128313_宗晓磊_等离子弧堆焊工艺参数对钴基堆焊层微观组织及力学性能的影响_提交开题报告_145

河北工业大学城市学院本科毕业设计（论文）前期报告1河北工业大学城市学院2014届本科毕业设计（论文）前期报告毕业设计（论文）题目：等离子弧堆焊工艺参数对钴基堆焊层微观组织及力学性能的影响专业（方向）：材料科学与工程（焊接）学生信息：128313、宗晓磊、材料C123指导教师信息：04049、薛海涛、副教授报告提交日期：2016年03月26日内容要求：一．课题来源在石油化工等能源领域，有许多阀门工作在条件极其恶劣的环境下，尤其是高温环境。高温阀门的密封面长期处于介质中，会受到腐蚀和冲击；阀门开关时密封副之间的摩擦也会对密封面造成磨损；装置的开机关机使阀门密封面还受到热疲劳的作用。为了获得具有耐蚀、耐磨损、抗高温、耐热疲劳等性能的高温阀门密封面，采用等离子弧堆焊法可以在阀门表面堆焊一层高温合金，从而降低材料成本，延长材料使用寿命。钴基硬质合金材料是耐高温耐腐蚀耐磨损的优质材料，特别是在热态下具有优越的耐擦伤性能，广泛用于堆焊临界或超临界参数的蒸汽阀门密封面，以及使用条件比较恶劣，抗磨损、抗腐蚀要求较高的阀门密封面[1]。二．研究的目的和意义由于等离子弧堆焊工艺参数比较复杂，主要包括堆焊电流、离子气量、保护气量、送粉气量、送粉速度、等离子枪行走速度、摆动速度，其中任何一个参数的变化都可能影响堆焊层的性能和质量。为了得到最佳的工艺参数，本课题采用正交设计试验方法分析试验数据。得出最佳的工艺参数可以优化钴基合金堆焊工艺，提高焊接质量，防止焊接裂纹的产生，节约焊接成本，提高焊接生产率。三．主要设计（研究）内容、设计思想或研究技术路线、预期目标3.1主要设计或研究内容本课题以试验研究为主：采用等离子弧堆焊的焊接方式，选用不同的焊接参数在Q235A低碳钢板上堆焊一层钴基金属，制作出不同焊接参数下的样本试样，观测其钴基堆焊层的显微组织，测试其力学性能，通过正交试验的方法进行对比，选择最优化的工艺参数。3.2设计思想或研究技术路线⑴、采用正交试验方法设计堆焊试验，获得钴基堆焊层。⑵、采用光学显微镜和扫描电镜对堆焊合金层及基体的显微组织进行观察分析，用X射线衍射仪对堆焊层表面进行物相分析。河北工业大学城市学院本科毕业设计（论文）前期报告2⑶、检测试样表面的力学性能，用洛氏硬度仪测试堆焊合金层表面宏观的硬度，采用热震法测试堆焊层的抗裂性。3.3预期目标通过正交试验进行极差分析，选出最优的焊接参数，得出工艺参数对堆焊层微观组织和力学性能的影响。四．文献综述等离子堆焊于20世纪60年代开始投入工业应用。它是利用焊炬的钨极作为电流的负极和基体作为电流的正极之间产生的等离子体作为热量，并将热量转移至被焊接的工件表面，并向该热能区域送入焊接粉末，使其熔化后沉积在被焊接工件表面，从而实现零件表面的强化与硬化的堆焊工艺。该堆焊技术具有生产率高，成型美观以及堆焊过程易于实现机械化及自动化等优点，符合绿色制造的发展趋势，在制造业中的应用日益广泛[2]。因为等离子堆焊合金主要以金属粉末作为堆焊材料，并且大部分堆焊材料系自熔性合金，堆焊质量对粉末质量的依赖性很大。在堆焊过程中会有少量粉末飘散而造成浪费。在堆焊过程中因粉末飞溅，长时间施焊易产生粘喷嘴现象，已经成为影响工艺稳定性的重要因素。以上问题除了与堆焊合金本身的特性有关之外，主要与焊粉的粒度、形状及焊枪(特别是喷嘴)密切相关。钴基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[5]。该合金由于其具有良好的热强性、极好的低摩擦系数和抗磨损特性、优异的耐热腐蚀性及耐热疲劳性能,特别是在热态下具有优越的耐擦伤性能，从而受到广泛关注[3]。目前焊粉的生产已经从水雾化逐渐过渡到气雾化，从而使得焊粉的颗粒保持很规则的球形。