等离子弧堆焊综述

材料表面工程结课论文——等离子弧堆焊学院（系）：专业：学生姓名：学号：教学老师：完成日期：目录摘要...................................................................................................................-1-一、堆焊简介...........................................................................................................-1-1.1堆焊定义..............................................................................................-1-1.2堆焊材料..............................................................................................-1-1.2.1铁基堆焊合金...........................................................................-1-1.2.2钴基堆焊合金...........................................................................-2-1.2.3镍基堆焊合金...........................................................................-2-1.2.4铜基堆焊合金...........................................................................-2-1.2.5复合堆焊合金...........................................................................-2-1.3堆焊的常用方法..................................................................................-3-1.3.1手工电弧堆焊...........................................................................-3-1.3.2氧—乙炔火焰堆焊...................................................................-3-1.3.3埋弧堆焊...................................................................................-4-1.3.4钨极氩弧堆焊...........................................................................-4-1.3.5等离子弧堆焊...........................................................................-5-二、等离子弧堆焊简介...........................................................................................-5-2.1等离子弧的产生及特点......................................................................-5-2.2等离子弧堆焊的原理及特点..............................................................-6-2.2.1等离子弧堆焊的原理...............................................................-6-2.2.2等离子弧堆焊的特点...............................................................-7-2.3等离子弧堆焊的分类..........................................................................-8-2.4粉末等离子弧堆焊..............................................................................-8-2.4.1自熔性合金粉末.......................................................................-8-2.4.2复合合金粉末...........................................................................-9-2.5等离子弧堆焊的应用..........................................................................-9-2.5.1修复机械零件...........................................................................-9-2.5.2制造双金属零件.......................................................................