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天泰焊材（昆山）有限公司13338052719金属表面处理技术概念金属表面处理技术是指通过一些“物理”、“化学”、“机械”、或“复合方法”使得金属表面具有与基体不同的组织结构、化学成分和物理状态，从而使经过处理后的表面具有与基体不同的性能。金属表面处理的意义•通过表面处理大幅度提高产品质量。•节约贵重材料。•实现材料表面复合化，解决单一材料无法解决的问题。•修复整体优势，良好的节能、节材效果。金属表面处理的两种途径•表面涂层技术•表面改性技术金属表面处理的分类金属表面处理的应用•提高金属制品或零件的耐蚀性能•提高金属制品或零件的表面强度和硬度•修复零件•提高制品或零件的装饰性能了解堆焊技术的特点、分类和应用熟悉堆焊合金及材料的类型、特点和选用掌握常用堆焊方法的原理、工艺、装置、特点和应用；能够根据工件的材质、服役条件和性能要求选择合理的堆焊工艺方法，并编制出工艺流程。堆焊技术概述原理分类特点是采用焊接方法将具有一定性能的材料熔敷在工件表面的一种工艺过程。堆焊层的合金成分是决定堆焊效果的主要因素尽量降低稀释率是制定堆焊工艺的重要出发点提高堆焊的生产效率堆焊合金与基体金属之间的匹配要合理为了最有效地发挥堆焊层的作用，希望采用的堆焊方法有较小的母材稀释、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能，即优质、高效、低稀释率的堆焊技术。资料卡稀释率高，基体金属混入堆焊层中的量多,改变了堆焊合金的化学成分,将直接影响堆焊层的固有性能。因此，堆焊时，常希望获得较低的稀释率，以充分发挥堆焊合金性能，达到预期目的。堆焊层与基体金属的结合是冶金结合，结合强度高，抗冲击性能好。堆焊层金属的成分和性能调整方便，一般常用的焊条电弧焊堆焊焊条或药芯焊条调节配方很方便，可以设计出各种合金体系，以适应不同的工况要求。堆焊层厚度大，一般堆焊层厚度可在2～30mm内调节，更适合于严重磨损的工况。节省成本，经济性好。当工件的基体采用普通材料制造，表面用高合金堆焊层时，不仅降低了制造成本，而且节约大量贵重金属。在工件维修过程中，合理选用堆焊合金，对受损工件的表面加以堆焊修补，可以大大延长工件寿命，延长维修周期，降低生产成本。由于堆焊技术就是通过焊接的方法增加或恢复零部件尺寸，或使零部件表面获得具有特殊性能的合金层，所以对于能够熟练掌握焊接技术的人员而言，其难度不大，可操作性强。堆焊技术是熔焊技术的一种，因此凡是属于熔焊的方法都可用于堆焊。堆焊方法稀释率（%）熔敷速度/（㎏/h）最小堆焊厚度/mm熔敷效率（%）氧乙炔火焰堆焊手工送丝自动送丝粉末堆焊1～101～101～100.5～1.80.5～6.80.5～1.80.80.80.210010085～95焊条电弧堆焊10～200.5～5.43.265钨极氩弧堆焊10～200.5～4.52.498～100熔化极气体保护电弧堆焊其中：自保护电弧堆焊10～4015～400.9～5.42.3～11.33.23.290～9580～85埋弧堆焊单丝多丝串联电弧单带极多带极30～6015～2510～2510～208～154.5～11.311.3～27.211.3～15.912～3622～683.24.84.83.04.09595959595等离子弧堆焊自动送粉手工送粉自动送丝双热丝5～155～155～155～150.5～6.81.5～3.60.5～3.613～270.252.42.42.485～9598～10098～10098～100电渣堆焊10～1415～751595～100作为焊接领域中的一个分支，堆焊技术的应用范围非常广泛，堆焊技术的应用几乎遍及所有的制造业，如矿山机械、输送机械、冶金机械、动力机械、农业机械、汽车、石油设备、化工设备，建筑、以及工具模具及金属结构件的制造与维修中大量应用堆焊技术。