而焊粉的粒度组成则可以通过筛分环节严格控制。但现在关于焊枪的设计和加工过程中仍有许多问题，例如送粉孔的数量、分布以及焊枪表面防粘涂层的选择和应用都值得进一步深入探索。在系统控制方面，由于等离子堆焊工艺参数比较复杂，因此等离子焊接设备中要控制的对象比较多，主要包括转移弧整流电源、高频振荡电源、气量、冷却水、堆焊数控机床、送粉器和摆动器等，其中任何一个参数的变化都可能影响堆焊层的质量和性能。刚开始采用手动控制，堆焊质量与操作者有非常大的关系。后来发展到使用继电器逻辑电路及二极管矩阵逻辑电路作为程控系统，系统集成程度不高，给维修或因加工对象改变而修改工艺程序带来巨大的不便。为提高系统反应速度，兰州理工大学在设备中引入单片机或可编程控制器，研制了以高性能单片机80C196KC为核心组成的自动等离子堆焊控制系统，大幅度河北工业大学城市学院本科毕业设计（论文）前期报告3提高了设备的稳定性、可靠性和工艺适应性。南昌航空工业学院进行了用可编程控制器改进等离子堆焊装置的研究，并通过试验证明该控制系统抗高频干扰能力强，运行可靠[2]。等离子弧堆焊技术未来的发展趋势是提高生产效率，降低劳动成本，通过该技术获得具有高性能的堆焊层，最大程度上延长机械零部件的使用寿命[5]。由于其优异的技术特性，等离子弧堆焊技术在国内外得到了大量的应用。在实际的工业生产中，主要用于表面技术，以提高工件表面的耐磨性能，以及石化工业设备的耐腐蚀性能，同时延长使用寿命为主要目标。由于等离子弧的温度极高，粉末熔化充分，从而得到的熔敷层材料组织细小、均匀、致密，同时具有柔性好、加工速度快、对零件的复杂程度基本没有限制等特点，能直接制造出满足实际使用要求的组织致密的零件。并且几乎不受种类限制，因此在缩短制造加工周期、节省资源与能源、发挥材料性能、提高精度、降低成本方面具有很大潜力，因而受到越来越多的关注[6-7]，等离子堆焊在未来会有很好的发展前景。五．任务书进展安排3月21日至3月31日：查阅等离子弧堆焊、钴基堆焊、T800钴基堆焊、钴基堆焊裂纹影响、正交试验的相关文献，做好准备工作，撰写前期报告。4月1日至4月20日：按照正交试验法制备不同焊接参数下的试样，并做各项性能检测，分析数据，找到符合试验要求的试样，总结数据，撰写中期报告。4月21日至5月6日：分析数据，找到最优化的等离子弧堆焊工艺参数，撰写中期报告。5月7日至6月10日：写毕业论文，准备答辩。六．参考文献：[1]杨文军,杨永良．阀门钴基合金密封面堆焊工艺的分析与研究[J]．阀门，2014(5):19-22[2]邓德伟,陈蕊,张洪潮.等离子堆焊技术的现状及发展趋势[D].大连：大连理工大学，2013.[3]于建平,张涌,张玉峰．钴基合金堆焊的应用和分析[J]．焊接技术，2000，29(3):7-8.[4]赵书远.等离子弧粉末堆焊在石油钻杆接头修复中的应用研究[D].天津:天津大学,2005.[5]唐英.排气门密封面等离子弧堆焊铁基合金涂层的研究[D].天津:天津大学,2007.[6]LUjianbo.Coatcomponentsoptimizationandwearbilityforplasmatransferredarcprocessing[J].MaterialsforMechanicalEngineering,2006(3):35-37.[7]ZHAOKun,CHENGZhiguo.Reviewofcompositemetalplasmaarcsureacing[J].Welding＆Joining.1999(2):5-8.河北工业大学城市学院本科毕业设计（论文）前期报告4注：1、篇幅要求：根据专业要求由系主任规定，2000字左右；2、编辑和打印格式：WORD文本，正文五号宋体。A4纸单面打印。