Основы сварки распылением, которые вы должны знать | MachineMFG

Основы сварки напылением, которые вы должны знать

0
(0)

Что такое сварка распылением?

Сварка распылением включает в себя нагрев саморастворимого порошкового покрытия сплава до температуры 1000-1300℃, плавление частиц, наплавление шлака на поверхность покрытия и диспергирование борида и силицида в покрытии. Этот процесс обеспечивает хорошее сочетание между частицами и поверхностью подложки.

Окончательное осаждение образует плотную кристаллическую структуру металла и создает металлургический слой сцепления с матрицей толщиной около 0,05-0,1 мм. Этот слой обладает прочностью около 400 МПа, отличной ударопрочностью, износостойкостью и коррозионной стойкостью, а также зеркальным внешним видом.

Преимуществоособенности сварки распылением

По сравнению с покрытием распылением, покрытие сваркой распылением обладает значительными преимуществами. Однако из-за высокой температуры, которую матрица достигает в процессе переплавки, до 900℃, может возникнуть большая термическая деформация, что приводит к определенным ограничениям в области применения сварки распылением.

Детали и материалы, которые подходят для сварки распылением, как правило, такие:

① Уязвимые детали, требующие высокой твердости поверхности и хорошей износостойкости при ударных нагрузках, такие как шлифовальные ножи, зубчатые пластины дробилок, зубья ковша экскаватора и т.д.

② Крупные уязвимые детали с простой геометрией, такие как валы, плунжеры, ползуны, гидравлические цилиндрыи пластины желоба.

③ Материалы, включая низкоуглеродистую сталь, среднеуглеродистую сталь (менее 0,4% углерода), конструкционную сталь, содержащую менее 3% марганца, молибдена и ванадия, никель хромистая нержавеющая стальчугун и другие подобные материалы.

Порошок самофлюсующегося сплава для сварки распылением

Порошок самофлюсующегося сплава состоит из никеля, кобальта и железа в качестве базовых материалов. Соответствующие количества бора и кремния добавляются в качестве раскислителей и шлакообразователей, сварочный флюс, а также для снижения температуры плавления сплава. Этот тип сплава подходит для переплавки покрытия с помощью ацетилено-кислородного пламени.

Существует множество типов отечественных самофлюсующихся порошков сплавов. Порошки сплавов на основе никеля обладают высокой коррозионной стойкостью, стойкостью к окислению до 650°C, а также высокой износостойкостью.

Порошок сплава на основе кобальта характеризуется превосходной красной твердостью, что позволяет ему сохранять хорошую износо- и коррозионную стойкость при температуре до 700°C.

Порошок из сплава на основе железа обладает повышенной износостойкостью по сравнению с двумя другими типами.

Процесс сварки распылением

Процесс сварки распылением по сути аналогичен процессу напыления. Однако при сварке распылением во время процедуры напыления порошка дополнительно проводится процесс переплавки.

Сварка распылением включает в себя два типа: одноступенчатую сварку распылением и двухступенчатую сварку распылением.

Прежде чем приступить к процессу, необходимо принять во внимание следующие моменты:

① Науглероживание или азотирование Слой, имеющийся на поверхности заготовки, должен быть удален во время предварительной обработки.

② The температура предварительного нагрева заготовки должна составлять 200-300℃ для обычной углеродистой стали и 350-400℃ для жаропрочной аустенитной стали. Для предварительного нагрева следует использовать нейтральное или слабое углеродное пламя.

Важно отметить, что толщина напыленного слоя после переплавки уменьшается примерно на 25%. Поэтому этот фактор необходимо учитывать при измерении толщины слоя в горячем состоянии после напыления.

Одноступенчатая сварка распылением.

Одноэтапный метод предполагает чередование распыления и плавления по одному участку с помощью одного и того же распылителя.

На выбор предлагаются средние и малые сварочные пистолеты.

Перед началом работы предварительно нагрейте заготовку и нанесите защитный слой толщиной 0,2 мм, плотно запечатав поверхность, чтобы предотвратить окисление.