通过堆焊可以修复外形不合格的金属零部件及产品，或制造双金属零部件。采用堆焊可以延长零部件的使用寿命，降低成本，改进产品设计，尤其对合理使用材料（特别是贵重金属）具有重要意义。由于磨损或加工失误造成工件尺寸不足，是厂矿企业经常遇到的问题。用堆焊方法修复上述工件是一种很常用的工艺方法，修复后的工件不仅能正常使用，很多情况下还能超过原工件的使用寿命，因为将新工艺新材料用于堆焊修复，可以大幅度提高原有零部件的性能。如冷轧辊、热轧辊及异型轧辊的表面堆焊修复，农用机械（拖拉机、农用车、插秧机、收割机等）磨损件的堆焊修复等。据统计，用于修复旧工件的堆焊合金量占堆焊合金总量的72.2%。冷轧辊修复堆焊磨损和腐蚀是造成金属材料失效的主要因素，为了提高金属工件表面耐磨性和耐蚀性，以满足工作条件的要求，延长工件使用寿命，可以在工件表面堆焊一层或几层耐磨或耐蚀层。就是将工件的基体与表面堆焊层选用具有不同性能的材料，制造出双金属工件。由于只是工件表面层具有合乎要求的耐磨、耐蚀等方面的特殊性能，所以充分发挥了材料的作用与工作潜力，而且节约了大量的贵重金属。堆焊材料堆焊材料的选择堆焊工艺的制定根据堆焊合金层的使用目的划分为：耐蚀堆焊耐磨堆焊隔离层堆焊根据堆焊合金的形状可划分为：丝状铸条状带状粉粒状块状堆焊合金根据堆焊合金的主要成分可划分为：铁基堆焊合金碳化钨堆焊合金铜基堆焊合金镍基堆焊合金钴基合金C是铁基堆焊合金中最重要的合金元素Cr、Mo、W、Mn、V、Ni、Ti、B（1）对基体有影响（2）Cr、Mo、W、V使堆焊层有较好的高温强度；Cr使堆焊层具有较好的抗氧化性。铁基堆焊合金的性能变化范围广，韧性和耐磨性配合好，并且成本低，品种也多，所以使用十分广泛。铁基堆焊由于碳质量分数、合金元素的的含量和冷却速度的不同，堆焊层的金相组织可以是珠光体、奥氏体、马氏体和合金铸铁组织等几种基本类型。这类堆焊合金由大量碳化钨颗粒分布于金属基体（如碳钢、低合金钢、镍基合金、钴基合金和青铜等）上构成，堆焊层中钨的质量分数45%以上、碳的质量分数1.5%～2%。碳化钨由WC和W2C组成，有很高的硬度和熔点。碳质量分数3.8%的碳化钨硬度达2500HV，熔点接近2600℃。碳化钨种类组织和性能制造方法铸造碳化钨WC+W2C共晶，呈不规则粒状和球状。硬度高、耐磨性好，但脆性大，抗高温氧化性差熔炼→浇注后破碎（呈不规则粒状）或熔炼→离心法分离（呈球状）烧结碳化钨呈不规则粒状和球状。硬度高、耐磨性好，脆性大小视粘结剂钴的多少；高钴型韧性好，低钴型脆性大，但抗高温氧化性好混合→压块→烧结→破碎（呈不规则粒状）或混合→制球→烧结（呈球状）堆焊用的铜基合金主要有青铜、纯铜、黄铜、白铜四大类。其中应用比较多的是青铜类的铝青铜和锡青铜。铝青铜强度高，耐腐蚀、耐金属间磨损，常用于堆焊轴承、齿轮、蜗轮及耐海水腐蚀工件，如水泵、阀门、船舶螺旋桨等。锡青铜有一定强度，塑性好，能承受较大的冲击载荷，减摩性优良，常用于堆焊轴承、轴瓦、蜗轮、低压阀门及船舶螺旋桨等。镍基堆焊合金分为含硼化物合金、含碳化物合金和含金属间化合物合金三大类。这类堆焊合金的抗金属间摩擦磨损性能最好，并具有很高的抗氧化性、耐蚀性和耐热性。此外，由于镍基合金易于熔化，有较好的工艺性能，所以尽管比较贵，但应用仍广泛，常用于高温高压蒸汽阀门、化工阀门、泵柱塞的堆焊。钴基堆焊合金又称司太立（Stellite）合金，以Co为主要成分，加入Cr、W、C等元素。主要成分为：WC=0.7%～3.3%、WW=3%～21%、WCr=26%～32%，其余为Co，堆焊层的金相组织是奥氏体＋共晶组织。碳质量分数低时，堆焊层由呈树枝状晶的Co-Cr-W固溶体(奥氏体)和共晶体组成，随着碳质量分数的增加，奥氏体数量减少，共晶体增多，因此，改变碳和钨的含量可改变堆焊合金的硬度和韧性。堆焊合金种类碳质量分数组织钴基1号较低由树枝状结晶的Co-Cr-W合金固溶体（奥氏体）初晶+该固溶体与Cr-W复合碳化物的共晶体组成钴基2号钴基4号钴基3号较高过共晶组织，即由粗大的一次Cr-W复合碳化物+该碳化物与固溶体的共晶体组成四、堆焊合金的选用（一）堆焊合金的选用原则1.