上海申弘阀门有限公司
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化工阀门合金粉末等离子堆焊的工艺 化工阀门合金粉末等离子堆焊的工艺及规范是什么？ 化工阀门合金粉末等离子堆焊 化工阀门合金粉末等离子堆焊 化工阀门对焊 化工阀门堆焊
之前介绍JIS日标不锈钢截止阀标准，现在介绍合金粉末等离子弧堆焊出现于20世纪60年代初，近几年来在我国阀¨制造、交通和矿1U机械等行业应用较广泛，是一项较重要的堆焊新工艺。它除了具有钨极氩弧堆焊的堆焊质量高、冲淡率低等优点外，还有堆焊过程易于实现机械化、堆焊层光滑、平整，厚度可准确控制生产效率高等特点。在适当的条件下，冲淡率可控制在5%以内。堆焊层厚度可在0. 25 mm-6 mm之间任意调整。生产率为0.5 kg,/h—6 kg:,"h。
(1)化工阀门合金粉末等离子堆焊的工艺等离子弧燃烧方式
①联合型等离子弧：非转移弧主要用于加热合金粉末；转移弧既可加热合金粉末，又可熔化母材表面。对于自熔性合金粉末堆焊，由于粉末熔点低，非转移弧的作用不明显；当堆焊熔点较高的粗粉时，非转移弧的作用就明显了。薄小零件的堆焊，多采用联合型等离子弧。
②转移型等离子弧：鉴于非转移弧并不起重要作用，在很多场合只是使用转移弧进行堆焊，这样可省去一套电源。
③串联电弧的联合型等离子弧：它的主要优点是在喷嘴与工件间产生的离子弧不会增大气流对熔池的吹力，能有效地限制熔深。虽然这个离子弧加热比较分散，却仍能维持足够的方向性。使用这种方式的等离子弧应控制离子弧电流，若电流增大，则喷嘴烧损严重．但若进一步增强水冷，这个问题可以得到改善。国内使用这种等离子弧方式的不多。
(2)送粉方式
目前应用两种送粉方式：嘴内送粉和嘴外送粉。
在嘴内送粉等离子堆焊枪中，粉末受到较充分的加热，还可减少粉末的飞溅，可得到较高的熔敷率。嘴内送粉枪的主要缺点是容易发生熔化昀合金粘附嘴壁的现象。熔化的合金粘附在嘴壁或出口处聚集到一定的数量后则落人熔池，形成淌熔滴现象，严重时则堵塞嘴孔。为防止出现上述现象．钨极与喷嘴内孔应具有较高的同心度，以保证合金粉末从喷嘴均匀送出。此外，送粉气体的流量应合适，不应引起气流。
在嘴外送粉等离子堆焊枪中，合金粉末从喷嘴外送人等离子弧中，从根本上解决了淌熔滴及喷嘴堵塞问题。在相似的规范下熔深比嘴内送粉小，这是由于嘴内送粉时，送粉气流在喷嘴内受到了强烈加热，并直接吹向熔池，造成较大的附加吹力；而嘴外送粉时，送粉气造成的附加吹力大大降低。嘴外送粉枪的主要缺点是粉末飞散程度大，合金堆敷率较低。
(3)等离子堆焊气体及合金粉末
通常使用纯氩做工作气（亦称离子气、稳弧气）、送粉气及保护气。氩等离子弧电压低、燃烧稳定、钨极及喷嘴烧损小。
国外有的使用70%氩加30%氦做工作气或送粉气，它使等离子弧电压升高，从而具有较大的功率和生产率。用氦气做保护气效果也很好，但氦气很稀缺，成本甚高。
工作气及送粉气在保证等离子弧有足够的方向性及均匀送出合金粉末的前提F，应尽量限制其流量，以降低气流吹力。保护气则应有足够的流量才有效果。由于等离子弧堆焊的合金粉来多是自熔性的．不采用保护气并不会对堆焊质量发生明显的影响．但喷嘴很容易被熔池飞溅出来的金属细粒沾污。
堆焊用合金粉末的粒度愈细愈易于熔化，但过细的粉末增加送粉的困难。太粗的粉束既不易熔化，又容易飞出堆焊区，从而使粉末损失严重。比较合适的粒度范围是0. 06 mm—0.12 mm(120-230目／英寸)。为防止粉末在喷嘴内熔化造成堵嘴现象．国内也有使用粗粉（40-120目，英寸）堆焊。 某阀门制造厂使用LU-150等离子弧粉末堆焊机，采用联合型等离子弧、震动式送粉器、嘴内送粉，其堆焊工艺如下：
（一）、等离子熔覆技术
