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各种堆焊对比
篇一:堆焊层稀释率
1.等离子转移弧堆焊
等离子转移弧堆焊硬面装置是利用电弧电离气体在压缩电弧区形成物质第四态“等离子体”作为热源（负极），合金粉末（堆焊材料）通过等离子弧区输送到工件（正极）表面建立熔池，并快速冷却形成金相组织均一与工件呈冶金结合的合金焊层的先进设备。
等离子转移弧堆焊的优点
（1）弧柱区温度高，电流密度、堆焊线能量大；保证在高堆焊速度条件下，能形成与基体呈冶金结合，金相组织均一的焊层。
（2）热影响区小：基体材料机械强度损失少，对高合金基材，焊后残余应力和焊后开裂倾向小。
（3）焊层晶粒细化，呈树枝状：相同堆焊材料，PTA工艺焊层耐磨性高。
（4）焊层稀释率低：焊层稀释率与氧－乙炔工艺相当，比惰性气体钨极焊TIG(GTA)要低，稀释率的高低对常温硬度、高温硬度和耐磨性都有显著影响。
（5）焊层平整，加工量小（省料、省工）
（6）便于自动控制，适于大批量、多品种流水作业。
粉末等离子弧堆焊主要工艺指标
（1）熔敷率：熔敷率是指单位试件内熔焊在工件上的合金粉末重量。计量单位是：kg/h或g/min。熔敷率越高则生产效率越高。
（2）粉末利用率：粉末利用率是指单位时间内，从焊枪送出的合金粉末量和熔敷金属重量之比，用百分数表示。堆焊时，不可能使焊枪送出的合金粉末全部熔敷在工件上，部分粉末由于飞溅而未落入熔池，或以熔珠的形式而流失，并有少量粉末在堆焊过程中氧化，所以粉末利用率很难达到100％。
（3）冲淡率：冲淡率是指工件（基体金属）熔化后混入堆焊层，对堆焊合金的冲淡程度，即：冲淡率＝焊层中基体金属总量/焊层合金总量，由于堆焊层成形较平整，熔深基本一致，因此，冲淡率还可以按下式表示：冲淡率≈工件熔深/堆焊层厚度。
（4）堆焊层质量：堆焊层质量包括外观质量和内部质量。外观质量指成形好坏，宏观上有无明显弧坑、缩孔、裂纹、缺肉等缺陷。内部质量是指堆焊层内部有无气孔、夹渣、裂纹、未焊透等缺陷，微观组织结构的均匀性。
在冲淡率和堆焊质量符合要求的情况下，堆焊层的物理化学性能，如：硬度、耐磨性、耐蚀性、金相组织等主要取决于粉末合金材料的性能，而工艺规范的控制也会对焊层性能产生一定的影响。
（5）堆焊层的利用率：阀面堆焊后，要经过机加工达到成品尺寸。成品尺寸中的堆焊
质量与未经加工的堆焊层量之比为堆焊层的利用率。堆焊层利用率高表明对焊后加工量小，从而降低加工更工时的消耗及材料成本。要提高堆焊的利用率。一是要合理设计堆焊层的成形尺寸，二是要提高堆焊工艺水平，做到成形好，无缺陷。
设备厂家
上海中洲特种合金材料股份有限公司
2. 氧乙炔喷焊
氧乙炔喷焊按工艺的不同分为一步法和二步法。一步法即边喷边熔二步法是先喷后熔。 热喷涂技术是表面工程技术中的一种，它是利用热源加热喷涂材料，将融化或接近融化状态的粒子雾化，喷射并沉积于基材表面上，形成特殊表面层的方法。氧乙炔粉末火焰喷焊技术针对工件的不同工况进行了预保护，均不同程度的提高了其使用寿命收到一定的经济效益。
氧乙炔火焰喷焊的特点
（1）基体不熔化，焊层不被稀释，可保持喷焊合金的原有性能。
（2）可根据工件需要得到理想的强化表面。
（3）喷焊层与基体之间结合非常牢固，喷焊层表面光洁，厚度可控制。
（4）设备简单，工艺简便，适应于各种钢、铸铁及铜合金工件的表面强化。
主要工艺参数对沉积率的影响
（1）乙炔气流量的影响
氧乙炔喷焊的基本过程是使粉末到达熔融或半熔融状态，而这主要取决于喷枪所提供的火焰功率，在固定氧气压力和乙炔压力的前提下，火焰的功率主要取决于乙炔的气体流量。随着气体流量的增大，沉积率在减小，这说明随火焰功率的提高粉末中合金元素烧损增加，气体流量对硬度的影响不大。
（2）喷涂距离对沉积率的的影响
喷涂距离是指喷涂时喷枪的喷嘴至工件表面的距离，在决定焊层质量的因素中，粉末在火焰中被加热的温度和能达到的速度是两个关键因素，而这与粉末在火焰中的滞留时间有关。随距离的增大，沉积率先大后小。
