【正文】 Gell, Maurice。在此，我表示真誠的感謝！最后我要感謝我的父母，是他們的艱苦付出成就了我的學(xué)業(yè)。導(dǎo)師淵博的知識(shí)，求實(shí)的科研態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，奮發(fā)向上的工作熱情是我學(xué)習(xí)的榜樣。：γNi 固溶體, Cr2B 型化合物以及碳化物M7C3 和 M23C6 等組成。從側(cè)面看，焊層表面的硬度較高，達(dá)到了 630HV，越接近基體，顯微硬度越小。產(chǎn)生原因：當(dāng)加熱溫度過高并且以較快速度冷卻時(shí)，生成呈針片狀的魏氏組織，魏氏組織是一種過熱缺陷組織，它使鋼的力學(xué)性能，特別是沖擊韌度和塑性有著顯著的降低，并提高鋼的脆性轉(zhuǎn)折溫度，因而使鋼容易發(fā)生脆性斷裂。 38c 的缺陷是未熔合。 產(chǎn)生原因：母材表面不清潔，存在油污，鐵銹，水分等雜質(zhì)；保護(hù)氣體流量值低；弧長過長，保護(hù)效果減弱，使空氣混入到焊接區(qū)；出現(xiàn)雙弧現(xiàn)象。否則，基材中的元素向噴焊層中擴(kuò)散過多，會(huì)造成靠近熔合區(qū)的噴焊層中的碳燒損過多，導(dǎo)致噴焊層金屬失去原有的耐磨等特性。當(dāng)改變電流而產(chǎn)生的鎳基噴焊層組織變化，圖 39 為采用 30A 電流時(shí)，由于電流過小，粉末未能完全熔化導(dǎo)致出現(xiàn)夾雜和氣孔影響材料力學(xué)性能；圖 310為電流為 35A，材料焊接性能較好；圖 311 為當(dāng)材料采用 40A 電流時(shí)，鎳基噴焊層明顯出現(xiàn)晶粒粗大現(xiàn)象影響噴焊材料硬度；圖 312 為當(dāng)繼續(xù)增加電流到 45A 時(shí)，鎳基噴焊層明顯出現(xiàn)了柱狀晶，這是由于產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，性能下降。 由于等離子弧所產(chǎn)生的溫度很高,能夠使自熔性合金粉末完全熔化,在快速凝固過程中,形成了過飽和的固溶體和一些共晶化合物。Ni60A 合金粉末中 Ni 為主要元素 ,占成份的 70%左右, 且自身是奧氏體形成元素, 所以噴焊層基體為 γ Ni 固溶體, 其中溶解有 Cr, Si 等元素。由于本次實(shí)驗(yàn)采用的鎳基自熔合金粉末是由 Cr,Ni,B,Si,Fe,C 等元素組成的，在噴焊重熔過程中，這些合金元素必將發(fā)生各種化學(xué)冶金反應(yīng)，而且焊后冷卻速度快，諸多因素決定了噴焊層組織組成的復(fù)雜性、結(jié)構(gòu)的多樣性。而低碳鋼中組織相主要是鐵素體和珠光體相，其耐磨性較低。 噴焊層的快速磨損性能實(shí)驗(yàn)前先將試樣在砂輪上進(jìn)行打磨，去除其表面的熔渣層，使其表面平整，再用砂紙對(duì)試樣表面進(jìn)行細(xì)磨，使其表面光滑平整。圖 32 改變焊接電流時(shí)的顯微硬度曲線圖中顯微硬度曲線中有四條曲線，送粉速度都是 12%，焊接電流不同，黑色曲線為 30A,紅色曲線為 35A，藍(lán)色曲線為 40A，綠色曲線為 45A。藍(lán)色曲線為送粉速度為 12%的顯微硬度曲線，變化趨勢與紅色曲線相似。為了表征噴焊層的顯微硬度的梯度，在噴焊層的側(cè)面（焊縫的截面：從噴焊層的表面到接近母材的原始組織沒有變化處）做了顯微硬度測試。