆焊合金中還加入少量的Cr、Ni、Mo合金元素，并嚴(yán)格控制S、P的含量。 鉻錳奧氏體鋼堆焊合金又分為低鉻和高鉻兩類。 低鉻的含Cr4，Mn=1215，還有少量的Ni和Mo。 高鉻的含Cr=l217，Mn=l5。 鉻錳奧氏體鋼堆焊合金的特點(diǎn)與奧氏體錳鋼堆焊合金相似，只是焊接性更為優(yōu)良。,耐腐蝕堆焊合金 鉻鎳奧氏體不銹鋼、高鉻馬氏體不銹鋼型堆焊合金。 特點(diǎn)是具有優(yōu)良的耐腐蝕性和一定的抗高溫氧化性能。 若含有Si、C、B等元素，則還兼有優(yōu)良的耐磨性、耐冷熱疲勞性、耐氣蝕性等特點(diǎn)。,合金鑄鐵堆焊合金 碳含量大于2的鐵基堆焊合金均屬于鑄鐵類型。為了進(jìn)一步提高耐磨性，通常加入一種或幾種合金元素，如Cr、W、Mo、V、Ti，Ni、B等，從而獲得具有優(yōu)良抗磨損性能的合金鑄鐵堆焊層。 種類：馬氏體合金鑄鐵、奧氏體合金鑄鐵、高鉻合金鑄鐵。,2.鎳基堆焊合金 高鎳合金用于鑄鐵堆焊時作過渡層 鎳鉻硼硅合金 鎳鉻鉬鎢合金。,鎳鉻硼硅系列堆焊合金 C:1，Cr:018，B:14.5。 熔點(diǎn):1040，潤濕性、流動性較好 主要用于等離子粉末堆焊和氧-乙炔火焰噴熔。 堆焊層的組織是奧氏體+硼化物+碳化物。 具有優(yōu)良的抗低應(yīng)力磨料磨損性和抗金屬間磨損性能，好的耐腐蝕、耐熱和高溫(最高可達(dá)950)抗氧化性能，但抗高應(yīng)力磨料磨損性和耐沖擊性都不好。這類合金堆焊層只能磨削加工，主要用于腐蝕或高溫環(huán)境中受到低應(yīng)力磨料磨損的場合，但高鎳合金易受硫和硫化氫的腐蝕，因而不適于在含硫的還原性氣氛中工作。,鎳鉻鉬鎢合金 硬度低，機(jī)加工性好，能用碳化鎢刀具加工，主要用采抗腐蝕。同時，它還有很好的熱抗力，也可用作高溫耐磨堆焊材料。 組織是奧氏體+金屬間化合物。,3鈷基堆焊合金 CoCrW堆焊合金，即斯大立合金。 Cr:25%33%，W:3%21%。鉻主要是提高抗氧化性，鎢主要是提高高溫（540650）蠕變強(qiáng)度。在650左右仍能保持較高的硬度，是該合金區(qū)別于鐵基、鎳基堆焊合金的主要特點(diǎn)，也是該合金應(yīng)用較多的主要原因。此外，該合金具有一定的抗腐蝕性和良好的抗粘著磨投性能。,4銅及銅合金堆焊材料 銅及銅合金堆焊材料有紫銅、黃銅、青銅和白銅 5碳化鎢堆焊材料 鑄造碳化鎢含碳3.74.0%，鎢9596，它是WC-W2C的混合物。這類合金硬度高，耐磨性好，但脆性大，易在工作過程中碎裂并脫落。 燒結(jié)碳化鎢大多是用鈷作粘結(jié)金屬的，隨著鈷含量的提高，硬度下降，韌性提高，同時碳化鎢晶粒越細(xì)，其耐磨性就越高。,堆焊合金的選擇原則 滿足零件堆焊的使用條件 從經(jīng)濟(jì)角度選擇堆焊合金： 從堆焊合金的工藝性能來選擇,3 手工電弧堆焊及應(yīng)用,手工電弧焊是將焊條和工件分別接到電源的兩極，通過電弧引燃后焊條與工件表面層熔化組成熔池，冷卻后形成堆焊層的一種堆焊方法,手工電弧焊堆焊設(shè)備與焊條 手工電弧堆焊設(shè)備，主要有手弧焊電源、焊鉗及其它輔助用具、量具等(如小鎯頭、火鉗、鋼絲刷、鋼板尺、卡鉗等)，其中最主要的為焊接電源。 