【正文】 0400560mm電源重量：30kg圖 22 噴焊系統(tǒng)結構連線示意圖圖 21a EUTRONIC GAP 2022 DC 型等離子噴焊機外觀圖圖 21b 等離子噴焊設備及試驗場地圖 21c 噴焊焊槍 圖 21d 鎢極，導電嘴，鎢極帽等 金相試樣拋光機本論文所選用的金相試樣拋光機為 PG2C 型。表 22 Ni60A 合金粉末的化學成分（Wt% ）C Cr B Si Fe Ni~ 15~20 ~ ~ ≤ 余量 實驗設備 噴焊設備本實驗所用的是德國生產的等離子噴焊設備，型號是 Eutronic GAP 2022 DC 等離子轉移弧焊機，如圖 21 所示?；诒敬螌嶒灥哪康模獪y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，浸潤性良好的低碳鋼 A3；選擇的噴焊材料是熱穩(wěn)定性和流動性良好，粒子尺寸和粘度都適合的 Ni60A 合金粉末。(2)材料的熱膨脹系數和導熱率應與工件材料相近。第二章 實驗方法及實驗設備 實驗材料 基體材料此實驗選用普通低碳鋼 A3 鋼為基體材料，其成分如表 21。并對熔敷層及噴焊層的組織成分力學性能進行分析。 本文研究的內容及意義電站高溫安全閥工作溫度設在 400～600℃，同時要承受開啟和關閉時的磨損，目前廠家多采用手工電弧堆焊，然后采用復雜的制造工序來生產安全閥密封面，生產工序多，成本高并且受堆焊材料限制，安全閥的質量還存在不足。改善機械零件的表面性能．提高零件表面的耐磨、耐蝕性能，使用等離子噴焊具有重要的意義。調節(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，這樣就消除了焊粉堆積現象，解決了停焊時的堵槍問題。當送至出粉孔處的焊粉量比噴焊過程中所消耗的焊粉量多時，多余的焊粉就會堆積在出粉孔處。從圖 11 可以看出，儲粉室下端的調節(jié)螺母是可上、下調動的。這是因為停焊時，堆積的焊粉就會經送粉調節(jié)器流入焊槍。造成上述問題的主要原因是送粉氣流量過小。負壓加大，吸力也增大，輸至焊槍的焊粉量增多。負壓隨送粉氣流量加大而增高。從圖 12可看出，由送粉輸人口流進送粉調節(jié)器的氣體，通過焊粉氣輸出口流出至焊槍。送粉調節(jié)器有一個進粉輸人口和一個送粉氣輸人口。出粉孔下端與送粉凋節(jié)器的進粉輸人口相連接。此時送粉電動機啟動，帶動送粉盤轉動，此時在氣體壓力和自重的作用下，儲粉室中的焊粉由儲粉室底部調節(jié)螺母上的小孔流人送粉室中的送粉盤上，送粉盤又將焊粉轉送到擋粉板處。首先將焊粉由注粉孔注入儲粉室中。為此，經對該問題進行分析和排查，認為這可能是因供粉量不足造成的，因此加大供粉量進行試驗，但是仍無任何效果。（7）焊接成本低，與一般氬弧焊相比，可省電 1/3～1/2, 省氣 1/2～2/3，且在焊接厚度較小的情況下，無需填絲。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到電弧穩(wěn)定燃燒，因此特別適合焊接微型緊密零件。另外，電弧攪動性好，熔池溫度高，有利于熔池內氣體的釋放。, 這對保證焊縫成形和焊縫均勻性都十分有益。若按鎢極氬弧焊的擴散角為 90 度，等離子焊擴散角為 5 度計算，電弧斷面變化 20%時,鎢極氬弧焊的焊炬高度只允許變化177。 （2）焊縫質量對弧長的變化不敏感。