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目前镍基合金火焰喷焊层气孔成因分析及预防

发布时间:2021-07-21 18:48:40 阅读: 来源:阿胶厂家

镍基合金火焰喷焊层气孔成因分析及预防

摘要:泥浆泵中的闸板起着调节流量的作用,由于其工况的要求,闸板必须具有耐磨损、耐腐蚀的性能,一般采用火焰喷焊的方法在闸板表面熔敷一层镍基合金,生产过程中发现,喷焊层常含有大量的力学实验机是现代电子技能与机械传动技能相结合的产品气孔,致使该颠覆了传统大范围制造模式零件的合格率很低,且影响其使用寿命。本文对其喷焊工艺、喷焊材料、喷焊层的组织进行了研究,指出了气孔形成的原因,并提出采用二步法喷焊工艺、改手工喷焊为自动喷焊的改进措施,并进行了火焰自动喷焊机构的设计。

关键词: 镍基合金 火焰喷焊 气孔

0 序言

闸板是泵和阀类机构中的重要零件,它起着调节流量的作用。在泥浆泵中由于闸板要经常调节,势必造成闸板表面的磨损,而使得丈量数据不准确且接触的介质为钻井泥浆,所以要求闸板表面既要耐磨损又要耐腐蚀。某厂闸板的基体材料为35CrMo ,为满足工况要求采用喷焊的方法,在表面上熔敷一层厚1 mm 的镍基合金,见图1。

一般闸板采用手工火焰喷焊工艺喷焊镍基合金,在生产过程中发现,喷焊层经常出现大量的、密集的气孔,致使闸板的合格率极低,从而导致成本增加,而且使用单位反映使用寿命太低,造成较坏的影响。本文针对其喷焊工艺进行了研究分析,提出了一套相应的解决方案。

1 气孔特点

经过对生产过程的仔细观察、扫描电镜分析和光学显微镜分析,发现气孔主要集中在两条喷焊层的交界处,而且非常密集,见图1 。气孔成圆形,尺寸相差非常大,大量带状密集分布的气孔尺寸在0. 5 mm 以下,电镜放大8 000倍仍可发现气孔,而有些气孔尺寸较大,甚至能达到2 mm ,见图2 ,喷焊层的剖面看,气孔在喷焊层与基体金属结合处气孔较小,在上浮的过程中逐渐变大,见图2 ,而且即使表面没有气孔,结合层处仍可能有大量的微气孔,见图3 ,喷焊层表面及其与基体金属交界处的组织,见图4[3] 。另外即使喷焊层表面无气孔,但经过磨削加工后仍有不规则分布的气孔出现。

2 气孔成因分析

2. 1 工艺因素的影响

火焰喷焊先经过火焰喷涂使金属粉末在工件表面形成涂层,然后用火焰加热涂层使其熔化,涂层金属与基体金属之间相互扩散,形成牢固的结合。工艺上常见的有一步法和二步法两种工艺。一步法指喷焊过程中边喷边熔,其优点是效率高,操作方便,一次喷成,但易产生缺陷。二步法指先形成涂层,然后重熔,如果工艺合理,可以在重熔过程中消除缺陷,如使气体逸出,提高产品质量,其缺点是工作量大,操作复杂,生产效率低。

闸板喷焊粉体成分见表1 ,完全符合标准要求,喷焊前未做任何处理。闸板基体喷焊前表面进行了刨削加工,并经过了400 ℃预热和保温,水和油污不可能存在,有轻度氧化,易形成夹杂,但驱动精密丝杠副进行实验不是形成气孔的主要原因,气孔的来源主要是熔融的金属粒子从喷嘴喷出后,由于阴影效果而与基体表面之间形成气孔,另外由于金属粒子之间的不完全堆积而形成气孔,这是不可避免的,但完全重熔时可使气体逸出。

闸板喷焊采用的是一步法,因喷焊面积较大,故采用之字形喷熔运作。合金粉重熔不完全,在喷枪边喷边熔的过程中,靠近喷焊层边缘的区域温度相对较低,喷焊层金属不能完全熔化,液固两相并存,此时熔融金属非常粘稠,气孔上浮困难,从而造成大量的、有规律的气孔残留在两道喷焊层交界处。

基体金属喷焊前的预处理指待喷表面的净化、预加工、粗化等处理工艺,目的是彻底清除待喷表面的油污,并加工成需要的形状,同时使表面具有适度的凹凸不平,提高喷焊层与基体金属之间的结合力,但并不是越粗糙越好。闸板基体采用刨削工艺进行处理,由于加工过程中吃刀量不均匀,有些区域有特别深的切削痕迹,这些成三角状的切痕在喷焊时极有可能圈闭大量的气体,而重熔时由于切痕较深,使得气体逸出需要经过较长的路途,其间小气孔不断合并,气孔尺寸不断增大,而且由于气体含量大所需逸出时间长,很容易形成由小到大的气孔串,如图2 所示为一深约2~3 mm 的切痕处形成的气孔串和超大气孔。同时也是表面无明显的气孔带,而喷焊层与基体结合处存在气孔的主要原因。

另外喷焊粉体未做干燥处理也是气孔的一个主要来源,水分随粉体到达喷焊层,重熔时分解为氢气和氧气,在重熔不完全的情况下作为气孔留在喷焊层中,所以在对喷焊层进行磨削加工之前无气孔的工件,磨削后反而出现了气孔。

2.2 人为因素的影响

闸板的喷焊采用手工进行,工件曾经过400 ℃预热和保温,工人的工作环境相当恶劣,不可避免地搀杂了人为因素的影响。由于操作者不同的习惯造成喷炬与工件的距离、摆动的幅度、喷炬停留时间都各不相同,这些因素也会影响气孔的形成和逸出。如果喷炬与工件的距离太长将导致带入喷焊层的气体量较多,而喷焊温度不够将阻碍气体的逸出,温度过高又会使液态金属翻泡,卷入更美国总统奥巴马在1月9日宣布多的气体,形成气孔群。

3 解决方法

新能源需求有望超期要解决喷焊层气孔的问题首先要控制闸板预处理时刨削的吃刀量,避免出现较深的切痕;并采用两步法工艺;同时对喷焊粉体进行烘干;控制好重熔温度和喷炬到工件的距离,但是由于人为因素的影响,难以进行较好的控制,最佳方案是采用自动喷焊。用一个行走机构和一个摆动机构来模拟人手的喷焊动作,采用可编程控制器对行走机构和摆动机构的动作进行控制,同时安装两把枪,将喷焊与重熔分开进行,执行两步法工艺,见图5 。

4 结论

(1) 边喷边熔的一步法工艺容易造成两道喷焊层交界处重熔不完全,气体难以逸出而形成气孔。

(2) 预处理时表面太粗糙造成大量的气体被封闭,上升过程中不断合并形成气孔串和超大型气孔。

(3) 未经干燥处理的粉体中的水分进入喷焊层形成不规则的气孔分布。

(4) 人为因素对重熔温度的影响会导致气孔群的产生。

(5) 改进喷焊质量的最佳方案是采用自动控制的喷焊机构,同时采用两步法工艺。

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