（3）重熔转速对涂层质量的影响
在对涂层进行重熔处理时，当转速低于某一临界转速时，处于火焰下面的粉末涂层已被熔化而不能及时移出火焰和过热区，涂层出现过热现象如果为了避免过熔而将重熔火焰快速移动，又会在工件表面形成螺旋形重熔层。而若转速过高，熔融的液态合金层会被甩离工件表面。堆焊层稀释率。
设备厂家
上海焊割工具厂
3.超音速喷涂技术
热喷涂技术正朝着高能高速喷涂的方向发展，超音速喷涂已成为一些发达国家竞相研究的热点，并形成了超音速火焰喷涂、超音速等离子喷涂、超音速电弧喷涂及冷喷涂等几种重要技术。
工艺特点
超音速喷涂主要是依靠大幅度提高喷涂颗粒的速度来获得高质量的涂层, 即: 高的燃烧室压力→高的燃流速度→高的颗粒飞行速度→高的涂层质量。涂层性能与气流的速度和温度有关, 但目前表明粒子的速度或动能对涂层质量的贡献更大。粒子速度越高, 动量越大, 沉积时的冲量越大; 粒子速度越高, 粒子对基体的撞击作用越强, 粒子变形越充分, 使涂层中颗粒之间的连接更加紧密, 从而减小了涂层孔隙率, 增大了涂层的结合强度。
因此, 新一代超音速喷涂系统的设计都是将温度定位在某一区间内, 将速度的提高作为结构优化的主要目标。按照喷涂过程中粒子的加热形式可以分为热喷涂、温喷涂和冷喷涂三个区间。
工艺参数
（1）超音速氧气火焰喷涂
在超音速氧气火焰喷涂中可控工艺参数有: 喷嘴长度, 喷涂距离, 氧气流量及压力, 燃料流量及压力, 送粉气体流量及压力, 压缩空气压力, 冷却水流量, 喷枪移动距离。大多数喷枪采用圆筒型燃烧室, 压力为0. 4~ 0. 5MPa, 主要由喷枪结构和燃料与空气流量比决定。燃烧火焰温度2 700~ 3 000℃, 焰流速度可达1 500 m/s 以上, 粒子速度400～ 800 m/s。超音速氧气火焰喷涂在喷涂金属陶瓷材料过程中能有效地抑制碳化物等硬质相的分解, 涂层质量优越, 结合强度可高达70M Pa 以上, 孔隙率低, 约为1% 左右。
（2）超音速空气火焰喷涂
超音速空气火焰喷涂的特点就是将喷涂粉末加热到它们的熔点以下同时加速到700 m/s以上, 在热退化影响最低的前提下, 形成致密、几乎不含氧化物的高质量涂层。其工艺特点是通过在高热气体中加入适量水, 使粒子温度控制在800~1500℃, 从而使粒子温度填补了超音速空气火焰喷涂工艺到冷喷工艺中间的空白温度区, 因此也可以称为温喷涂。其水流量可调, 使粒子尽量不熔化,但比在冷喷条件下的延展性好。
(3)超音速等离子喷涂
超音速等离子喷涂中通过气体的旋流稳定作用与收缩作用得到稳定集聚的高热焓、超高速等离子体焰流, 其弧压高达200～ 400 V , 电流400～ 500 A , 喷嘴喷射出的等离子射流温度达到2 500℃以上, 焰流速度超过3 600 m/s, 喷涂颗粒速度可达500 m/s以上。而且工艺参数可通过喷涂功率、工作电压、工作电流、主气(A r)、次气(N 2) 的压力和流量、喷涂距离等加以控制。超音速等离子弧喷涂功率高, 气流量大, 速度极高, 具有极高的喷涂效率, 而且等离子弧不发散, 热焓高, 使涂层质量明显优于一般等离子喷涂, 与爆炸喷涂和超音速火焰喷涂相近, 而且非常适用于高熔点陶瓷材料的喷涂。
(4)超音速电弧喷涂
超音速电弧喷涂与火焰喷涂相比, 其特点是: 热效率高, 生产效率高, 喷涂成本低, 操作简单, 易于现场操作。超音速电弧喷涂需要控制的工艺参数有: 喷涂电压, 喷涂电流, 空气压力, 燃气压力。相对传统电弧喷涂, 由于超音速气流的雾化、加速作用, 粒子细小、均匀而且速度高, 从而提高了涂层的结合强度和内聚强度,并降低了涂层孔隙率; 同时粒子在空中停留时间短, 涂层氧化物含量低。
(5) 冷喷涂