Начните распылять и плавить с одного конца, соблюдая расстояние 10-30 мм.

Последовательно частично нагревайте защитный слой, пока плавление не начнет смачиваться, не стекая. Повторяйте процесс, напыляя и расплавляя порошок, пока не будет достигнута заданная толщина, а на поверхности не появится "зеркальное" отражение. Затем продолжайте расширяться вперед, пока вся поверхность не будет покрыта слоем напыления и сварки.

Если толщина недостаточна, повторите процесс.

Одноэтапный метод подходит для небольших деталей или небольших участков, требующих сварки распылением.

Двухступенчатый спрей метод сварки.

Двухэтапный метод предполагает сначала нанесение слоя напыления, а затем его переплавку.

Мощные пистолеты-распылители, такие как пистолеты для распыления и сварки SpH-E, используются для полного расплавления порошка сплава в пламени и создания на поверхности заготовки слоя пластического деформированного осадка.

Порошок на основе железа следует распылять с помощью слабого угольного пламени, а для порошка на основе никеля и кобальта - нейтрального или слабого угольного пламени.

Толщина каждого слоя напыления порошка должна быть менее 0,2 мм, а повторное напыление позволяет достичь желаемой толщины переплавки, которая обычно составляет 0,5-0,6 мм.

Если требуется толстый слой сварки и одного переплава недостаточно, его можно нанести и переплавить несколько раз.

Переплавка является ключевым процессом в двухэтапном методе и должна выполняться сразу после распыления.

Следует использовать мощное мягкое пламя нейтрального пламени или слабое пламя карбонизации.

Расстояние распыления должно составлять около 20-30 мм, а угол между пламенем и поверхностью - 60°-75°.

Начиная примерно с 30 мм от покрытия, необходимо правильно контролировать скорость переплавки и нагревать покрытие до появления "зеркального" отражения покрытия перед переплавкой следующей части.

При переплавке необходимо предотвратить переплав (т.е. растрескивание зеркальной поверхности), стекание металла покрытия или окисление поверхности из-за чрезмерного времени локального нагрева.

При многослойном переплаве предыдущий слой должен быть охлажден до температуры около 700℃, а поверхностный шлак должен быть удален перед вторичным напылением.

Переплавку не следует проводить более трех раз.

Охлаждение заготовки.

Заготовки из средне- и низкоуглеродистой стали, заготовки из низколегированной стали и тонкий сварочный слой чугунное литьё с простыми формами могут охлаждаться на воздухе естественным образом.

Однако для чугунное литьё с толстым сварочным слоем и сложной формой, отливки из легированной стали с высоким содержанием марганца, меди и ванадия, а также детали с высокой твердостью, следует закапывать в известковые ямы для медленного охлаждения.

Разница между процессами напыления и сварки распылением

Комбинация напыляемого слоя и слоя сварки распылением с основным металлом различна.

При нагреве никелированного алюминия лучом распыляемого пламени происходит экзотермическая химическая реакция, и удаление ржавчины пескоструйным методом достигает Sa3, RZ>50 мкм. На поверхности углеродистой стали образуется механическое связующее покрытие с нижним слоем микрометаллургической связки и рабочим слоем, что также создает эффект "якорного крюка". В отличие от этого, соединение между слоем сварки распылением и подложкой представляет собой чисто металлургическое связующее покрытие.

Различные материалы для распыления требуют использования порошка самоплавкого сплава для сварки распылением, в то время как для распыления требуется порошок с низкой самоплавкостью, который не обязательно является порошком самоплавкого сплава.

Различные самоплавкие порошки сплавов могут использоваться как для сварки распылением, так и для напыления, но порошок для напыления не обладает самоплавкостью. Поэтому его можно использовать только для распыления, но не для сварки распылением процесс сварки.

Заготовка нагревается по-разному во время напыления и сварки распылением, а температура предварительного нагрева перед напылением также отличается. В результате микроструктура и свойства заготовки после напыления также отличаются.

Плотность покрытия также различается, так как слой сварки распылением плотный, а покрытие распылением имеет несколько пор.