-9-三、等离子弧堆焊的发展趋势.............................................................................-10-参考文献...........................................................................................................-11-等离子弧堆焊-1-摘要等离子弧堆焊工艺是表面涂覆技术的一个分支，是焊接工艺方法在表面工程领域中的重要应用。与其它类型的表面工程技术如化学领域中的电镀、热处理领域中的表面热处理和化学热处理等相比，等离子弧堆焊是一种表面处理新技术在国内外获得了很快的发展[1]。本文就等离子弧堆焊技术在表面工程上的应用展开，从等离子弧的产生到等离子弧堆焊技术的应用，以及目前等离子弧堆焊的各个方面的研究进展进行了相关论述，对等离子弧堆焊技术进行了比较详尽的概括。关键词：堆焊；表面涂敷；等离子弧；一、堆焊简介1.1堆焊定义堆焊（HardSurfacing）是利用焊接热源使基材表面与敷焊的材料之间形成熔化冶金结合的一种表面工程。它的目的不是为了联接零件，而是借用焊接的手段在零件上堆敷一层或几层所希望性能的材料,以获得所需的耐磨、耐热、耐蚀等特殊性能的熔敷层。堆焊是一种改善机械表面耐磨性的简单、经济且行之有效的方法。它是用焊接方法在零件表面堆一层具有一定性能材料的工艺过程，将焊接中的零件连接技术移植到零件表面进行敷焊的技术，利用焊接热源使基材表面与敷焊材料之间形成熔化冶金结合的一种表面工程技术。用堆焊方法将耐磨材料覆盖在基体材料上，既提高了耐磨性、延长零件使用寿命,又节省了贵重材料，降低成本。它不是为了连接零件，其目的在于增加零件的耐磨、耐热、耐蚀等方面的性能[2]。1.2堆焊材料1.2.1铁基堆焊合金铁基合金是应用最广泛的一类堆焊合金。铁基合金原材料来源广，价格低。由铁基合金获得的焊层有良好的耐磨性。此外，经过成分和组织的调整，铁基合金可以在很大范围内改变堆焊层的强度、韧性、耐磨性、耐蚀性、耐热性和抗冲击性，因此得到了广泛应用。根据堆焊层的成分和组织,铁基堆焊合金可分为珠光体、马氏体、奥氏体、莱氏体、碳化物等几种类型。等离子弧堆焊-2-1.2.2钴基堆焊合金该系列堆焊合金以金属钴为基，是在司太立合金基础上发展起来的。它在司太立合金的基础上加入了微量元素改善了合金的某些特性，堆焊层的显微组织是奥氏体+共晶组织，当含碳量高时，组织中还会出现大块的合金碳化物。钴基合金的特点是在650℃以上时仍具有较高的强度和硬度，具有优良的热强性、抗氧化性、抗热疲劳性能，较好的耐磨性、耐擦伤、耐腐蚀性，比较适合在600℃-700℃的高温工作，如高温阀门密封面的堆焊，但是价格昂贵。1.2.3镍基堆焊合金以镍为基的自熔合金统称为镍基合金。该类合金熔点低，流动性好，具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐热和抗氧化等综合性能，但成本较高。这种合金系统主要分为镍硼硅系统和镍铬硼硅系统。NiCrBSi系合金含B约1.5%-4.5%，堆焊层组织是奥氏体+硼化物+碳化物，堆焊层常温硬度一般为60HRC，耐低应力磨粒磨损性能优良，但冲击韧性一般，高温性能好，在540℃时仍能保持48HRC，且耐氧化耐腐蚀性能好，常用于阀门密封面的堆焊。1.2.4铜基堆焊合金堆焊用的铜基合金主要是铝青铜、硅青铜、锡青铜，有时也用黄铜和紫铜。在某些条件下，铜合金具有良好的耐蚀性能和抗黏着磨损性能，具有较低的摩擦系数，良好的抗海水和大气腐蚀性能，塑性好，易于加工。但铜基合金耐磨料磨损性能和抗高温蠕变能力差，易受硫化物和氨盐的腐蚀。硅青铜和铝青铜耐海水腐蚀的能力很强，铝青铜具有耐气蚀的性能，黄铜和青铜在金属与金属间的磨损场合性能优良，被广泛用于修理轴承表面。1.2.5复合堆焊合金复合堆焊合金是由两种以上不同成分的固相材料所组成，是一种新型工程材料。复合粉末与由不同粉末机械混合而成的粉末相比存在显著差别，可实现不同综合性能要求的粉末(如金属与陶瓷的复合粉末)的制备，防止出现成分偏析，保证单颗粒的非均质性和粉末整体均匀性的统一。WC系复合堆焊合金多用于承受冲击载荷的严重磨损情况。WC/镍基、WC/钴基是WC系复合堆焊材料中最重要的两个系列，加入极硬的WC作主体硬质相，目的是使整体材料的硬度和抗磨损性能有很大提高。铬碳化合物的硬度高于石英砂磨粒的硬度，性能优于普通渗碳体，因而成为耐磨多元复合强化堆焊合金的主要硬质相。合金中加入B，可溶入碳化物或置换碳化物中的碳等离子弧堆焊-3-原子，形成硬质硼化物或复合硼碳化合物相，硬化效果明显。TiC的硬度极高。TiC/铁基合金表面抛光后，摩擦系数低，有自润滑功能。热处理后，坚韧强硬的基体相对TiC颗粒支撑特别坚固。1.3堆焊的常用方法1.3.1手工电弧堆焊用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法，称为焊条电弧堆焊。其焊接回路由弧焊电源、电缆、焊钳、焊条、电弧和焊件组成。焊条电弧堆焊在使用中有如下特点：（1）备简单，轻便，适合现场焊接。（2）焊接时是明弧，便于焊工操作者观察，焊接灵活性大，特别是对一些形状不规则和零件的可达性不好的部位进行堆焊尤为合适。（3）焊条电弧焊热量集中，通过选择不同的焊条能够获得几乎所有的堆焊合金成分。（4）这种焊接方法的生产率较低，工件温度梯度大，且稀释率高，不容易获得薄且均匀的堆焊层，通常要堆焊2~3层，但是堆焊层太多会导致开裂。1.3.2氧—乙炔火焰堆焊氧—乙炔焰用途较广，由于它的火焰温度较低（3100℃左右），而且可以调整火焰的能率，可以得到低的稀释率（1%~10%）和薄的堆焊层，一般采用碳化焰焊接，乙炔的用量和堆焊金属有关。该焊接方法有设备简单、操作灵活成本较低等优点，所以得到广泛使用。但也有如劳动强度大、生产率低等缺点。所以该焊接方法主要用于小零件的制造和修复工作，如油井钻头牙轮、蒸汽阀门、