冷喷涂时, 粒子始终保持固体状态并通过纯塑性变形聚合形成涂层。因此, 粒子是形成涂层还是对基体产生喷丸或冲蚀作用, 取决于粒子撞击前的速度。一般情况下, 粒子喷涂速度以500 m/s 为界限, 只有大于500 m/s 才能形成喷涂层。因此, 实现喷涂粒子的高速是冷喷涂技术的关键。在喷管的几何形状确定后, 影响喷涂粒子飞行速度的主要因素有: 工作气体种类、工作气体压力和预热温度及粒子的大小与密度等。
在冷喷涂过程中, 气体温度约为800℃, 粒子速度可达1 000 m ?s 以上。使传统热喷涂方法中的有害影响, 如高温氧化、蒸发、溶解、结晶、残余应力、剥离、气体释放等, 均可减到最小甚至消除。但这一技术目前存在孔隙率高, 对喷涂粒子尺寸范围要求严格等缺点, 而且应用范围较窄、耗能大、不易实现与其它喷涂的对接。随着冷喷涂技术的不断改进与完善, 喷涂层的质量将不断得到提高。
设备厂家
美国进口 JP-8000
堆焊实验报告
篇二:堆焊层稀释率
先进修复及再制造技术
综合实验报告
班 级：成型三班 姓 名：徐杰
学 号： 指导老师： 刘艳、马传平
2014年6月8日
先进修复及再制造技术
—堆焊工艺设计实验
班级：成型三班 组员：徐杰 陈振华 蔡万青 张洋 李遥 老师：刘艳 马传平
一、 实验目的
1.了解堆焊的基本原理；
2.观察堆焊焊接的过程，掌握简单的实验操作； 3.通过对实验结果的分析加深对理论知识的理解。
二、实验内容
1.通过控制不同的工艺参数对平板进行堆焊；
2.对堆焊后的焊件进行切割，分析金相组织和硬度值分布； 2.分析堆焊工艺的优缺点及应用范围。
三、实验仪器、设备及材料
1、NB-350IGBT型逆变焊机； 2、送丝机控制箱1个 ； 3、轻型单丝埋弧自动焊小车一台； 4、JDHS-38#药芯焊丝一盘 ； 5、钢板若干块。
四、实验原理及方案
堆焊方法是焊接技术的一个分支。就其物理本质、冶金过程和热过程的基本规律而言，与一般焊接过程是相同的。但是，它的目的不一样，它不是为了联接工件，而是采用焊接的方法，在零件的表面堆敷一层或几层具有一定性能材料的工艺过程，主要用于修复零件或者增加其耐磨、耐热、耐蚀等方面的特殊性能。
通过查阅资料并在掌握理论知识的基础上，自主设定焊接工艺参数，进行堆焊的实验。工艺参数如下表所示：
表1 自主设计的堆焊焊接工艺参数
工艺参数 参数值
电压(V) 26.5
焊接速度(mm/s)
12
干伸长(mm)
14
五、实验步骤
1.选择合适的试板，用砂轮对试件表面进行打磨除锈；
2.按设计的方案对设置堆焊过程的工艺参数；
3.用焊渣将焊丝和要焊接的区域盖住，避免弧光污染； 4.开始堆焊，记录过程中的电流和电压；
5.完成每一道堆焊后都需要进行敲渣处理并观察其宏观外貌，继续进行下一道堆焊，直至完成10次堆焊。
6.用线切割方法将焊件切块，观察各堆焊道的显微组织，并测量硬度值。
六、实验注意事项
堆焊过程注意弧光灼伤眼睛。
七、实验结果与分析
1、堆焊后的宏观形貌：
如图1所示，由10道焊缝呈四层金字塔形堆焊在试板面上，相邻的焊道间存在着间隙，并没有紧挨在一起。
图1 堆焊后的宏观形貌
2、根据堆焊过程中所记录的电流和电压值并结合堆焊后板件的宏观形貌对结果进行分析：
实验中记录的电流和电压的值如表2所示。有数据分析并结合板件的宏观形貌，我们发现：虽然设定的电压值为定值，但由于堆焊过程的影响，电流和电压都会发生变化。如果电流较大时，则电弧的穿透能力逐渐增大，焊丝的熔化速度也增大，因此，熔透深度增大，熔宽增大，堆焊余高也增加（会增加应力集中）。
表2 堆焊过程中的电流和电压值
电压(V)
堆焊设计电压值：26.5
26.6
电流(A)
254
26.6 298
26.6 251
26.7 259
26.7 242
26.6 242堆焊层稀释率。
26.5 217
26.6 250
26.8 202
26.6 213
3、对堆焊后各层的金相组织进行分析：
堆焊后，对板件进行切割并进行金相组织的观察，得到的各层的金相图如下图所示，且通过对金相图的观察和分析，随着堆焊层数的增多，该区域的相当于同时进行了焊前的预热和焊后的热处理，随意累积堆焊的材料组织更加均匀，没有应力的集中，组织性能更好。
