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金屬工件缺陷修復技術介紹
來源：武漢榮科水泥設備技術有限公司 點擊量： 次 發布時間：2012-07-24 22:43
隨著大型金屬工件在水泥生產設備上的廣泛應用，設備制造的缺陷，如組織松疏、鑄造過程中產生氣孔氣泡，加上基材硬度不均，長期在重載荷、高溫形態下超負荷循環工作，極易形成點蝕剝落或斷裂失效。金屬工件缺陷的修復技術越來越多地受到各界的高度關注，其修復的快捷性、簡易性、耐久性、經濟性成為修復技術的研究焦點。目前常見的修復技術有粉末冶金堆焊、冷焊堆焊、離子弧堆焊和熱噴涂等多種修復方法，以下分別予以介紹。
一、粉末冶金堆焊
（一）定義：
粉末冶金堆焊是為了增大或恢復工件尺寸，運用粉末冶金技術使焊件表面和焊件結構獲得具有特殊性能的熔敷金屬而進行的焊接。最優的焊接形式是氣體保護焊。
? (簡介)：冶金粉末堆焊技術是近年來發展和應用的一項涵蓋物理、化學、機械、材料等多學科、多領域的綜合性科學技術，冶金粉末配方中有12種（Fe、Mn、Si、Cr、V、Ni、......）不同的金屬和非金屬元素，其作用是提升工件的力學性能，增強工件的強度、彈性、耐磨性、耐蝕性和調節新型合金層的硬度，從而延長工件的使用壽命。以下選取其中主要成分說明其功用和作用機理。
? 1、冶金粉末中含有一定的Mn，Mn是很好的脫硫劑（S、P是金屬中的有害元素，衡量鋼材質量的優劣主要看S、P的含量，S、P的含量越低材質的綜合性能越好，S、P的含量越高材質的綜合性能越差），Mn與S化合生成MnS可消除S的含量，同時可消除O和S所導致的熱脆性，改善工件的熱加工性能。
? 2、P雖是工件中的有害雜質，但P也具有兩重性，當P的含量不超過0.46%時，P的含量與抗拉強度成正比，當P的含量超過0.46%時其抗拉強度大大降低，還增加焊接裂紋的敏感性，因此要獲得優質的焊接接頭，應盡量降低工件中P的含量。此外，含P較高的工件比含P較低的工件容易車削加工。
? 3、Si在煉鋼過程中用作還原劑和脫氧劑，能更好的消除氧化鐵的不良影響，含量通常不低于0.40%，Si能溶入鐵素體（晶格排列的一種表現形態）使鐵素體強化，提高工件的強度、硬度、彈性和耐磨性。Si還能改善工件的熱處理性能，當Si的含量過高時，熱處理中易導致鋼中碳的石墨化。因此，溫度變化太快容易導致工件開裂，這就是熱處理中要緩升溫、緩降溫（緩冷）的道理。
? 4、Cr的加入能顯著改善工件的抗氧化作用，增加工件的耐蝕能力。Cr能提高鋼材的電阻系數，是具有鈍化傾向的元素，所以，許多具有特殊物理、化學性能的鋼材中都含有一定比例的Cr。
? 5、V能細化工件的組織和晶粒，提高晶粒粗化溫度，從而降低工件的過熱敏感性，并提高工件的強度和韌性。V的碳化物是金屬碳化物中最硬和最耐磨的，加入V生成彌散分布的V4C3將增強工件的硬度和耐磨性，從而延長工件的使用壽命。同時，V能顯著改善低碳普通低合金鋼的焊接性，這主要是V能細化焊縫金屬的鑄態組織和減小熱影響區的過熱敏感性，防止熱影響區靠近熔化線金屬的晶粒過度長大和粗化。所以，V是普通低合金鋼的一種比較理想的合金元素。
? 總之，不同的元素具有不同的功能，冶金粉末的添加能提升工件的力學性能，增強工件的強度、彈性、耐磨性、耐蝕性和調節新型合金層的硬度，從而延長工件的使用壽命。與此同時，不同的元素又幾乎都同時具有兩重性，適當的添加比例是冶金粉末運用的關鍵之所在。否則，不適量的添加會適得其反，弄不好還會降低工件本身的強度、彈性、耐磨性和耐蝕性，從而減少工件的使用壽命。
（二）特點：
1.堆焊熔敷形成新型合金層與工件基材呈冶金結合， 結合強度高。
2.堆焊層組織致密，成型美觀。
3.成型后具有耐磨、耐蝕、耐高溫、抗氧化和提升沖擊韌性等綜合物理化學特性。
4.設備集成簡單，節能易操作，便于大型金屬工件的 在線作業。
