氧—乙炔焰合金粉末热喷涂（焊）新技术推广应用试验总结.doc

氧乙炔焰合金粉末热喷涂焊新技术推广应用试验总结r“;经验交流.i.氧一乙殃焰合金粉末热喷涂(焊)新技术推广应用试验总结矿机汽修厂季祥庆热喷涂(焊)技术是国家经委,科委和冶金部七,五期阀重点推广工程,也是省冶金总公司下达给我矿的八七,八八年重点科研推广应用工程.该技术是一项工艺出较简单,适应性强经济效益显着的外表处理新技术.它利用某些金属材料之间可以熔融渗透,互相结合的原理,采用氧一乙炔焰,等离子焰及电能,爆炸能等能源,将复合粉或自熔性合金粉,高速地喷(溅)射在经过处理的基材外表上,使涂层和母材基体形成冶金结台,从而改变表层材料性质,强化零部件外表性能的目的,同时也应用于修复园磨损腐蚀而报废的零部件.采用该技术,一般可使零部件寿命提高几倍或几十倍.由于热喷涂(焊)技术有上述特点和用途,所以在我矿接受这项新技术推广工程的开始就得到了省冶金总公司科技处,矿领导及总工程师的高度重视和关心.我矿推广应用氧一乙炔焰台金粉末热喷涂(焊)这项新技术,可以仅需花少量费用修复报废的零部件即可使零部件寿命显着提高,对延长矿山设备使用期限及增收节支都有着重大意义和广阔的前景.一热喷潦(焊)技术,工艺特点曩适用范置(一)热喷涂(辉)技术与其他外表处理植幂相此有着独特优点1.喷涂材料范围异常广泛选择适宜的工艺,几乎能在任何固体材料外表上进行喷涂.2.一般不受施工场所限翩.3.一般不受工件尺寸的限制,既可以对大型构件进行大面积喷涂,也可以对大工件进一行局部喷洽.4.涂层厚度可以控制,从几十微米到几毫米,可作薄涂层或厚涂层用.5.控制受热程度,工件不会发生畸变或改变淬火组织.6.使材料具有耐磨,耐蚀,耐氧化,耐高温,隔热,导电,绝缘,密封,辐射等不同功能,以满足各种情况和尖端技术的需要.7.滁层外表光滑,加工留量少.8.不仅能进行材料外表防护和强化工作,而且还能修补废旧件.9.修复废旧件速度快,可减少因停产造成的经济损失.1O.设备简单,操作方便,工艺灵活,投资少,见效快,适用性强,易于推广,经济效果显着.<:)氧乙炔焰合金拚末喷涂(焊)包括氧乙炔焰合金粉末喷涂和氧乙焰一8一炔合金粉末喷焊两部协从工艺特点上区别,它们有以下几点不同:1.喷涂无重熔过程,工件外表温度始终不超过300C,工件受热情况,一般不会改变工件的原始组织和产生变形.喷焊要使粉层熔化,须重熔烧结,工件表温可达900C以上,对某些工件可能发生退火及变形.2.喷涂一般是通过过渡层与基材面形成显微冶金结台,与基体面的结合状态,结合强度一般为35kg/mill.喷焊是通过粉层熔化与基材面形成冶金结合,结合强度一般在35kg/mm.3.喷焊所用的粉末必须是自熔性的合金粉末,而喷涂不限.4.喷焊层匀均致密,一般认为是无孔踪的,而喷涂层略带微孔.5.喷涂层一般适用于静配合部位或受冲击负荷小的地方.喷焊层可承受较大的冲击荷载.(三)氧一乙炔焰台垒粉末热喷奈(焊)技术用途较广,大致有以下几种适用范固:1.外表受磨蚀超差而报废的工件的修复很多金属零部件,因长期磨擦或磨蚀介质接触,配合部位被磨蚀超差,往往是无法挽救而整体报废,这是一种普遍存在的现象,其中有相当一部份工件均可采用粉末氧一乙炔焰喷涂(焊)进行修复,而且是本钱低,速度快.有时修复后的工件寿命比新件还高.2.更换材质,降低本钱,提高寿命.