機(jī)械設(shè)備維修中熱噴涂與噴焊技術(shù)研究

唐文華

摘要：熱噴涂和噴焊技術(shù)是高溫焊接的實(shí)用技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)比氧乙炔焊接工藝具有更理想的修復(fù)功能，從熱噴涂和噴焊的基本原理看，對(duì)機(jī)械設(shè)備零件的修復(fù)可以保證功能性恢復(fù)，并可以延長(zhǎng)使用壽命。

關(guān)鍵詞：熱噴涂；熱噴焊；耐磨處理；修復(fù)

中圖分類號(hào)：TG174 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）32-0035-02

機(jī)械設(shè)備維護(hù)中一個(gè)重要的項(xiàng)目就是針對(duì)易磨損的零件表面進(jìn)行維護(hù)與修復(fù)，相比直接更換而言，利用噴涂（焊）技術(shù)對(duì)機(jī)械部件的表面進(jìn)行維護(hù)與再造可以利用較低的成本恢復(fù)零件的性能，對(duì)于工廠節(jié)能減排和資源節(jié)約、建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)具有舉足輕重的作用。熱噴涂和噴焊技術(shù)是主要的技術(shù)類型，技術(shù)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用都有較為廣闊的前景。

1 熱噴涂技術(shù)特征

1.1 熱噴涂概述

熱噴涂技術(shù)是利用電弧等熱源，將噴涂材料從固體變?yōu)槿廴跔顟B(tài)，在高壓氣流的推動(dòng)下噴涂材料被霧化，直接噴射到機(jī)械零件的表面，材料噴射到工件表面上受到阻力影響而形成扁平狀，附著到工件表面達(dá)到修復(fù)磨損表面的目的。持續(xù)的噴涂則可以使得噴涂材料之間相互咬合，進(jìn)一步形成機(jī)械結(jié)合，大量的噴涂材料在表面產(chǎn)生堆積，由此形成噴涂層達(dá)到維修的目的。

1.2 熱噴涂工藝分析

1.2.1 工件表面處理：為了保證涂層與零件表面的有效結(jié)合，表面必須進(jìn)行凈化和粗化處理，具體的方法則應(yīng)根據(jù)零件材料和涂層材料而定。凈化處理的目的就是去掉零件表面的氧化皮、油漬等污物，關(guān)鍵是要去掉滲入的油脂。粗化處理則是為了增加涂層材料與基材之間的接觸面積，如噴砂、滾花、電拉毛等方式。

1.2.2 預(yù)熱處理：預(yù)熱是針對(duì)工件進(jìn)行加熱處理，去除水分和濕氣，拉近噴涂材料與零件之間的溫度差，這樣工件材料和噴涂材料的結(jié)合強(qiáng)度將得到強(qiáng)化，也可以減少熱脹冷縮而導(dǎo)致的涂層材料開裂，通常預(yù)熱的溫度在60°～120°之間。

1.2.3 噴涂操作：在噴涂方法上也有很多種，主要視噴涂材料而定，當(dāng)然工件的材料特性也必須考慮在內(nèi)，如果陶瓷層則選用等離子技術(shù)；如果是碳化金屬陶瓷層，則利用高速火焰噴涂；如果是塑料涂層，則直接利用火焰噴涂。

1.2.4 噴涂后維護(hù)：在完成涂層涂覆后應(yīng)進(jìn)行防腐處理，主要是防止腐蝕介質(zhì)深入到涂層內(nèi)而對(duì)基材產(chǎn)生影響。用于防腐的材料主要有石蠟、環(huán)氧樹脂、硅樹脂等，也可利用氧化物作為防腐劑。當(dāng)然防腐劑的選擇應(yīng)根據(jù)介質(zhì)、環(huán)境、溫度等進(jìn)行綜合選擇，對(duì)于承受高溫或者重載荷的工件為了提高涂層結(jié)合的強(qiáng)度，必要時(shí)應(yīng)對(duì)涂層進(jìn)行重熔處理，使得涂層材料與基材變?yōu)楦又旅艿暮辖鸾Y(jié)合形式，而達(dá)到二次加固的效果。

2 等離子噴焊技術(shù)

2.1 等離子噴焊概述

等離子噴焊也是堆焊的一種，此類技術(shù)多應(yīng)用在機(jī)械零件的表面缺陷修復(fù)與強(qiáng)化上，比較常見的噴焊粉末為鈷基、鎳基、鐵基等。隨著機(jī)械零件的質(zhì)量和工況要求不斷提高，氧乙炔火焰焊接已經(jīng)不能滿足對(duì)機(jī)械零件修復(fù)質(zhì)量的要求。而等離子噴焊技術(shù)利用直流放電電弧，將高溫氬氣、氮?dú)膺M(jìn)行電離形成離子束，在電弧放電的位置通過(guò)低溫氣流，產(chǎn)生熱收縮效應(yīng)，使得電弧放電部位縮小，導(dǎo)致能量密度和電流密度急劇升高，形成的高溫可達(dá)20000℃，利用其替代氧乙炔火焰完成焊接可以讓噴涂材料與基材實(shí)現(xiàn)合金結(jié)合，更加牢固。

2.2 噴焊技術(shù)過(guò)程分析

噴焊的過(guò)程是利用離子氣在鎢極和噴嘴之間施加高頻火花，引燃非轉(zhuǎn)移弧，借助其引燃轉(zhuǎn)移弧。此時(shí)通過(guò)送粉氣和保護(hù)氣，焊接材料被送入氣槍，粉末經(jīng)過(guò)電弧形成熔融狀態(tài)，并噴射到零件表面，工件焊接部位在轉(zhuǎn)移弧的作用下形成熔池，噴射到熔池的焊接材料與基材相結(jié)合形成合金焊層。

