【正文】 熔深較淺，使得基材對(duì)合金的沖淡率低，同氧乙炔火焰噴焊相比較，電弧對(duì)熔池的攪拌作用較強(qiáng)，熔池的冶金過(guò)程進(jìn)行的比較充分，噴焊層氣孔和夾渣少。 2．焊接電源 下降或垂直下降特性的整流電源或弧焊發(fā)電機(jī)均可作為等離子弧焊接電源。由于非轉(zhuǎn)移弧在非常焊接過(guò)程中不能切除因此一般要用兩個(gè)獨(dú)立的電源。自動(dòng)化等離子弧焊機(jī)控制系統(tǒng)通常由高頻發(fā)生器，小車行走。 等離子弧 1．等離子弧的概念 等離子?。菏芡獠烤惺鴹l件的影響使孤柱受到壓縮的電弧。 （2）熱壓縮效應(yīng)——當(dāng)通入一定壓力和流量的氬氣或氮?dú)鈺r(shí)，冷氣流均勻地包圍著電弧，使電弧外圍受到強(qiáng)烈冷卻，迫使帶電粒子流（離子和電子）往弧柱中心集中，弧柱被進(jìn)一步壓縮。3．等離子弧的特性等離子弧能量密度可達(dá) 10000100000W/cm2，比自由鎢弧(約 10000W/cm2 以下)高，其溫度可達(dá) 18000～24000K，也高于自由鎢弧 (約 5000～8000K) 很多。而等離子弧則為緩降或平的，易與電源外特性相交建立穩(wěn)定工作。4．等離子弧的類型按電源連接方式的不同，等離子弧有非轉(zhuǎn)移型、轉(zhuǎn)移型和聯(lián)合型三種形式。 （3）聯(lián)合型等離子?。汗ぷ鲿r(shí)非轉(zhuǎn)移弧和轉(zhuǎn)移弧同時(shí)并存，故稱為聯(lián)合型等離子弧。此外，等離子弧對(duì)焊件的熱輸入相對(duì)較小，焊縫截面形狀較窄，深寬比較大，呈“酒杯”狀，熱影響區(qū)窄，其焊接變形也小。施焊時(shí)，壓縮的等離子焰流速度較快，電弧細(xì)長(zhǎng)而有力，為熔池前端穿透焊件而形成一個(gè)小孔，焰流穿過(guò)母材而噴出，稱為 “小孔效應(yīng) ”。 （3）微束等離子弧焊 焊接電流 30A 以下熔透型焊接稱為微束等離子弧焊。由于工藝上可調(diào)節(jié)的參數(shù)很多，熱輸入可控，合金粉末在弧柱中預(yù)熱，噴射過(guò)渡到熔池，有緩沖電弧吹力的作用，熔池受熱均勻，故可控制母材熔深，降低母材對(duì)合金的沖淡率，沖淡率一般是可以控制在 5%～ 15%以內(nèi)。，使用材料范圍廣噴焊用的合金粉末是熔煉后直接霧化成球狀粉末，方便制備，不像絲極材料那樣，受鑄造、軋制、拔絲等加工工藝限制。 等離子弧焊的工藝參數(shù)1．焊接電流根據(jù)板厚或熔透要求來(lái)選定焊接電流。其他條件一定時(shí)，焊接速度增大，焊接熱輸入減小，小孔直徑隨之減小，直至消失，失去小孔效應(yīng)。噴嘴距離變化對(duì)焊接質(zhì)量的影響沒有鎢極氬弧焊敏感。 離子氣流量由等離子流力和熔透能力決定。利用熔入法焊接時(shí)，為了減小等離子流力，應(yīng)適當(dāng)降低等離子氣流量。板厚小于 3mm 時(shí)，可直接在工件上引弧和收弧。 等離子噴焊合金粉末及應(yīng)用使用合適的合金粉末，調(diào)整噴焊的工藝參數(shù)，就能用于多種構(gòu)件的噴焊修復(fù)及表面處理 [20,22]。主要分為耐金屬間磨損和耐低應(yīng)力磨粒磨損。 鎳基合金粉末鎳基合金粉末以鎳為基體，含有鉛和硼硅元素的 NiCrBSi 系自熔性合金，是最早的噴焊材料。也可用于化工和石油閥門，擠壓機(jī)螺桿及簡(jiǎn)體、螺旋推進(jìn)器、鏈輪齒和振動(dòng)器桿件等修復(fù)。宜用于要求高溫、耐磨并兼有耐蝕(或耐氣蝕)的工況條件。此外，該合金也常用在各種要求高溫硬度或耐氣蝕、磨損場(chǎng)合如艦艇用大型軸承的內(nèi)外環(huán)、大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片、透平機(jī)葉片、榨油機(jī)推進(jìn)器等的噴焊。其技術(shù)效益和經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，也可用于復(fù)合材料、軸瓦 配油盤以及需要鑲銅合金的工件。