熱噴涂與熱噴焊的區(qū)別

分類：答疑解惑
發(fā)布時(shí)間：2024-08-05 16:01:26

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西北工業(yè)大學(xué) (710072)

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摘要：

　　本文通過對(duì)比不同噴涂、噴焊方式所得修復(fù)層性能的優(yōu)缺點(diǎn)可知，噴涂技術(shù)的缺點(diǎn)是涂層與基體結(jié)合力差(一般為機(jī)械結(jié)合)，噴焊技術(shù)的缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生熱應(yīng)力變形、熱應(yīng)力裂紋、疲勞壽命下降等。因此開發(fā)結(jié)合強(qiáng)度高(冶金結(jié)合)、熱影響小的新型維修技術(shù)(如激光熔覆、FJY電刷鍍、冷焊等)是維修工作者努力的方向。

關(guān)鍵詞：熱噴涂，等離子噴涂，電弧噴涂，爆炸噴涂，超音速噴涂，熱噴焊，等離子噴焊，F(xiàn)JY刷鍍

1.前言

　　機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行或停機(jī)過程中不可避免地會(huì)由于磨損、疲勞、斷裂、變形、腐蝕、老化等原因而導(dǎo)致設(shè)備性能逐漸劣化、甚至出現(xiàn)故障。繼續(xù)使用輸出參數(shù)下降或不能正常運(yùn)行的設(shè)備必然造成運(yùn)行成本增加、加工精度降低、產(chǎn)品質(zhì)量下降，也可能帶來災(zāi)難性的后果。因此，及時(shí)排除設(shè)備故障、恢復(fù)設(shè)備應(yīng)有的性能，需要一套系統(tǒng)、科學(xué)的設(shè)備維護(hù)、保養(yǎng)和修理方法。

　　傳統(tǒng)的修理方法包括：機(jī)械加工修理法(修理尺寸法、附加零件法、局部更換法)、焊修(補(bǔ)焊、釬焊、堆焊)、電鍍(低溫鍍鐵、鍍鉻)、膠粘(無機(jī)膠粘、有機(jī)膠粘、以及復(fù)合膠粘技術(shù))等，在現(xiàn)實(shí)生活中，多數(shù)維修工作者仍使用傳統(tǒng)的修理方法進(jìn)行零部件的修復(fù)。

　　20世紀(jì)中期之后，隨著工業(yè)化社會(huì)的迅速發(fā)展，機(jī)械設(shè)備的大量使用，工業(yè)自動(dòng)化程度提高，人們?cè)絹碓角宄卣J(rèn)識(shí)到設(shè)備維護(hù)、保養(yǎng)、維修的重要性，維修工作者開始研發(fā)新型設(shè)備維修技術(shù)，相繼出現(xiàn)了熱噴涂、熱噴焊技術(shù)(火焰噴涂、噴焊等)，等離子噴涂、噴焊技術(shù)，電弧噴涂技術(shù)、爆炸噴涂技術(shù)、冷焊技術(shù)(補(bǔ)片技術(shù))、微弧冷焊技術(shù)(氣體保護(hù)熔絲焊技術(shù))和電刷鍍技術(shù)等。

　　近年來，伴隨著設(shè)備失效分析、故障診斷、狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展以及可靠性與可維修性理論的出現(xiàn)，一套系統(tǒng)、科學(xué)的現(xiàn)代設(shè)備維修體系乙逐漸形成。

　　由于每一種修理方法都有其自身的特點(diǎn)和不足，因此，對(duì)于經(jīng)常從事設(shè)備維修的科技工作者而言，根據(jù)零件的破壞方式選用恰當(dāng)?shù)木S修技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效、可靠、低成本的設(shè)備維修顯得非常重要。

　　“中國(guó)刷鍍網(wǎng)”將陸續(xù)介紹每種維修技術(shù)的特點(diǎn)及其在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意的事項(xiàng)，供維修工作者在選擇恰當(dāng)?shù)木S修方法時(shí)參考。本文將介紹熱噴涂、熱噴焊的主要差異。

2.熱噴涂、熱噴焊的特點(diǎn)

　　有人常常將熱噴涂技術(shù)和熱噴焊技術(shù)混為一談，不清楚兩者之間的本質(zhì)差異。從施工方式上看，兩者極為相近;但是，從原理上講，兩者不同。

2.1 熱噴涂技術(shù)

　　熱噴涂技術(shù)是一種利用高溫?zé)嵩?通常是氧氣——乙炔火焰)將噴涂材料(粉料或絲材)加熱到熔融狀態(tài)，用高速氣流將其霧化并噴射到工件的表面上形成涂層的表面修復(fù)技術(shù)。

