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金属工件缺陷修复技术介绍
来源：武汉荣科水泥设备技术有限公司 点击量： 次 发布时间：2012-07-24 22:43
随着大型金属工件在水泥生产设备上的广泛应用，设备制造的缺陷，如组织松疏、铸造过程中产生气孔气泡，加上基材硬度不均，长期在重载荷、高温形态下超负荷循环工作，极易形成点蚀剥落或断裂失效。金属工件缺陷的修复技术越来越多地受到各界的高度关注，其修复的快捷性、简易性、耐久性、经济性成为修复技术的研究焦点。目前常见的修复技术有粉末冶金堆焊、冷焊堆焊、离子弧堆焊和热喷涂等多种修复方法，以下分别予以介绍。
一、粉末冶金堆焊
（一）定义：
粉末冶金堆焊是为了增大或恢复工件尺寸，运用粉末冶金技术使焊件表面和焊件结构获得具有特殊性能的熔敷金属而进行的焊接。最优的焊接形式是气体保护焊。
• (简介)：冶金粉末堆焊技术是近年来发展和应用的一项涵盖物理、化学、机械、材料等多学科、多领域的综合性科学技术，冶金粉末配方中有12种（Fe、Mn、Si、Cr、V、Ni、......）不同的金属和非金属元素，其作用是提升工件的力学性能，增强工件的强度、弹性、耐磨性、耐蚀性和调节新型合金层的硬度，从而延长工件的使用寿命。以下选取其中主要成分说明其功用和作用机理。
• 1、冶金粉末中含有一定的Mn，Mn是很好的脱硫剂（S、P是金属中的有害元素，衡量钢材质量的优劣主要看S、P的含量，S、P的含量越低材质的综合性能越好，S、P的含量越高材质的综合性能越差），Mn与S化合生成MnS可消除S的含量，同时可消除O和S所导致的热脆性，改善工件的热加工性能。
• 2、P虽是工件中的有害杂质，但P也具有两重性，当P的含量不超过0.46%时，P的含量与抗拉强度成正比，当P的含量超过0.46%时其抗拉强度大大降低，还增加焊接裂纹的敏感性，因此要获得优质的焊接接头，应尽量降低工件中P的含量。此外，含P较高的工件比含P较低的工件容易车削加工。
• 3、Si在炼钢过程中用作还原剂和脱氧剂，能更好的消除氧化铁的不良影响，含量通常不低于0.40%，Si能溶入铁素体（晶格排列的一种表现形态）使铁素体强化，提高工件的强度、硬度、弹性和耐磨性。Si还能改善工件的热处理性能，当Si的含量过高时，热处理中易导致钢中碳的石墨化。因此，温度变化太快容易导致工件开裂，这就是热处理中要缓升温、缓降温（缓冷）的道理。
• 4、Cr的加入能显著改善工件的抗氧化作用，增加工件的耐蚀能力。Cr能提高钢材的电阻系数，是具有钝化倾向的元素，所以，许多具有特殊物理、化学性能的钢材中都含有一定比例的Cr。
• 5、V能细化工件的组织和晶粒，提高晶粒粗化温度，从而降低工件的过热敏感性，并提高工件的强度和韧性。V的碳化物是金属碳化物中最硬和最耐磨的，加入V生成弥散分布的V4C3将增强工件的硬度和耐磨性，从而延长工件的使用寿命。同时，V能显著改善低碳普通低合金钢的焊接性，这主要是V能细化焊缝金属的铸态组织和减小热影响区的过热敏感性，防止热影响区靠近熔化线金属的晶粒过度长大和粗化。所以，V是普通低合金钢的一种比较理想的合金元素。
• 总之，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学性能，增强工件的强度、弹性、耐磨性、耐蚀性和调节新型合金层的硬度，从而延长工件的使用寿命。与此同时，不同的元素又几乎都同时具有两重性，适当的添加比例是冶金粉末运用的关键之所在。否则，不适量的添加会适得其反，弄不好还会降低工件本身的强度、弹性、耐磨性和耐蚀性，从而减少工件的使用寿命。
（二）特点：
1.堆焊熔敷形成新型合金层与工件基材呈冶金结合， 结合强度高。
2.堆焊层组织致密，成型美观。
3.成型后具有耐磨、耐蚀、耐高温、抗氧化和提升冲击韧性等综合物理化学特性。
4.设备集成简单，节能易操作，便于大型金属工件的 在线作业。