初步推斷:由于送粉速度不改變，隨著前期焊接電流的增加，產(chǎn)生強(qiáng)有力的等離子束，輸出功率變大，從噴嘴噴出的粉末熔化的效果好，那么就會(huì)得到合金粉末與母材之間良好的冶金結(jié)合，形成優(yōu)質(zhì)的硬質(zhì)相，并且氣孔等缺陷非常少，從而導(dǎo)致噴焊層硬度增加且呈上升趨勢；而當(dāng)焊接電流繼續(xù)增加時(shí)，母材的熔化量也會(huì)增加，導(dǎo)致焊縫的熔合比變大，促使材料的稀釋率增加，那么鎳基合金粉末中的合金被母材稀釋，則噴焊層的合金含量降低，合金粉末產(chǎn)生的硬質(zhì)相變少，導(dǎo)致噴焊層的宏觀洛氏硬度值減??；再隨著焊接電流的提高，容易產(chǎn)生雙弧現(xiàn)象，破壞電弧的穩(wěn)定燃燒，減小了主弧電流，降低了主弧的功率，則使得合金粉末的熔化程度變?nèi)?，結(jié)合的冶金性變壞，易出現(xiàn)夾雜，又同時(shí)由于雙弧現(xiàn)象的原因，主弧不穩(wěn)定，焊接時(shí)保護(hù)氣的保護(hù)效果變壞，使得噴焊層出現(xiàn)氣孔等缺陷，所以多層原因?qū)е聡姾笇拥慕M織性能變壞，硬度下降，呈下降趨勢。而當(dāng)送粉速度繼續(xù)增加時(shí)，由于此時(shí)焊接電流值是不變，焊接電源輸出的功率已經(jīng)不足以使合金粉末完全溶化，使得一些粉末未能完全溶化就噴到了噴焊層，則會(huì)使粉末顆粒與顆粒之間的溶化結(jié)合變成顆粒與顆粒的表面之間的相互結(jié)合，還可能粉末顆粒沒有溶化就直接噴到了熔融的噴焊層，從而造成夾雜，氣孔等缺陷，破壞了噴焊層原有的高性能的組織，使得硬度下降，即洛氏硬度值呈現(xiàn)下降趨勢。焊接電流一定，改變送粉速度，材料力學(xué)性能受到的影響。冶金結(jié)合是涂層材料與基材在界面形成共同晶粒即“晶內(nèi)結(jié)合” ；或者在界面只是晶粒相互接觸并存在晶粒界限( 不形成共同的晶粒)即“晶間結(jié)合” 。試塊與對(duì)磨環(huán)的尺寸和接觸方式如圖 25 所示。所以采用金相顯微硬度計(jì)來測定焊層的顯微硬度值(HV)，一方面測定焊層表面 HV 值的變化；另一方面從噴焊層的表層到基體，依次每隔 測一個(gè)點(diǎn)，對(duì)所得的硬度數(shù)據(jù)作圖，觀察其變化規(guī)律。測量前用砂輪機(jī)將噴焊層上表面磨出一個(gè)平面區(qū)域。噴焊層金相觀察的主要內(nèi)容有:噴焊層的組織形貌、噴焊層與基體過渡區(qū)的結(jié)合狀況、噴焊層中氣孔的大小及分布狀況。在噴焊試件上切出 15x15(mm)大小的試樣，上表面用砂輪和砂紙打磨出一個(gè)至少 10x10(mm)的平整光潔區(qū)域做金相觀察。表 23 等離子噴焊焊接工藝參數(shù)電弧電壓（V）焊接電流（A）等離子氣體（Ar ）流量（L/min）保護(hù)氣體（97%Ar+3% H2）流量（L/min）送粉氣體（97%Ar+3% H2）流量（L/min）送粉速度35～45 30～45 10% 12% 15% 18% 噴焊層試樣的制備及組織觀察基體試板采用低碳鋼。本論文所用 X 射線衍射儀為日本理學(xué)的 DmaxRB，用連續(xù)掃描，掃描范圍為 30?到 120?；掃描速度為 5?/min；管電壓：40 kV；管電流：30 mA；功率為： ；發(fā)散狹縫：1?；接收狹縫(RS)：3 mm；防散射狹縫： 1?。根據(jù)所加負(fù)荷及凹坑對(duì)角線長度就可計(jì)算出所測物質(zhì)的顯微硬度值 [12,13]。