喷涂粉末是靠自重和氧气的吸附作用不断从料口进入输送粉末的氧气中,并被该气体加速。当粉末被输送到喷嘴出口处时,被氧-乙炔火焰加热熔化或接近熔化的粉末,以一定的动能高速喷向工件,形成涂层。如果涂层再经火焰重熔而得到十分致密的喷焊层,则称为氧-乙炔焰粉末喷焊。
在选择了氧-乙炔火焰喷涂或喷焊强化工艺与涂(焊)层材料后,至于涂(焊)层是否满足使用性能的要求,以及强化效果的好坏,则取决于喷涂(焊)工艺。火焰喷涂与喷焊的整个工艺包括:表面处理、预热、喷涂(焊)、喷后处理等工序。因本公众号在往期的文章里有介绍过表面处理、预热和喷后处理,所以在这里,我们仅着重谈一谈喷涂(焊)工艺。
氧-乙炔火焰粉末喷涂需要打底,打底的一层为喷涂底层,底层上的一层是工作层。打底层的目的是为获得致密的、与工件表面粘结牢靠的涂层。它还能起过渡层的作用,增加基体和涂层之间的结合强度。在粉末喷涂时,目前常用的底层材料是镍包铝粉、铝包镍粉或镍铬合金粉。它们在喷涂过程中能发生剧烈的放热反应,使工件表面产生微区焊合,获得高的结合强度,一般底层的厚度为0.1-0.2毫米(即10-20丝)。喷完底层后接着喷涂工作层,工作层要分层喷,每道涂层厚度要控制在0.1-0.15mm,最大不超过0.2mm,工作层总厚度一般不超过1mm ,太厚会降低涂层的结合强度。。火焰喷涂时采用中性焰或微碳焰,并注意控制工件温度,使之不超过250-300摄氏度。轴类零件喷涂在车床上进行,其线速度为20-30米/分,轴向移动速度一般为5-10毫米/转。
氧-乙炔火焰粉末喷焊,可按工件的形状、喷焊层的大小和对焊层的要求采用一步法或二步法工艺 。
一步法是喷粉和重熔过程同时进行的。即在工件预热后为了防止工件表面氧化,首先在整个待喷焊表面均匀地喷上一层约0.1毫米厚的粉末涂层,对工件表面起保护作用,然后将工件局部加热到600摄氏度以上,再将粉末均匀地喷在这个局部区域,喷到一定厚度为止,并用同一火焰将这个局部区域的喷涂层熔融直至出现“镜面反光”,然后均匀而缓慢地将喷枪转到下一个局部区域,重复上述动作直至整个工件表面均被喷焊层覆盖。在此过程中喷枪需在20-50毫米之间变动,加热和熔融时为20毫米,喷粉时为50毫米,喷焊火焰宜为中性或微碳焰。
二步法是先喷粉后重熔、喷熔分开进行的。喷粉时每次的厚度不宜超过0.1毫米,一般当粉厚度授到0.5-1毫米左右就重熔一次。涂层设计厚度超过这个范围时可进行多次喷涂和重熔,喷粉时喷距为150毫米,重熔时火焰与工件5毫米。控制重熔温度是二步法中的关键。如果涂层出现“镜面反光”,则表明重熔温度已到。重熔温度过低导致熔渣不易浮出表面,焊层硬度不均且偏低,与基材得不到良好的冶金结合,冷后容易发生开裂。重熔温度过高会使焊层发生溢淌,出现波纹状,合金元素严重烧损,熔渣变多,性质变坏,硬度下降,冲淡率增大。除火焰重熔外,根据需要可采用感应重熔和炉内重熔等。
一步法喷焊的特点是热输入量小,速度快,焊层厚度原则上无限制,适合于大工件、小面积或特小零部件表面的喷焊。而二步法可自动操作,焊层均匀光滑,适用于要求焊层薄而均匀、光滑平整的工件,特别是圆柱形工件的内外表面,但它热输入量大,对基体金属的组织影响大。