表面工程学在焊接方面的应用

表面工程学在焊接方面的应用班级：学号：姓名：日期：年月日表面工程学在焊接方面的应用摘要：综述焊接中的表面工程应用及发展历史、方向、前景，介绍目前几个目前应用比较广泛的表面工程技术，并对其性能、经济等方面进行比较。介绍爆炸焊接中表面工程技术应用。关键词：表面工程学，焊接，应用ApplicationofsurfaceengineeringinweldingAbstract：Surfaceengineeringapplicationofweldingandthedirectionofdevelopment,prospect,presenttheapplicationofsurfaceengineeringtechnologymorewidely,andcompareitsperformance,economyetc..Thesurfaceengineeringtechniquesintheapplicationofexplosivewelding.KeyWords：Surfaceengineering.Welding.Application1.前言表面工程学是多学科交叉、综合，多技术融合、集成的新兴学科，表面工程的最大优势是能够以低成本、低能耗制备出优于本体材料性能、多于本体材料功能，更加适宜于服役环境要求的新表面。表面工程学是材料科学与工程中发展最为迅速的学科之一，在机械制造、冶金、电子、汽车与船舶制造、能源与动力、航空航天等工业领域中起着举足轻重的作用，因此越来越受到广大工程技术人员的重视。在焊接领域，表面工程学起着极其重要的作用，焊接材料表面经过预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理，改变焊接金属或非金属表面的形态、化学成分和组织结构域，以获得所需表面性能的系统工程。表面强化、表面改性、表面防护以及表面修复在焊接领域的应用已有悠久的历史，但技术手段和技术内涵却在不断发展。在焊接初步发展之时，主要技术手段是手工电弧堆焊、埋弧自动堆焊和水蒸气保护振动电弧堆焊。70年代以后等离子堆焊、低真空熔结、CO2保护堆焊、氧-乙炔喷熔以及等离子喷涂、电弧喷涂、氧-乙炔喷涂等相继发展。进入80年代，化学气相沉积和物理气相沉积技术获得广泛应用，尤其是以激光束、电子束和离子束为代表的高能束技术趋于成熟，它以能量密度高、可控性好、加工精密等独特优点而被引用到表面熔覆、表面改性中。与此同时电刷镀、化学镀等镀覆技术以及超音速火焰喷涂技术也相继发展解决了设备制造与维修中的许多难题。在新工艺手段不断涌现的同时，一些传统的工艺也在不断吸收新的科技成果丰富其内涵。新材料的开发为堆焊技术的发展注入了活力。70年代开发了基本性能达到钴基合金水平的无钴铁基堆焊合金，该材料成功用于国内50～300MW发电机组高温高压阀门密封面的制造及修复中，提高了产品质量，延长了阀门使用寿命，经济效益显著。80年代进一步开发了全面性能达到或超过Co基StelliteNo.6合金的无钴镍基堆焊材料，优于国内外已有的代钴材料，价格仅为钴基合金的一半，具有国际领先水平。该项目获得国家发明三等奖，并获中、美、英三国发明专利。八十年代末研究的无缝药芯焊带埋弧自动堆焊技术，不但可获得高合金堆焊材料，且熔敷效率高（20kg/h），稀释率低（30%），十多年来，已稳定用于要求抗高应力，强冲击磨损的水泥辊压机、混凝土泵等产品的堆焊，取得显著经济效益。2.几种表面工程技术表面工程最大的优势是能够以多种方法制备出优于基体材料性能的表面功能薄层，该薄层厚度一般从几十微米到几毫米，仅是工件整体厚度的几百分之一或几十分之一。但却使工件具有比基体材料更高的耐磨性、抗腐蚀性和耐高温性能。采用表面工程措施的费用一般只占产品价格的5％—10％，却可以大幅度地提高产品的性能及附加值，从而获得更高的利润。由于表面工程在节能、节材方面的显著功效，发展表面工程已经成为落实可持续发展战略的重要技术措施之一。（1）电弧喷涂技术在传统的电弧喷涂枪中，采用拉瓦尔喷射技术对喷枪喷嘴进行优化设计，使雾化气流速度由传统电弧喷涂的375m/s左右，提高到550～700m/s。电弧喷涂时，Al粒子的速度由250m/s提高到342m/s，3Cr13粒子的速度由250m/s提高到388m/s。沉积率由60％提高到75％。Al涂层的拉伸结合强度提高114％，达到35MPa，3Cr13涂层的拉伸结合强度提高43％，达到43MPa，而高速电弧喷涂涂层的孔隙率只是传统电弧喷涂的三分之一。高速电弧喷涂的发展使传统的电弧喷涂在高结合强度、低孔隙率方面上了一个台阶，大大扩展了电弧喷涂技术的应用领域。