將待測磨料制成反光磨片試樣，置于顯微硬度計(jì)的載物臺(tái)上，通過加負(fù)荷裝置對(duì)四棱錐形的金剛石壓頭加壓。以壓痕殘余深度ｈ代表硬度的高低。放大倍數(shù) 10～1000. 外形尺寸：280（W）711（ D）425（H ）mm。觀察方法：明視場/暗視場/微分干涉/簡易偏振光。噴焊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連線示意圖，如圖 22 所示.設(shè)備特點(diǎn)：高能量密度，高熔敷速度，低稀釋效應(yīng)，熔敷層均勻而無氣孔，再現(xiàn)性高，焊接時(shí)間短，焊后幾乎無需機(jī)械加工。(3)噴焊粉末的粒子尺寸和粘度要滿足設(shè)備的要求 [14]。進(jìn)一步證明，等離子噴焊在節(jié)省工序、降低成本、改善機(jī)械零件的表面性能、提高零件表面的耐磨性能具有重要的意義。多年來 這項(xiàng)工藝已經(jīng)在闊門、農(nóng)機(jī)、模具、礦山機(jī)械等部門得到了成功的應(yīng)用，圖 12隨著工業(yè)發(fā)展對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的壽命提出了更高的要求．對(duì)于機(jī)械零件表面性能的要求也越來越高。停焊時(shí)，進(jìn)氣閥關(guān)閉，氣源斷開，則堆積的焊粉就會(huì)流入焊槍堵槍。這樣每次焊接結(jié)束后都需對(duì)焊槍進(jìn)行清理。由此可見，受送粉氣流量控制供粉量大小。送粉氣在送粉調(diào)節(jié)器中流動(dòng)時(shí)，將在其腹腔內(nèi)形成一受送粉氣流量控制的負(fù)壓。圖 12 所示為送粉調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖。工作時(shí)，進(jìn)氣閥被打開，氣體經(jīng)分流器后分為兩路，一路加至儲(chǔ)粉室上端；另一路加至送粉調(diào)節(jié)圖 11器中。 常見問題及解決1．焊層厚度不夠根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該設(shè)備的焊層厚度應(yīng)達(dá)到 4mm 以上，而實(shí)際所焊的焊層厚度不足 ，不能滿足產(chǎn)品，對(duì)焊層厚度的要求。 （4） 等離子電弧由于壓縮效應(yīng)及熱電離度較高，電流較小時(shí)仍很穩(wěn)定。,而等離子焊則可變化177。 等離子噴焊優(yōu)點(diǎn)及常見問題 優(yōu)點(diǎn)由于等離子電弧具有較高的能量密度，溫度及剛直性（能量密度可達(dá)10000～100000w/cm 2，弧柱中心溫度可達(dá) 18000～24000K 以上，焰流速度可達(dá)300m/s 以上） ，因此與一般電弧焊相比，等離子電弧具有下列優(yōu)點(diǎn)： （1） 能量密度大，電弧方向性強(qiáng)，融透能力強(qiáng)，在不開坡口，不加填充焊絲的情況下可一次焊透 8 至 10mm 厚的不銹鋼板，與鎢極氬弧焊相比，在相同的焊縫熔深情況下，等離子焊接速度要快得多。 非自熔性合金材料為提高材料的可焊性，即避免噴焊時(shí)開裂現(xiàn)象，提高焊層的疲勞強(qiáng)度，這些材料可制成非自熔性的合金材料，如馬氏體臺(tái)金鋼，奧氏體高錳鋼和馬氏體不銹鋼系列合金粉末，這些材料能承受較大沖擊和中等程度的金屬磨損。