氧乙炔焰粉末噴涂工藝在空心薄壁輥道修復上的應用

孫德林

摘 要：空心薄壁輥氧乙炔焰粉末噴焊修復工藝是空心薄壁輥道修復過程中很重要的一步，通過對空心薄壁輥道表面處理，預熱，噴粉，重熔等工藝工序，提高空心薄壁輥道的耐磨損，耐腐蝕，抗氧化等性能，大大提高了空心薄壁輥道的使用壽命，降低生產成本。

關鍵詞：空心薄壁輥道;堆焊;噴涂;感應重熔

中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）06-0068-02

1 氧乙炔焰粉末噴焊簡介

1.1 氧乙炔焰粉末噴焊原理

熱噴涂焊技術按照加熱粉末的熱源不同可分為氧乙炔焰粉末噴焊法和等離子焰粉末噴焊法。兩種噴焊方法所采用的粉末材料均為自熔性合金粉末。

氧乙炔焰粉末噴焊法師采用氧乙炔焰加熱自熔性合金粉末，使其達到熔融或高塑性狀態后，噴射并重熔在基體表面上，形成具有特殊性能的噴焊層。

1.2 氧乙炔焰粉末噴焊法特點

氧乙炔焰粉末噴焊法可制備各種性能的噴焊層，如耐磨損，耐腐蝕，耐熱抗氧化，耐沖擊等焊層。在噴焊過程中增加了重熔過程可以使噴焊層與基體表面結合強度高。氧乙炔焰粉末噴焊法不但具有堆焊法的可靠性，而且能使噴焊層平整光滑，薄而均勻。與等離子焰粉末噴焊法相比，具有設備簡單，工藝靈活，操作方便等特點。

但氧乙炔焰粉末噴焊法容易造成基體表面的熱變形，從而影響零件的加工精度。

2 空心薄壁輥道氧乙炔焰粉末噴焊修復工藝

空心薄壁輥氧乙炔焰粉末噴焊修復工藝是空心薄壁輥道修復過程中很重要的一步，通過這一步，可以提高空心薄壁輥道的耐磨損，耐腐蝕，抗氧化等性能，大大提高了空心薄壁輥道的使用壽命，降低了生產成本。氧乙炔焰粉末噴焊修復工藝流程分為：空心薄壁輥道表面的預處理，預熱，噴粉，重熔。

2.1 噴焊前輥道表面預處理

噴焊前，空心薄壁輥道表面的預處理很重要，它將直接影響到噴焊操作工藝能否順利地進行和噴焊后輥道的質量。因此，在噴焊操作前必須嚴格按照工藝要求，對輥道表面進行預處理。

2.1.1 除油、除污、除水分

空心薄壁輥道在經過堆焊修復、車削恢復成品尺寸后，長時間的堆放經常會使輥道表面沾有油污。首先可用棉紗、清洗劑等進行清除后，回爐加熱除油除水?；貭t溫度一般設定在150～200℃。

2.1.2 輥道表面氧化膜處理和粗化處理

空心薄壁輥道在經過回爐加熱后，空心薄壁輥道表面必然要形成一層氧化膜，必須將其處理掉。而對輥道表面進行粗化處理是提高涂層與空心薄壁輥道表面結合強度的一個重要因素。對此我們采用噴砂的方法。

2.2 噴砂

噴砂是將砂粒送入壓縮空氣中，通過噴嘴高速噴向輥道表面，去除空心薄壁輥道表面的氧化膜，并使其獲得一定的粗糙度。

噴砂設備：壓力噴砂機（圖1）。

壓力噴砂機是將砂粒裝在一個密閉的容器內。在工作時，容器內壁受壓，砂粒在壓力的作用下，通過噴嘴噴向空心薄壁輥道的表面。壓力噴砂機能使砂粒獲得非常高的噴射力和噴射速度。特別適合像空心薄壁輥道這樣的大面積的強力噴射。

噴砂砂粒的材料：白剛玉砂、鐵丸等。

非噴粉表面的保護：在噴砂和噴粉前，必須對輥道的非噴粉表面進行保護。對此設計一些簡易的保護罩，例如可采用薄鐵皮，薄壁管等對輥道的軸頭等采取一些保護。

2.3 空心薄壁輥道預熱及預保護

2.3.1 空心薄壁輥道表面預熱

在氧乙炔焰粉末噴焊工藝過程中，空心薄壁輥表面收到高溫加熱，由于噴焊層材料的熱膨脹系數與空心薄壁輥道材料的熱膨脹系數差異比較大，致使噴焊層可能發生裂紋。因此，在噴焊前對空心薄壁輥表面進行預熱處理是解決上述缺陷的有效措施。

在噴焊工藝中，基體預熱溫度的高低主要取決于基體材料的膨脹系數、抗氧化性能力以及基體的尺寸大小等方面。預熱溫度要適當控制，預熱溫度過高，容易引起基體表面的氧化，從而影響到噴焊操作工藝的順利進行和噴焊后的焊層質量;預熱溫度過低，噴焊層容易開裂和剝落。對于空心薄壁輥道的基體表面的預熱溫度受到氧化的限制，預熱溫度一般選在250～300℃之間。