等离子熔覆技术是采用等离子束作为热源，在金属的表面获得相对美观、耐磨、防腐、耐冲击、耐热等特性的新型材料表面改性技术，其原理是按照程序轨迹运行的高能等离子束，在熔覆过程中把合金粉末通过同步送粉器送到需要进行强化表面处理的工件表面上，同时利用高能束辐照使合金粉末熔化，其工件表面也同时熔化，在工件表面形成合金熔池，在等离子高能束离开以后，合金熔池快速凝固，从而形成其成分均匀、组织细小、致密无气孔及无裂纹的高质量冶金涂层。
目前等离子熔覆所用到的材料大多是Ni镍基、Co钴基、Fe铁基自熔合金粉末，在特殊耐磨要求下可添加Wc碳化钨合金及Tic陶瓷粉末，等离子熔覆属于一种表面快速冶金过程，因此在熔覆后所呈现出来的高结合强度是其他焊接工艺*的。熔覆材料的选配直接关系到能否满足不同特性的需要。等离子熔覆加工过程中，因稀释率较低，能满足各类异形工件熔覆的要求，同时具有组织强化、沉淀强化等高性能的特点，与普通氩弧焊、埋弧焊、冷焊、激光熔覆、电子束熔覆等相比，等离子熔覆是一种更，更、成本更低的表面改性新技术，在国内外已经把等离子熔覆技术运用到煤矿、工矿、电力、石化、水泥、钢铁、大型能源等领域，成功应用到各类工件中。比如在煤矿开采中的截齿，在通过等离子熔覆后的截齿与没有熔覆的作比较，等离子熔覆后的截齿耐磨寿命增加了10倍，为采煤提供了良好的技术装备。
等离子熔覆技术及工艺涉及多个学科领域，目前国内专门从事等离子熔覆研究的机构还不多，除了少数高校在进行一些学术上的研究，实际应用的研究还相对比较薄弱。在诸多的企业和机构里面寻找到一家等离子熔覆设备制造商，不仅能够制造出等离子熔覆设备，在表面合金化的应用领域也十分出色，宁波镭速激光科技有限公司是国内少有的研发制造和熔覆应用单位，为此我们对镭速公司的等离子装备进行了深入了解。
二、镭速等离子熔覆机与市场上的熔覆机对比：
1、具有独立自主的研发团队，从等离子电源到等离子焊枪、都有，申请下来1项国家发明，4项实用新型，掌握核心技术，真正做到从应用入手，解决棘手难题，使设备率工作、稳定性更强，熔覆效果更为美观。
2、镭速公司从1999年开始投入到特种零部件修复的工作中去，15年来积累了大量的零部件熔覆再制造案例，成功的为各行业修复与加工工件上万例，切实做到不光制造装备，还会使用装备，使用好装备，在企业与高校合作的经历中，不断开发新的设备，研究新的工艺，不指望外界的技术，在整个过程中自行攻克各种工艺难关。
3、等离子电源稳定性及寿命超长，
三、镭速等离子熔覆的特点
1、堆焊堆焊合金层与工件基体呈冶金结合，结合强度高；
2、堆焊堆焊速度快，低稀释率；粉末等离子弧堆焊的稀释率可控制在5%一10%或更低。
3、堆焊层组织致密，成型美观；堆焊过程易实现自动化生产，提高劳动生产率，减轻劳动强度。
4、可在锈蚀及油污的金属零件表面不经复杂的前处理工艺，直接进行粉末等离子弧堆焊；
5、与其他等离子堆焊相比设备构造便利，低耗、、实用易操作，维修维护方便；
6、等离子弧温度高、能量集中、工艺稳定性好，外界因素干扰小，在工件上引起的残余应力和变形小。
7、可控性好。可以通过调节电流大小、气体流量、送粉速度、堆焊速度及等离子弧摆动幅度来控制堆焊效果，从而获得质量优异的熔敷层。
8、使用材料范围广。堆焊合金粉末作为熔敷材料，不受铸造、轧制、拔丝等加工工艺的限制，可依据不同性能要求配置不同成分的合金粉末，特别适用于那些难于制丝但是易于制粉的硬质耐磨合金，以获得所需性能的堆焊层。
9、堆焊大型工件效率高。一般采用的埋弧焊和气保焊进行加工，但随着很多工件表面要求越来越高，普通的电焊设备已经不能满足加工要求了，等离子自动熔覆设备能极大限度的解决工艺的完整性和率两大难题，针对大型工件堆焊耐磨层或是修复大面积裂纹等有独到的优势。工件表面温度比氩弧焊焊接后低200℃。
四、镭速等离子堆焊枪结构及工作原理
镭速自主研发的等离子堆焊枪由四个不同的循环组成：