（2）激光重熔技术激光重熔是用激光束将表面熔化而不加任何金属元素，已达到表面组织改善的目的。有些铸件的粗大树枝状结晶中常有氧化物和硫化物夹杂，以及金属化合物及气孔等缺陷，如果这些缺陷处于表面部位就会影响到疲劳强度、耐腐蚀性和耐磨性，用激光做表面重熔就可以把杂志、气孔、化合物释放出来，同时由于迅速冷却而使晶粒得到细化。与激光淬火工艺相比，激光重熔处理的关键是使材料表面经历了一个快速熔化—凝固过程，所得到的熔凝层玮铸态组织。工件横截面沿深度方向的组织为：熔凝层、相变硬化层、热影响区和基材，如图1所示。因此也常称其为液相淬火法。其主要特点如下：a.表面熔化时一般不添加任何合金元素，熔凝层与材料基体是天然的冶金结合。b.在激光熔凝过程中，可以排除杂质和气体，同时急冷重结晶获得的组织有较高的硬度、耐磨性和抗蚀性。c.其熔层薄，热作用区小，对表面粗糙度和工件尺寸影响不大，甚至可以直接使用。（3）表面热扩渗技术这一类型中包括有渗碳、渗氮、渗硼以及碳氮共渗、硫碳氮共渗等。渗碳和碳氮共渗渗碳工艺应用于焊接表面强化中都能提高焊接机构的寿命。进行渗碳处理时，主要的工艺方法有固体粉末渗碳、气体渗碳、以及真空渗碳、离子渗碳和在渗碳气氛中加入氮元素形成的碳氮共渗等。其中，真空渗碳和离子渗碳则是近20年来发展起来的技术，该技术具有渗速快、渗层均匀、碳浓度梯度平缓以及工件变形小等特点，将会在焊接材料表面尤其是精密焊接机构表面处理中发挥越来越重要的作用。表面技术增多之后，呼唤着理论上的创新。要求对表面、界面、基体之间的相互关系有深刻的认识，要求对表面失效原理、表面技术、涂覆层性能、表面技术设计、涂覆层材料、预处理与后加工、表面检测、表面质量控制、使用寿命评估、表面施工管理、技术经济分析、三废处理等各环节上的问题进行综合系统的研究。在新的实践和新的形势下，表面工程作为一个综合、完整的概念而被提出，并建立了相应的学科体系，从而指导着表面工程的迅速发展。表面工程是在表面物理、表面化学和固体力学的理论基础上融汇了现代摩擦学、腐蚀与防护、材料学、焊接学、电子学、自动控制、无损检测以及环境工程等有关成果而发展起来的。表面工程涉及的学科领域十分宽广，已形成了一个巨大的技术体系。表面工程特定的研究对象，坚实的理论基础，独立的研究内容，成熟的研究方法，国家重点实验室的建立和比较规范的学科体系，标志着表面工程作为一门学科趋向成熟。3.爆炸焊接中的表面技术应用爆炸焊接是用炸药作能源进行金属间焊接和生产金属复合材料的一种很有实用价值的高新技术。它的最大特点是在一瞬间能将相同的、特别是不同的和任意的金属组合，工艺简单、迅速、连接牢固。它的最大用途是制造大面积的各种组合、各种形状和各种用途的双金属及多金属复合材料。这种技术是一种先进的表面工程技术，这类材料也是一类用途广泛的表面工程材料。有以下特点：（1）表面（复层）材料、本体（基层）材料都可以根据实际需要任意选择。（2）爆炸焊接的表面材料和本体材料知见为冶金结合，结合强度很高。（3）爆炸焊接后，表面和本体以及整体材料都会有相当程度的硬化和强化，即爆炸硬化和爆炸强化。这种硬化作用有利于才来哦耐腐蚀和耐磨性的提高，相当于两种表面技术（复合表面技术）的有效结合。而且强化有利于这类材料的强度设计。（4）表面材料和本体材料的厚度及其厚度比都可以根据实际需要任意选择。（5）表面爆炸复合材料的面积可达数十平方米，重量可达数十吨，用其制造的设备可达数百吨。（6）表面爆炸复合才来哦可以是双层和多层。这些材料两侧都有不同的表面性能。（7）表面爆炸复合材料可以承受多次和多种形式的压力加工（如轧制、冲压、旋压、锻压、挤压和拉拔等），机械加工（如切割、切削、校直、校平和成形等），以及焊接、热处理和爆炸成形等后续加工，而不致分层和开裂。（8）爆炸焊接工艺很简单。（9）爆炸焊接工艺及其产品的成本低廉。（10）用爆炸焊接法获得的表面工程材料比用其他表面工程技术获得的表面工程材料有更好的使用性能。爆炸焊接技术是一种先进的和卓有成效的表面工程技术，爆炸复合材料就是一类品种繁多和数量庞大，具有特殊物理、力学和化学性能以及应用广泛的表面工程材料。参考文献[1]张光钧.激光表面工程的发展趋势[J].机械制造,2005,01:8-11.[2]王元良.焊接领域发展的新动向——太阳能应用中的焊接及表面工程[J].电焊机,2012,04:1-7.[3]徐滨士,马世宁,刘世参,张振学,张伟.表面工程技术的发展和应用[J].物理,1999,08:49-54.[4]郑远谋,高健,刘胜利.爆炸焊接与表面工程[J].中国表面工程,2002,02:8-10+2.[5]李金桂.表面工程学及其发展[J].材料保护,1996,06:13-15.[6]曾晓雁,吴懿平.表面工程学.机械工业出版社.2013,2,1.