等离子弧堆焊综述

等离子堆焊技术在煤矿的应用由于煤矿井下生产环境情况非常复杂，要求井下设备既要坚固耐用，又要具有很高的防爆性能。

煤矿井下工作面使用的刮板输送机、转载机、采煤机等设备因为担负整个工作面的开采和运输任务，刮板输送机同时还作为刮板输送机的行走轨道，磨损都非常严重。

同时这些设备的价值相对都比较高，现代化矿井的刮板输送机一般都在五六百万元以上，采煤机磨损部位主要是滚筒和截齿，滚筒的价值每个也要几十万到上百万 截齿每年的消耗量也在几十万元以上。

因为磨损问题煤矿企业每年都要损失近千万元，很大程度上影响了煤矿经济效益的提升。

尤其在近几年煤矿行业进入“寒冬”时期，千方百计降低生产成本势在必行。

应用一：刮板输送机耐磨处理煤矿井下刮板输送机的磨损部位主要为：1、机头架机尾架的中板、底板及槽帮钢。

2、中部槽的中板底板槽帮及滑靴道。

3、变线槽、过渡槽的中板、底板及槽帮。

4、链轮的链窝。

处理方案：利用等离子堆焊专用设备在刮板输送机的易磨损部位（如中板底板槽帮滑靴道等）堆焊一定形状的耐磨层，在刮板输送机运行时，刮板和链条不再直接磨损设备本体，而只磨损堆焊耐磨层，一个或两个工作面采完后刮板输送机基体基本不磨损，可以大大延长刮板输送机的使用寿命降低了因磨损给煤矿企业带来的损失。

应用二：等离子堆焊无火花高强度截齿截齿是采煤机和掘进机的主要磨损易耗件，消耗量很大，尤其遇到断层或夹矸较多时，消耗量会剧增。

每台采煤机每年需要消耗大约3000-5000支以上，每支按200元计算，每年将花费60万元以上。

另外更换采煤机截齿还会占用大量采煤时间，降低开机率。

如果不对损坏截齿进行及时更换，将不仅会对采煤机滚筒造成损坏，还会降低采煤效率。

采煤机或掘进机截齿在使用过程中一直处在高冲击、高摩擦的作用下，同时截齿还受到强大的弯曲应力和剪切应力，一般工作寿命都比较短。

其主要失效形式表现为：1、在使用过程中因磨损合金头逐渐变小直至消失。

此种情况为正常失效，合金头与齿体同步均匀磨损，并且能够实现自锐性，保持齿尖的锋利，使用寿命较长，否则会出现单面磨损。

等离子堆焊
等离子堆焊也可以称为等离子熔覆，等离子喷焊，是利用等离子弧作为热源将添加金属熔化，使之与基体金属作为实现冶金结合的一种熔覆方法。

等离子堆焊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工艺。

等离子堆焊和其他熔覆技术相比：
1、与钨极氩弧焊相比，等离子堆焊有熔深可控性强、熔覆速度大、生产率较高，熔覆后基体材料与熔覆材料之间的界面呈冶金结合状态，其结合强度高，热输入量低，稀释率小。

更为重要的是，由于钨极承载电流的能力较差，因此在氩弧焊中较大的电流会引起钨极熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池，造成污染，而等离子熔覆中钨极需要承受电流较小。

2、与手工电弧焊相比，虽然在应用灵活性、方便性上稍逊一筹，但在生产效率上，焊枪体现出明显的优势，且手工电弧焊劳动强度较大、影响焊工健康，产品质量受焊工水平和焊条质量影响较大。

3、与埋弧焊相比，在焊接位置上的灵活性比较大。

另外等离子弧本身具有弧心热量集中、电弧稳定、稀释率低等优点。

4、与其他堆焊相比，等离子堆焊过程中基体材料与堆熔覆料的互熔较少，堆熔覆料特性变化小。

另外，采用粉末作为堆熔覆料可以提高合金的设计自由度，使堆熔覆材料成为可能，从而大幅度提高工件的耐磨、耐高温、耐腐蚀性。

因此等离子堆焊广泛的应用于石油、化工、工程机械、矿山机械等行业的新品制造与装备再制造中。

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 -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。

