喷焊与堆焊技术
《喷涂与喷焊》作业思考题
《喷涂与喷焊》作业思考题 武汉理工大学材料科学与工程学院2014-12-15 一、名词概念 表面工程：是将材料表面与基体一起作为一个系统进行设计，利用各种物理、化学或机械等方法和技术，使材料表面获得具有与基体不同性能的系统工程。 表面工程技术：主要涵盖内容有：（1）表面合金化：喷焊、堆焊、离子注入、激光溶敷、热渗镀等；（ 2）表面覆层与覆膜技术：热喷涂、电镀、化学转化处理、化学镀、气相沉积、涂装、堆焊、金属染色、热浸镀等；（ 3）表面组织转化技术：激光、电子束热处理技术以及喷丸、辊压等表面加工硬化技术。 表面能：固体表面原子与气相（或液相）接触时，气相分子对其作用力可忽略不计，故表面原子处于不均匀的力场中，其能量大为升高，高出的能量称为（固体的）表面能。 润湿：指液体对固体表面浸润、附着的能力。 清洁表面：是指经过特殊处理后，保持在超高真空条件下，使外来污染烧少到不能用一般表面分析方法探测到的表面。 实际表面：指暴露在未加控制的大气环境中的固体表面，或者经一定加工处理（切割、研磨、抛光、清洗等），保持在常温和常压（也可能在低真空或高温）下的表面。 物理吸附：固体与气体原子之间靠范德华力作用而结合的吸附即为物理吸附。 化学吸附：表面与被吸附分子之间发生电子交换，电子或多或少地被两者所共有，形成化合物，形成了强健结合的吸附。 磨损：机件表面相接触并作相对运动时，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使表面材料逐渐损失，造成表面损伤的现象。 腐蚀：材料与环境介质之间的化学或电化学作用引起的材料破坏和损伤。 热喷涂：是利用热源将喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，用高速气流将其雾化，喷射沉积到经预处理的基体表面形成涂层的方法。
热喷涂与喷焊
1.简要说明表面工程概念的含义，常用的表面工程手段或方法有哪些？ 表面工程是材料表面经预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面工程技术复合处理，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态，以获得所需要表面性能的系统工程。 表面工程技术分为三类：表面合金化、表面覆层与覆膜技术和表面处理。 表面合金化：包括喷焊、堆焊、离子注入、转化膜技术、扩散渗入、激光熔敷、热渗镀等。 表面覆层与覆膜技术：包括电化学沉积、化学沉积、气相沉积、热喷涂、电镀、化学转化处理、电刷镀、化学镀、气相沉积、涂装、堆焊、金属染色、热浸镀等。 表面处理：包括激光、电子束热处理技术以及喷丸、辊压、孔挤等表面加工硬化技术，表面纳米化加工。 2.什么是热喷涂，主要有哪些具体方法？ 热喷涂技术是采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作热源，使金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它们的复合材料等喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，通过高速气流使其雾化，然后喷射、沉积到经过预处理的工件表面，从而形成附着牢固的表面层的加工方法。 热喷涂技术依照所采用的热源不同通常可分为：火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂和冷喷涂四大类： ①火焰喷涂：利用气体燃烧放出的热进行的热喷涂称火焰喷涂。火焰喷涂最常用的喷涂热源是氧乙炔焰。根据喷涂材料的形状可分为丝材火焰喷涂和粉末火焰喷涂。 ②电弧喷涂：将两根被喷涂的金属丝作为自耗电极，利用其端部产生的电弧作为热源来熔化金属丝材，用压缩空气进行雾化的热喷涂方法。 ③等离子喷涂：采用等离子弧为热源，以喷涂粉末材料为主的热喷涂方法。 ④冷喷涂：它不使用任何高温火焰来直接加热熔化喷涂粉末。它采用高压高速的气流驱动喷涂材料粉末来进行喷涂，当固态粉末粒子的速度高于某一临界值时，粒子与基材发生粘合沉积，从而形成涂层。 高压气源产生的高压气体分别用作工作气体和送粉气体，气体加热器分别预
