什么是喷焊？- 工艺和技术

什么是喷焊？

喷焊是指热喷涂形式的几种焊接工艺。是将粉末或线材用压缩气体高速雾化后喷到金属表面的工业活动。

喷焊涉及使用工业等离子、火焰、爆轰枪、电弧喷涂和高速氧燃料。由于飞溅焊接会产生大量热量，因此必须仔细并始终如一地遵循程序和规定，以避免对人员和环境造成伤害。

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喷焊的工作原理是什么？

热喷涂是代表多种涂层工艺的通用术语。整个焊接涉及到涂层材料的使用，例如棒材、粉末或线材，这些材料被各种能源熔化。

简单来说，它可以定义为由热源和涂层材料组成的工业涂层过程，这些涂层材料熔化成液滴并以高速喷射。喷雾由雾化射流或气体向基材推进。

热喷涂是一种非常通用的工艺，并且众所周知是高效的。它可以很好地替代多种表面处理，包括热处理或氮化处理工艺、镀铬、镀镍、阳极氧化等方法。

涂层厚度因个人喜好而异。该涂层可修复磨损的部件和基本机器零件。它还可以用于提高元件的性能和耐用性。如果处理得当，这可以持续长达 70%。

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不同类型的喷焊技术

1.喷弧焊

喷涂电弧焊是用于将金属从电极或焊丝转移到焊缝的工艺之一。微小的熔融金属液滴穿过电弧到达正在加工的母材或接头上。

喷涂转移非常适合用于对接或角焊的较厚金属。它不适合定位焊接工作，因为飞溅的金属液滴和重力不会为焊工或焊接工作创造理想的情况。

从技术上讲，喷涂电弧焊是一种通过电弧转移的熔融金属喷雾，就像水从带有受限孔口的花园软管中逸出一样。喷涂电弧焊减少了焊接飞溅并产生更精细的焊缝。

进程

该过程涉及高电流和电压水平。当电线靠近贱金属时，它会在接触金属之前产生电流。电流非常迅速地加热电线并将其熔化。熔融金属以微小液滴的形式穿过产生的电弧，因此得名喷弧焊。

当配备保护气体、金属和线规以及触点到尖端距离的理想组合时，喷涂电弧焊可以实现高金属沉积率。通过完美结合一切，该过程可以产生非常高的瞬态电流。该工艺又称轴向喷涂。

此过程中使用的电流水平必须高于瞬态电流。只有这样，金属才会以液滴的形式转移，而不仅仅是熔化。该过程需要使用具有足够电压水平的高电流水平，以确保无飞溅焊接。

优势

喷涂电弧焊是一种非常有效的工艺。此过程提供的一些重要好处包括：

• 高金属沉积率
• 良好的金属融合性和渗透性
• 出色的焊道外观
• 能够使用更大直径的电极线
• 很少产生飞溅

尽管存在如此广泛的好处，但喷射电弧转移方法确实存在很大的局限性。

限制

喷弧转移的局限性包括但不限于：

• 仅适用于厚材料（约 1/8 英寸（3 毫米）或更厚）
• 仅限于平面和水平角焊位置
• 它没有开放根功能

2.火焰喷涂工艺

火焰喷涂，又称氧/乙炔燃烧喷涂，是大约100年前发展起来的原始热喷涂技术。它利用焊枪的基本原理，加上高速气流将熔融颗粒推到基材上。

涂层材料可以是金属丝或粉末形式。火焰喷涂涂层通常在施工后熔化，以提高附着力和涂层密度。

优势

• 高沉积率
• 低表面加热
• 用途广泛
• 流程简单且用户友好

缺点

• 附着力相对较低
• 提高加热效率
• 不兼容熔点超过 2,800°C 的金属

3.高速全氧燃料 (HVOF)

HVOF（高速氧燃料）工艺燃烧氧气和一组精选的易燃气体，包括丙烷、丙烯或氢气。 HVOF系统虽然采用燃烧的基本原理，但喷枪的设计与标准的全氧喷枪不同。

HVOF 喷枪的差异会产生更高的火焰温度和更高的速度。结果是更彻底熔化的粉末和更多的动能可用于“压平”涂层材料的熔化颗粒。 HVOF工艺可产生优异的粘合强度和涂层密度。