　　熱噴涂技術(shù)的特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，涂層厚度大，特別適合于修復(fù)超差達(dá)到毫米級(jí)的工件。由于噴涂過程中，工件升溫一般不會(huì)超過300℃，所以噴涂后的工件不會(huì)產(chǎn)生裂紋、也不會(huì)因熱影響導(dǎo)致工件變形或基體材料的組織、性能發(fā)生明顯的變化等問題。也正是由于噴涂施工過程中工件處于低溫狀態(tài)，所以噴涂層與基體的結(jié)合力差，噴涂層孔隙率高且疏松。即使采用所謂的超音速噴涂技術(shù)，其結(jié)合強(qiáng)度也不會(huì)高于電鍍層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。

熱噴涂現(xiàn)場(chǎng)

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噴涂后的工件

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涂層后加工

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噴涂層斷面結(jié)構(gòu)實(shí)物

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噴涂層受力破壞后實(shí)物

　　綜上所述，熱噴涂技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

　　優(yōu)點(diǎn)：適合大面積施工，涂層厚(厚度達(dá)到毫米級(jí))，生產(chǎn)效率高。

　　缺點(diǎn)：涂層疏松、多孔、結(jié)合力差、工藝步驟多、配套加工設(shè)備復(fù)雜(需要噴砂、電拉毛、輥花、車螺紋，噴后機(jī)加或修磨)。結(jié)合力差是熱噴涂技術(shù)的缺點(diǎn)。

2.2 熱噴焊技術(shù)

　　與熱噴涂不同，熱噴焊技術(shù)則是用中性火焰將已噴涂在工件表面上的金屬涂層再次加熱重熔，涂層本身再次經(jīng)歷冶金過程，使涂層與基體間發(fā)生互熔或擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，并進(jìn)一步改善涂層本身的致密性。

　　噴涂與噴焊的差別在于噴焊時(shí)使用的粉末是自熔性合金粉末(含有脫氧、造渣元素)，并在噴粉之后進(jìn)行高溫重熔(950℃以上熔融)，實(shí)現(xiàn)自熔性粉末的再次冶金。由于噴焊層與基體間是冶金結(jié)合，所以噴焊層與基體間的結(jié)合力遠(yuǎn)高于噴涂層。

　　由于噴焊過程中需要對(duì)涂層再次進(jìn)行加熱重熔，所以噴焊技術(shù)的缺點(diǎn)也源于高溫重熔過程，除了剛性極大的工件外，噴焊后的工件大多會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力變形或熱應(yīng)力裂紋，還會(huì)導(dǎo)致工件本身材料組織和機(jī)械性能的變化，疲勞壽命降低。因此，常將噴焊技術(shù)用于對(duì)尺寸、形狀要求不高工件的修復(fù)。

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噴自熔性合金粉

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噴后加熱重熔

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噴焊層斷面實(shí)物

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噴焊后出現(xiàn)的熱應(yīng)力裂紋

　　綜上所述，熱噴焊技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

　　優(yōu)點(diǎn)：適合修復(fù)對(duì)涂層結(jié)合力要求高的工件，涂層厚(厚度達(dá)到毫米級(jí))，生產(chǎn)效率高。

　　缺點(diǎn)：易產(chǎn)生熱應(yīng)力變形或熱應(yīng)力裂紋;噴焊修復(fù)后，工件疲勞壽命降低;工藝步驟多、配套加工設(shè)備復(fù)雜。

3. 等離子噴涂(焊)技術(shù)

　　等離子噴涂(焊)技術(shù)與熱噴涂(焊)技術(shù)原理相似，不同點(diǎn)在于等離子噴涂(焊)過程中所使用的熱源不是一般的火焰(可燃?xì)怏w與助燃劑混合后燃燒產(chǎn)生的火焰)，而是等離子焰(等離子焰的性質(zhì)可以通過控制等離子發(fā)生器的相關(guān)參數(shù)來調(diào)節(jié))。

　　由于等離子焰的溫度極高(10000℃以上)，目前可用于噴涂的所有材料都可以被等離子焰熔化，不受噴涂材料熱點(diǎn)的限制，因此，可用于等離子噴涂(焊)材料的種類非常豐富(金屬材料、非金屬材料、高溫陶瓷材料等)。但是，由于等離子噴涂(焊)技術(shù)沒能從根本上解決熱噴涂(焊)技術(shù)固有的問題，因此，除了一些特殊應(yīng)用外(如軍工產(chǎn)品的表面加工)，在日常維修中，很少采用等離子噴涂(焊)技術(shù)。等離子噴涂(焊)的主要優(yōu)缺點(diǎn)如下：