常用于齒輪、礦山車輪及軸、鏈輪、導(dǎo)輪、起重機(jī)軸、吊車、翻斗機(jī)的軸、挖淘的輥和拖拽輪等零件修復(fù)。 （2）焊縫質(zhì)量對(duì)弧長(zhǎng)的變化不敏感。, 這對(duì)保證焊縫成形和焊縫均勻性都十分有益。配用新型的電子電源，焊接電流可以小到 ，這樣小的電流也能達(dá)到電弧穩(wěn)定燃燒，因此特別適合焊接微型緊密零件。為此，經(jīng)對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行分析和排查，認(rèn)為這可能是因供粉量不足造成的，因此加大供粉量進(jìn)行試驗(yàn)，但是仍無(wú)任何效果。此時(shí)送粉電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)送粉盤轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)在氣體壓力和自重的作用下，儲(chǔ)粉室中的焊粉由儲(chǔ)粉室底部調(diào)節(jié)螺母上的小孔流人送粉室中的送粉盤上，送粉盤又將焊粉轉(zhuǎn)送到擋粉板處。送粉調(diào)節(jié)器有一個(gè)進(jìn)粉輸人口和一個(gè)送粉氣輸人口。負(fù)壓隨送粉氣流量加大而增高。造成上述問(wèn)題的主要原因是送粉氣流量過(guò)小。從圖 11 可以看出，儲(chǔ)粉室下端的調(diào)節(jié)螺母是可上、下調(diào)動(dòng)的。調(diào)節(jié)螺母至最佳位置，使送至出粉孔處的焊粉量與噴焊中所消耗的焊粉量基本相當(dāng)，這樣就消除了焊粉堆積現(xiàn)象，解決了停焊時(shí)的堵槍問(wèn)題。 本文研究的內(nèi)容及意義電站高溫安全閥工作溫度設(shè)在 400～600℃，同時(shí)要承受開啟和關(guān)閉時(shí)的磨損，目前廠家多采用手工電弧堆焊，然后采用復(fù)雜的制造工序來(lái)生產(chǎn)安全閥密封面，生產(chǎn)工序多，成本高并且受堆焊材料限制，安全閥的質(zhì)量還存在不足。第二章 實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)設(shè)備 實(shí)驗(yàn)材料 基體材料此實(shí)驗(yàn)選用普通低碳鋼 A3 鋼為基體材料，其成分如表 21?；诒敬螌?shí)驗(yàn)的目的，要測(cè)試出鎳基自熔性合金粉末自身的焊接性，選擇的基材是低成本，浸潤(rùn)性良好的低碳鋼 A3；選擇的噴焊材料是熱穩(wěn)定性和流動(dòng)性良好，粒子尺寸和粘度都適合的 Ni60A 合金粉末。技術(shù)參數(shù)：維弧電流： 焊接電流： 直流開路電壓：100V 暫載率： 160A 100% 主要輸入電壓：3380V/415V/50Hz 最大輸出功率：12KVA/100% 熔斷器：32AT/400V防護(hù)等級(jí)：IP23電源尺寸：600400560mm電源重量：30kg圖 22 噴焊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連線示意圖圖 21a EUTRONIC GAP 2022 DC 型等離子噴焊機(jī)外觀圖圖 21b 等離子噴焊設(shè)備及試驗(yàn)場(chǎng)地圖 21c 噴焊焊槍 圖 21d 鎢極，導(dǎo)電嘴，鎢極帽等 金相試樣拋光機(jī)本論文所選用的金相試樣拋光機(jī)為 PG2C 型。照明裝置：明暗視場(chǎng)搖桿切換。重量:28kg.本實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)具體情況，只選用了 20X，50X。洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)采用洛氏（ROCKWELL）測(cè)量原理，用于碳鋼、合金鋼、鑄鐵、有色金屬及工程塑料等材料的硬度檢測(cè)，具有測(cè)試精度高，測(cè)量范圍寬，主試驗(yàn)力自動(dòng)加卸載，測(cè)量結(jié)果數(shù)字顯示并自動(dòng)打印或與外部計(jì)算機(jī)通訊等特點(diǎn)。負(fù)荷的大小可根據(jù)待測(cè)材料的硬度不同而增減。維氏硬度值計(jì)算公式如下：?θ式中 Hv—維氏顯微硬度(kg/mm 2)；P—所加載荷 (kg)；θ—壓頭相對(duì)面夾角，136176。 快速磨損試驗(yàn)機(jī)本論文所選用的名為 SKODA 的快速磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)，主要用途：該機(jī)主要用于中高檔汽車齒輪油，如 GL—GL—GL—5 等抗擦傷行性能的模擬評(píng)定，也可用于各種金屬、非金屬材料及涂層等的性能研究 [23]。對(duì)基體進(jìn)行除油、除銹、粗化處理，以提高基體表面的結(jié)合強(qiáng)度，然后在試樣表面進(jìn)行等離子噴焊。注意試樣在打磨時(shí)應(yīng)保證磨面的光潔。以噴焊層試樣的橫斷面作為觀察面。測(cè)量時(shí)在噴焊層表面上均勻的測(cè)五個(gè)點(diǎn)硬度然后取平均值，用平均值來(lái)衡量噴焊層表面的宏觀硬度。 噴焊層物相分析X 射線衍射分析的目的在于確定噴焊層中生成的相。下面試樣在夾具中固定不動(dòng)，上面由硬質(zhì)合金制成的小輪旋轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)。噴焊技術(shù)是使噴焊材料在基體表面重新熔化或部分熔化，實(shí)現(xiàn)焊層與基體之間，焊層內(nèi)顆粒之間的冶金結(jié)合，消除孔隙。表 31 焊接電流為 45A 時(shí)，改變送粉速度得到的平均洛氏硬度值試樣序號(hào)送粉速度測(cè)得洛氏硬度值 平均硬度值1 10% 2 12% 3 15% 4 18% 送粉速度為送粉器中轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)一周的百分?jǐn)?shù)，送粉速度的改變直接影響材料的力學(xué)性能。送粉速度一定，改變焊接電流，材料力學(xué)性能受到的影響。 噴焊層顯微硬度噴焊層的顯微硬度的梯度值是更能反映出從噴焊層表面到母材的原始組織處之間的力學(xué)性能的變化，特別是本實(shí)驗(yàn)主要為了工藝參數(shù)的變化，觀察合金粉末與母材之間的冶金結(jié)合性，測(cè)得噴焊層的硬度和其耐磨性。采用的實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：載荷為 100g,加載時(shí)間為 15s,測(cè)得的顯微硬度值用繪制的曲線圖表示出來(lái)。黑色曲線是送粉速度為 10%的顯微硬度曲線，黑色曲線下降速度相對(duì)較緩慢，是由于在此送粉速度情況下，焊接電流調(diào)配相對(duì)較大，合金粉末與基體熔合較好，且熔合比較大，噴焊層中合金含量降低，被稀釋到母材中，導(dǎo)致噴焊層表明硬度就比較低，表面硬度的最大值與母材的硬度值（基本為定值）跨距小，所以呈現(xiàn)出平緩下降。黑色曲線和藍(lán)色曲線較為平緩，主要原因是這兩個(gè)試樣的噴焊層厚度略薄一點(diǎn)，稀釋率較大些，所以呈現(xiàn)緩降。試驗(yàn)加載載荷為 5Kg，轉(zhuǎn)速為 675 轉(zhuǎn)/min，轉(zhuǎn)數(shù)為 3000 轉(zhuǎn)。 噴焊層顯微組織分析 噴焊層的微觀組織特點(diǎn)此等離子弧噴焊鎳基自溶性合金粉末實(shí)驗(yàn)，主要研究 Ni60A 的噴焊層的組織性能和力學(xué)性能，選用了良好的浸潤(rùn)性能的低碳鋼，但是鎳基自溶合金粉末在成分上與低碳鋼的成分存在一定的差異，在低碳鋼基材上噴焊鎳基自熔性合金粉末后，靠近基體一側(cè)的噴焊層組織和性能必然會(huì)發(fā)生一些變化。