2.3.2 空心薄壁輥道表面的預保護

噴焊時空心薄壁輥道表面預保護對容易氧化的基體表面尤為重要。在噴焊前，如果選用過高的預熱溫度，將會引起空心薄壁輥道表面的嚴重氧化，影響到噴焊層的結合強度。而選擇較低的預熱溫度時，當噴涂到一定的涂層厚度后進行重熔，將容易出現噴焊層與空心薄壁輥道表面的分離現象。因此對容易氧化的空心薄壁輥道表面進行預報護是極為有利的。做法是，在預熱溫度較低的情況下，在空心薄壁輥道表面噴上一層合金粉末作為預報護層，隨后再進行預熱，在提高了預報護層和空心薄壁輥道表面溫度后，在進行噴粉作業。

2.4 噴焊操作工藝

空心薄壁輥道修復噴焊方法采用的是二步噴焊法，二步噴焊法是將噴粉和重熔兩個過程分先后順序進行，簡而言之就是先噴后熔。

2.4.1 噴焊工藝過程

在空心薄壁輥道表面預處理和預熱后，立即在整個待噴焊的空心薄壁輥道表面均勻的噴上一層所需厚度的合金粉末層，噴涂距離選用220mm，然后再用中頻電磁感應線圈對這層粉末進行加熱重熔。

重熔過程是將噴射到空心薄壁輥道表面上的粉末層加熱到該合金粉末的熔點溫度，此時粉末粒子相互熔化，并于空心薄壁輥道表面形成冶金結合，使原來疏松多孔的噴涂層變成致密無孔的噴焊層。完全熔化的噴焊層在重熔過程中會呈現“鏡面反光”，表示重熔過程已完成。

2.4.2 合金粉末的選擇

綜合考慮空心薄壁輥道的材質、工作環境，選擇鎳基自熔性合金粉末，具體型號及化學成分見表1。

2.4.3 氧乙炔焰粉末噴槍

采用上海休瑪QHT-E-7/H A型高速火焰噴槍，噴槍結構原理如圖2。

2.4.4 氧乙炔火焰的選擇

采用氧乙炔中性焰，嚴禁使用氧化焰。

2.5 噴焊層的冷卻處理

由于自熔性性合金粉末的膨脹系數和空心薄壁輥道基體材料的膨脹系數存在一定的差異，同時噴焊層在高溫狀態下急速冷卻容易在冷卻過程中產生龜裂現象。雖然經過堆焊后焊層雖然在理論上不允許采用空冷的方法。但結合生產環境的實際情況，采取季節性（夏秋）生產并空冷的措施。

3 氧乙炔焰粉末噴焊層的缺陷分析

一般常見的氧乙炔焰粉末噴焊層的缺陷有：噴焊層的剝落，裂紋，氣孔，雞眼或起球等類型。

3.1 噴焊層的剝落及預防措施

在切削加工噴焊層的過程中，由于噴焊層與空心薄壁輥表面的結合強度過低，造成噴焊層的剝落。一般噴焊層剝落有如下幾方面的原因：

（1）輥道表面預處理不符合要求，處理后出現了污染或表面存在氧化。（2）空心薄壁輥道表面預熱溫度過低，空心薄壁輥道表面與合金粉末材料膨脹系數差異太大?；蝾A熱溫度過高，空心薄壁輥道表面出現嚴重的氧化。（3）在重熔時，速度過快，雖然表層粉末熔化或略微出現了鏡面反光，但里層的粉末來不及熔化，造成噴焊層與空心薄壁輥道表面不能形成有效的冶金結合。（4）重熔時間過長，溫度上升過緩，造成噴焊層粉末嚴重氧化或噴涂層熔流。措施：（1）注意掌握好空心薄壁輥道基體表面的預處理，保持干凈。（2）嚴格控制好空心薄壁輥道的預熱溫度。（3）重熔過程中，既要保證持續的“鏡面反光”狀態，又不能長時間的重熔加熱。

3.2 噴焊層的裂紋及預防措施

空心薄壁輥道噴焊層出現裂紋的主要就是龜裂。

一般引起龜裂的主要原因就是噴焊前預熱溫度過低和冷卻速度過快。

措施：

（1）嚴格控制噴焊前空心薄壁輥道表面預熱溫度，250 ～300℃之間。（2）采用季節性生產，避免冬季春季氣溫過低，溫差過大。一般在夏秋季節生產。

3.3 噴焊層的氣孔及預防措施

一般引起噴焊層氣孔的原因是由于：

（1）空心薄壁輥道表面預處理達不到要求，存在氧化物和油污;（2）空心薄壁輥表面和合金粉末在噴焊前就受到氧化;（3）粉末本身存在質量問題;乙炔中含有水分。

因此，在噴焊前要注意對空心薄壁輥道表面的預處理，嚴格控制火焰以及防止粉末和空心薄壁輥道表面的氧化。

3.4 噴焊過程中出現雞眼和起球

在噴粉過程中，噴焊層有時會出現雞眼和起球的缺陷，其主要原因是：

（1）合金粉末出廠未烘干或受潮，噴粉前為對焊粉做烘干處理。（2）乙炔純度不夠，乙炔中含有一定量的水分。（3）噴粉時使用了氧化焰導致粉末過燒氧化。（4）吹粉不均勻，噴槍吹粉通道不暢，吹粉時造成局部吹粉過量。（5）使用的合金粉末存在質量問題。