HVOF工艺最常用于沉积高熔点金属和金属合金，如碳化钨、碳化铬。

优势

• 高度支持厚涂层
• 孔隙率低
• 高附着力水平
• 与火焰喷涂或等离子相比，碳化物残留更多

缺点

• 相对响亮，噪音水平高达 130 分贝
• 沉积率低
• 略贵

4.等离子喷涂工艺 (PTA)

等离子喷涂工艺（非转移电弧）使用通过电极的惰性气体，从而诱导气体的“等离子”状态。当气体离开喷枪装置的喷嘴并恢复到正常状态时，会释放出大量的热量。

将粉末涂层材料注入等离子“火焰”中并喷射到基材上。

陶瓷涂层由于其高熔化温度而最常使用等离子喷涂。 （通常> 3500 F）。使用等离子喷涂可以喷涂多种类型的陶瓷涂层。

优势

• 容易申请
• 金属陶瓷颗粒尺寸更大
• 耐磨性
• 孔隙率极低或为零
• 厚涂层
• 与 GTAW 相比，基板发热低

缺点

• 喷涂材料高度氧化
• 很难得到 1 毫米或更小的薄层

5.爆轰喷射

爆轰喷涂是多种形式的热喷涂技术之一，用于以超音速将保护涂层施加到材料上，以改变其表面特性。这主要是为了提高组件的耐用性。

它由 H.B. 于 1955 年首次发明。萨金特，R.M. Poorman 和 H. Lamprey，并使用专门设计的爆轰枪 (D-gun) 应用于组件。必须通过去除所有表面油、油脂、碎屑和粗糙化表面来正确准备被喷涂的部件，以实现强结合的爆炸喷涂涂层。

与所有其他形式的热喷涂技术相比，该过程涉及最高的速度（≈3500 m/s 冲击波推动涂层材料）和涂层材料的温度（≈4000 °C）。

这意味着爆轰喷涂能够喷涂低孔隙率（低于 1%）和低氧含量（0.1-0.5% 之间）的保护涂层，可在低负载下防止腐蚀、磨损和粘附。

该工艺允许应用非常坚硬和致密的表面涂层，这些涂层可用作耐磨涂层。出于这个原因，爆轰喷涂通常用于飞机发动机、塞规和环规、切削刃（刮刀）、管状钻头、转子和定子刀片、导轨或任何其他易磨损的金属材料的保护涂层和撕裂。

通常在爆炸喷涂过程中喷涂到部件上的材料是金属、金属合金和金属陶瓷的粉末；以及它们的氧化物（铝、铜、铁等）。

爆炸喷涂是一个工业过程，如果在安全的环境中执行不当，可能会很危险。因此，在使用这种热喷涂技术时必须遵守许多安全预防措施。

6.冷喷涂工艺

冷喷涂（CS）是一种涂层沉积方法。固体粉末（直径 1 到 50 微米）在超音速气体射流中被加速到最高速度。 1200 米/秒。在与基体碰撞过程中，颗粒发生塑性变形并粘附在表面。

为了获得均匀的厚度，喷嘴沿基材扫描。冷喷涂可沉积金属、聚合物、陶瓷、复合材料和纳米晶粉末。

由气体膨胀提供的颗粒动能在粘合过程中转化为塑性变形能。与等离子喷涂、电弧喷涂、火焰喷涂或高速氧燃料 (HVOF) 等热喷涂技术不同，粉末在喷涂过程中不会熔化。

喷焊的优势

• 平滑焊道
• 高穿透力（用于 3/16 英寸或更大的金属）
• 高焊接沉积率
• 最小的飞溅
• 降低成本：喷涂用于强化成本较低的材料
• 低热输入：涂层不会穿透基材
• 用途广泛：大多数金属、塑料和陶瓷都可以喷涂
• 适用于广泛的厚度范围：0.001 到 0.1 英寸，厚度可以超过 1 英寸
• 处理速度快：喷涂速度为 3 至 60 磅/小时（取决于所使用的工艺）

喷焊的缺点

• 需要焊工培训
• 由于氩气含量较高 (> 85%)，天然气成本可能会更高
• 建议仅用于平面位置和水平圆角
• 高温会导致焊工不适
• 可能会导致咬边，尤其是在焊缝的顶部边缘
• 涂层的粘合是机械的，而不是冶金的
• 视线过程
• 涂层对精确负载的抵抗力差

常见问题。