5.熔池深（大于200mm）、面積大、熔敷效率高，特別適用于大型金屬工件剝落和裂紋的修復。
6.修復效率高，具有快捷性、簡易性、耐久性和經濟性，被廣泛運用于笨、重、超大型金屬工件的修復。
7.工藝要求嚴格，對焊材、焊接技術、氣象條件等工藝細節的要求都極為苛刻。
8.焊接產生焊后殘余應力，必須做分散和消除應力的工藝處理。
（三）應用范圍：
鑄鋼、合金鋼工件。適合回轉窯筒體、輪帶、托輪、大齒圈，磨機筒體、中空軸、磨盤座等工件的點蝕剝落或斷裂失效。
二、冷焊堆焊
（一）定義：
利用充電電容，以10^(-3) = 0.001~10^(-2) = 0.01 秒的周期，以 10 -6~10 -5秒的超短時間放電，電極材料與焊件接觸部位被加熱到8000~10000℃，等離子化狀態的熔融金屬以冶金的方式過渡到工件表面。等離子狀態是指物質原子內的電子在高溫下脫離原子核的吸引，使物質呈正負帶電粒子狀態存在。當這種電離過程頻繁發生，使電子和離子的濃度達到一定的數值時，物質的狀態也就起了根本的變化，它的性質也變得與氣體完全不同．為區別于固體、液體和氣體這三種狀態，我們稱物質的這種狀態為物質的第四態，又起名叫等離子態．
（二）特點：
1.與母材之間產生了合金化作用向工件內部擴散、熔滲形成擴散層，得到高強度的結合。
2.焊后工件不產生熱裂紋、不產生焊后殘余應力。
3.不變形、無色差、無硬點，便于機加工。
4. 熔池淺、面積小、熔敷效率低，適用于精密金屬工件磨損的修復。
5.工藝技術尚需完善，廣泛應用于大型金屬工件的修復還需時日。
（三）應用范圍：
特別適合精細金屬工件的修補和不宜使用高溫焊補的工件，如風機軸及電子儀器金屬表面的磨損或缺失等。
三、離子弧堆焊
（一）定義：
離子弧堆焊（亦稱等離子噴焊），是采用氬氣等離子弧作高溫熱源，采用合金粉末作填充金屬的一種表面熔敷（堆焊）合金的工藝方法。
（二）特點：
1.堆焊層硬度均勻、組織均一，易于避免質量缺陷。
2.焊道成形平整美觀，尺寸及熔敷率可控可調，適應工件大小的范圍寬。
3.堆焊過程連續，易于實現全自動化堆焊，適用于固定場地的工件修復。
4.由于粉末飛濺長時間施焊易產生粘嘴現象，影響工藝穩定。
5.堆焊質量對粉末質量的依賴性大。
6.堆焊工程中有少量粉末飄散造成一定程度的浪費。
（三）應用范圍：
主要用于密封面堆焊鈷基、鎳基、鐵基等硬面合金，如高溫高壓閥門或耐腐蝕閥門的修復。
四、熱噴涂
（一）定義：
熱噴涂是利用熱源將噴涂材料加熱至溶化或半溶化狀態，并以一定的速度噴射沉積到經過預處理的基體表面形成涂層的方法。
（二）特點：
1.熱源利用范圍寬，可噴涂的涂層材料幾乎涵蓋所有固體工程材料，如金屬、合金、陶瓷、塑料等復合物，能賦予基體形成各種功能（如耐磨、耐蝕、耐高溫、抗氧化、絕緣、隔熱、紅外吸收等）的表面，應用領域廣泛，發展潛力巨大。
2. 基體表面受熱程度小，不產生殘余應力，工件變形小，對基材的組織和性能基本沒有影響。
3.設備簡單，操作靈活，成本低廉，可實現快捷修復。
4.適應性強，一般不受工件尺寸大小及場地限制。
5.涂層厚度通常為2-3mm,不適用工件裂紋的修復。
（三）應用范圍：
應用范圍十分廣泛，幾乎適用所有固體工件小幅磨損的。
五、粉末冶金堆焊技術修復案例
（一）工件名稱、地點及使用單位：
1. 工件名稱：5000t/d回轉窯三檔輪帶。
2.地點：河南焦作。
3.使用單位：焦作千葉水泥有限公司。
（二）工件缺陷：
1號線三檔輪帶在修復點蝕剝落時發現一處（490mm*340mm）裂紋。
（三）修復方案:(略)
（四）工程期限：
七天時間（24小時不間斷作業）。
（五）施工其他事項：
（六）方案報價：
1.裂紋修復報價：20000元/100mm*100mm。
2.剝落修復報價：剝落深度小于50mm時12元/ Cm2，剝落深度大于50mm時24元/ Cm2。
3.結算按實際深度的剝落面積據實計算。
（七）質量保證：
