2 1 3 合金粉末的优化选择选择使用何种粉末材料，是根据水泵工作状况、喷焊工艺及经济性来决定的。值得注意的是，喷焊层的耐磨蚀性和其宏观硬度(ＨＲＣ或ＨＢ)并不成线性比例，而是和其显微硬度(ＨＶ)成正比例，故而选择焊层时不应过分强调其宏观硬度的高低，这一点已在大量耐磨蚀性能对比试验中获得证实。对水泵抗汽蚀、抗磨损合金粉末选择一般应满足下列原则[4]:(1)对中小型水泵的叶片和叶轮室，处理较轻微的汽蚀损坏或泥沙磨损件可用Ｆｅ30、Ｆｅ280、Ｆｅ250等进行喷涂处理。修复水泵的铸件铸造缺陷或损坏，可选用喷焊性能和韧性及加工性能较好的Ｎｉ25、Ｎｉ20，用这种喷焊法代替焊接工艺，可避免铸铁在热影响区内形成Ｆｅ3Ｃ脆性相，防止焊层开裂。(2)对于中等磨损并要求较好抗汽蚀性能的使用条件，可考虑选用Ｎｉ35喷焊。它对基体金属适应性强，不致引起开裂，喷焊层富有韧性，可车削加工。对于汽蚀侵蚀或泥沙磨损严重的水泵叶片、叶轮室可选用Ｎｉ55或Ｎｉ60，它们具有很高的硬度、韧性和抗冲击能力及良好的抗汽蚀、抗磨损性能。(3)对要求在常温下承受强烈磨损和侵蚀而工作表面要求不高的水泵，可采取廉价的Ｆｅ60、Ｆｅ-ＷＣ25合金粉末，喷焊后无需加工可直接使用。(4)对于高应力磨粒磨损或冲刷磨损以及严重汽蚀侵蚀和要求严格的使用工况，可选用含ＷＣ的Ｆｅ-ＷＣ35，Ｎｉ-ＷＣ25、Ｎｉ-ＷＣ35合金粉末进行喷焊。
2 2 喷焊加工关键技术高硬质抗汽蚀、磨蚀材料在加工过程中，必须重点解决喷焊所引起的工件变形和喷层裂纹问题[5]。变形和裂纹的主要原因有:(1)在加工过程中的高温引起了内应力的产生，这种内应力随着喷层厚度的增加而叠加。(2)涂层金属凝固结晶时，由于低熔点共晶体的大量存在形成金属偏析，给裂纹的生成创造了条件。加之硬质相合金结晶时引起的晶粒粗大及晶界脆化使材料韧性大大降低，裂纹一旦产生极易扩展。(3)涂层和基体热物理性能的差异，特别是所选用的粉末与金属基体膨胀系数相差较大时，会导致冷却过程中基体金属出现较大的相变和层间应力，导致变形和涂层开裂。(4)材料加工过程中环境拘束度的影响，例如周围的空气温度和湿度的大小，操作人员的熟练水平，施喷的速度快慢、喷敷和重熔的温度高低以及预热、加温和冷却的速度等因素都直接影响到喷层的质量和变形裂纹的产生。针对喷焊层裂纹和工件变形问题，制定了严格的工艺流程和技术参数，包括送粉的速度、气源的压力、喷嘴的孔径和距工件的距离、每次喷层的厚度、覆盖的方式、温度的控制、冷却速度、保温时间及措施等。
2 3 试验研究结果在实验室利用汽蚀圆盘机对6种不同配比和不同成分的试块进行试验并与其它防护材料试块进行对比测试，以普通碳素钢为标准材料，见表1。它表明采用Ｎｉ-Ｃｒ基60系列喷焊的涂层抗汽蚀能力为普通碳素钢的19 5倍。Ｎｉ Ｃｒ基合金是在Ｎｉ、Ｂ、Ｓｉ中加入了15%～18%的Ｃｒ，在涂层的显微金相组织可见大量硬质相加入细化晶粒元素使组织细小，分布均匀。在熔合区有共晶体析出，边界可见扩散层。图1为喷焊组织金相照片。
的显微金相组织可见大量硬质相加入细化晶粒元
表1汽蚀试验结果对比材料名称基本成分(%)硬度(ＨＲＣ)连接方式抗蚀系数碳素钢环氧金刚砂电火花强化Ｎｉ222Ｆｅ30ＡＦｅ30ＡＮｉ55Ｎｉ55Ｎｉ60Ｆｅ、Ｃ环氧基液、金刚砂Ｆｅ、Ｃ、ＮｉＣ0 5%、Ｃｒ15%、Ａ14 5%、Ｆｅ8%、Ｓｉ0 8%、Ｎｉ余量Ｃ0 6%、Ｎｉ34 5%、Ｃｒ13%、Ｂ1 5%、Ｓｉ3%、Ｍｏ4 5%、Ｆｅ余量Ｃ0 6%、Ｎｉ34 6%、Ｃｒ13%、Ｂ1 5%、Ｓｉ3%、Ｍｏ4 5%、Ｆｅ余量Ｃ0 6%、Ｃｒ15%、Ｂ4%、Ｓｉ4%、Ｍｏ3%、Ｃｕ2 5%、Ｆｅ<12%、Ｎｉ余量Ｃ0 6%、Ｃｒ15%、Ｂ4%、Ｓｉ4%、Ｍｏ3%、Ｃｕ2 5%、Ｆｅ><12%、Ｎｉ余量Ｃ0 9%、Ｃｒ15%、Ｂ4%、Ｓｉ4%、Ｃｏ1 5%、Ｆｅ><14%、Ｎｉ余量2030ＨＢ2503030555560板材涂抹渗入喷涂喷涂喷焊喷涂喷焊喷焊1 0试验中脱落5 29 99 612 513 618 419 5>