2.3 熱噴焊的特點(diǎn)

等離子噴焊與噴涂差異在于等離子噴焊在實(shí)施時(shí)，采用的是非轉(zhuǎn)移弧，而噴焊采用的是轉(zhuǎn)移弧，所以二者之間的焊接效果不同，噴涂形成的是機(jī)械結(jié)合，而噴焊則可以達(dá)到冶金效果，在熔融狀態(tài)下噴焊材料和基材形成更加緊密的合金形態(tài)，修復(fù)效果也就更好。同時(shí)噴焊形成的焊層更加致密，具有更好的耐腐蝕與抗沖擊性能。但不能忽視的是，噴焊的過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致工件設(shè)備發(fā)生熔融，從而導(dǎo)致局部高溫，容易致使工件變形，因此在應(yīng)用中應(yīng)注意對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行控制。

3 機(jī)械維修中熱噴涂和熱焊接技術(shù)

3.1 零件耐磨處理

形成耐磨涂層：熱噴涂技術(shù)在表面處理中應(yīng)用最廣，主要的效果就是提高零件的表面硬度、降低孔隙率等性能，并減少機(jī)械摩擦。零件耐磨處理中應(yīng)用的材料有鎳基合金、碳化物、硼化物等。等離子噴涂的材料則有碳化物、氧化鋁等，以此提高材料的耐磨性和密封性能。再如利用氧化鋁-氧化鈦等對(duì)工業(yè)零件進(jìn)行處理，可以提高零件耐磨性和消除靜電影響，在石油化工等領(lǐng)域的機(jī)械修復(fù)中獲得了較廣泛的應(yīng)用。

3.2 軸承的修復(fù)

在各種機(jī)械設(shè)備中，軸承是數(shù)量最多的機(jī)械零件，在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中起到傳動(dòng)作用，磨損程度和承載能力都要大于其他部件，因此經(jīng)常會(huì)遇到軸承磨損失效的情況，熱噴涂方法可以對(duì)軸承表面進(jìn)行修復(fù)，常見的是利用氧乙炔粉噴、絲噴或者電弧絲噴涂等對(duì)軸承進(jìn)行修復(fù)，操作簡(jiǎn)單且便于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。

曲軸是內(nèi)燃機(jī)的重要零件，失效的主要誘因也是磨損。因?yàn)樵O(shè)備在不同的工況下工作時(shí)，曲軸的摩擦工況是不斷改變的，啟動(dòng)時(shí)摩擦和工作摩擦狀態(tài)都是不同的，導(dǎo)致曲軸的表面容易受到摩擦力頻繁改變的影響而損害，引起曲軸失效。此類磨損采用噴涂修復(fù)是最為有效的，同時(shí)也應(yīng)考慮曲軸承載功能，因此選擇修復(fù)方式時(shí)應(yīng)注意提高曲軸抗疲勞的性能。曲軸磨損后通常采用氧乙炔噴粉等方式進(jìn)行修復(fù)。實(shí)踐證明，采用等離子噴涂鐵基粉末修復(fù)曲軸是一種十分有效的方式，尤其是針對(duì)曲軸修復(fù)的經(jīng)濟(jì)性突出，是其他修復(fù)方式不能相比的。

3.3 液壓桿的修復(fù)

熱噴涂技術(shù)中利用不同的噴涂材料可以改善機(jī)械設(shè)備中零件的表面性能，如陶瓷涂層和金屬陶瓷涂層，硬度高且耐磨性好，同時(shí)摩擦系數(shù)低，也可降低能耗，并保持零件的耐磨程度。如對(duì)液壓活塞桿的修復(fù)就是該技術(shù)應(yīng)用的主要方向，甚至一些大型活塞桿在制造的過(guò)程中就利用等離子噴涂技術(shù)來(lái)替代傳統(tǒng)的鍍鉻技術(shù)，噴涂后涂層的密度可以達(dá)到200～350μm，硬度也可達(dá)到1200HV，可以提高液壓桿的表面質(zhì)量和壽命。

3.4 噴焊工藝的應(yīng)用

噴焊是一種深層的焊接工藝，因?yàn)楦邷貒姾傅墓に嚳梢宰尯附硬牧蠈?shí)現(xiàn)熔融形成合金，完成對(duì)高熔點(diǎn)材料的焊接。針對(duì)機(jī)械設(shè)備維護(hù)的范圍也就更廣，同時(shí)噴焊的效果光滑且平整，可控性強(qiáng)。完成修復(fù)后仍可保持零件表面的光滑程度，保持原有的機(jī)械性能。噴焊形成的微觀組織更加致密，焊接材料與基材的結(jié)合屬于一種冶金結(jié)合，因此噴焊的強(qiáng)度高且耐磨，讓工件提高耐腐蝕性能。所以在對(duì)機(jī)械設(shè)備的修復(fù)中主要對(duì)滾砂機(jī)的葉片、粉碎機(jī)齒板、鏟斗齒等破損進(jìn)行修復(fù)，并可以保持零件的承載強(qiáng)度。但是噴焊中所用的金屬合金粉末價(jià)格稍高，因此在修復(fù)過(guò)程中應(yīng)考慮成本因素，使用時(shí)要綜合考慮，盡量滿足經(jīng)濟(jì)性和質(zhì)量的雙重要求。

4 結(jié)語(yǔ)

社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐中，熱噴涂和噴焊技術(shù)因其優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備的維護(hù)，尤其是對(duì)各種機(jī)械設(shè)備上的特殊零件進(jìn)行修復(fù)，不僅可以起到增強(qiáng)零件表面質(zhì)量和強(qiáng)度的需求，也可以使表面獲得特殊性能，從而進(jìn)一步提高零件的機(jī)械性能，保證機(jī)械設(shè)備修復(fù)后的整體性能。

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