5.熔池深（大于200mm）、面积大、熔敷效率高，特别适用于大型金属工件剥落和裂纹的修复。
6.修复效率高，具有快捷性、简易性、耐久性和经济性，被广泛运用于笨、重、超大型金属工件的修复。
7.工艺要求严格，对焊材、焊接技术、气象条件等工艺细节的要求都极为苛刻。
8.焊接产生焊后残余应力，必须做分散和消除应力的工艺处理。
（三）应用范围：
铸钢、合金钢工件。适合回转窑筒体、轮带、托轮、大齿圈，磨机筒体、中空轴、磨盘座等工件的点蚀剥落或断裂失效。
二、冷焊堆焊
（一）定义：
利用充电电容，以10^(-3) = 0.001~10^(-2) = 0.01 秒的周期，以 10 -6~10 -5秒的超短时间放电，电极材料与焊件接触部位被加热到8000~10000℃，等离子化状态的熔融金属以冶金的方式过渡到工件表面。等离子状态是指物质原子内的电子在高温下脱离原子核的吸引，使物质呈正负带电粒子状态存在。当这种电离过程频繁发生，使电子和离子的浓度达到一定的数值时，物质的状态也就起了根本的变化，它的性质也变得与气体完全不同．为区别于固体、液体和气体这三种状态，我们称物质的这种状态为物质的第四态，又起名叫等离子态．
（二）特点：
1.与母材之间产生了合金化作用向工件内部扩散、熔渗形成扩散层，得到高强度的结合。
2.焊后工件不产生热裂纹、不产生焊后残余应力。
3.不变形、无色差、无硬点，便于机加工。
4. 熔池浅、面积小、熔敷效率低，适用于精密金属工件磨损的修复。
5.工艺技术尚需完善，广泛应用于大型金属工件的修复还需时日。
（三）应用范围：
特别适合精细金属工件的修补和不宜使用高温焊补的工件，如风机轴及电子仪器金属表面的磨损或缺失等。
三、离子弧堆焊
（一）定义：
离子弧堆焊（亦称等离子喷焊），是采用氩气等离子弧作高温热源，采用合金粉末作填充金属的一种表面熔敷（堆焊）合金的工艺方法。
（二）特点：
1.堆焊层硬度均匀、组织均一，易于避免质量缺陷。
2.焊道成形平整美观，尺寸及熔敷率可控可调，适应工件大小的范围宽。
3.堆焊过程连续，易于实现全自动化堆焊，适用于固定场地的工件修复。
4.由于粉末飞溅长时间施焊易产生粘嘴现象，影响工艺稳定。
5.堆焊质量对粉末质量的依赖性大。
6.堆焊工程中有少量粉末飘散造成一定程度的浪费。
（三）应用范围：
主要用于密封面堆焊钴基、镍基、铁基等硬面合金，如高温高压阀门或耐腐蚀阀门的修复。
四、热喷涂
（一）定义：
热喷涂是利用热源将喷涂材料加热至溶化或半溶化状态，并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法。
（二）特点：
1.热源利用范围宽，可喷涂的涂层材料几乎涵盖所有固体工程材料，如金属、合金、陶瓷、塑料等复合物，能赋予基体形成各种功能（如耐磨、耐蚀、耐高温、抗氧化、绝缘、隔热、红外吸收等）的表面，应用领域广泛，发展潜力巨大。
2. 基体表面受热程度小，不产生残余应力，工件变形小，对基材的组织和性能基本没有影响。
3.设备简单，操作灵活，成本低廉，可实现快捷修复。
4.适应性强，一般不受工件尺寸大小及场地限制。
5.涂层厚度通常为2-3mm,不适用工件裂纹的修复。
（三）应用范围：
应用范围十分广泛，几乎适用所有固体工件小幅磨损的。
五、粉末冶金堆焊技术修复案例
（一）工件名称、地点及使用单位：
1. 工件名称：5000t/d回转窑三档轮带。
2.地点：河南焦作。
3.使用单位：焦作千叶水泥有限公司。
（二）工件缺陷：
1号线三档轮带在修复点蚀剥落时发现一处（490mm*340mm）裂纹。
（三）修复方案:(略)
（四）工程期限：
七天时间（24小时不间断作业）。
（五）施工其他事项：
（六）方案报价：
1.裂纹修复报价：20000元/100mm*100mm。
2.剥落修复报价：剥落深度小于50mm时12元/ Cm²，剥落深度大于50mm时24元/ Cm²。
3.结算按实际深度的剥落面积据实计算。