第6章 热喷涂
第六章热喷涂、喷焊和堆焊技术 §6-1热喷涂技术 一、原理和特点 1、热喷涂原理，发展过程，以及分类 2、特点：注意基体材料、温度、操作和缺点 3、涂层材料 对喷涂材料的要求，包括成分要求和形状要求 4、涂层形成过程 涂层形成的主要过程 对加热过程的要求 对喷射速度的要求 了解喷溅的产生原因 5、涂层的组织结构 涂层的组织特点 涂层中产生孔隙的原因，孔隙对涂层产生那些影响 6、热喷涂中的相变 图层中产生相变的原因，带来哪些不利影响 7、涂层应力 涂层应力产生的原因，涂层厚度与应力的关系，减小应力的措施 8、涂层结合强度 涂层与基体结合的机理；两种结合形式的特点；结合强度的大小 9、了解热喷涂工艺流程和质量控制 二、工艺方法 了解热喷涂常用的工艺，重点表6-4 1、火焰喷涂工艺 火焰喷涂加热的方法，工作过程和原理，以及完整的一套热喷涂装置 火焰喷涂材料的形状，以及工作过程 常用喷涂材料的种类 2、电弧喷涂工艺 电弧喷涂的工作原理和工作过程，应用范围，并与火焰喷涂比较有什么优点3、等离子喷涂工艺 等离子喷涂的原理，等离子体的特性，如何被利用产生高温，常用产生等离子体的气体有哪些 等离子喷涂时，各种气体产生等离子体的特点 等离子喷涂枪的结构 等离子喷涂的特点（与前两种喷涂比较） 4、爆炸喷涂和超音速火焰喷涂 采用爆炸喷涂的原因；爆炸喷涂的工艺过程和应用的场合；常用的喷涂材料；达到的效果与普通喷涂区别 超音速火焰喷涂的喷涂方式；工艺过程；达到的效果与普通喷涂区别 三、常用热喷涂材料 1、金属热喷涂材料 喷涂材料的形式；种类；采用的喷涂方式。（表6-6） 2、陶瓷热喷涂材料 喷涂材料的形式；种类；采用的喷涂方式。（表6-7）
传统喷焊与等离子堆焊的技术差异
传统喷焊与等离子堆焊的区别 宁波镭速激光科技有限公司氩弧焊技术是在普通电弧焊的原理的基础上，利用氩气对金属焊材的保护，通过高电流使焊材在被焊基材上融化成液态形成溶池，使被焊金属和焊材达到冶金结合的一种焊接技术，由于在高温熔融焊接中不断送上氩气，使焊材不能和空气中的氧气接触，从而防止了焊材的氧化，因此可以焊接铜、铝、合金钢等有色金属。 1.氩弧焊 氩弧焊因为热影响区域大工件在修补后常常会造成变形、硬度降低、砂眼、局部退火、开裂、针孔、磨损、划伤、咬边、或者是结合力不够及内应力损伤等缺点。尤其在精密铸造件细小缺陷的修补过程在表面突出。在精密铸件缺陷的修补领域可以使用冷焊机来替代氩弧焊由于冷焊机放热量小较好的克服了氩弧焊的缺点弥补了精密铸件的修复难题。 氩弧焊与焊条电弧焊相比对人身体的伤害程度要高一些氩弧焊的电流密度大发出的光比较强烈它的电弧产生的紫外线辐射约为普通焊条电弧焊的5-30倍红外线约为焊条电弧焊的1-1.5倍在焊接时产生的臭氧含量较高因此尽量选择空气流通较好的地方施工,不然对身体有很大的伤害。 2等离子焊 和其他焊机相比之下，等离子堆焊的优点体现在哪些方面呢? 1.钨极缩在水冷铜喷嘴内部，不可能与工件接触，因此可避免焊缝金属产生夹钨现象。电弧搅动性好，熔池温度高，有利于熔池内气体的释放。 2.等离子电弧由于压缩效应及热电离度较高，电流较小时仍很稳定。配用新型的电子电源，焊接电流可以小到0.1A，这样小的电流也能达到电弧稳定燃烧，特别适合于焊接微型精密零件。 3.可产生稳定的小孔效应，通过小孔效应，正面施焊时可获得良好的单面焊双面成形。 4.等离子堆焊的能量密度大、电弧方向性强、熔透能力强，在不开坡口、不加填充焊丝的情况下可一次焊透8～10mm厚的不锈钢板。与钨极氩弧焊相比，在相同的焊缝熔深情况下，等离子弧焊接速度要快得多。 5.焊缝质量对弧长的变化不敏感，这是由于等离子弧的形态接近圆柱形，发散角很小，约5°，且挺直度好，弧长变化时对加热斑点的面积影响很小，易获得均匀的焊缝形状。