机械设备维修中热喷涂与喷焊技术研究

唐文华

摘要：热喷涂和喷焊技术是高温焊接的实用技术，该项技术比氧乙炔焊接工艺具有更理想的修复功能，从热喷涂和喷焊的基本原理看，对机械设备零件的修复可以保证功能性恢复，并可以延长使用寿命。

关键词：热喷涂；热喷焊；耐磨处理；修复

中图分类号：TG174 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）32-0035-02

机械设备维护中一个重要的项目就是针对易磨损的零件表面进行维护与修复，相比直接更换而言，利用喷涂（焊）技术对机械部件的表面进行维护与再造可以利用较低的成本恢复零件的性能，对于工厂节能减排和资源节约、建设环境友好型社会具有举足轻重的作用。热喷涂和喷焊技术是主要的技术类型，技术优势和应用都有较为广阔的前景。

1 热喷涂技术特征

1.1 热喷涂概述

热喷涂技术是利用电弧等热源，将喷涂材料从固体变为熔融状态，在高压气流的推动下喷涂材料被雾化，直接喷射到机械零件的表面，材料喷射到工件表面上受到阻力影响而形成扁平状，附着到工件表面达到修复磨损表面的目的。持续的喷涂则可以使得喷涂材料之间相互咬合，进一步形成机械结合，大量的喷涂材料在表面产生堆积，由此形成喷涂层达到维修的目的。

1.2 热喷涂工艺分析

1.2.1 工件表面处理：为了保证涂层与零件表面的有效结合，表面必须进行净化和粗化处理，具体的方法则应根据零件材料和涂层材料而定。净化处理的目的就是去掉零件表面的氧化皮、油渍等污物，关键是要去掉渗入的油脂。粗化处理则是为了增加涂层材料与基材之间的接触面积，如喷砂、滚花、电拉毛等方式。

1.2.2 预热处理：预热是针对工件进行加热处理，去除水分和湿气，拉近喷涂材料与零件之间的温度差，这样工件材料和喷涂材料的结合强度将得到强化，也可以减少热胀冷缩而导致的涂层材料开裂，通常预热的温度在60°～120°之间。

1.2.3 喷涂操作：在喷涂方法上也有很多种，主要视喷涂材料而定，当然工件的材料特性也必须考虑在内，如果陶瓷层则选用等离子技术；如果是碳化金属陶瓷层，则利用高速火焰喷涂；如果是塑料涂层，则直接利用火焰喷涂。

1.2.4 喷涂后维护：在完成涂层涂覆后应进行防腐处理，主要是防止腐蚀介质深入到涂层内而对基材产生影响。用于防腐的材料主要有石蜡、环氧树脂、硅树脂等，也可利用氧化物作为防腐剂。当然防腐剂的选择应根据介质、环境、温度等进行综合选择，对于承受高温或者重载荷的工件为了提高涂层结合的强度，必要时应对涂层进行重熔处理，使得涂层材料与基材变为更加致密的合金结合形式，而达到二次加固的效果。

2 等离子喷焊技术

2.1 等离子喷焊概述

等离子喷焊也是堆焊的一种，此类技术多应用在机械零件的表面缺陷修复与强化上，比较常见的喷焊粉末为钴基、镍基、铁基等。随着机械零件的质量和工况要求不断提高，氧乙炔火焰焊接已经不能满足对机械零件修复质量的要求。而等离子喷焊技术利用直流放电电弧，将高温氩气、氮气进行电离形成离子束，在电弧放电的位置通过低温气流，产生热收缩效应，使得电弧放电部位缩小，导致能量密度和电流密度急剧升高，形成的高温可达20000℃，利用其替代氧乙炔火焰完成焊接可以让喷涂材料与基材实现合金结合，更加牢固。

2.2 喷焊技术过程分析

喷焊的过程是利用离子气在钨极和喷嘴之间施加高频火花，引燃非转移弧，借助其引燃转移弧。此时通过送粉气和保护气，焊接材料被送入气枪，粉末经过电弧形成熔融状态，并喷射到零件表面，工件焊接部位在转移弧的作用下形成熔池，喷射到熔池的焊接材料与基材相结合形成合金焊层。