很多金属零部件,往往因要求局部外表具有某一特种性能.而只得全部用特种钢材来制成,本钱高,浪费大.在这类部件中,有很多都可以改用一般钢材,在要求有特种性能的表面采用粉末喷涂(焊)技术.这样可到达节省贵重材料降低本钱,提高使用寿命之目的.3.在某些地方可以取代剐的工艺.为了强化工件外表,常采用镀铬,渗碳等工艺,但当工件己磨蚀后,往往因超差太大而无法采用,有时因工件太大,应用上述方法也有困难,这时采用氧一乙炔焰喷涂(焊)比镀铬本钱低,速度快,效果好.4.对某些加工超差件的挽救.某些金属零部件,在切削加工过程中,因各种原因造成加工超差面报废,在这类工件中有很多也可采用热喷滁(焊)技术使其以得救.5.作预保护.易磨蚀工件,需要经常更换,对于这类工件可采用喷涂(焊)技术作预保护,即在新工件上预先喷涂(焊)一层材料,可使寿命成倍提高.6.在某些特殊情况下,采用各种工艺无法办到或困难较大的工件功能,例如要求一个工件上有几种性能,如模具垫板,要求外表硬度高而基体韧性好,采用在一般钢材喷涂(焊)一层合金粉末是极易傲到的.二,氧一乙炔焰合金粉亲热喷洽(焊)工艺设备爱技术操作简介(一)设备简介:一9一氧一炔焰台金粉末喷涂(焊)所使用的设备较筒单,主要有氧气瓶(附氧气调节器)乙炔发生器(乙炔气调节器),一套氧乙炔气瞪管以及几支喷枪和重熔枪.为了适应不同的喷焊工艺及工况要求,喷枪可分为中小型和大型两种.中小型喷枪用于中小型零件喷焊.丽大型喷枪适用于大直径或大面积零件喷焊,生产效率高,但只能作二步法喷焊.重熔枪只供采用二步法工艺重熔时使用.目前上海焊割工具厂己定型生产SPH-1/h,SPH2/h,SPH一4/h这三种型号粉末喷焊枪.上海喷涂机械厂生产的SPHE型两用抢最大喷粉量为每小时八公斤,是作喷焊涂两用,但在喷焊工艺中要附专用重焙枪,只适用于二步法操作.通过以上准备,全套设备可算是齐全了.如有条件再各上电热恒温枯燥箱(烘烤台盎粉末)和打毛机,转动装置(可用旧车床替代)那么更好.(=)试验操作工艺夼龆我矿热喷焊工艺是采用氧一乙炔焰作为热源,自熔合金粉末作为填充金属,在工作外表形成喷焊层.此工艺方法实际上有两个工艺过程.第一步是粉末喷涂,即将具有特殊性能的自熔台金粉末均匀地喷涂到工件外表,形成一种疏松多孔的,与工件是机械结合的涂层.第二步是将工件外表这层虢松多孔的涂层重熔烧结,并依靠自熔台金较强的渗透力使涂层元素向工件基体扩散,得到致密的与基体金屑呈冶金结台的喷焊层,同时由于自熔台金中含有较多的B,Si的元素能与其他金属氧化物形成一种硼硅酸玻璃而上浮,借去除喷焊层中的兜渣,气孔等缺陷.根据这两个工艺过程完成情况,可分为两种操作方法,通常称为一步法和二步法o1.一步法操作工艺所谓步法就是上述喷涂粉末与重髂两个工艺过程几乎是同时进行的,即边喷边熔,其操作如下t首先将工件预热到2OO30O(对高碳钢,合金钢,马氏体不锈钢等应提高预热温度),在需要喷焊的工件外表喷涂一层粉束(0.1mm)防止工件外表氧化然后将喷焊枪的火焰集中在工件外表的一个局部工件很快加热到6OO以上,此时工件外表局部发汗,即可翻开送粉末开关,将自熔合金粉末均匀地喷洒在工件外表到所需的厚度,并将喷涂在工件上的粉末熔融,出现镜面反光.然后再均匀地缓慢地移动喷焊枪,直到要喷焊的外表全部喷完,在喷焊过程中应保持喷射到工件外表的粉末处于熔融状态,喷焊枪与工件的距离控制在l52Omm.