主要有低磷錫青銅和錫青銅，粉末型號(hào)為 WF41WF412，該種類粉末應(yīng)用于低壓閥門(鑄鐵基體）密封面的等離子噴焊，特別是大口徑低壓閥，DN300 以的閥門密封面上噴焊銅基臺(tái)金粉末。這些粉末廣泛地用作各種高中壓閥門，電站蒸汽閥門等密封面噴焊，和各種內(nèi)燃機(jī)進(jìn)排氣閥門的密封面和頂端噴焊。由于基體上分布著相當(dāng)數(shù)量的富鉻 M7C1 型碳化物，故也具有較高的耐磨料磨損性能。在濃鹽酸中工作的高壓泵柱塞密封面噴焊該材料，較 35CrMo 滲碳，提高壽命 5 倍以上。其使用壽命可比原來高 1～5 倍以上．近幾年研制的 WF342 可在鑄鐵基體上進(jìn)行噴焊，如蝶闊密封面上噴焊 WF342，可以達(dá)到國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。鐵基合金一般含鉻量較高，具有一定的耐腐蝕和抗氧化性。工件厚度較大時(shí)，則根據(jù)厚度不同，可開 V 形、U 形或雙 V 形、雙 U 形坡口。不便加引弧板和收弧板的大厚度的環(huán)縫，應(yīng)采取焊接電流和離子氣遞增的辦法在工件上起弧，完成引弧建立小孔后，利用電流和離子氣流量衰減法來收弧閉合小孔。因而，應(yīng)根據(jù)等離子氣的種類、噴嘴直徑、焊接電流及焊接速度選擇離子氣流量。小電流等離子弧焊接通常采用電離電壓較低的純氬氣作等離子氣，可保證電弧引燃容易。噴嘴離工件的距離一般取 3～8mm。 2．焊接速度焊接速度是根據(jù)等離子氣流量及焊接電流來選擇的 [4]。噴焊過程可以自動(dòng)進(jìn)行，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化操作。等離子弧的溫度高，熱量相對(duì)集中，噴焊速度較快，一次熔成，工件的熱影響區(qū)小，可以控制熱輸入量，調(diào)整熱影響區(qū)的尺寸和硬度，降低裂紋敏感性，避免由晶粒粗化、馬氏體轉(zhuǎn)變或應(yīng)變時(shí)效等原因產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷。除了改變輸入功率外，還可以改變氣體的種類、流量以及噴嘴的尺寸調(diào)節(jié)等離子弧的熱能和溫度；選擇不同的工作氣體可以獲得惰性氣氛、還原性氣氛和氧化性氣氛。（2）熔透型等離子弧焊 當(dāng)?shù)入x子氣流量較小、弧柱壓縮程度較弱時(shí)，此種等離子弧在焊接過程中只熔化焊件而不產(chǎn)生小孔效應(yīng)，焊縫成形原理與鎢極氬弧焊相似，稱為熔透型等離子弧焊，主要用于厚度小于 2～3mm 的薄板單面焊雙面成形及厚板的多層焊。 等離子弧焊的基本方法常用的等離子弧焊基本方法有小孔型等離子弧焊、熔透型等離子弧焊和微束等離子弧焊三種（1）小孔型等離子弧焊：使用較大的焊接電流，通常為 50～500A ，轉(zhuǎn)移型弧。 等離子弧焊的特點(diǎn)由于等離子弧弧柱溫度高，能量密度大，因而對(duì)焊件加熱集中，熔透能力強(qiáng)，在同樣熔深下其焊接速度比 TIG 焊高，故可提高焊接生產(chǎn)率。因?yàn)檗D(zhuǎn)移弧能把更多的熱量傳遞給焊件，所以金屬焊接、切割幾乎都是采用轉(zhuǎn)移型等離子弧。由于等離子弧是自由鎢弧經(jīng)壓縮而成，故其挺度比自由鎢弧好，焰流速度大，可達(dá) 300m/s 以上，因而指向性好，噴射有力，其熔透能力強(qiáng)。此外，在小電流時(shí)，自由鎢弧靜特性為陡降(負(fù)阻特性)的，易與電源外特性曲線相切，使電弧失穩(wěn)。