輪帶質保肆年，托輪質保兩年。質保期內修復部位如出現質量問題，在不影響甲方正常生產的情況下本公司將承擔負責免費維修的責任。
（八）近期樣板工程及聯系方式：
1.銅陵海螺水泥有限公司 江處長13856233901 （修復萬噸線托輪剝落）
2.藍田堯柏水泥有限公司 李總18016915333 （修復輪帶、托輪剝落）
3.紅古祁連山水泥有限公司 李處長13919447374 （修復輪帶、托輪剝落、大齒圈裂紋）
4.宜興天山水泥有限公司 黃部長18921338913 （修復輪帶、托輪剝落）
5.山東聯合王晁水泥有限公司 黃經理18263789977 （修復輪帶、托輪剝落）
6.焦作千業水泥有限公司 周部長13939105950 （5000t輪帶裂紋490*340、修復輪帶、托輪剝落）
7.祁東南方水泥有限公司 周總13574782712 （修復輪帶、托輪剝落、大齒圈裂紋）
8.金磊南方水泥有限公司 尹部長18773538153 （修復輪帶、托輪剝落）
9.河南孟電水泥有限公司 付部長13837333612 （修復輪帶、托輪剝落）
10.隆回南方水泥有限公司 楊工15107391889 （2500t輪帶裂紋兩條、修復輪帶、托輪剝落）
11.寶豐大地水泥有限公司 王部長13603756133 （修復輪帶、托輪剝落、磨機滑履端面一圈裂紋）
12.南京中聯水泥有限公司 孫部長13951849494 （修復托輪裂透）
13.山西威頓水泥有限公司 孫廠長13834475999 （修復輪帶、托輪剝落）
14.葛洲壩當陽水泥有限公司 俞總13507245106 （修復輪帶、托輪剝落）
15.葛洲壩荊門水泥有限公司 付總13872918109 （修復輪帶、托輪剝落、磨機裂紋）
16.江西錦溪水泥有限公司 王部長13707985589 （修復輪帶、托輪剝落）
17.江蘇龍山水泥有限公司 黃總13869453699 （修復輪帶、托輪剝落）
18.遼寧銀盛水泥有限公司 倪部長15041918425 （修復輪帶、托輪剝落）
2.藍田堯柏水泥有限公司 李總18016915333 （修復輪帶、托輪剝落）
3.紅古祁連山水泥有限公司 李處長13919447374 （修復輪帶、托輪剝落、大齒圈裂紋）
4.宜興天山水泥有限公司 黃部長18921338913 （修復輪帶、托輪剝落）
5.山東聯合王晁水泥有限公司 黃經理18263789977 （修復輪帶、托輪剝落）
6.焦作千業水泥有限公司 周部長13939105950 （5000t輪帶裂紋490*340、修復輪帶、托輪剝落）
7.祁東南方水泥有限公司 周總13574782712 （修復輪帶、托輪剝落、大齒圈裂紋）
8.金磊南方水泥有限公司 尹部長18773538153 （修復輪帶、托輪剝落）
9.河南孟電水泥有限公司 付部長13837333612 （修復輪帶、托輪剝落）
10.隆回南方水泥有限公司 楊工15107391889 （2500t輪帶裂紋兩條、修復輪帶、托輪剝落）
11.寶豐大地水泥有限公司 王部長13603756133 （修復輪帶、托輪剝落、磨機滑履端面一圈裂紋）
12.南京中聯水泥有限公司 孫部長13951849494 （修復托輪裂透）
13.山西威頓水泥有限公司 孫廠長13834475999 （修復輪帶、托輪剝落）
14.葛洲壩當陽水泥有限公司 俞總13507245106 （修復輪帶、托輪剝落）
15.葛洲壩荊門水泥有限公司 付總13872918109 （修復輪帶、托輪剝落、磨機裂紋）
16.江西錦溪水泥有限公司 王部長13707985589 （修復輪帶、托輪剝落）
17.江蘇龍山水泥有限公司 黃總13869453699 （修復輪帶、托輪剝落）
18.遼寧銀盛水泥有限公司 倪部長15041918425 （修復輪帶、托輪剝落）
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