试验经验告诉我们,使火焰温度最高处位于工件外表,既有利于熔融台金粉末又利于夹渣,气孔上浮,太近对熔融台金粉束冲击太大,影响焊层均匀甚至见底,太远那么熔融效果差,合金粉束性能不能充分发挥也易造成夹渣,气孔等缺陷.火焰一般调整到弱碳亿焰或中性焰,火焰要柔和,防止对熔融台金有较大的冲击力,影畸喷焊层质量.2.二步法操作工艺-1(-,所谓r二步法就是喷涂粉末和重熔烧结两个工艺过程分别进行,这样可以根据两个工艺的不同特点使用工具或设备,提高喷焊质量,其操作如下:(1)喷涂自熔合金粉末:首先将经过预处理的工件预热到300左右(按工作基体金属不同而选择适宜的预热温度),然后利用特制的大功率火焰喷焊枪进行喷涂,为了保证喷涂层厚薄均匀和一定的结合强度,每次喷射粉末的厚度以不超过0.2mm为宜,这样反复到喷涂需要的厚度(一般厚度不宜过大,以1mm左右为佳),火焰喷焊枪与工件的距离控制在150200mm,或根据不同粉末的要求,调整适宜的距离.这里应特别注意保持工件一定的预热温度(300以上到熔融这段时间一般以不超过2O分钟为宜,否那么焊层要严重氧化发渣.为防止焊层氧化,重熔时火焰调节为中性火焰,也可用弱碳化焰重熔.(三)我矿热喷涂也是采用氧一乙炔焰作热源,要得到性能优良的涂层,必须抓住三个主要工艺环节l1.工件的准备l工件首先彻底去油去锈,要求出自熔合金喷焊还要严格,用三氯乙稀或丙酮清洗,然后用切削加工方法去掉伤痕和疲劳的金属外表,如果基体金属已经硬化或经其他外表处理的,要将其除去.经处理后的衷层粗糙为宜,为提高结合强度,在与不喷涂局部连接处切忌垂直过渡,可切削一个45.的斜坡.在工件预处理时应注意留足喷涂尺寸(我们的经验涂层一般在0.52.0mm左右,不宜太小),预留加工余量.预留量太小在加工过程中可能因涂层太薄,而造成涂层被为其切削力挤压破裂.这主要原因是涂层组织本身较焊层组织疏松,结合强度也不是很高.工件预热温度以80120为宜,为防止和限制基体外表快速增长的氧化膜,预热温度一般不超过250.翔需车切粗细纹再进行喷涂的,就先预热到150左右再车切螺纹,然后立即进行唼涂,以免搁置时外表超变化而影响涂层结合强度.2.喷涂l第一次用复合粉末打底,涂层以.O5O.12mm为宜.喷涂时的火焰应调节到强度最大的无色火焰(中性焰).经我们的试验说明,不能有56mm的小火焰,这样的火焰弱小无力会影响涂层与基体金属的结合强度,乙炔压力为0.02O.09MMPa,氧气压力0.4O.6一l1MPa,喷枪咀离工件的离距为I5O2O0mm,此时粉末获得最大的速度和冲击力,因此与基体金属结合强度较好.喷涂镍包铝粉末对应注意不要冒烟.冒烟就表示镍包铝粉末在火焰中氧化.其氧化物会影响涂层的结合强度.显然,这一过渡层粉末喷涂的质量将直接影响涂层性能,所以应特别注意.第二步喷涂工作层粉末,根本参数与第一步相同,在喷涂过程中应注意火焰盼情况,为了保证涂层均匀和结合强度,每层喷涂不超过0.2mm.在整个喷涂过程中层间温度不要超过25o,如温度过高,应暂时停一下,以保证质量,当然也不应过低,如工件温度低T8oc,应继续加热到80以上再进行喷涂.我们在修复十建公司土方处CW51H型IO吨日产汽车RD8型发动机2,3,4道主轴承座孔时,曾数次因喷涂时间太长.温度超高,而造成涂层剥离,脱落.温度太低那么用螺丝刀可将涂层暂下.