等离子弧堆焊工艺

出处：按学科分类—工业技术 河南科学技术出版社《焊接技术手册》第491页（1757字）

1．等离子弧

属高能束，能量集中、热利用率高、熔敷速度高、熔深浅、稀释率低，电弧稳定、挺直度好，易保持方向性。焊接填充材料的送给是独立控制的，所以稀释率和堆焊层尺寸形状便于控制。通过堆焊电流、送丝(粉)速度、堆焊速度、焊枪摆幅的调节，可使堆焊层厚度、宽度在很大范围内变化，厚度变化范围可达0．8～6．4mm，宽度变化范围可达4．8～38mm。等离子堆焊，焊区温度梯度大，产生开裂倾向大。为防止开裂，堆焊大件时，需要预热。等离子堆焊根据填充材料的形态不同，分为填丝等离子堆焊和粉末等离子堆焊两大类。填丝等离子堆焊又分为冷丝、热丝、单丝、双丝。常用的等离子堆焊机型号及主要用途见表9－39。

表9－39 常用等离子堆焊机型号及用途

2．粉末等离子堆焊

填充粉末被送粉气带入电弧区，加热进入熔池。其原理如图9－3所示。

图9－3 粉末等离子堆焊原理示意图

1－非转移弧电源 2－转移弧电源 3－保护气 4－粉末及送粉气 5－冷却水 6－等离子气 7－钨极 8－高频振荡器

改变粉末等离子弧主电流(转移弧电流)，可以控制工件加热、熔深和稀释率。改变非转移弧电流(二次加热电流)，可以控制粉末的熔融状态。它适合在低熔点基材上堆焊不同的合金层，便于大批量机械化、自动化生产。适用于铁基、镍基、钴基，甚至难熔合金的堆焊。堆焊层平整光洁，有些场合，不经加工即可使用。这样就降低了贵重材料的消耗和加工成本，如流量控制阀、钻具接头、挤压机螺杆、割草机零件等。堆焊合金粉末的成分及堆焊层的硬度见表9－40。堆焊层厚度、熔敷速度与稀释率的关系见图9－4。粉末等离子堆焊工艺参数见表9－41。

表9－40 等离子堆焊合金粉末成分、硬度

注：钴基堆焊合金也称“斯太立特”合金。

图9－4 堆焊层厚度、熔敷速度与稀释率的关系

注：系堆焊斯太立特6号的实验结果

表9－41 粉末等离子堆焊工艺参数举例

注：数据分别取自五二研究所编的《粉末等离子喷焊×150排气阀的应用研究》，1983；兰州通用机器厂编的《等离子弧喷焊在酸化压裂车上的应用》，1976；姜焕中等编的《塑料注射机螺杆的等离子弧喷焊》，1985。

3．填丝等离子堆焊

有冷丝、热丝之分，冷丝填充焊丝，可以是实心丝、棒、带、管状填充材料；可以是单丝，也可以是多丝；可以手工填送，也可以自动填送。填充丝在等离子弧摆动过程中熔敷成堆焊层。冷丝堆焊工艺简单、过程稳定、质量可靠。在阀门的耐磨、耐蚀零件上得到广泛的应用。热丝等离子弧堆焊：采用热丝填充可以提高熔敷率，用独立交流电源预热填充焊丝，并连续将其熔敷在等离子弧前面，随后等离子弧将它与工件熔焊在－起。送丝速度和预热电源功率调整到使填充丝刚好在等离子弧前熔化，又不出现打弧现象。图9－5是双热丝等离子弧堆焊原理示意图。它适用于不锈钢、镍基合金、铜基合金的大面积自动堆焊。表9－42是不锈钢双热丝堆焊规范。

图9－5 双热丝等离子堆焊原理示意图

1－工件 2－等离子弧直流电源 3－等离子枪 4－气体保护拖罩 5－焊丝预热夹头 6－送丝电机 7－填充焊丝 8－预热交流电源

表9－42 双热丝等离子堆焊规范参数