【正文】 造技術(shù)與機床， 20xx(3)： 19． [19] 王宗杰．熔焊方法及設(shè)備 [M]． 北京 ：機械工業(yè)出版社， 20xx． 。小電流時，可采取間接水冷結(jié)構(gòu)。均可用。上下槍體之間由絕緣柱 7 和絕緣套 8隔開，進出水口也是水冷電纜的接口。另外，還 用于工模具、玻璃馬賽克軋輥、機床導(dǎo)軌等零件，均取得了良好效果。利用等離子弧改善材料表面性能主要是等離子弧相變硬化，即通過研究等離子弧工藝參數(shù)對金屬組織相變的影響，進而研究對其表面形貌和物理力學(xué)性能的影響，即研究硬化層的深度、硬化區(qū)的硬度分布、表面殘余應(yīng)力、表面耐磨性及表面粗糙度等。感應(yīng)加熱表面淬火是靠外加電磁感應(yīng)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流進 行加熱，這種加熱效果往往受工件形狀的限制，且局部溫度控制也比較困難。用這種等離子弧加熱工件表面能形成很大的溫度梯度，可使工件表面薄層內(nèi)迅速升溫至熔點或者相變溫度以上，弧柱移走后依靠工件自身的熱傳導(dǎo)，加熱區(qū)迅速 6 冷卻，形成細密的白口或隱針馬氏體類的高硬度組織，提高表面的硬度與耐磨性，而且處理工件變形小、效率高 [7]。而目前國內(nèi)只能生產(chǎn)功率較低的激光表面淬火設(shè)備，限制了激光表面淬火技術(shù)的應(yīng)用范圍。而且，由于等離子表面淬火速度快，進入工件內(nèi)部的熱量少，由此帶來的熱畸變小 (畸變量為高頻淬火的 1/3～1/10)。主要的缺點有 ： 不易穩(wěn)定地控制質(zhì)量 ； 大部分是手工操作和憑肉眼觀察來掌握溫度。表面工程具有學(xué)科的綜合性，手段的多樣性，廣泛的功能性，潛在的創(chuàng)新性，環(huán)境的保護性，具有很強的實用性和巨大的增效性，因而受到各行各業(yè)的重視。炸彈爆破時彈體的破碎與彈體的結(jié)構(gòu)、裝藥的種類和彈體材料性能等密切相關(guān)。 2 表面熱處理 材料的疲勞斷裂、磨損、腐蝕、氧化、燒損、輻照損傷等一般都是從表面開始 的，而它們帶來的破壞和損失是十 分驚人的 [2]。表面熱處理的主要發(fā)展方向 ： 盡可能降低熱處理的消耗、采用新的加熱源和新的加熱方式、發(fā)展離子熱處理和涂覆超硬化物的表面改質(zhì)新技術(shù)、將計算機和機器人引入熱處理過程、向生產(chǎn)自動化發(fā)展以及防止對環(huán)境的污染。目前，美國正在研究用激光淬火處理硬化飛機的重載齒輪的技術(shù)，該技術(shù)不需要研磨工 藝，可以大大降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率。 3)其熱處理過程是靠工件自身冷卻，不需要任何冷卻介質(zhì)。當(dāng)粒子的平均動能大于電離能時，在軌道上運動的束縛態(tài)的電子就能脫離原子或分子而成為自由電子，從而形成物質(zhì)的第四態(tài)，即等離子體。 淬火技術(shù)簡介 等離子弧表面淬火屬于一種利用高能量密度熱源對材料進行表面熱 處理的方法。等離子弧作為高能量密度的熱源被廣泛應(yīng)用于工業(yè)多種領(lǐng)域。汽車掛車的無芯軌道，材料 QT505，經(jīng)淬火后硬度達 40～ 50HRC，徑向變形量不超過士 ㎜ ，并顯著提高了耐磨性。 4）能夠?qū)腚x子氣流和保護氣體。當(dāng) d 給定時， l 越長，則對等離子弧的壓縮作用越大，但超過一定值后會使等離子弧穩(wěn)定性變差。采用循環(huán)的蒸餾水直接冷卻槍體，再經(jīng)換熱器用自來水冷卻蒸餾水，效果更好。焊接時一般要求高頻電火花布滿圓周 75～ 80％ ， 切割時可稍低一些。 （ 2～ 3） ㎜ 。例如兩側(cè)各帶有一個輔助小孔的三孔式噴嘴（圖 4b）可使等離子弧的橫截面由圓形變?yōu)闄E圓，使熱源有效功率密度提高，有利于進一步提高焊接速度和減小焊縫及熱影響區(qū)寬度。 （ 1） 主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 噴嘴的基本結(jié)構(gòu)如圖 4所示，其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如下 ： 1） 噴嘴孔徑 d 。 種類及其結(jié)構(gòu)特點 等離子弧發(fā)生器 用于形成等離子弧，按用途不同常被稱為等離子體弧焊槍、等離子體割槍、等離子體噴（涂）槍。 等將激光和 等離子工藝相結(jié)合，證明可有效的避免表面裂紋、涂層剝落、工件翹曲的缺陷 [14]。它對金屬進行非接觸式加熱沒有機械應(yīng)力作用，且加熱和冷卻速度快，熱應(yīng)力也 小，因此處理后工件的變形較小，可減小或者省去后續(xù)處理。本課題試驗過程中即用轉(zhuǎn)移型等離子弧作為表面淬火的熱源。等離子弧表面淬火對于工件的小的局部，窄的溝、槽等表面實現(xiàn)比較困難，而且，硬化層深度較淺，有一定的應(yīng)用限制。 激光表面淬火技術(shù)和等離子表面淬火技術(shù)均是高能量密度熱源表面熱處理。上世紀 70 年代開始發(fā)現(xiàn)激光輻照金屬能改變表面層的微觀結(jié)構(gòu)，并能提高金屬表面的硬度、耐磨性和抗腐蝕性?；瘜W(xué)熱處理既改變表層化學(xué)成分又改變表層組織，它包括滲碳、氮化、氰化、滲硼、滲金屬等。另一種方法是在彈殼表面貼一層破片或鎢柱。 如何提高 破片飛散速度和破片率是目前需要研究的課題。表面工程己經(jīng)發(fā)展成為橫跨材料學(xué)、摩擦學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、界面 2 力 學(xué)和表面力學(xué)、材料失效與防護、金屬熱處理學(xué)、焊接學(xué)、腐蝕與防護學(xué)、光電子學(xué)等學(xué)科的邊緣性、綜合性、復(fù)合型學(xué)科。因此，某些工件由于它們的幾何形狀而不能有效加熱，如 ： 內(nèi)孔表面等 ； 而且不同形狀或尺寸的工件都需 要各自特殊設(shè)計的感應(yīng)圈，以使感應(yīng)加熱工藝最優(yōu)化，當(dāng)生產(chǎn)批量不大或工件尺寸很大時，這些特殊感應(yīng)線圈設(shè)計、制造和使用的費用也是難以承受的。所以，近年來，各種各樣的表面技術(shù)的研究與開發(fā)異?；钴S，發(fā)展非常迅速，在科技界成為一個令人矚目的新興領(lǐng)域。 5)由于激光設(shè)備的原因，激光淬火在內(nèi)孔表面等部位的淬火長度受到限制，等離子弧 表面淬火通過采用合適的工裝，可以實現(xiàn)對深孔表面強化。 (2)轉(zhuǎn)移型等離子弧，轉(zhuǎn)移弧工作時，工件是導(dǎo)體并作為陽極，噴嘴用來約束電弧。對于表面積較大的工件如導(dǎo)軌、主軸、桿等，同樣可以獲得較為理想的硬化層所以將其用于工件表面淬火有很好的應(yīng)用前景。前蘇聯(lián)將等離子淬火法成功地用于強化鑄鐵軋輥，軋輥的壽命提高了，平均工作能力提高了 倍，獲得很大經(jīng)濟效益。此外帶電粒子在弧柱中的運動可看成是在一束平行的導(dǎo)線內(nèi)移動，其自身的磁場所 產(chǎn)生的電磁力，是這些“導(dǎo)線”相互吸引靠近，弧柱又進一步被壓縮，這種壓縮作用稱為“磁壓縮”。 （ 2） 等離子弧切割 槍 圖 2 為容量 500A 的等離子切割槍，除了無保護氣通道和保護噴嘴外，其他結(jié)構(gòu)均類似于上述焊槍。這類噴嘴壓縮程度較低，有利于提高等離子弧穩(wěn)定性和噴嘴使用壽命，在焊接、切割、堆焊、噴涂均有應(yīng)用。內(nèi)縮量 lg 增大，對電弧的壓縮作用加強，但 lg 過大易引起雙弧。 圖 6 鑲嵌式水冷電極 圖 7 a)鎢棒內(nèi)縮和 b)同心度高頻火花測示 14 5 課題研究內(nèi)容 本課題的主要研究內(nèi)容為， 設(shè)計等離子激冷淬火槍體，并對等離子淬火槍體的性能進行試驗研究， 研究該槍體對試件的淬硬效果影響。 4. 電極材料及其結(jié)構(gòu) 常用電極材料有釷鎢、鈰鎢和鋯