1、 气路（推动和保护气，均为氩气）
2、 水路（焊枪上半部分钨针冷却，连续循环，保证工作及延长钨针寿命）
3、 粉路（经过送粉器输出，直接到焊枪，经过气路推动，使焊粉连续流动到枪嘴，交叉后集中到等离子弧中心，熔化成液态，熔覆到工件表面）
4、 电路（点火，起弧，引弧，主弧的原动力，等离子电弧内部温度达20000多℃，经等离子电源和控制系统来控制焊枪内的弧，电流经电缆到焊枪内部，起到传输电流和信号的作用。
五、镭速等离子送粉器
上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀 等离子送粉器采用连续送粉装置，乘粉的粉桶呈倒锥形，可接受-100~325目的各类合金粉末，经过与主控箱信号相连，做到实时送粉，连续送粉，气阀开关由控制系统来控制，保证了合金粉末利用，氩气作为送粉气的推动气体，在真空环境中保证了送粉的效率。
六、设备型号、特点、参数
等离子阀门自动堆焊机
型号：LS-PTA-FM400
1、 设备参数
输入电压：380V±5％
频 率：50~60Hz
输入功率：24KVA
输出电流：50~400A
电流形式：直流
负载持续率：60％
维弧输出：5~50A可调节导弧输出100％连续负载≤30℃。
保护特性：
内置保险装置在工作过程中对错误故障保证做出适当处理。
a、 当冷却水压力不够时，关闭电弧；
b、 当机器过载或过热时，关闭电弧。
气源：等离子气体----0.5-8L/min
保护气体----3-30L/min
2、 设备配置
1、等离子电源；
2、工业冷水机；
3、等离子堆焊枪；
4、自动送粉器；
5、旋转工作台（根据阀门球体加工产品定制，此套设备采用立式工作台）。
6、数控编程系统（CNC数控加工系统，可自动编程）
5、设备特点
(1)阀门堆焊机适用范围
适用范围: 适用范围：该机适用于各种形状的阀门阀座、阀圈、底座、球体、法兰表面合金化（熔覆）及教学用途，还可用于小型轴类、孔类工件表面磨损修复。
（2）等离子堆焊的特点
1、堆焊堆焊合金层与工件基体呈冶金结合，结合强度高；
2、堆焊堆焊速度快，低稀释率；粉末等离子弧堆焊的稀释率可控制在5%一10%或更低。
3、堆焊层组织致密，成型美观；堆焊过程易实现自动化生产，提高劳动生产率，减轻劳动强度。
4、可在锈蚀及油污的金属零件表面不经复杂的前处理工艺，直接进行粉末等离子弧堆焊；
5、与其他等离子堆焊相比设备构造便利，低能耗、率、实用易操作，维修维护方便；
6、等离子弧温度高、能量集中、工艺稳定性好，外界因素干扰小，在工件上引起的残余应力和变形小。
7、可控性好。可以通过调节电流大小、气体流量、送粉速度、堆焊速度及等离子弧摆动幅度来控制堆焊效果，从而获得质量优异的熔敷层。
8、使用材料范围广。堆焊合金粉末作为熔敷材料，不受铸造、轧制、拔丝等加工工艺的限制，可依据不同性能要求配置不同成分的合金粉末，特别适用于那些难于制丝但是易于制粉的硬质耐磨合金，获得所需性能的堆焊层。
按照贵公司的截齿堆焊要求，堆焊加工一个工件所需要的金属粉末为：
（3）阀门法兰自动堆焊机特点
1、控制部分：电脑四轴联动控制。操作直观方便，具有较高的稳定性和可靠性；
2、机械传动部分：由两相混合式细分步进电机驱动，具有精度高，运行平稳，定位准确等优点；
3、等离子电源：采用纯正高性能逆变整流电源，电流平稳，起弧性能好，具有高安全性和适用性，是等离子堆焊的主要能量供给部件；
4、冷却系统：采用水冷循环系统，为等离子堆焊枪提供强劲的冷却；保证系统长期稳定运行；
5、送粉系统：公司自行研制的第三代改进型自动送粉器，可实现等离子堆焊粉末的实时送给，保证等离子堆焊的正常进行。
(1)堆焊前的准备工作