母材金相图(200X) 中间层焊缝区(200X)
中间层热影响区
(200X)
中间层熔合区
(200X)
最高层焊缝区(200X) 最高层熔合区
(200X)
最高层母材区(200X) 最高层热影响区(200X)
图2 各层金相图
4、根据测得的硬度，进行分析；
在10kg载荷的作用下，得到的从最高焊缝至母材的微氏硬度值如下表所示： 编号
1
2
3
4
5
6
7
8堆焊层稀释率。
9
微氏硬度 233.27 226.16 240.73 234 240.73 241.49 231.11 228.26 214.80 根据上述表中的数据，可得到硬度值的分布图，如图3所示：
由横截面上最高层到母材的硬度变化曲线来看，经堆焊后，堆焊层的硬度值要大于母材的硬度值。
八、思考题
1.堆焊工艺与一般的焊接工艺区别是什么？
答：堆焊主要是以获得特定性能的表层、发挥表面层金属性能为目的，所以堆焊
堆焊工艺
篇三:堆焊层稀释率
耐磨焊条堆焊工艺
焊前准备：
堆焊前工件表面进行粗车加工，并根据图纸要求预留加工余量，以保证堆焊层加工后有3mm以上的高度。严格清除表面的铁锈、油污等，堆焊工件表面不得有气孔、夹渣、包砂、裂纹等缺陷，如有上述缺陷须经焊补清除、再粗车、粗铣后方可堆焊。含碳量高的母材焊前需先进行预热处理，预热温度300-400之间。
焊条选用和前处理：
焊条使用前必须烘干，加热温度350～400℃，保温2小时。
焊机选用：
当堆焊零件要求比较高，又要求采用碱性低氢型堆焊焊条（D517、D547）时，必须选用弧焊整流器或直流弧焊发电机（如ZXG1-300、ZXG7-320、AX1-500等），且采用反极性接法，即焊条接正极、工件接负极。在条件允许的情况下，应尽量选用直流电源。因为直流电源的电弧稳定，且反极性接法熔深浅。
焊条直径及焊接电流：
为提高劳动生产率，希望采用较大直径的焊条和较大的焊接电流。但是由于堆焊面的宽度及堆焊质量的限制，必须把焊条直径和焊接电流控制在一定范围内。焊条直径的选择主要取决于构件的尺寸和堆焊面的宽度。
增大焊接电流能提高生产率。但电流过大，稀释率增大，易造成堆焊合金成分偏析和堆焊过程中液态金属流失等焊接缺陷。而电流过小，易造成夹渣、未焊透等缺陷，且降低生产率。所以应适当选择焊接电流。一般来说，在保证堆焊合金成分合格的条件下，尽量选择大电流；但不应在焊接过程中由于电流过大而使焊条发红、药皮开裂、脱落。
焊材的选择：
对于含碳量高的母材可在母材上先堆焊一层过渡层，过渡层焊条可选用延伸性大的焊材。 含碳量低的母材直接堆焊。
堆焊层数：
堆焊层数是以保证堆焊层高度满足设计要求为前提。对于较大构件时需要堆焊多层。堆焊第一层时，为减少基体熔深，一般采用小电流；或者堆焊电流不变，提高堆焊速度，同样可以达到减小熔深的目的。堆焊最后一层时，要注意焊道的成形和平整度，以满足堆焊后机械加工的尺寸要求。
堆焊层较高的，应先用过渡层打底焊。深度在4mm以内者可直接进行表面堆焊。为保证堆焊层的性能，耐汽蚀或耐磨的堆焊层最好焊2～3层以上。堆焊过程中应特别注意防止变形。多层堆焊时相邻堆焊层的焊道方向最好交错成一定角度。外表层的焊道方向应尽量为顺流方向。堆焊面积大时，可采用分格堆焊，以减少焊接用力集中。
操作中注意应用直线运条，尽量采用小电流、短弧堆焊。焊道应重叠1/2～1/3宽度。为获得平整的堆焊表面，堆焊完一层后可进行清渣，为便于操作，最好将工件放在立焊或爬坡的位置。平焊位置进行堆焊时也可以不清渣，但电流要大些，而且操作难度较大。堆焊层应留1～2mm高度余量，最后磨光。
焊后处理：为了避免开裂，应控制层间温度。堆焊完成后，应对堆焊工件和堆焊层进行焊后加热，让堆焊层和工件整体缓慢冷却，以减少焊缝整体快速冷却而造成变形和收缩应力。精加工件，堆焊完成后应对焊件进行消除应力热处理。
生产部
2015年10月