原理 耐磨材料等離子弧堆焊技術(shù)是采用等離子弧堆焊方法，利用等離子弧的高溫，電流密度大的特點。將高硬度質(zhì)顆粒均勻地釬鑲于堆焊層金屬中,而硬質(zhì)顆粒不產(chǎn)生熔化或很少產(chǎn)生熔化.形成復合堆焊層.這種復合堆焊層是由兩種以上在宏觀上具有不同性質(zhì)的異種材料組成.一種是在堆焊層中起主要耐磨作用的碳化物硬質(zhì)顆粒,一般為鑄造碳化鎢,碳化鉻,碳化硼,燒結(jié)碳化鎢等.從原則上講各種碳化物,硼化物甚至硬度更高的金剛石都可以作為復合堆焊層的組成物.目前國內(nèi)外工業(yè)上復合材料等離子弧堆焊應用焊接較多的硬質(zhì)顆粒是鑄造碳化鎢,它是由共晶組成,硬度為250～300.堆焊層的另一種組成金屬是起"牯結(jié)"作用的基材金屬,也稱之為胎體金屬,它是堆焊層中的基體.一般認為,硬質(zhì)顆粒與胎體金屬的結(jié)合是釬焊結(jié)合,堆焊層與母材的結(jié)合為冶金結(jié)合. 特點 采用等離子弧堆焊技術(shù)獲得的復合堆焊層質(zhì)量穩(wěn)定可靠.復合材料等離子弧堆焊技術(shù)的最新進展可使堆焊層達到無氣孔,裂紋及碳化物燒損,熔解等缺陷.碳化物顆粒在堆焊層中分布均勻. 耐磨材料堆焊層耐磨性高,在磨損嚴重的工況條件下,復合堆焊層的耐磨性表現(xiàn)尤為突出,可較通常的鐵,鈷,鎳基舍金表面保護層提高耐磨使用壽命幾倍甚至十幾倍. 具有較高的結(jié)合強度.由于堆焊層與被保護工件表面是冶金結(jié)合,因此可以滿足很高的強度要求.同熱噴涂獲得的復合耐磨保護層比較,堆焊層結(jié)合強度是熱噴涂層結(jié)合強度的3—8倍. 復合堆焊層能滿足一定的抗沖擊要求.例如,水泥生產(chǎn)設備的石灰石破碎機錘頭,由于在磨損過程中所受的沖擊力較大,一般采用高錳鋼材料,使用壽命較低,在表面堆焊高碳高鉻合金后,易造成堆焊層破碎剝離,若采用復合耐磨堆焊層可避免這種情況發(fā)生,并且耐磨性明顯提高. 可實現(xiàn)高教自動化生產(chǎn),降低工人勞動強度,改善作業(yè)條件.提高勞動生產(chǎn)率.
粉末等離子弧堆焊技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中能適應各種高合金高性能材料堆焊要求的一種
焊接方法，而且稀釋率可控制在5％～15％之間。但如果使用常規(guī)的粉末等離子孤堆焊技術(shù)，希望得到小于5％稀釋率時，所能獲得的熔敷速度均在6kg／h以下。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，特別是對大面積高性能耐磨堆焊的需求，國內(nèi)外開展了先進的高效，低稀釋率粉末等離子弧堆焊技術(shù)研究。70年代美國曾研究了“高能等離子孤堆焊技術(shù)”，其功率達80kW，后捷克又發(fā)展了一種液穩(wěn)等離子孤堆焊設備，熔敷速度達56kg／h。但稀釋率仍在20％以上， 90年代德國成功地研制了熔敷速度高達70kg／h稀釋率能控制在10％以下的粉末等離子孤堆焊技術(shù)；國內(nèi)90年代中也開始研究該技術(shù)，并已取得熔敷速度達15kg／h，稀釋率能控制在l％以下的可喜成果。
2. 技術(shù)內(nèi)容和技術(shù)關(guān)鍵
傳統(tǒng)的粉末等離子孤堆焊技術(shù)沒能很好地解決熔敷速度和稀釋率之間的矛盾，主要由于：第一，對焊接過程熔化粉末和母材的能量來源只注意來自電弧的熱能，對其他形式的能量，如粉末飛行的動能注意不夠。其次，以往原理 耐磨材料等離子弧堆焊技術(shù)是采用等離子弧堆焊方法，利用等離子弧的高溫，電流密度大的特點。將高硬度質(zhì)顆粒均勻地釬鑲于堆焊層金屬中,而硬質(zhì)顆粒不產(chǎn)生熔化或很少產(chǎn)生熔化.形成復合堆焊層.這種復合堆焊層是由兩種以上在宏觀上具有不同性質(zhì)的異種材料組成.一種是在堆焊層中起主要耐磨作用的碳化物硬質(zhì)顆粒,一般為鑄造碳化鎢,碳化鉻,碳化硼,燒結(jié)碳化鎢等.從原則上講各種碳化物,硼化物甚至硬度更高的金剛石都可以作為復合堆焊層的組成物.目前國內(nèi)外工業(yè)上復合材料等離子弧堆焊應用焊接較多的硬質(zhì)顆粒是鑄造碳化鎢,它是由共晶組成,硬度為250～300.堆焊層的另一種組成金屬是起"牯結(jié)"作用的基材金屬,也稱之為胎體金屬,它是堆焊層中的基體.一般認為,硬質(zhì)顆粒與胎體金屬的結(jié)合是釬焊結(jié)合,堆焊層與母材的結(jié)合為冶金結(jié)合. 特點 采用等離子弧堆焊技術(shù)獲得的復合堆焊層質(zhì)量穩(wěn)定可靠.復合材料等離子弧堆焊技術(shù)的最新進展可使堆焊層達到無氣孔,裂紋及碳化物燒損,熔解等缺陷.碳化物顆粒在堆焊層中分布均勻. 耐磨材料堆焊層耐磨性高,在磨損嚴重的工況條件下,復合堆焊層的耐磨性表現(xiàn)尤為突出,可較通常的鐵,鈷,鎳基舍金表面保護層提高耐磨使用壽命幾倍甚至十幾倍. 具有較高的結(jié)合強度.由于堆焊層與被保護工件表面是冶金結(jié)合,因此可以滿足很高的強度要求.同熱噴涂獲得的復合耐磨保護層比較,堆焊層結(jié)合強度是熱噴涂層結(jié)合強度的3—8倍. 復合堆焊層能滿足一定的抗沖擊要求.例如,水泥生產(chǎn)設備的石灰石破碎機錘頭,由于在磨損過程中所受的沖擊力較大,一般采用高錳鋼材料,使用壽命較低,在表面堆焊高碳高鉻合金后,易造成堆焊層破碎剝離,若采用復合耐磨堆焊層可避免這種情況發(fā)生,并且耐磨性明顯提高. 可實現(xiàn)高教自動化生產(chǎn),降低工人勞動強度,改善作業(yè)條件.提高勞動生產(chǎn)率.