堆焊前应严格清除工件表面的锈蚀和油污，使其具有金属光泽。较大的低、巾碳钢和低合金钢阀件要进行预热。对于珠光体耐热钢和马氏体不锈钢．即使是较小零件也须预热．以防产生裂纹。若采用的合金粉末具有较高的硬度，堆焊面积又较大时，则在堆焊过程中L须使工件保持预热的温度，以防止焊接应力过大而产生裂纹：
(2)主要工艺参数的调整
①粉末送给系统的调整。欲使堆焊顺利进行，粉末送给装置的可靠而正常工作是十分重要的。粉末必须均匀、稳定和流畅地输出，因此合金粉末应进行干燥处理（一般在100℃干燥箱内烘焙1 h）。在开始使用送粉器时，为防止在管道中存有潮气而产生粉末堵塞等现象，必须用灼热的粉末和较大流量的送粉气流做清洗性的吹送，以便将潮气吸干，
此外，还需调节电磁阀的灵敏度及开启、关闭性能，以防止阀杆被卡死。然后．根据粉末粒度及送粉量选用适当的漏粒塞块。zui后，由尼龙管把送粉装置与焊枪连接．通上送粉气，打开电磁阀。当观察到粉末在焊枪下均匀分布的小孔中（或圆环中）射出并交于一点并碰撞分散开时为晟佳。粉末的交点距离枪口一般控制在3 mm～5 mm；若采用自熔性好的粉末，该距离为4 mm-6 mm左右。
合金粉末（特别是自熔性较好、熔点较低的粉末）应进行过筛，以便按粒度分档使用。通常在等离子弧堆焊中使用的合金粉末，其粒度范围均在(50-150)目／英寸之间。
②非转移弧的调节。在联合型等离子弧中，非转移弧在引弧、加热、熔化合金粉末以及电流均匀衰落等都起丁稳定、调节作用。因此，非转移弧的正常与否直接影响到堆焊工作的顺利进行和堆焊的质量，故在焊前对非转移弧的调节和测定就显得非常重要了。
非转移弧应稳静，且有清晰的外形。使非转移弧伸出喷嘴5 mm—8 mm．观察其无明暗差别，此时非转移弧即属正常。
调整钨极与喷嘴孔的同心度，一般用高频电火花检视。钨极与喷嘴压缩孔小瑞面的距离为1 5 mm—2.2 mmzui。
非转移弧不正常（如跳动、偏向）即形成“双弧”。当叠加转移弧时．若电~IIXt粉末加热不均匀会出现淌熔滴现象，使送粉失去平衡，严重时必须中断堆焊工作：
③转移弧的调节。转移弧既能加热和熔化合金粉末，又能使工件表面受热形成熔池。因此，转移弧电流的大小是决定堆焊过程的稳定及堆焊层质量的主要因素．电流大则熔敷牢高。但电流过大会对合金粉末吹人离子弧造成困难，E溅严重．反而降低了合金粉末的熔敷率。另外，电流增大，离子弧的刚度大，熔深大，冲淡率也随之增大。为了有高的熔敷率，又要有低的冲淡率，必须适当选择转移弧电流。
在其他参数不变的情况下，离子气的流量对等离子弧的”刚”、“柔”弧性有着很大的影响a在堆焊中、小零件时，离子气流量一般控制在5 L/m．ri-7 Lmin之间；堆焊较大零件时（D。300，焊道宽25 mm以上）离子气流量以7 I./min-9 L,;min为佳。同时，送粉气也由原来的3 L/min～3.5 I_/min增大到4 I,/min—4.5 L／min.
④送粉量。在堆焊正常进行的情况下，适当的调整送粉量可减少堆焊过程中粉末的飞溅，使合金粉末熔化良好。送粉量过火，造成粉末的不*熔化或堆焊层金属与工件熔合不良，对于熔点较高的合金粉末尤为严重。
⑤焊枪与工件的距离。焊枪与■什的距离会直接影响弧柱的稳定性。距离过大时，弧柱稳定性下降，电弧发生飘移，保护效果也显著下降；距离过小时，熔深大，冲淡率增加．E溅严重，破坏等离子弧的完整性，易出现“虚弧”和淌熔滴现象。一般此距离取1() mm-1 8 mm为宜。
⑥工件移动速度和焊枪摆动频率的调整。工件移动速度快．堆焊高度降低，冲淡率低，堆焊层与工件结合强度下降。摆动频率过高，粉末严重失散，熔敷率下降。故工件移动速度与焊枪摆动频率要配合恰当。表5 1 6为几种典型产品的堆焊规范。
表5 -16堆焊工艺规范与本文相关的产品有不锈钢波纹管密封安全阀
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