由于玻璃瓶罐成型生產(chǎn)線日益增長的生產(chǎn)力需求,鈷合金開始作為玻璃成型的沖頭/芯子的熔覆材料。當(dāng)成型操作工況造成實際平均工作溫度的提升,鎳合金就顯露其性能局限性;而鈷合金在抵抗高溫方面起著至關(guān)重要的作用。

鎳基合金焊粉的定義
      將“鎳”視作熔覆材料是一種誤解,事實上鎳基合金焊粉是一種由鎳(Ni)、鉻(Cr)、硼(B)和硅(Si)組成的合金。這種合金的特性在于其熔點較低,介于1,020°℃~1,050°導(dǎo)致整個市場廣泛使用鎳基合金焊粉(鎳、鉻、硼、硅)作為熔覆材料的主要因素,在于市場上已經(jīng)大力推廣了不同顆粒度的鎳基合金焊粉。而且,由于具有低熔點、光滑性、易于控制焊接熔池等特點,鎳基合金從最初階段變得易于通過氧燃料氣焊(OFW)進(jìn)行焊接沉積。

      氧燃料氣焊(OFW)包括兩個不同階段:第一階段,稱作沉積階段,焊粉熔化的同時粘附于工件表面上;第二階段,也是重要階段,即重熔階段,熔覆材料重新熔化以便壓實、減少氣孔。必須提出一個事實,所謂的重熔階段是通過母材與鎳合金之間的熔點差異來實現(xiàn)的,母材可能是熔點為1,350~1,400℃的鐵素體鑄鐵或者熔點為1,370~1,500的C40碳鋼(UNI7845-78)。

     正是熔點差異,確保了鎳、鉻、硼、硅合金處在重熔階段的溫度時、同時不會引起母材的重熔現(xiàn)象。

     然而,鎳合金沉積也可以通過不需要重熔過程而實現(xiàn),沉積一層緊實的線狀焊道:這需要借助等離子轉(zhuǎn)移弧焊接技術(shù)(PTA)

鎳基合金焊粉用于融覆瓶罐玻璃模具行業(yè)的沖頭/芯子

     鑒于上述原因,玻璃行業(yè)很自然地選擇了鎳基合金用作沖頭表面的硬化涂層。鎳基合金的沉積既可通過氧燃料氣焊(OFW),也可通過超音速火焰噴涂(HVOF)實現(xiàn),而重熔過程可通過感應(yīng)加熱系統(tǒng)或者再次氧燃料氣焊(OFW)實現(xiàn)。再次強(qiáng)調(diào),母材和鎳合金之間的熔點差異是最重要的前提條件,否則熔覆將無法實現(xiàn)。

    鎳、鉻、硼、硅合金可使用等離子轉(zhuǎn)移弧技術(shù)(PTA)實現(xiàn),如等離子焊(PTAW),或鎢極惰性氣體保護(hù)焊(GTAW),條件是客戶擁有制備惰性氣體的車間。根據(jù)工作需求不同,鎳基合金硬度會相應(yīng)變化,但通常會在30HRC至60HRC之間。

高溫環(huán)境下，鎳基合金焊粉的硬度

    上文所述的硬度是指在室溫下的硬度。然而,在高溫運行環(huán)境下,鎳基合金的硬度會降低。如下表格,顯示在高溫下鎳基涂層的沖頭/芯子硬度顯著下降的客觀事實:

    表格三:

    n.m.= not measurable無法測量出硬度值 (HRC)

    如上所示,溫度越高,鎳基合金的硬度越小

    表格四:

   
    如上所示,雖然在室溫時鈷基合金的硬度要低于鎳基合金,但在高溫時,鈷基合金的硬度大 大強(qiáng)于鎳基合金。

   如下曲線圖顯示不同合計焊粉的硬度隨溫度升高發(fā)生的變化：

鈷基合金焊粉的定義
       將鈷視作熔覆材料,實際上是一種由鈷(Co)鉻(Cr)、鎢(W),或,鈷(Co)、鉻(Cr)、鉬(Mo)組成的合金。通常指“司太立(Stellite)”焊粉,鈷基合金具有碳化物和硼化物而形成自身的硬度。某些鈷基合金含有2.5%含量的碳。鈷基合金主要特點是即使在高溫條件下具有超強(qiáng)的硬度。

沖頭/芯子表面沉積鈷基合金過程遇到的問題
      鈷基合金沉積的主要問題是與其高熔點相關(guān)的。事實上,鈷基合金的熔點是1,375~1,400,這幾乎也是碳鋼、鑄鐵的熔點。假定來說,如果我們必須使用氧燃料氣焊Fw)或超音速火焰噴涂(HVOF),那么在“重熔”階段時,母材也會熔化。在沖頭/芯子上沉積鈷基焊粉的唯一可行方案是:等離子轉(zhuǎn)移弧噴焊(PTA)。

關(guān)于冷卻
     如上說明,使用氧燃料氣焊(OFW)和超音速火焰噴涂(HVOF)工藝,意味著沉積的焊粉層同時進(jìn)行熔化和粘附。而在接下來的重熔階段壓實線狀焊道和填充氣孔。

      如下圖片顯示這兩種工藝與等離子轉(zhuǎn)移弧焊(PTA)之間的對比結(jié)果。

      可以看出,母材表面和熔覆表面之間銜接完美、沒有間斷。測試中的沖頭是在相同的(瓶罐)生產(chǎn)線上,使用氧燃料氣焊(OFW)或超音速火焰噴涂(HVOF)的沖頭、使用等離子轉(zhuǎn)移弧(PTA)的沖頭,顯示在相同的冷卻風(fēng)壓力下、等離子轉(zhuǎn)移弧(PTA)的沖頭工作溫度低100C。

關(guān)于機(jī)加工
      機(jī)械加工在沖頭/芯子生產(chǎn)中是非常重要的一道工序。上文指明,沉積高溫下硬度嚴(yán)重降低的焊粉(在沖頭/芯子上)是非常不利的。其中一個原因是關(guān)于機(jī)械加工;在60HRC硬度的合金焊粉上加工相當(dāng)困難,迫使客戶在車刀參數(shù)設(shè)定時只能選擇低參數(shù)(車刀速度、供給速度、深度…)在45HRC硬度的合金焊粉上使用同樣的噴焊程序,則很明顯更加容易;車刀參數(shù)也可以設(shè)定得更高,機(jī)械加工本身也會更易于完成。

關(guān)于沉積焊粉的重量
      在粘附熔覆材料在工件上,氧燃料氣焊(OFW)和超音速火焰噴涂(HVOF)的工藝具有非常高的焊粉損失率,焊粉損失率可高達(dá)70%。如果一件吹吹芯子噴焊實際需要30克焊粉,這意味著焊槍必須噴出100克焊粉。相差甚遠(yuǎn),等離子轉(zhuǎn)移弧(PTA)技術(shù)的焊粉損失率約在3%~5%。同樣的吹吹芯子則焊槍只需要噴出32克焊粉。

關(guān)于沉積時間
      氧燃料氣焊(OFW)和超音速火焰噴涂(HVOF)沉積時間是相同的。比如同一件吹吹芯子的沉積加重熔時間為5分鐘。等離子轉(zhuǎn)移弧(PTA)技術(shù)也需要相同的5分鐘時間實現(xiàn)工件表面完全硬化(等離子轉(zhuǎn)移弧)