反之，若將等離子弧調(diào)節(jié)成溫度較低、沖擊力較小時(shí)，該等離子弧稱為“柔性弧” ，主要用于焊接。 （1）機(jī)械壓縮效應(yīng)（作用）——電弧經(jīng)過有一定孔徑的水冷噴嘴通道，使電弧截面受到拘束，不能自由擴(kuò)展。延遲停氣等控制要求。 4．控制系統(tǒng) 手工等離子弧焊機(jī)的控制系統(tǒng)比較簡單，只要能保證先通離子氣和保護(hù)氣，然后引弧即可。 30A 以下的小電流微束等離子弧焊接采用混合型弧，用高頻或接觸短路回抽引弧。自動(dòng)焊設(shè)備則由焊接電源、焊槍、焊接小車（或轉(zhuǎn)動(dòng)夾具）、控制電路、氣路系統(tǒng)及水路系統(tǒng)等部分組成。重融過程是粉末在工作上的融化過程，落入熔池的粉末立即進(jìn)入轉(zhuǎn)移弧的陽極區(qū)，受到高溫加熱而迅速融化，并將熱量傳遞給基材[30]。轉(zhuǎn)移弧建立后，就在工件上形成了熔池，使合金粉未在工件上熔融。噴焊用氬氣作電離氣體，通過調(diào)節(jié)各工藝參數(shù)，可獲得熔深淺、沖淡率低、成形平整光滑的優(yōu)質(zhì)熔敷層。隨著工業(yè)發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的壽命和材料性能都提出了更高的要求。因此，改變粉末的配比，使復(fù)合材料層與層之間的成分達(dá)到連續(xù)變化，同時(shí)調(diào)節(jié)射流的速度和溫度等參數(shù)，使組織變化，以制備性能優(yōu)越的梯度功能復(fù)合材料，這對(duì)生產(chǎn)和科研工作都具有積極意義 [6]。在石化工業(yè)中，關(guān)鍵零部件(閥座、閥芯等)噴焊 Ni 基、Co 基材料對(duì)提高其耐磨、耐腐蝕等有良好效果。復(fù)合材料得以廣泛應(yīng)用。程控系統(tǒng)是用傳統(tǒng)的繼電器邏輯電路及二極管矩陣邏輯電路，系統(tǒng)組件的集成程度不高，維修或修改工藝程序時(shí)均不方便，系統(tǒng)反應(yīng)也比較慢，可以在設(shè)備中引入單片機(jī)或可編程控制器，提高設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性和工藝適應(yīng)性。與先進(jìn)國家相比較，我國等離子弧熱噴焊先進(jìn)技術(shù)的研究依靠高校和科研機(jī)構(gòu)。60年代中期開始發(fā)展等離子噴涂設(shè)備和自熔性合金粉末制造技術(shù)。他們分別開發(fā)了自己的一系列產(chǎn)品，并在實(shí)際應(yīng)用中不斷改進(jìn)。突出表現(xiàn)在超音速火焰噴涂研制成功和熱噴涂設(shè)備中電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使熱噴涂涂層向著更高的質(zhì)量和精密化方向發(fā)展[3]。第二次世界大戰(zhàn)初期，自熔性合金粉末出現(xiàn)，粉末火焰噴涂盛行，“火焰噴涂”幾乎成了熱噴涂的代名詞。早在 1910 年，瑞士工學(xué)博士 M U Schoop 發(fā)明了第一個(gè)金屬噴涂裝置：金屬熔液式噴涂。因此發(fā)展金屬表面工程技術(shù)、提高機(jī)械零件表面的耐腐蝕、耐磨損的性能，是當(dāng)前非常重要的課題 [7]之一。 For example: γNi, (Cr,Fe)7C3, Cr2B, (CrFe)23CB)6 and other ponents, The