Кроме того, различается способность выдерживать нагрузку. Как правило, напыляемое покрытие выдерживает контакт на большой площади и используется в основном на смазанных рабочих поверхностях, сопрягаемых поверхностях и в других рабочих условиях с меньшим напряжением. Однако покрытие для сварки распылением может выдерживать большую силу удара, напряжение выдавливания или контактное напряжение.

Применение сварки распылением

(1) Поверхностная нагрузка на заготовки из различных углеродистых и низкоуглеродистых сталей легированная сталь является значительным, особенно при ударных нагрузках.

Для заготовок с прочностью сцепления между покрытием и основой 350-450 Н/мм2твердость при сварке распылением HRC150 ≤ 65, толщина покрытия от 0,3 до нескольких миллиметров, и шероховатость поверхности сварочного слоя после шлифования достигает Ra0,4-0,1 мкм.

(2) При использовании в коррозионной среде покрытие должно быть компактным и не иметь пор.

(3) Оригинальная конструкция поверхности заготовки предусматривает закалку, науглероживание, азотирование, твердое покрытие хромированиеи других процессов, требующих от поверхности высокой твердости.

(4) Плохая рабочая среда заготовки, например, сильный абразивный износ, эрозионный износ, кавитация и т.д.

(5) Порошковое напыление сплава в пламени оксиацетилена процесс сварки подходит для поверхностного упрочнения или ремонта различных деталей из углеродистой и низколегированной стали, однако следует обратить внимание на некоторые особенности материалов деталей.

Если коэффициент линейного расширения основного материала значительно отличается от коэффициента линейного расширения сварочного слоя сплава, наносимого методом напыления, т.е. менее 12 × 10-6/℃ или больше, чем 12 × 10-6/℃, этот процесс следует использовать с осторожностью, чтобы избежать появления трещин.

Если содержание элементов с высоким сродством к кислороду в основном металле составляет более 3%, таких как вольфрам и молибден, общее содержание алюминия, магния, кобальта, титан, молибдена и других элементов составляет более 0,5%, или содержание серы в стали больше, это также вызовет трудности при сварке распылением.

Это связано с тем, что под действием кислорода эти материалы образуют плотную и устойчивую оксидную пленку, блокирующую смачивающее действие расплавленного сплава на основание.

Во время переплавки жидкий сплав будет скатываться вниз, как бусинки, похожие на "пот".

Поэтому при использовании процесса сварки распылением следует обращать внимание на адаптируемость этого процесса к распыляемому основному материалу.

(6) Металлические материалы, которые можно сваривать распылением без специальной обработки:

① Углеродистая конструкционная сталь с содержание углерода ≤ 0,25%.

② Легированная конструкционная сталь с общим содержанием Mh, Mo, V, Cr и Ni <3%.

③ 18-8 Нержавеющая сталь, никелевая нержавеющая сталь, серая литая сталь, ковкий чугун, ковкий чугун, низкоуглеродистый чистый чугун, красная медь.

(7) Металлические материалы которые требуют медленного охлаждения после сварки распылением при температуре 250-375 ℃, должны быть предварительно нагреты:

① Углеродистая конструкционная сталь с содержанием углерода >0,4%;

② Легированная марганцем, молибденом, ванадием конструкционная сталь с общим содержанием никеля >3%;

③ Легированная конструкционная сталь с содержанием хрома ≤ 2%;

(8) Металлические материалы, требующие изотермический отжиг после сварки распылением:

Мартенситная нержавеющая сталь с содержанием хрома ≥ 13%;

② Конструкционная сталь из никель-молибденового сплава с содержанием углерода ≥ 0,4%.

После определения процесса сварки распылением выбор одноступенчатого или двухступенчатого процесса сварки распылением должен основываться на следующих условиях:

(1) Если деталь требует локального ремонта, а место сварки спреем не выдерживает большой тепловой нагрузки, используйте одноэтапный процесс сварки спреем. Например, с помощью этого процесса можно отремонтировать локальные шрамы на различных направляющих станка.