合金可滿足嚴重沖擊和中等輕微磨料磨損場合，焊層具有高韌性并可能被加工硬化、廣泛應用于破碎機輥、挖土機零件、破碎機的錘或飄頓等零件的修復。常用于齒輪、礦山車輪及軸、鏈輪、導輪、起重機軸、吊車、翻斗機的軸、挖淘的輥和拖拽輪等零件修復。金屬陶瓷及其復合合金材料亦可用于常溫、高應力磨粒磨損、高應力、沖擊載荷工況，如冷沖模、切邊模、拉伸模、礦石破碎機等工件，亦提高壽命 5 倍以上。其技術效益和經濟效益十分顯著，也可用于復合材料、軸瓦 配油盤以及需要鑲銅合金的工件。 銅基合金粉末銅基合金粉末是目前等離子噴焊用的新一類合金粉末。此外，該合金也常用在各種要求高溫硬度或耐氣蝕、磨損場合如艦艇用大型軸承的內外環(huán)、大型水輪機轉子葉片、透平機葉片、榨油機推進器等的噴焊。 合金具有極好的自嚙合抗粘著磨損性能。宜用于要求高溫、耐磨并兼有耐蝕(或耐氣蝕)的工況條件。 鈷基合金粉末鈷基合金粉末基體是鈷和鉻的合金固熔體，均勻分布著 W、V、Mo 等碳化物，CoCrWBSi 自熔性合金粉末和 CoCrWC/MoNiFe 系列鉆基粉末具有較高的強度和良好的抗氧化和耐腐蝕性能，其強度和硬度可保持在 600～800℃以上，具有良好的耐高溫、耐腐蝕和耐氣蝕性能。也可用于化工和石油閥門，擠壓機螺桿及簡體、螺旋推進器、鏈輪齒和振動器桿件等修復。鎳基臺金綜合性能較好，一般都具有良好的耐腐蝕、耐磨損、抗氧化和較好的紅硬性等，可作為閥門密封面噴焊材料。 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。石油鉆桿接頭的噴焊等。主要分為耐金屬間磨損和耐低應力磨粒磨損。目前應用廣泛，為了提高合金的抗蝕性、耐磨性或使晶粒細化等性能還可以加入適量的 Co、Ni、Mo 、 Cu、Mn 、V 等其它元素。 等離子噴焊合金粉末及應用使用合適的合金粉末，調整噴焊的工藝參數，就能用于多種構件的噴焊修復及表面處理 [20,22]。工件厚度大于 時，I 形坡口，用穿孔法單面焊雙面成形一次焊透。板厚小于 3mm 時，可直接在工件上引弧和收弧。直縫可采用引弧板和熄弧板解決，在引弧板上形成小孔，然后過渡到工件上，最后將小孔在熄弧板上閉合。利用熔入法焊接時，為了減小等離子流力，應適當降低等離子氣流量。但等離子氣流量過大，就會使小孔直徑過大，不能保證焊縫成形。 離子氣流量由等離子流力和熔透能力決定。大電流等離子弧焊接時，為了保證電弧的穩(wěn)定性，等離子氣及保護氣體通常采取相同的氣體。噴嘴距離變化對焊接質量的影響沒有鎢極氬弧焊敏感。 3．噴嘴離工件的距離 如果距離過小，易造成噴嘴被飛濺物堵塞，破壞噴嘴正常工作；噴嘴離工件的距離過大，熔透能力降低。其他條件一定時，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。故此，為了獲得穩(wěn)定的小孔焊接過程，在噴嘴結構確定后，焊接電流只能在某一個與離子氣的流量有關的合適的范圍內選擇。 等離子弧焊的工藝參數1．焊接電流根據板厚或熔透要求來選定焊接電流。等離子噴焊熱量集中，噴焊的速度接近生產率高的埋弧自動焊。，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。合金粉末熔化地充分，故飛濺少，熔池中的熔渣和氣體也易于排除，容易消除焊層內的夾渣、氣孔等缺陷。由于工藝上可調節(jié)的參數很多，熱輸入可控，合金粉末在弧柱中預熱，噴射過渡到熔池，有緩沖電弧吹力的作用，熔池受熱均勻，故可控制母材熔深，降低母材對合金的沖淡率，沖淡率一般是可以控制在 5%～ 15%以內。 