满足零部件在工作条件下的使用性能要求；2.具有良好的焊接性能；3.堆焊的经济性。四、堆焊合金的选用（二）堆焊合金的选择步骤1.分析工作条件；2.根据一般规律列出几种可供选择的堆焊合金；3.分析待选堆焊合金与基体材料的相容性，初步选定堆焊合金和拟定堆焊工艺；4.进行样品堆焊，对焊后的工件在模拟工作运行实验，并进行实验评定；5.综合考虑使用寿命和成本，最后选定堆焊合金；工作条件堆焊合金高应力金属间磨损钴基合金低应力金属间磨损低合金钢金属间磨损+腐蚀或氧化钴基、镍基合金低应力磨料磨损、冲击浸蚀、磨料浸蚀高合金铸铁低应力严重磨料磨损，切割刃碳化钨严重冲击高合金锰钢严重冲击+腐蚀+氧化钴基合金高温下金属间磨损钴基合金热稳定性，高温蠕变强度（540℃）钴基、镍基合金常用的堆焊材料堆焊焊条大部分采用H08A冷拔焊芯，药皮填加合金的形式，也有采用管状芯、铸芯或合金冷拔焊芯的。我国堆焊焊条的牌号由字母D+三位数字组成，其中“D”为“堆”字汉语拼音第一个字母，表示堆焊焊条；牌号中的第一位数字，表示该焊条的用途、组织或熔敷金属主要成分；牌号中的第二个数字，表示同一用途、组织或熔敷金属主要成分中的不同编号，按0、1、2、3、4、……、9顺序编号；牌号中的第三位数字，表示药皮类型和焊接电流种类，例如2为钛钙型，6为低氢型，7为低氢型、直流反接，8为石墨型。D256低氢钾型药皮，交直流两用常温高锰钢堆焊焊条堆焊焊条序号用途牌号1不规定用途的堆焊焊条D00×～09×2不同硬度常温堆焊焊条D10×～24×3常温高锰钢堆焊焊条D25×～29×4刀具工具堆焊焊条D30×～49×5阀门堆焊焊条D50×～59×6合金铸铁堆焊焊条D60×～69×7碳化钨堆焊焊条D70×～79×8钴基合金堆焊焊条D80×～89×9尚待发展的堆焊焊条D90×～99×根据GB/T984—2001《堆焊焊条》标准规定，堆焊焊条型号按熔敷金属化学成分及药皮类型划分。其编制方法如下：1）型号最前列为英文字母“E”，表示焊条。2）型号第二字母“D”表示用于堆焊焊条。3）字母“D”后面用一或两字母、元素符号表示焊条熔敷金属化学成分分类代号，还可附加一些主要成分的元素符号；在基本型号内可用数字、字母进行细分类，细分类代号也可用短划“-”与前面分开。EDPCrMo-A1-03焊条内主要合金元素型号分类（普通低中合金钢）表示堆焊焊条表示焊条细分型号药皮类型，交直流两用堆焊焊丝、焊剂自学焊条电弧堆焊焊条电弧堆焊是目前应用最广泛的堆焊方法，它使用的设备简单，成本低，对形状不规则的工件表面及狭窄部位进行堆焊的适应性好，方便灵活。焊条电弧堆焊在我国有一定的应用基础，我国生产的堆焊焊条有完整的产品系列，仅标准定型产品就有近百个品种，还有很多专用及非标准的堆焊焊条产品。焊条电弧堆焊在冶金机械、矿山机械、石油化工、交通运输、模具及金属构件的制造和维修中得到了广泛应用。焊条电弧堆焊的特点和应用焊条电弧堆焊与一般焊条电弧焊的特点基本相同，设备简单、使用可靠、操作方便灵活、成本低、适宜于现场或野外堆焊，可以在任何位置焊接，特别是能通过堆焊焊条获得几乎所有的堆焊合金层。因此，焊条电弧堆焊是目前主要的堆焊方法之一。焊条电弧堆焊的缺点是生产效率低、劳动条件差、稀释率高。当工艺参数不稳定时，易造成堆焊层合金的化学成分和性能发生波动，同时不易获得薄而均匀的堆焊层。焊条电弧堆焊主要用于堆焊形状不规则或机械化堆焊可达性差的工件。由于焊条电弧堆焊成本低、灵活性强，就其堆焊基体的材料种类而言，焊条电弧堆焊既可以在碳素钢工件上进行，又可以在低合金钢、不锈钢、铸铁、镍及镍合金、铜及铜合金等工件上进行。防止堆焊金属开裂防止堆焊层金属的硬度不符合要求防止堆焊焊件变形焊条电弧堆焊工艺焊条电弧堆焊的堆焊规范对堆焊质量和生产率有重要影响，其中包括：堆焊前工件表面是否需要清理及清理程度；焊条的选择及烘干堆焊工艺参