(2) Если поверхность заготовки сложная или неровная, например, звездочки, поверхности зубьев шестерен, винтовые питатели и т.д., используйте одноступенчатый процесс сварки распылением.

(3) Для больших заготовок, которые сложно нагреть целиком, таких как колеса локомотивов и трамвайных вагонов, следует использовать одноступенчатый процесс сварки струей.

(4) Для общих деталей вала, которые могут вращаться на станке, используйте двухступенчатый процесс сварки распылением.

(5) Твердость покрытия должна быть максимально приближена к твердости поверхности исходного образца. Например, если твердость поверхности оригинальной конструкции составляет HRC≥55, которая была достигнута в результате закалки или химической обработки, порошок для "твердого покрытия", такой как Ni15, Ni60, Fe65Следует использовать композитный порошок или Wc.

(6) На сильно изношенные не сопрягаемые поверхности, такие как рабочие колеса, корпуса грязевых насосов, зубья лопат погрузчиков, поверхности спиральных питателей и т.д., следует наносить композитные порошки высокой твердости, например, Ni15, Ni60, Fe65, или Wc.

(7) Заготовки, которые нельзя обрабатывать на токарных и шлифовальных станках, но которые необходимо обработать, можно сделать только вручную с помощью напильников и других инструментов. Например, для устранения локальных шрамов на поверхности направляющих станка необходимо использовать только сварочные порошки низкой твердости, такие как SH, F103, Ni15, и т.д.

(8) Различия между сваркой распылением и дуговая наплавка процессы:

В процессе сварки распылением соединение между наплавленным слоем и матрицей осуществляется диффузионной металлургической связью, в то время как при наплавке используется металлургическая связь плавлением.

Матрица не плавится в процессе сварки распылением, но между слоем сварки распылением и матрицей возникает эффект растворения, в результате чего между ними образуется зона диффузионного взаимного раствора.

Поскольку матрица нерастворима, слой сварки распылением не разбавляется основным материалом. Таким образом, степень разбавления чрезвычайно мала, что обеспечивает хорошую производительность слоя сварки распылением.

В отличие от этого, матрица для наплавки расплавляется, и скорость разжижения наплавленного слоя высока. Работоспособность сварочного слоя может быть гарантирована только при большой толщине наплавленного слоя, что затрудняет гарантию соблюдения краев и углов контура детали. Это может привести к таким распространенным дефектам, как подрезы и обвалы углов. Однако сварка распылением лишена этих дефектов.

Характеристики сварки распылением чугунных деталей

(1) Чугун - это железоуглеродистый сплав с содержанием углерода более 2%. Он широко используется в различных отраслях промышленности, обычно содержит от 2,5% до 4% углерода, от 1% до 3% кремния, а также небольшое количество марганца, серы, фосфора и т.д. Среди них, серый чугун является наиболее часто используемым.

Чугун имеет высокое содержание углерода, низкую прочность и чувствителен к перепадам температур. Во время сварочного ремонта он испытывает локальный нагрев, большие перепады температур и быстрые темпы охлаждения. В результате сварка чугуна представляет собой сложную задачу.

Бедные свариваемость чугуна приводит к возникновению ряда проблем при ремонте сваркой:

(2) Ремонтная деталь, полученная сваркой, может легко приобрести белую микроструктуру, которая является твердой, хрупкой и трудно поддается обработке. Такая структура также склонна к легкому растрескиванию.

(3) Быстрые скорости нагрева и охлаждения при ремонте сваркой могут вызвать трещины от термических напряжений. Кроме того, наличие в чугуне таких примесей, как сера и фосфор, увеличивает вероятность образования трещин в месте ремонта сварного шва.

(4) Пористость и шлаковые включения также являются распространенными проблемами. Из-за высокого содержания углерода, большого количества примесей и быстрой скорости охлаждения в процессе сварочного ремонта газ и оксиды не успевают осаждаться и всплывать, что приводит к образованию пористости или шлаковых включений в зона сварки.