2.3 热喷焊的特点

等离子喷焊与喷涂差异在于等离子喷焊在实施时，采用的是非转移弧，而喷焊采用的是转移弧，所以二者之间的焊接效果不同，喷涂形成的是机械结合，而喷焊则可以达到冶金效果，在熔融状态下喷焊材料和基材形成更加紧密的合金形态，修复效果也就更好。同时喷焊形成的焊层更加致密，具有更好的耐腐蚀与抗冲击性能。但不能忽视的是，喷焊的过程中会导致工件设备发生熔融，从而导致局部高温，容易致使工件变形，因此在应用中应注意对此问题进行控制。

3 机械维修中热喷涂和热焊接技术

3.1 零件耐磨处理

形成耐磨涂层：热喷涂技术在表面处理中应用最广，主要的效果就是提高零件的表面硬度、降低孔隙率等性能，并减少机械摩擦。零件耐磨处理中应用的材料有镍基合金、碳化物、硼化物等。等离子喷涂的材料则有碳化物、氧化铝等，以此提高材料的耐磨性和密封性能。再如利用氧化铝-氧化钛等对工业零件进行处理，可以提高零件耐磨性和消除静电影响，在石油化工等领域的机械修复中获得了较广泛的应用。

3.2 轴承的修复

在各种机械设备中，轴承是数量最多的机械零件，在机械设备运行中起到传动作用，磨损程度和承载能力都要大于其他部件，因此经常会遇到轴承磨损失效的情况，热喷涂方法可以对轴承表面进行修复，常见的是利用氧乙炔粉喷、丝喷或者电弧丝喷涂等对轴承进行修复，操作简单且便于现场作业。

曲轴是内燃机的重要零件，失效的主要诱因也是磨损。因为设备在不同的工况下工作时，曲轴的摩擦工况是不断改变的，启动时摩擦和工作摩擦状态都是不同的，导致曲轴的表面容易受到摩擦力频繁改变的影响而损害，引起曲轴失效。此类磨损采用喷涂修复是最为有效的，同时也应考虑曲轴承载功能，因此选择修复方式时应注意提高曲轴抗疲劳的性能。曲轴磨损后通常采用氧乙炔喷粉等方式进行修复。实践证明，采用等离子喷涂铁基粉末修复曲轴是一种十分有效的方式，尤其是针对曲轴修复的经济性突出，是其他修复方式不能相比的。

3.3 液压杆的修复

热喷涂技术中利用不同的喷涂材料可以改善机械设备中零件的表面性能，如陶瓷涂层和金属陶瓷涂层，硬度高且耐磨性好，同时摩擦系数低，也可降低能耗，并保持零件的耐磨程度。如对液压活塞杆的修复就是该技术应用的主要方向，甚至一些大型活塞杆在制造的过程中就利用等离子喷涂技术来替代传统的镀铬技术，喷涂后涂层的密度可以达到200～350μm，硬度也可达到1200HV，可以提高液压杆的表面质量和寿命。

3.4 喷焊工艺的应用

喷焊是一种深层的焊接工艺，因为高温喷焊的工艺可以让焊接材料实现熔融形成合金，完成对高熔点材料的焊接。针对机械设备维护的范围也就更广，同时喷焊的效果光滑且平整，可控性强。完成修复后仍可保持零件表面的光滑程度，保持原有的机械性能。喷焊形成的微观组织更加致密，焊接材料与基材的结合属于一种冶金结合，因此喷焊的强度高且耐磨，让工件提高耐腐蚀性能。所以在对机械设备的修复中主要对滚砂机的叶片、粉碎机齿板、铲斗齿等破损进行修复，并可以保持零件的承载强度。但是喷焊中所用的金属合金粉末价格稍高，因此在修复过程中应考虑成本因素，使用时要综合考虑，尽量满足经济性和质量的双重要求。

4 结语

社会生产实践中，热喷涂和喷焊技术因其优势而被广泛应用于机械设备的维护，尤其是对各种机械设备上的特殊零件进行修复，不仅可以起到增强零件表面质量和强度的需求，也可以使表面获得特殊性能，从而进一步提高零件的机械性能，保证机械设备修复后的整体性能。

参考文献

[1] 徐滨士，谭俊，陈建敏.表面工程领域科学技术发展[J].中国表面工程，2011，（2）.

[2] 徐维普，邱艳丽，罗晓明.阀门热喷涂技术研究[J].流体机械，2010，（9）.

[3] 王鑫.热喷涂和喷焊技术在机械设备维修中的应用[J].甘肃科技，2009，（24）.