试验实践告诉我们,喷涂过程中掌握好温度控制是关系到成败与否的重要因素.喷涂完毕后让其自然冷却.3.喷层加工:加工方法可以用车削也可以用磨削.车削加工切削速度为5080米/分,每转进刀为0.IO.2rmm,精加工时每转进刀0.05mm,可以得到光洁度较高的外表,假设进刀量太大,.涂层有可船因此被挤压而造成剥落.磨削加工可采用大气孔的碳化硅砂轮(平均粒度3060)或金剐砂轮,砂轮转速为1400转/分,工件线速度30米/分砂轮移速度为1米/分,给以充分润滑冷却,可以得到光洁度较高的涂层表层.三,试验应用情况氧乙炔焰热喷涂(埠)适用范围较广,我矿推广应用属于起步阶段,本着试验,摸索,总结,提高的原那么,我们先进行了报废工件的修复和超差件的挽救两个题目试验为保证旅工质量,减少损失,获得预期的效果,我们制定氧乙炔焰台金粉末热喷涂(焊)选用工件要点.(一)选择工件:1.技术上可行,经济上台算.一般姓价值大而供给困难的零件,修复费应远低于其价?格.有的工件经采用热喷涂(焊)工艺修复后获得了更优的性能,使用寿命大大延长,或者解决了因备件供给不上而贻误生产的情况,使生产得以正常进行,即使修复费用较高也合算.2.掌握工艺特点和适用范围,热喷涂适宜用于静配合或小负荷的轻微动配台.热喷焊用于动配合,重负荷及有冲击负荷的场合,因此嚷涂喷焊之后均需考虑进行机械加工3.在适用材质方面,本着摸索经验,先易后难,逐步展开的原那么,我们暂时只处理碳素钢,合金钢,铸铁的工件.4.限于现有条件对工件尺寸提出假设干限制条件:(1)喷辣:主要用于静配合,工件可大些轴类夺500以下,喷涂带宽3OOmm以内(轴小可宽些),箱体类的孔60i00的深度小T500mra,孔大深度可增大j平面类(含端面)600×600以内及各类零件的局部修复.l2一(2)喷焊t用于动,静配合轴类200以下,喷焊带宽度小于2D0mmj箱体类孔6O199深度小于5O,孔大深度可增大平面类(含端面)600×600A内,以及各类零件的局部小范围修复.()试硷举例;I.修复箕斗矿车的前,后轮18.8rn.后卸斜坡箕斗矿车是我矿关键运输设备,其状况的好坏直接关系到铁矿石生产任务的完成.箕斗矿车自重26.5吨,最大载重36吨.其前,后轮均承受重太负荷,轮缘外表与钢轨接触,当箕斗矿车跑偏时,轮缘承受的挤压力和摩擦力都很太,使用中磨损严重,工作寿命一般为36个月.前,后轮另一常见故障是轮面因出现裂纹,渣孔而造成停机检修,碰到这类情况一般用电焊法修复,但由于材质为ZG45,可焊性较差,焊补后易产生裂纹,加上焊补后硬度难与原轮面硬度一致,对钢轨有一定影响,这些也都限制了前,后轮的使用寿命.1988年1月8日,我们了解到箕斗矿车的一套新轮仅运行了十六个班就出现了裂纹及渣孔,孔与裂纹呈混合状态.大部份裂纹较细小,方向平行轮缘与轮面垂直,小部份裂纹较粗太,平行轮面与轮端面垂直,呈别离状态.影喻正常运行,生产单位破碎厂准备将其更换下来.经过研究,我们决定采用氧乙炔焰合金粉末热喷焊新技术进行现场修复.修复工作在1月9日进行.1.修复过程:(1)工件准备.我们首先用氧一乙炔割枪将渣孔,裂纹割去作扩孔处理,脒去铸造渣孔和与轮体脱层的裂纹层,使基体完好组织层暴露充分为止.尚有部份裂纹,长度虽较大,几乎占了轮面周长的l/31/2,但宽度较细,不与轮体呈别离状态,考虑到这些裂纹已不影响轮面使用,故未作任何处理.