與其他表面噴焊相比等離子噴焊利用等離子弧作熱源和采用合金粉末作填充金屬，從而與其它表面噴焊方法相比較，具有以下特點（表 11） [10,11]：表 11 焊接方法的比較根部焊道手工電弧焊接 手式 TIG焊接等離子焊接(PAW)板材焊前準備坡口+鈍邊 坡口+鈍邊坡口+鈍邊裝配 相對困難（間隙） 困難（小間隙） 容易焊工技術要求熟練 熟練 一般焊接速度 非常慢 非常慢 相當快操作難度 困難 非常困難 較容易焊后質量 好/但外觀不美 好 極好特別問題焊條過熱，質量難以控制，工件變形焊工易疲勞，質量難以控制，工件變形無等離子噴焊可以在很大的范圍內調節(jié)熱輸入。 （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。由于等離子弧能量密度的提高有一定限制，因此小孔型等離子弧焊只能在有限厚板內進行焊接。施焊時，壓縮的等離子焰流速度較快，電弧細長而有力，為熔池前端穿透焊件而形成一個小孔，焰流穿過母材而噴出，稱為 “小孔效應 ”。由于等離子弧的壓縮效應及熱電離充分，所以電弧工作穩(wěn)定，特別當聯合型等離子弧在小電流()焊時，仍具有較平的靜特性配用恒流(垂降)電源，能保證焊接過程非常穩(wěn)定，故可以焊接超薄構件。此外，等離子弧對焊件的熱輸入相對較小，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。主要用于微束等離子弧焊和粉末堆焊。 （3）聯合型等離子?。汗ぷ鲿r非轉移弧和轉移弧同時并存，故稱為聯合型等離子弧。 （2）轉移型等離子弧：鎢極接電流負端，焊件接電流正端，等離子弧產生的鎢極和焊件之間。4．等離子弧的類型按電源連接方式的不同，等離子弧有非轉移型、轉移型和聯合型三種形式。等離子弧的挺直度非常好。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。與自由鎢弧比較最大區(qū)別是電弧電壓比自由鎢弧高。3．等離子弧的特性等離子弧能量密度可達 10000100000W/cm2，比自由鎢弧(約 10000W/cm2 以下)高，其溫度可達 18000～24000K，也高于自由鎢弧 (約 5000～8000K) 很多。 當小直徑噴嘴，大的氣體流量和增大電流時，等離子焰自噴嘴噴出的速度很高，具有很大的沖擊力，這種等離子弧稱為“剛性弧” ，主要用于切割金屬。 （2）熱壓縮效應——當通入一定壓力和流量的氬氣或氮氣時，冷氣流均勻地包圍著電弧，使電弧外圍受到強烈冷卻，迫使帶電粒子流（離子和電子）往弧柱中心集中，弧柱被進一步壓縮。 2．等離子弧的產生 在鎢極與噴嘴之間或鎢極與工件之間加一較高電壓，經高頻振蕩使氣體電離形成自由電弧，該電弧受下列三個壓縮作用形成等離子弧。 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。程控電路應能滿足提前送氣、高頻引弧和轉弧、離子氣遞增、延遲行走、電流和氣流衰減熄弧。自動化等離子弧焊機控制系統(tǒng)通常由高頻發(fā)生器，小車行走。為保證引弧和熄弧處的焊接質量，離子氣可分兩路供給，其中一路可經氣閥放空，以實現離子氣流衰減控制。由于非轉移弧在非常焊接過程中不能切除因此一般要用兩個獨立的電源。大電流等離子弧都采用等離子弧，用高頻引燃非轉移弧，然后轉移成轉移弧。 2．焊接電源 下降或垂直下降特性的整流電源或弧焊發(fā)電機均可作為等離子弧焊接電源。