工件上受热区域小，热影响区窄，因而薄板焊接时变形小。 由于其焊接速度快，焊缝美观，焊缝质量好，成本低，等离子焊接已广泛运用于设备制造业中对各种型式的接头进行焊接、医疗设备、真空装置、薄板加工、波纹管、仪表、传感器、汽车部件、化工密封件等。 微束等离子焊更是在实际运用中显露出巨大的优势，其焊缝质量可与激光焊比肩。微束等离子技术已成功的应用于大多数金属的焊接，如钢、不锈钢、各种合金钢、铜、镍、钛、钼、钨、金、铂、铑、钯等各种金属及其合金材料。典型应用产品有传感器膜盒，焊接波纹管，微电机定子铁心，电子产品，不锈钢锅 喷涂工艺需要融化金属粒子，导致喷涂温度高，使机体内部产生热应力，机体表面产生热变形。其次，因为除火焰喷涂外都无法人工操作，操作危险。此外，传统热喷涂工艺很难控制喷涂面积与厚度，所以与喷涂效果差。并且设备不便携带。
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第六章热喷涂、喷焊与堆焊技术 1.什么是热喷涂？根据所使用的热源不同，可以将热喷涂工艺分为哪两大类？热喷涂：采用各种热源将涂层材料加热熔化或半熔化，高速气体将其雾化，并在高速气流的带动下雾化粒子撞击基材表面，冷凝后形成具有某种功能的涂层。喷焊是用热源将涂层材料重熔，涂层内颗粒之间、涂层与基体之间形成无孔隙的冶金结合。 堆焊技术是将具有一定使用性能的材料（线材或焊条）借助一定的热源手段熔覆在基材表面，使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐热等特殊性能或使零件恢复原有形状尺寸的工艺方法。 2.热喷涂技术的特点是什么？局限性是什么？ 热喷涂的技术特点：可在各种基材上制备各种涂层；基材温度低（30～200℃），热影响区浅，变形小；涂层厚度范围宽（0.5～5mm）；喷涂效率高，成本低； 操作灵活，可在不同尺寸和形状的工件上喷涂； 局限性：加热效率低，喷涂材料利用率低，涂层与基体结合强度低。 3.热喷涂涂层的结构是什么？如何改善涂层结构？ 涂层是由无数变形粒子相互交错呈波浪式一层一层堆叠而成的层状结构。涂层中伴有氧化物等夹杂、未熔化的球形颗粒，并存在部分孔隙，孔隙率0.025％－50％。 改善涂层结构的方法(1)选用高温热源(如激光热源、等离子弧)、超音速喷涂、以及保护气氛或低压下喷涂，都可以减少涂层中的氧化物夹杂和气孔，改善涂层的结构和性能。(2)喷涂层的结构还可以通过重熔处理来改善，涂层中的氧化物夹杂和孔隙会在重熔中消除，涂层的层状结构会变成均质结构，与基体的结合强度也会提高。 4.对热喷涂材料有什么要求？ (1)热稳定性好，在高温焰流中不升华，不分解。 (2)较宽的液相区，使熔滴在较长时间内保持液相。 (3)与基材有相近的热膨胀系数，以防止因膨胀系数相差过大产生较大的热应力。 (4)喷涂材料在熔融状态下应和基材有较好的润湿性，以保证涂层与基材之间有良好的结合性能。 (5)粉末固态流动性好，保证送粉的均匀性。 5.热喷涂涂层与基体的结合机理是什么？ 一般认为在涂层与基体之间机械结合起主要作用，即熔融态的粒子撞击到基材表面凹凸不平处，铺展成扁平状的液态薄层，这些覆盖并紧贴基体表面的液态薄片，在冷却凝固时收缩咬住凸出点而形成机械结合。同时，其它几种结合机理（扩散、冶金、物理结合)也在不同程度地起作用，其程度受粉末的成分、表面状态、温度、热物理性能等因素的影响。 6.热喷涂的工艺流程。
表面工程与电站设备