К счастью, одноэтапная сварка распылением порошка сплава в кислородно-ацетиленовом пламени позволяет удовлетворительно решить эти проблемы.

(5) Температура плавления порошка сплава, используемого для сварки распылением, ниже температуры плавления матрицы. При переплавке чугунная матрица не плавится, что позволяет избежать проблемы разжижения сварочного слоя и образования полурасплавленной зоны. Следовательно, правильная сварка распылением не приводит к образованию белой микроструктуры в зоне ремонта шва, что облегчает обработку.

Кроме того, поскольку матрица не плавится, она естественным образом предотвращает вплавление примесей, таких как сера и фосфор, в слой сварки распылением, что помогает предотвратить появление трещин.

(6) Одноэтапный процесс сварки распылением требует меньшего количества тепла и оказывает меньшее тепловое воздействие на подложку, что делает его более эффективным для борьбы с трещинами под действием термических напряжений. Низкое тепловое воздействие особенно выгодно при ремонте деталей с высокой точностью размеров.

Кроме того, использование кислородно-ацетиленового пламени, которое работает медленнее, чем электрическая сварка Охлаждение также помогает предотвратить появление трещин и деформаций.

(7) Порошок сплава, используемый при сварке распылением, содержит сильные раскислительные элементы, такие как бор и кремний. Эти элементы защищают другие элементы в порошке от окислительного выгорания и уменьшают количество оксидов на поверхности матрицы, тем самым предотвращая образование пор и шлаковых включений.

(8) Сварной слой, полученный распылением, имеет компактную и плоскую структуру, хорошо сформирован, без подрезов и требует лишь небольшой обработки. Это обеспечивает экономию материала и высокую эффективность. Для сварки чугунных деталей распылением обычно используют порошок SH - F103, порошок сплава на основе никеля Ni15 и т.д. Однако порошок сплава на основе железа имеет высокую температуру плавления, высокую хрупкость, значительное воздействие на матрицу и низкие эксплуатационные характеристики.

(9) При сварке распылением основной целью предварительного нагрева заготовки является удаление влаги с ее поверхности и создание некоторого теплового расширения. Это уменьшает разницу температур, тем самым минимизируя тепловое напряжение и способствуя повышению прочности сцепления сварочного слоя.

Температура предварительного нагрева обычно составляет 250-300℃ для стали, 450-500℃ для аустенитной нержавеющей стали, 350-400℃ для никель-хромовой нержавеющей стали и 250-300℃ для низколегированной стали и чугуна. Для небольших заготовок и легко окисляющейся стали температура предварительного нагрева ниже.

Толщина слоя сварки распылением зависит от характеристик теплового расширения и холодного сжатия заготовки после распыления. Усадка после переплавки обычно составляет около 25-30%. Поэтому при определении толщины покрытия необходимо учитывать припуск на обработку и диаметр заготовки перед напылением, а также усадку.

Толщина напыляемого покрытия рассчитывается следующим образом: Толщина покрытия перед переплавкой = (толщина наплавочного слоя + припуск на обработку) ÷ (1-0,3).

Похожие статьи: Как сварить чугун?

Обстоятельства, при которых нельзя использовать процесс сварки распылением.

(1) Материалы с температурой плавления ниже, чем у сплавов, такие как алюминий и его сплавы, магний и его сплавы, латунь и бронза.

(2) Заготовка представляет собой тонкий вал или очень тонкую пластину, которая не должна деформироваться.

(3) Требования к исходному дизайну заготовки очень строгие, и металлографическая структура не может быть изменена.

(4) Никель-хром-молибденовая легированная сталь с высокой твердостью.

(5) Мартенситная высокохромистая сталь с содержанием хрома более 18%.

(Примечание: Высокоточная сварка распылением может быть выполнена на длинных валах с внешним диаметром более 28 мм и длиной менее 8 м).