噴焊層組織屬液態(tài)結(jié)晶組織， 對(duì)鎳基合金噴焊層和基體進(jìn)行 X 射線衍射分析，結(jié)果如圖 34 所示。此外合金粉末中還含有較多的 C, B 和大量的 Cr 元素 , Cr 是中強(qiáng)碳化物形成元素, 所以生成 Cr2B, M7C3, 而 M7C3 屬于亞穩(wěn)相, 在冷卻過(guò)程中部分 M7C3 轉(zhuǎn)化為 M23C。對(duì)比圖 36 與圖 35 ，其主要參數(shù)變化表現(xiàn)在焊接電流的變化，在同樣的500 倍顯微鏡照射下，圖 36 采用的是 45A 焊接電流，因此由于電流過(guò)大導(dǎo)致等離子弧溫度過(guò)高形成較為粗大的樹枝晶；相反，圖 35 采用的是 30A 焊接電流，等離子弧溫度相對(duì)較低所產(chǎn)生的樹枝晶較為細(xì)小，卻容易產(chǎn)生夾雜和氣孔。 熔合區(qū)，熱影響區(qū)及母材區(qū)的微觀組織特點(diǎn)在合金噴焊層和基材之間存在著明顯灰白層就是熔合區(qū)（如圖 33b）。熔合區(qū)下面為母材基體熱影響區(qū)（如圖 33c），由于靠近熔池底部的基體溫度較高，依靠基材傳熱將發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象，使基體組織發(fā)生一定程度的改變，隨著與結(jié)合界面距離的增加，加熱溫度不斷的降低，將由相變區(qū)、部分相變區(qū)最后過(guò)渡到基體原始組織。采取措施：焊前清潔好焊件表面及鄰近表面；改變焊接條件和工藝；確保保護(hù)氣的保護(hù)效果。產(chǎn)生原因：焊接電流太??；焊接速度太快；工件表面焊前清理不充分。采取措施：可以通過(guò)細(xì)化晶粒的調(diào)質(zhì)，正火，退火，等溫淬火等工藝來(lái)防止或消除魏氏組織。噴焊層的宏觀硬度在 49～53HRC 之間，擁有較高的硬度，在實(shí)際應(yīng)用中具有重要的意義。其中鉻化物和硼化物使得噴焊層具有較高的硬度和耐磨性。本論文在試驗(yàn)過(guò)程中，李于鵬老師給予我很大的幫助，并提出了寶貴建議，值此論文完成之際，謹(jǐn)向尊敬的兩位老師致以衷心的感謝和崇高的敬意。參考文獻(xiàn)[1] 張少勇. 等離子噴焊設(shè)備幾個(gè)特殊問(wèn)題的處理[J].金屬加工：熱加工 2022年，16 期：7677[2] J J Lowke, Physical basis for the transition from globular to spray modes in gas metal arc welding. 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Dense TiOsub2/sub Coating Using the Solution Precursor plamsa spray Process Journal of the American Ceramic Society, Mar2022, Vol. 91 Issue 3, p865872, 8p, 6 Diagrams, 1 Chart, 9 Graphs。 Jordan, Eric H.。材料科學(xué)與工程學(xué)院的很多老師和同學(xué)都曾給予我熱情的幫助。從論文的選題到具體方案的擬定以及論文撰寫的每個(gè)細(xì)節(jié)都浸透著導(dǎo)師的心血和汗水。：當(dāng)焊接電流一定時(shí)，增加送粉速度，則噴焊層的硬度增加，但當(dāng)送粉速度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，噴焊層的硬度開始下降；當(dāng)送粉速度一定時(shí)，提高焊接電流，則噴焊層的硬度增加，同樣，當(dāng)焊接電流增加到一定數(shù)值時(shí)，噴焊層的硬度開始下降。研究了噴焊層的組織與性能，主要結(jié)論如下：，焊層組織致密、稀釋率低、無(wú)裂紋、夾雜等缺陷。 3