经过扩孔处理的前轮孔的尺寸为35×35ram,深10ramj25ram,深10ram.共2个.后轮孔的尺寸为8O×60ram,深6Blnl90×50ramj深5i21m,共2个.用氧一乙炔割枪扩孔后孔内凹凸不平的外表,给我们除去氧化层造成了困难,用砂布只能将凸起部份的氧化层除去,凹下部份只能用錾子錾,结果除去氧化层工作很不理想,由于现场条件限制,只能做到这样.(2)预热.资料介绍ZG45通常预热温度为200300,因为前,后轮重量大,前轮重800kg,后轮重450kg,面且是在北风低温露天作业,当时气温7C13,北风23级,散热快,所以采用了增大预热面积,提高热储量,以利延缓散热J预热温度控制在25O300范围的方案.先预热前轮35×35ram,深10ram的孔.(3)喷焊.由于前轮待修复部位属于大工件小面积,其厚度较大,适宜采用一步法工艺,技术参数选择如下:SPH4/h型喷枪氧气压力:0.31MPa,乙炔压力:0.13MPa合金粉末lFNi一07一l3一先喷洒一层0.2mm2右的粉层,以减少在喷焊过程中的氧化,然后调整好火焰,把检日放低,距工件面约20ram(以焰心接近但不碰基面为准)作回转运动,回转直径约在515mm左右,将国内的待喷面加热到5O0以上,按下送粉阈,边喷粉边熔化.但是,此时的熔融合金在基体外表没有铺展开,仅而结台成球,外表张力很大,喷粉越多,球越大,那情形很似菏叶上的水珠,根本不与基体外表结合.首次喷焊失败了.我们清理出合金熔球,重薪用砂布和錾子处理基体外表.此时,大家以为:渣孔经氧割枪扩孔后留下了巩固的氧化层,因该氧化层未能被彻底去除,当合金粉末被喷洒上去时,粉末不能穿透它与基体呈现出冶金结台态,当熔融合金骤体,收缩的张力大于粉末与氧化层的粘附力时,就产生了这种水银洋球形.我们在进一步处理基材外表的根底上进行了第二次喷焊,操作方法同上.但是,在合金粉末熔化后,还是不能在基体外表铺开,而是快速结合成球.同样的失败,使我们提高了认识,认为氧化层并不是影响喷焊的唯一因素.经过详细观察我们发现合金粉末在熔化前没有翘起与基体面别离的倾向,而是在熔融态由四周向中心聚集,收缩,结台成球.从理论上讲,这显然是液体的外表张力增加起的一种现象.事实上我们所用的Fi一07合金粉末含有23的硼,硼的参加可使台金硬度提高,同时也会使合金外表张力增大.由于我们限于当时条件不能将氧化层完全除去,这样就成了促使合金结合成球的另一因素.于是,我们在第三次喷焊时,除了更换合金粉末外,尽可能用錾子錾破基材面的氧化层,我们更换后的合金粉末为:FNi一07,此粉末含硼量为1.92.6,硬度为HRC3035,较FNi07硬度HRC4045低了1/4左右,我们还将氧压调整为0.5MPa,乙炔压O.10MPa,边喷边熔操作,控制每层厚度0.5mm2右.首层喷焊完毕,停下检查,没有渣孔,剥离裂纹等不良现象,这样反复了数十次直至填满0ram深的孔与轮面相平.焊层平整,光滑,无夹渣疏松等缺陷.(4)问题与措施.当焊枪离开焊层数秒钟后,只听见啪的一声,随着响声焊层出现了2条长34mm,宽约O.2ram的裂纹,方向与轮缘相平行,且有逐渐增大趋势.我们分析认为合金粉末热膨胀系数较大喷焊层较厚(10mm)是内部原因,气温较低加上吹刮北风造成玲却速度太快是外部原因,正是这二个原因造成了焊层开裂,我们很难控制住内部原因,但通过控制外因防止裂纹是可以做到的.