手工焊設備由焊接電源、焊槍、控制電路、氣路系統(tǒng)和水路系統(tǒng)等部分組成。等離子噴焊熔深較淺，使得基材對合金的沖淡率低，同氧乙炔火焰噴焊相比較，電弧對熔池的攪拌作用較強，熔池的冶金過程進行的比較充分，噴焊層氣孔和夾渣少。在噴涂過程中，粉末通過弧柱的加熱，一般以半融化狀態(tài)積極到工件上。隨著噴槍和工件的相對移動，液態(tài)合金逐漸凝固，便形成了合金噴焊層 。噴槍的噴嘴和電極通水冷卻，采用氬氣作等離子氣，首先用高頻火花點燃非轉移弧，然后利用非轉移弧在電極和工件之間選成的導電通道引燃非轉移弧，在建立轉移弧的同時，由送粉器向噴槍輸送粉未，粉未通過電弧后噴射到工件上。 基本原理等離子噴焊采用轉移型等離子弧為主要熱源，在金屬表面噴焊合金粉末的方法。 等離子噴焊 定義等離子噴焊是利用等離子弧作高溫熱源，粉末狀合金作為填充金屬的一種熔焊工藝 [5]。等離子弧熱噴焊的產品質量穩(wěn)定，易于實現自動化，尤其是修補噴嘴環(huán)、轉子等一些昂貴的零部件時，顯著的經濟性和可靠性就顯現出來了。等離子弧熱噴焊技術是一種具有發(fā)展前景的表面強化技術。設備控制方面，在等離子弧熱噴焊設備中引入可編程控制器的方法已逐步得到應用，但許多人將 PLC 僅作為一種替代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的邏輯順序控制器，使 PIE 的軟件功能不能充分發(fā)揮 [8]。 前景等離子弧熱噴焊技術可用于制備性能優(yōu)良的復合材料。等離子弧熱噴焊技術始終受到國家的重視，一直是“六五”、“七五”規(guī)劃的重點推廣項目，也獲得了一定的技術經濟效益，隨著對新材料的進一步開發(fā)和應用，等離子弧熱噴焊技術也將不斷的完善和發(fā)展。天津大學杜則裕等人通過對鐵基粉末 Fe0Fe9A 的研究，發(fā)現等離子弧熱噴焊可提高金屬零件的表面耐磨、耐腐蝕性能，從而獲得符合質量要求的噴焊層，這對改善機械零件表面性能有重要意義。由于等離子弧熱噴焊技術所采用的粉料易于調節(jié)，這又是一種制備復合材料的新方法。隨著高新技術的發(fā)展。蘭州理工大學研制了以單片機 80C196KC 為核心的自動等離子弧熱噴焊的控制系統(tǒng)，實現了等離子弧熱噴焊設備的小型化、控制微機化和操作自動化。等離子焊接設備中要控制的對象比較多，包括高頻振蕩電源、轉移弧整流電源、噴焊機床、送粉器、擺動機構等等，對其中任一部分的改變都可能影響噴焊性能。西北工業(yè)大學進行脈動等離子弧熱噴焊技術研究，在工件和噴槍陽極(噴嘴)之間接入高頻 IGBT 無觸點開關，實現了轉移弧和非轉移弧的高頻交替工作，實現了等離子弧熱噴焊的單一電源工作。1981 年我國召開了推廣應用熱噴涂技術的工作會，并開始在全國推廣應用，熱噴涂設備和材料的生產體系基本形成了。60 年代末期開始研究等離子弧熱噴焊技術，同時開發(fā)粉末火焰噴焊技術。60 年代初成功研制了封閉式噴嘴固定式電弧噴槍和陶瓷粉末氣噴槍。在日本，等離子弧熱噴焊起步相對較晚，但比較注重世界一流設備的引進和研究，近幾年來發(fā)展迅速。涌現出一大批跨國公司，如美國的 Miller 公司，瑞士的 CastCin 公司等。此后，熱噴涂技術進一步應用于工業(yè)部門的大批量生產，其發(fā)展速度有了大幅度提高，“熱噴涂工業(yè)”真正成長起來。 國外等離子噴焊發(fā)展