表面工程与电站设备 [摘要]介绍了堆焊、热喷涂、喷焊、自蔓延、表面热处理、表面清洗、粘接、涂饰等表面技术在火力电站设备上的应用。指出表面工程技术的应用使电站设备许多零部件的抗磨损、抗腐蚀寿命成倍提高。重点指出，对零件表面工况条件和失效形式的分析、表面技术设计以及严格的操作工艺是保证质量、取得预期效果的关键。 [关键字] 全文 1 引言 随着我国国民经济的高速发展，我国电力建设在“八五”、“九五”期间获得了飞速发展，火电建设已经朝着大容量、超临界、高效率的大机组和洁净燃烧方向发展，装机容量也获得了极大增加，2000 年底装机容量已达319 320 MW，2001 年 完成发电量 1.4 640×1012 kW h，截止今年9 月份，我国仅国家电力公司系统就完成1.17 589×1012 kW h的发电量，其 中火力发电厂的发电容量占整个发电容量的80%左右。火力发电设备不仅自动化程度很高，而且工作条件苛刻，其中许多 部件长期在高温、高压、腐蚀、磨损等各种恶劣工况下运行，腐蚀、疲劳和磨损这3 种机械零件的典型失效方式在电站设 备中集中体现出来[1]。表面工程技术作为一种有效的抵抗零件失效的技术，已在电站设备上获得了广泛应用，不仅用于功 能涂层，还用用于装饰性涂层；不仅用于一些设备和零件的修复，还应用于电站设备的制造和再制造。 2 堆焊技术在电站设备上的应用 2.1 表面堆焊技术在电站制粉和输粉系统的应用[1] 2.1.1 中速磨煤机磨辊的制造与修复 表面工程技术在中速磨煤机上主要用于抵抗煤及煤中参杂物对磨煤机碾磨件磨辊和磨盘的磨损。 中速磨煤机是通过磨煤机中的碾磨件对煤的碾压使煤磨制成煤粉，主要有 E 型中速磨、RP 磨、MPS 及其改进型MBF 中速磨煤机，据不完全统计，全国在电厂中使用MPS（MBF）型中速磨煤机有200 多台，这种类型的中速磨煤机具有占 地面积小、耗能较低等特点。中速磨煤机的易磨损件主要有：磨辊、磨盘、磨球和磨环等。
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第六章热喷涂、喷焊与堆焊技术 1. 什么是热喷涂？根据所使用的热源不同，可以将热喷涂工艺分为哪两大类？热喷涂：采用各种热源将涂层材料加热熔化或半熔化，高速气体将其雾化，并在高速气流的带动下雾化粒子撞击基材表面，冷凝后形成具有某种功能的涂层。喷焊是用热源将涂层材料重熔，涂层内颗粒之间、涂层与基体之间形成无孔隙的冶金结合。 堆焊技术是将具有一定使用性能的材料 (线材或焊条) 借助一定的热源手段熔覆在基材表面，使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐热等特殊性能或使零件恢复原有形状尺寸的工艺方法。 2. 热喷涂技术的特点是什么？局限性是什么？ 热喷涂的技术特点：可在各种基材上制备各种涂层；基材温度低( 30?200C), 热影响区浅，变形小；涂层厚度范围宽(0.5?5mm；喷涂效率高，成本低；操作灵活,可在不同尺寸和形状的工件上喷涂；局限性：加热效率低，喷涂材料利用率低，涂层与基体结合强度低。 3. 热喷涂涂层的结构是什么？如何改善涂层结构？ 涂层是由无数变形粒子相互交错呈波浪式一层一层堆叠而成的层状结构。涂层中伴有氧化物等夹杂、未熔化的球形颗粒，并存在部分孔隙，孔隙率0.025％－50％。 改善涂层结构的方法(1) 选用高温热源( 如激光热源、等离子弧) 、超音速喷涂、 以及保护气氛或低压下喷涂，都可以减少涂层中的氧化物夹杂和气孔，改善涂层的结构和性能。(2) 喷涂层的结构还可以通过重熔处理来改善，涂层中的氧化物夹杂和孔隙会在重熔中消除，涂层的层状结构会变成均质结构，与基体的结合强度也会提高。 4. 对热喷涂材料有什么要求？ (1) 热稳定性好，在高温焰流中不升华，不分解。 (2) 较宽的液相区，使熔滴在较长时间内保持液相。 (3) 与基材有相近的热膨胀系数，以防止因膨胀系数相差过大产生较大的热应力。 (4) 喷涂材料在熔融状态下应和基材有较好的润湿性，以保证涂层与基材之间有良好的结合性能。 (5) 粉末固态流动性好，保证送粉的均匀性。 5. 热喷涂涂层与基体的结合机理是什么？一般认为在涂层与基体之间机械结合起主要作用，即熔融态的粒子撞击到基材表面凹凸不平处，铺展成扁平状的液态薄层，这些覆盖并紧贴基体表面的液态薄片，在冷却凝固时收缩咬住凸出点而形成机械结合。同时，其它几种结合机理 (扩散、冶金、物理结合)也在不同程度地起作用，其程度受粉末的成分、表面状态、温度、热物理性能等因素的影响。 6. 热喷涂的工艺流程。