材料表面工程技術(shù)堆焊技術(shù)

材料表面工程技術(shù)堆焊技術(shù)第1頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§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(guò)程。一方面可以恢復(fù)零件因磨損或加工過(guò)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(duì)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。第2頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月堆焊的特點(diǎn)必須盡量控制稀釋率合理地選擇堆焊層的合金系統(tǒng)綜合考慮堆焊方法第3頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月堆焊方法的分類第4頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月常用堆焊方法的主要特點(diǎn)氧—乙炔焰堆焊溫度較低(3050～3100℃)，小的稀釋率(1％～10％)小于1mm厚的均勻薄堆焊層。該堆焊方法設(shè)備簡(jiǎn)單、使用方便、成本低。缺點(diǎn)是生產(chǎn)率低、工人的勞動(dòng)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。第5頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月手工電弧堆焊設(shè)備簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)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。第6頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月埋弧堆焊單絲、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(30％～60％)、生產(chǎn)率中等。采用焊絲擺動(dòng)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(lái)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。第7頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月氣體保護(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15％～25％)。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(guò)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(jiǎn)單、方便靈活，但堆焊時(shí)的飛濺較大。第8頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(guò)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(jiǎn)單的大中型零件，例如熱鍛模堆焊等。第9頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(shí)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(dòng)機(jī)排氣閥的閥面堆焊等。第10頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§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(jià)格較低，品種也最多，所以應(yīng)用最廣。鎳基、鈷基堆焊合金價(jià)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(chǎng)合。銅基材料的耐蝕性好，有時(shí)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(jià)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。第11頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(shí)，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20～38HRC。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(jià)格便宜。第12頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月馬氏體類的堆焊材料及特點(diǎn)碳含量：0.1～1.0％，個(gè)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(shí)也會(huì)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25～65HRC，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25～55HRC。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(kāi)裂傾向較小。中碳合金的碳含量在0.30％～0.60％之間，堆焊層的組織為片狀馬氏體，有時(shí)也有少量板條狀馬氏體、珠光體和殘余奧氏體。其硬度為38～53HRC，具有較好的耐磨性和中等抗沖擊能力。開(kāi)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250～350℃。高碳馬氏體堆焊合金的碳含量在0.60％～1.0％之間，有時(shí)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(shí)易產(chǎn)生裂紋，因此一般應(yīng)預(yù)熱到350～400℃。堆焊后只能用磨削加工。第13頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月高速鋼及工具鋼堆焊合金高速鋼堆焊合金的碳含量在0.70％～1.0％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。第14頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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%=1.0％～1.4％，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Cr<4％，Mn=12％～15％，還有少量的Ni和Mo。高鉻的含Cr=l2％～17％，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。第15頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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)。第16頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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。

第17頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.鎳基堆焊合金高鎳合金用于鑄鐵堆焊時(shí)作過(guò)渡層鎳鉻硼硅合金鎳鉻鉬鎢合金。

第18頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鎳鉻硼硅系列堆焊合金C:1％，Cr:0％～18％，B:1％～4.5％。熔點(diǎn):1040℃，潤(rùn)濕性、流動(dòng)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(chǎng)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。第19頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(shí)，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。第20頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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（540～650℃）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。第21頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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3.7％～4.0%，鎢95％～96％，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(guò)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(shí)碳化鎢晶粒越細(xì)，其耐磨性就越高。第22頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(lái)選擇第23頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§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(guò)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第24頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月手工電弧焊堆焊設(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)亩搪冯娏髂芊奖愕卣{(diào)節(jié)焊接電流。具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)第25頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(guò)渡，并獲得良好的堆焊工藝性能。第26頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月手工電弧堆焊的要點(diǎn)

特點(diǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低，通過(guò)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(shí)，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)熱溫度第27頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§4埋弧自動(dòng)堆焊埋弧自動(dòng)堆焊原理第28頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月埋弧自動(dòng)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(dòng)條件埋弧焊的缺點(diǎn)對(duì)工藝要求高大電流時(shí)產(chǎn)生較大的熱影響區(qū)第29頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月埋弧自動(dòng)堆焊的分類單絲埋弧堆焊多絲埋弧堆焊帶極堆焊串聯(lián)電弧堆焊第30頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月埋弧自動(dòng)堆焊設(shè)備堆焊電源送絲機(jī)構(gòu)堆焊機(jī)床電感器第31頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月埋弧自動(dòng)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?；《押赣煤竸┠康模罕ＷC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(guò)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(shí)，應(yīng)在焊劑中加入1.2％的碳，用中碳鋼焊絲時(shí)，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(guò)程中碳的燒損，就會(huì)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。第32頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月埋弧自動(dòng)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(zhǎng)度焊絲后移量預(yù)熱溫度第33頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2