（七）质量保证：
轮带质保肆年，托轮质保两年。质保期内修复部位如出现质量问题，在不影响甲方正常生产的情况下本公司将承担负责免费维修的责任。
（八）近期样板工程及联系方式：
1.铜陵海螺水泥有限公司 江处长13856233901 （修复万吨线托轮剥落）
2.蓝田尧柏水泥有限公司 李总18016915333 （修复轮带、托轮剥落）
3.红古祁连山水泥有限公司 李处长13919447374 （修复轮带、托轮剥落、大齿圈裂纹）
4.宜兴天山水泥有限公司 黄部长18921338913 （修复轮带、托轮剥落）
5.山东联合王晁水泥有限公司 黄经理18263789977 （修复轮带、托轮剥落）
6.焦作千业水泥有限公司 周部长13939105950 （5000t轮带裂纹490*340、修复轮带、托轮剥落）
7.祁东南方水泥有限公司 周总13574782712 （修复轮带、托轮剥落、大齿圈裂纹）
8.金磊南方水泥有限公司 尹部长18773538153 （修复轮带、托轮剥落）
9.河南孟电水泥有限公司 付部长13837333612 （修复轮带、托轮剥落）
10.隆回南方水泥有限公司 杨工15107391889 （2500t轮带裂纹两条、修复轮带、托轮剥落）
11.宝丰大地水泥有限公司 王部长13603756133 （修复轮带、托轮剥落、磨机滑履端面一圈裂纹）
12.南京中联水泥有限公司 孙部长13951849494 （修复托轮裂透）
13.山西威顿水泥有限公司 孙厂长13834475999 （修复轮带、托轮剥落）
14.葛洲坝当阳水泥有限公司 俞总13507245106 （修复轮带、托轮剥落）
15.葛洲坝荆门水泥有限公司 付总13872918109 （修复轮带、托轮剥落、磨机裂纹）
16.江西锦溪水泥有限公司 王部长13707985589 （修复轮带、托轮剥落）
17.江苏龙山水泥有限公司 黄总13869453699 （修复轮带、托轮剥落）
18.辽宁银盛水泥有限公司 倪部长15041918425 （修复轮带、托轮剥落）
2.蓝田尧柏水泥有限公司 李总18016915333 （修复轮带、托轮剥落）
3.红古祁连山水泥有限公司 李处长13919447374 （修复轮带、托轮剥落、大齿圈裂纹）
4.宜兴天山水泥有限公司 黄部长18921338913 （修复轮带、托轮剥落）
5.山东联合王晁水泥有限公司 黄经理18263789977 （修复轮带、托轮剥落）
6.焦作千业水泥有限公司 周部长13939105950 （5000t轮带裂纹490*340、修复轮带、托轮剥落）
7.祁东南方水泥有限公司 周总13574782712 （修复轮带、托轮剥落、大齿圈裂纹）
8.金磊南方水泥有限公司 尹部长18773538153 （修复轮带、托轮剥落）
9.河南孟电水泥有限公司 付部长13837333612 （修复轮带、托轮剥落）
10.隆回南方水泥有限公司 杨工15107391889 （2500t轮带裂纹两条、修复轮带、托轮剥落）
11.宝丰大地水泥有限公司 王部长13603756133 （修复轮带、托轮剥落、磨机滑履端面一圈裂纹）
12.南京中联水泥有限公司 孙部长13951849494 （修复托轮裂透）
13.山西威顿水泥有限公司 孙厂长13834475999 （修复轮带、托轮剥落）
14.葛洲坝当阳水泥有限公司 俞总13507245106 （修复轮带、托轮剥落）
15.葛洲坝荆门水泥有限公司 付总13872918109 （修复轮带、托轮剥落、磨机裂纹）
16.江西锦溪水泥有限公司 王部长13707985589 （修复轮带、托轮剥落）
17.江苏龙山水泥有限公司 黄总13869453699 （修复轮带、托轮剥落）
18.辽宁银盛水泥有限公司 倪部长15041918425 （修复轮带、托轮剥落）
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