　　特點(diǎn)：熱源溫度高，不受材料熔點(diǎn)的限制，可調(diào)節(jié)參數(shù)多，涂層質(zhì)量高。

　　缺點(diǎn)：設(shè)備昂貴、成本高(其它缺點(diǎn)與熱噴涂、噴焊技術(shù)相似)。

4. 電弧噴涂技術(shù)

　　電弧噴涂是利用兩根帶電的金屬絲材短路時(shí)產(chǎn)生的電弧熱來熔化絲材，在高速氣體的作用下，熔化的絲材被霧化，并噴射到工件表面上形成涂層。電弧噴涂的基本特性與熱噴涂層相似。

　　電弧噴涂技術(shù)的特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，涂層厚度大，適合于修復(fù)超差達(dá)到毫米級(jí)的工件。由于噴涂過程中，不預(yù)熱工件，所以工件不會(huì)升溫，對(duì)工件本身不會(huì)產(chǎn)生熱影響。也正是由于電弧噴涂過程中工件處于低溫狀態(tài)，所以噴涂層與基體的結(jié)合力差，涂層孔隙率高且疏松。即使采用當(dāng)前流行的超音速電弧噴涂技術(shù)，其結(jié)合強(qiáng)度也不會(huì)高于電鍍層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。電弧噴涂的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

　　特點(diǎn)：噴涂絲材，成本低，生產(chǎn)效率高。

　　缺點(diǎn)：只能噴涂金屬(導(dǎo)電)絲材，結(jié)合力差(其它缺點(diǎn)與熱噴涂技術(shù)相似)。

5. 超音速噴涂技術(shù)

　　超音速噴涂包括超音速火焰噴涂、超音速等離子噴涂和超音速電弧噴涂三大類。超音速噴涂與前面提到的各種噴涂技術(shù)的本質(zhì)差異僅在于噴涂時(shí)氣體的速度更高，高于聲音在空氣中的傳播速度(聲音在空氣中的傳播速度約為345米/秒)，這也是稱之為超音速噴涂的理由。高速氣體帶來的直接好處是提高了涂層的致密性和涂層與基體的結(jié)合力。

　　超音速噴涂的技術(shù)核心在于噴槍(實(shí)際上是噴嘴)的結(jié)構(gòu)，由于噴嘴的結(jié)構(gòu)特征改變了一般噴槍的空氣動(dòng)力學(xué)特性，使得噴出氣體的速度超過音速。其它附件的構(gòu)成與一般的噴涂并無不同。

　　盡管超音速噴涂的效果優(yōu)于一般噴涂技術(shù)，但未從本質(zhì)上改變涂層與基體的結(jié)合方式，其主要缺點(diǎn)仍然是結(jié)合力差。

6. 爆炸噴涂技術(shù)

　　爆炸噴涂是將處于爆炸極限范圍內(nèi)的混合氣體在火花塞點(diǎn)燃下發(fā)生爆炸，借此加熱噴涂粉末并噴射到工件的表面上形成涂層。其特點(diǎn)是噴射速度遠(yuǎn)高于聲音的傳播速度，因此涂層的密實(shí)性、涂層與基體的結(jié)合力更好。

　　但是，爆炸噴涂設(shè)備復(fù)雜、昂貴、生產(chǎn)效率低，施工時(shí)噪聲污染嚴(yán)重，因此很少有人將其作為一種設(shè)備維修技術(shù)廣泛的使用。

7. 結(jié)論

　　通過對(duì)不同方式噴涂(焊)技術(shù)的介紹可知，噴涂技術(shù)的缺點(diǎn)是涂層與基體結(jié)合力差(一般為機(jī)械結(jié)合)，噴焊技術(shù)的缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生熱應(yīng)力變形、熱應(yīng)力裂紋、疲勞壽命下降等。因此開發(fā)結(jié)合強(qiáng)度高(冶金結(jié)合)、熱影響小的新型維修技術(shù)是維修工作者努力的方向。電刷鍍、冷焊等維修技術(shù)的成功應(yīng)用就是這種努力的產(chǎn)物，特別是FJY系列刷鍍技術(shù)在維修領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，證明了新型刷鍍技術(shù)在設(shè)備維修方面的廣泛適應(yīng)性和高度的可靠性。

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公眾號(hào)：FJY電刷鍍