Ключевые моменты процесса сварки чугунных отливок распылением

① В автомобилях и механическом оборудовании есть много деталей, изготовленных из чугуна, и в процессе производства или эксплуатации неизбежно возникают различные проблемы. Процесс кислородно-ацетиленовой сварки пламенем является не только эффективным способом укрепления чугуна, но и идеальным средством для устранения различных дефектов и повреждений, таких как песчаные отверстия, воздушные отверстия, износ и другие повреждения в отливках.

② Сварка распылением в основном используется для устранения локальных дефектов чугунного литья, которые различаются по размеру и глубине. Она подходит для одноэтапной сварки распылением. Для уменьшения теплового воздействия на подложку следует по возможности использовать распылительные пистолеты небольшой мощности, в зависимости от деталей изделия и необходимого ремонта. Обычно выбирают QH-1/ч, QH-2/ч, QH-4/ч и т.д.

③ При сварке распылением следует предпочесть порошок сплава на основе никеля (серия Ni-B-Si), так как чугунные детали плохо поддаются сварке. Температура плавления порошка сплава на основе никеля обычно составляет 950~1050 ℃, и матрица не расплавится при переплавке. В то же время сварочный слой порошка на основе никеля с низким содержанием углерода имеет низкую твердость и хорошую пластичность. Ослабление напряжения при сварке распылением помогает предотвратить появление трещин, что чрезвычайно важно для неквалифицированных операторов.

④ При выборе технических характеристик сварки распылением следует учитывать такие факторы, как материал чугуна, размер дефектных деталей и требования к условиям работы. Важно обеспечить необходимую энергию пламени при минимизации теплового воздействия на подложку. Следует соблюдать соответствующие пределы давления кислорода и ацетиленового газа, а также правильно регулировать расстояние распыления и плавления при напылении и переплавке порошка для контроля тепловыделения.

⑤ Локальные небольшие дефекты, такие как воздушные и песчаные отверстия, могут быть устранены сваркой без предварительного нагрева перед сваркой распылением. Область нагрева вокруг слоя сварки распылением должна быть минимизирована, чтобы сделать высокотемпературную область как можно меньше.

⑥ Для ремонта локальных мелких и глубоких дефектов подходит сварка непрерывным распылением. Этот метод отличается высокой скоростью осаждения порошка, быстрым ростом толщины и высокой эффективностью, но требует квалифицированной технологии работы для согласования количества подаваемого порошка со скоростью распыления и плавления для достижения равномерного распыления и проникновения.

⑦ Для больших и глубоких дефектов можно использовать сварку с прерывистой струей, чтобы предотвратить увеличение теплового напряжения из-за чрезмерного нагрева подложки. Электрическая сварка также можно использовать сварку распылением, а для заполнения нижней и верхней частей под сварку распылением можно использовать сварочные прутки. Если толщина стенки отливки велика, то для повышения прочности соединения, предотвращения отслаивания сварочного слоя от основного металла и устранения части теплового напряжения при сварке распылением можно использовать предварительную наплавку проволокой.

⑧ Крупные сложные отливки, предназначенные для сварки распылением, часто испытывают высокие термические напряжения, поэтому необходимо принять меры для снижения накопления напряжений во время сварки распылением, например, использовать методы снижения напряжения при нагреве и метод симметрии сечений. Предварительный подогрев перед сваркой и медленное охлаждение после сварки также позволяют добиться хороших результатов.

⑨ Важно контролировать температуру расплавления во время сварки распылением. Если температура слишком высока, элементы сплава может сгореть, матрица может перегреться и даже расплавиться, в результате чего углерод, содержащийся в чугуне, попадает в слой сварки распылением. Это увеличивает содержание углерода, твердость и снижает пластичность, а также может вызвать повышенное термическое напряжение, приводящее к образованию трещин. Однако если температура переплава слишком низкая, это может привести к образованию зольных включений или непроницаемости и повлиять на прочность соединения. Операторы должны обращать внимание на состояние поверхности покрытия во время переплавки и немедленно убирать переплавочный пистолет, как только появляется "зеркальное отражение", указывающее на то, что порошок расплавился, а шлак всплыл. Переплавленные детали не должны подвергаться повторному нагреву.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх