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(diǎn)。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(fù)合堆焊層.這種復(fù)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(fù)合堆焊層的組成物.目前國(guó)內(nèi)外工業(yè)上復(fù)合材料等離子弧堆焊應(yīng)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(rèn)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(diǎn) 采用等離子弧堆焊技術(shù)獲得的復(fù)合堆焊層質(zhì)量穩(wěn)定可靠.復(fù)合材料等離子弧堆焊技術(shù)的最新進(jìn)展可使堆焊層達(dá)到無(wú)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(yán)重的工況條件下,復(fù)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(hù)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(qiáng)度.由于堆焊層與被保護(hù)工件表面是冶金結(jié)合,因此可以滿足很高的強(qiáng)度要求.同熱噴涂獲得的復(fù)合耐磨保護(hù)層比較,堆焊層結(jié)合強(qiáng)度是熱噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的3—8倍. 復(fù)合堆焊層能滿足一定的抗沖擊要求.例如,水泥生產(chǎn)設(shè)備的石灰石破碎機(jī)錘頭,由于在磨損過(guò)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(fù)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(shí)現(xiàn)高教自動(dòng)化生產(chǎn),降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度,改善作業(yè)條件.提高勞動(dòng)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(yīng)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(shí)，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(duì)大面積高性能耐磨堆焊的需求，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了先進(jìn)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(guó)曾研究了“高能等離子孤堆焊技術(shù)”，其功率達(dá)80kW，后捷克又發(fā)展了一種液穩(wěn)等離子孤堆焊設(shè)備，熔敷速度達(dá)56kg／h。但稀釋率仍在20％以上， 90年代德國(guó)成功地研制了熔敷速度高達(dá)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(guó)內(nèi)90年代中也開(kāi)始研究該技術(shù)，并已取得熔敷速度達(dá)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(méi)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(duì)焊接過(guò)程熔化粉末和母材的能量來(lái)源只注意來(lái)自電弧的熱能，對(duì)其他形式的能量，如粉末飛行的動(dòng)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(diǎn)。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(fù)合堆焊層.這種復(fù)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(fù)合堆焊層的組成物.目前國(guó)內(nèi)外工業(yè)上復(fù)合材料等離子弧堆焊應(yīng)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(rèn)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(diǎn) 采用等離子弧堆焊技術(shù)獲得的復(fù)合堆焊層質(zhì)量穩(wěn)定可靠.復(fù)合材料等離子弧堆焊技術(shù)的最新進(jìn)展可使堆焊層達(dá)到無(wú)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(yán)重的工況條件下,復(fù)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(hù)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(qiáng)度.由于堆焊層與被保護(hù)工件表面是冶金結(jié)合,因此可以滿足很高的強(qiáng)度要求.同熱噴涂獲得的復(fù)合耐磨保護(hù)層比較,堆焊層結(jié)合強(qiáng)度是熱噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的3—8倍. 復(fù)合堆焊層能滿足一定的抗沖擊要求.例如,水泥生產(chǎn)設(shè)備的石灰石破碎機(jī)錘頭,由于在磨損過(guò)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(fù)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(shí)現(xiàn)高教自動(dòng)化生產(chǎn),降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度,改善作業(yè)條件.提高勞動(dòng)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(yīng)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(shí)，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(duì)大面積高性能耐磨堆焊的需求，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了先進(jìn)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(guó)曾研究了“高能等離子孤堆焊技術(shù)”，其功率達(dá)80kW，后捷克又發(fā)展了一種液穩(wěn)等離子孤堆焊設(shè)備，熔敷速度達(dá)56kg／h。但稀釋率仍在20％以上， 90年代德國(guó)成功地研制了熔敷速度高達(dá)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(guó)內(nèi)90年代中也開(kāi)始研究該技術(shù)，并已取得熔敷速度達(dá)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(méi)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(duì)焊接過(guò)程熔化粉末和母材的能量來(lái)源只注意來(lái)自電弧的熱能，對(duì)其他形式的能量，如粉末飛行的動(dòng)能注意不夠。其次，以往偏重研究能量的來(lái)源而忽視對(duì)能量消耗的研究。國(guó)內(nèi)最近通過(guò)對(duì)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(yùn)動(dòng)和加熱規(guī)律的研究了解了噴嘴直徑、粉末會(huì)交點(diǎn)到工件的距離等因素對(duì)粉末飛行速度和粉末吸收熱量的影響規(guī)律（見(jiàn)圖1，圖2），在此基礎(chǔ)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(diǎn)，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(huì)交點(diǎn)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(duì)結(jié)合效果的影響，則當(dāng)粉末具有較高的速度和動(dòng)能時(shí)，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(huì)產(chǎn)生良好的結(jié)合，此時(shí)母材的稀釋率極低。從圖1可見(jiàn)，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(huì)交點(diǎn)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(dá)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(huì)交點(diǎn)；或大的壓縮孔徑，高的粉末會(huì)交點(diǎn)。但后—種途徑由于噴嘴孔徑過(guò)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(wú)法滿足熔化大量粉末的需要。因此當(dāng)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(huì)交點(diǎn)為宜。
當(dāng)然壓縮孔徑也不能過(guò)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(huì)交點(diǎn)到工件距離也不能過(guò)大，否則不利電弧的穩(wěn)定燃燒，更嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(shè)計(jì)上還需注意陰極和噴嘴有良好的同心度，槍體無(wú)漏水現(xiàn)象，易損件使用壽命長(zhǎng)，能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作等問(wèn)題。同時(shí)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(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低稀釋率的目的。