表2 1990～2000年工艺试验研究内容及阶段性成果江苏房山泵站江苏凌城泵站皂河泵站江都三站湖北凡口泵站试验室水泵型号28ＺＬＢ-7040ＺＬＢ-506ＨＬ-70ＺＬ13 5-840ＣＪ-95扬程Ｈ(ｍ)8 5121 589 5流量Ｑ(ｍ3/ｓ)1 12 510013 550叶轮直径(ｍｍ)7001000600020004000试验日期1990年4月1991年11月1992年4月1993年7月1997年12月2000年7月重点试验内容及目的 进行8种喷焊(涂)层方案比较,在相同汽蚀工况下运行 研究喷焊材料和叶片、叶轮室的防护技术,解决喷焊加工工艺的开裂和变形问题 研究大型泵叶片喷焊工艺,解决预处理、预热、控温、变形等工艺问题 研究大型泵ｈａ1ｆ叶轮室喷焊时极限变形量,以便采取控制措施 ①全面检验防护工艺、变形控制措施;②真机应用试验研究;③研究喷焊大型工件的预热方式和热传导的影响 ①研究激光熔覆材料添加方式;②研究激光熔覆加工工艺参数包括:激光功率Ｐ,光斑尺寸ｄ,光腔输出构型和聚焦方式,激光扫描速度ｖ,激光多道搭接系数ａ等;③研究激光加工后材料抗汽蚀能力试验部位 叶片正、反面全部喷焊(涂)加工10台水泵叶片正反两面汽蚀区及叶轮室200ｍｍ宽度汽蚀带 叶片进水侧正面沿叶片宽度方向长条区域宽约250ｍｍ 叶轮室300ｍｍ宽度汽蚀带 叶片正面进水侧750×1500ｍｍ2汽蚀区和叶轮室330ｍｍ宽度汽蚀带 铸铁和铸钢表面试验结果 至1993年5月拆泵检查,每台累计运行时间3288ｈ。未经过处理的叶片汽蚀面积达到2800ｍｍ2,深度5ｍｍ。喷涂叶片在汽蚀区有脱落。喷焊叶片均未发生变化 为验证试验结果,喷焊加工后,将叶片角度从原来-10°增至0～2°。至1996年12月检查,平均每台运行2860ｈ,叶片、叶轮室表面光滑,无汽蚀破坏痕迹 用Ｎｉ基碳化钨二步法喷焊,至今效果良好,无汽蚀破坏痕迹 在不采取任何措施的情况下,ｈａｒｆ叶轮室极限变形量可达0 3%Ｄ,经采取措施,可控制变形量在±0 1%Ｄ以内(Ｄ为叶轮室直径) 叶片变形量控制在±0 1%Ｄ以内,叶轮室变形量控制在±0 05%Ｄ以内。喷焊过程中,经采取措施,热量对水泵油轴承无影响 采用与喷焊同一种Ｎｉ基和ＷＣ涂层材料,经激光熔覆处理后,铸铁和铸钢的平均抗汽蚀能力分别提高15 91倍和21 43倍。与喷焊工艺相比,平均抗汽蚀能力提高了1 3倍和1 5倍
2 3 现场试验及应用1990年开始我校率先在国内开展了水泵过流部件表面喷焊防护材料和关键技术的试验研究。通过不断地改进材料配方,并完成了泵站泵实施的试验工作,基本解决了大型轴流泵、混流泵叶片、叶轮室汽蚀区的严重破坏及大工件实施中的涂层脱壳、工件变形、裂纹等关键技术。1990～2000年工艺试验研究内容及取得的阶段性成果见表2。由于大量的试验研究工作在泵站泵上进行,成果经多年验证,已具备了推广应用的条件。试验研究和实际应用证明喷焊技术是目前解决大中型水泵汽蚀、磨蚀破坏的最好方法之一。
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