粉末等離子弧堆焊技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中能適應各種高合金高性能材料堆焊要求的一種
焊接方法，而且稀釋率可控制在5％～15％之間。但如果使用常規(guī)的粉末等離子孤堆焊技術(shù)，希望得到小于5％稀釋率時，所能獲得的熔敷速度均在6kg／h以下。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，特別是對大面積高性能耐磨堆焊的需求，國內(nèi)外開展了先進的高效，低稀釋率粉末等離子弧堆焊技術(shù)研究。70年代美國曾研究了“高能等離子孤堆焊技術(shù)”，其功率達80kW，后捷克又發(fā)展了一種液穩(wěn)等離子孤堆焊設備，熔敷速度達56kg／h。但稀釋率仍在20％以上， 90年代德國成功地研制了熔敷速度高達70kg／h稀釋率能控制在10％以下的粉末等離子孤堆焊技術(shù)；國內(nèi)90年代中也開始研究該技術(shù)，并已取得熔敷速度達15kg／h，稀釋率能控制在l％以下的可喜成果。
2. 技術(shù)內(nèi)容和技術(shù)關(guān)鍵
傳統(tǒng)的粉末等離子孤堆焊技術(shù)沒能很好地解決熔敷速度和稀釋率之間的矛盾，主要由于：第一，對焊接過程熔化粉末和母材的能量來源只注意來自電弧的熱能，對其他形式的能量，如粉末飛行的動能注意不夠。其次，以往偏重研究能量的來源而忽視對能量消耗的研究。國內(nèi)最近通過對等離子弧的壓縮特性、焰流特性及粉末在等離子孤束中的運動和加熱規(guī)律的研究了解了噴嘴直徑、粉末會交點到工件的距離等因素對粉末飛行速度和粉末吸收熱量的影響規(guī)律（見圖1，圖2），在此基礎上得出了高效低稀釋率粉末等離子弧堆焊技術(shù)與常規(guī)粉末等離子孤堆焊技術(shù)的不同點，即它的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)是：焊槍噴嘴的壓縮孔徑D和粉末會交點到工件的距離L。
傳統(tǒng)的粉末等離子弧堆焊技術(shù)為了獲得小的稀釋率，往往采用噴嘴內(nèi)徑較大，甚至接近自由電弧的直徑(4.0～8.0mm)，壓縮比較小(0.8～0.14)的弱壓縮等離子弧。但如果考慮粉末飛行速度對結(jié)合效果的影響，則當粉末具有較高的速度和動能時，母材只須一微層處于熔化狀態(tài)（即“發(fā)汗”狀態(tài)），以高速飛行的粉末打到母材上，會產(chǎn)生良好的結(jié)合，此時母材的稀釋率極低。從圖1可見，為了獲得高的粉末飛行速度，希望采用小的噴嘴直徑和大的粉末會交點到工件的距離。
另外，從圖2可看出，為了減小熔化單位重量粉末所消耗的熱量，以達到在相同電流條件下，可加大送粉量，從而提高熔敷速度的目的可以有二條途徑：采用小的吸嘴壓如孔徑，低的粉末會交點；或大的壓縮孔徑，高的粉末會交點。但后—種途徑由于噴嘴孔徑過大，等離子弧的溫度，熱量將減小，等離子弧發(fā)散，能量不集中，無法滿足熔化大量粉末的需要。因此當電流即熱輸入固定的前提下，取小壓縮孔徑和適中的粉末會交點為宜。
當然壓縮孔徑也不能過小，不然極易引起雙弧，目前推薦D在2.0～4.0mm之間為宜。粉末會交點到工件距離也不能過大，否則不利電弧的穩(wěn)定燃燒，更嚴重時會產(chǎn)生未熔合或焊道中部分粉末未熔化等現(xiàn)象。推薦L取10～20mm為宜。
其次，在焊槍的設計上還需注意陰極和噴嘴有良好的同心度，槍體無漏水現(xiàn)象，易損件使用壽命長，能長時間穩(wěn)定工作等問題。同時還需配備有足夠大送粉量的送粉系統(tǒng)。再配以合理的堆焊規(guī)范參數(shù)，可實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低稀釋率的目的。