于是,我们重新加热喷焊层,当焊层重新熔融出现镜面反光后,逐渐将火焰词小至灭.同时将枯燥的电石灰逐渐撇下复盖其上,最后快速用旧棉纱完全盖住焊层,任其慢慢燃烧,以达保温缓冷目的.有了成功经验,在这根底上?严格掌握喷焊工艺,我们修复了前,后轮的另外三个孔洞,最后待冷却到人手略有热感时,我们再次检查焊层,均无夹渣,疏松等不良现象,除巾25ram,深10ram这个喷焊部位无裂纹外,其余三个部位都有一条裂纹,裂纹长度喷焊面积增大而长些,约有2030mm,但宽度甚微,肉眼不易看清,方向与轮缘相平行.我们认为已不影响使用,决定投入运行,作进一步观察.2.追踪检查:I988年3月9日,我们现场走访,当时箕斗矿车正在运行,停机检查,喷焊部位均完好,与基体结合轮廓可见,裂纹被压合不能分辩.硬度适中.4月3O日,再次走访,整个轮面完整无损,喷焊部位无法辩认一14t6月13日第三次走访,维修工人告诉我们,5月5目前轮因其他原因被拆,6月i0日后轮缘因磨损到极限,剩余的喷焊层脱落而卸下.鉴定意见:属正常损坏3.体会:通过修复箕斗矿车前,后轮,我们认为采用热喷焊新技术能否成功的关键,主要是要正确掌握工艺操作过程中关键工序的要领以及选用适宜的质量好台金粉末,遗;点非常重要如果操作过程中,工艺要领掌握得不好,选用的台金粉束不太适合,再加环现,工件结构的影响,那么喷焊过程易产生剥落,夹渣,裂纹的缺陷,甚至喷焊不上基体外表.四,结论热喷涂(焊)这项新技术在我矿进行了试验性地推广应用,试验的范围主要是报废零件的修复及磨损超差零件的修复这两个方面,从试验结果看是成功的,躬决了生产上的急用,如日本D8o一15一PE推土机输出轴的修复.我们已初步掌握这项新技术,有了较好的感性认识,这项新技术在我矿应用有着广阔前景.下一步准备在矿内进一步推广应用.但是,我们在利用热喷涂(焊)这项新技术改变表层材料性质强化零,部件外表性能,作预保护提高零.部件寿命做得还不够,这与我们对这项新技术的认识和掌握水平有关,使热喷涂(焊)在我矿推广应用下去,产生较大的经济效益,我们今后的工作必须在全面地认识,垒面地应用研究,全面地掌握这项新技术上下功夫.只有这样,这项新技术在我矿的推广应角才会得到更大的经济效益.改良夹钳提高效益在索道运输中,央钳轮通过夹错夹特牵引索运行.夹舒受力大,磨损快,属易耗配件.我厂使用夹钳系国家系列化索道标准件,规格有夺28,30,32三种.使用中发现夹钳磨损快,消耗量大,平均每三个目更祧一套.而且当挂斗超过56个/条时,就出现尧错打滑现象,限制了索道运量.针对这个问题,我们召开了专题分析会.经分析,原因在于牵引索直径新绳时4,32rllm,使用中由于磨损和拉仲,直径是逐渐变小的,而尧*甜口尺寸无法与牵引索直径相吻合.当绳径磨损到4,31mm时,如用夺30央钳,州偏紧,绳索连出央钳受驵,对设备影响扳大,易造成平安事故.如用4,32夹钳,那么俯松,用不7多久就打滑.针对这一问题,设计731夹错,并提出根据牵引索直径选用相应规格的夹错的建议.经过一年多的使用,艘果良好.夹错使用半年才需更挟,使滑期比原先延长一倍.按每套夹5000元计,每年可节省配件费用2万元,而且由于夹特力增大,挂斗数增加170个/条时,夹钳亦不打滑,台时运量可提高10,.(素连包兴元张良趣)