手工電弧堆焊電源應(yīng)滿足下列要求： 具有一定的空載電壓 具有下降外特性 具有適當(dāng)?shù)亩搪冯娏?能方便地調(diào)節(jié)焊接電流。 具有良好的動態(tài)品質(zhì),堆焊焊條 一種是采用合金焊芯，以此獲得堆焊層的成分，而藥皮的作用是保護(hù)并獲得良好的堆焊工藝性能； 另種是采用H08或H08A作焊芯，由藥皮實(shí)現(xiàn)合金元素的過渡，并獲得良好的堆焊工藝性能。,手工電弧堆焊的要點(diǎn) 特點(diǎn) 設(shè)備簡單、成本低，通過實(shí)心焊條和管狀焊芯焊條能獲得幾乎所有的堆焊合金，能滿足各類零件表面強(qiáng)化和修復(fù)的需要。同時，手工電弧堆焊操作靈便，適合于現(xiàn)插和野外修復(fù)。 堆焊質(zhì)量和生產(chǎn)率的影響因素 堆焊焊條的選擇，焊條直徑，堆焊電流、堆焊速度，零件的預(yù)熱溫度,4 埋弧自動堆焊,埋弧自動堆焊原理,埋弧自動焊優(yōu)點(diǎn)： 堆焊層質(zhì)量好 堆焊層的抗疲勞性能高 生產(chǎn)率高 改善了勞動條件 埋弧焊的缺點(diǎn) 對工藝要求高 大電流時產(chǎn)生較大的熱影響區(qū),埋弧自動堆焊的分類 單絲埋弧堆焊 多絲埋弧堆焊 帶極堆焊 串聯(lián)電弧堆焊,埋弧自動堆焊設(shè)備 堆焊電源 送絲機(jī)構(gòu) 堆焊機(jī)床 電感器,埋弧自動堆焊材料主要指焊絲和焊劑 低碳鋼絲:H08、H08A、H08Mn、H15、H15Mn，合金鋼絲H2Crl3、H3Crl3、H30CrMnSiA和H3Cr2W8V。 弧堆焊用焊劑目的：保證電弧穩(wěn)定燃燒；保護(hù)熔池不受空氣侵入，防止焊縫金屬的氧化和氮化；過渡合金元素，改善堆焊層的化學(xué)成分和組織；防止堆焊層產(chǎn)生裂紋、氣孔和疏松；減少金屬飛濺和燒損等。 為了改善堆焊層性能，可在焊劑中加入其它合金元素，例如，為了補(bǔ)充燒損的碳，可在焊劑中添加碳粉。用“焊劑431”與低碳鋼焊絲配合堆焊曲軸時，應(yīng)在焊劑中加入1.2的碳，用中碳鋼焊絲時，應(yīng)添加1的碳，如果焊劑中碳的加入量少，補(bǔ)充不了堆焊過程中碳的燒損，就會造成堆焊層硬度降低、脫渣困難。如果加入量太多，就容易使堆焊層形成淬硬層；造成堆焊層硬度高、出現(xiàn)裂紋等缺陷。,埋弧自動堆焊工藝 電源的性質(zhì)和極性 工作電壓 工作電流 堆焊速度 送絲速度 堆焊螺距 焊絲的伸出長度 焊絲后移量 預(yù)熱溫度,5 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)自動堆焊,二氧化碳?xì)怏w保護(hù)自動堆焊原理,二氧化碳?xì)怏w保護(hù)自動堆焊的主要優(yōu)點(diǎn) 堆焊層質(zhì)量好，抗腐蝕、抗裂能力強(qiáng) 堆焊變形小 堆焊層硬度均勻。 生產(chǎn)率高 成本低，適應(yīng)性強(qiáng),二氧化碳?xì)怏w保護(hù)自動堆焊的主要缺點(diǎn) 不便調(diào)整堆焊層成分 稀釋率高 元素易燒損 設(shè)備較復(fù)雜，對焊工的技術(shù)水平要求較高,二氧化碳?xì)怏w保護(hù)自動堆焊裝置 堆