自动化等离子粉末堆焊设备——上海多木实业有限公司堆焊是现代材料加工与制造业中一种重要的制造和维修方法。

工作原理：等离子弧粉末熔覆表面堆焊是以氩氢气等离子弧为热源，选用一定成分的耐磨损耐腐蚀合金粉末作为填充金属的特种堆焊工艺。

堆焊时主要利用转移弧在工件表面产生熔池，合金粉末按需要量连续供给，在送粉气流作用下送人焊枪，并吹人电弧中。

粉末在弧柱中被预先加热，呈熔化或半熔化状态，喷射到工件熔池里，在熔池里充分熔化，并排出气体和浮出熔渣。

随着焊枪和工件的相对移动，合金熔池逐渐凝固，便在工件上获得所需的合金熔敷层。

等离子粉末堆焊机：是我公司自主研发的拥有完全自主知识产权的金属表面改性设备，该堆焊工艺是提高金属表面耐磨性、耐腐蚀性和耐冲击等性能的有效技术方法之一。

工作原理：等离子粉末堆焊是以等离子弧作为热源，应用等离子弧产生的高温将合金粉末与基体表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，等离子束离开后自激冷却，形成一层高性能的合金层，从而实现零件表面的强化与硬化的堆焊工艺，由于等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强，通过调节相关的堆焊参数，可对堆焊层的厚度、宽度、硬度在一定范围内自由调整。

等离子粉末堆焊后基体材料和堆焊材料之间形成融合界面，结合强度高；堆焊层组织致密，耐蚀及耐磨性好；基体材料与堆焊材料的稀释减少，材料特性变化小；利用粉末作为堆焊材料可提高合金设计的选择性，特别是能够顺利堆焊难熔材料，提高工件的耐磨、耐高温、耐腐蚀性。

等离子粉末堆焊技术优势：1、堆焊熔覆合金层与工件基体呈冶金结合，结合强度高；2、堆焊熔覆速度快，低稀释率；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；堆焊过程易实现机械化、自动化；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，直接进行等离子堆焊；5、与其他等离子喷焊相比设备构造简单，节能易操作，维修维护容易；6、等离子弧温度高、能量集中、稳定性好，在工件上引起的残余应力和变形小。

粉末等离子弧堆焊技术1. 产生背景粉末等离子弧堆焊技术是现代工业生产中能适应各种高合金高性能材料堆焊要求的一种焊接方法，而且稀释率可控制在5％～15％之间。

但如果使用常规的粉末等离子孤堆焊技术，希望得到小于5％稀释率时，所能获得的熔敷速度均在6kg ／h以下。

随着现代工业的发展，特别是对大面积高性能耐磨堆焊的需求，国内外开展了先进的高效，低稀释率粉末等离子弧堆焊技术研究。

70年代美国曾研究了“高能等离子孤堆焊技术”，其功率达80kW，后捷克又发展了一种液稳等离子孤堆焊设备，熔敷速度达56kg／h。

但稀释率仍在20％以上，90年代德国成功地研制了熔敷速度高达70kg／h稀释率能控制在10％以下的粉末等离子孤堆焊技术；国内90年代中也开始研究该技术，并已取得熔敷速度达15kg／h，稀释率能控制在l％以下的可喜成果。

2. 技术内容和技术关键传统的粉末等离子孤堆焊技术没能很好地解决熔敷速度和稀释率之间的矛盾，主要由于：第一，对焊接过程熔化粉末和母材的能量来源只注意来自电弧的热能，对其他形式的能量，如粉末飞行的动能注意不够。

其次，以往偏重研究能量的来源而忽视对能量消耗的研究。

国内最近通过对等离子弧的压缩特性、焰流特性及粉末在等离子孤束中的运动和加热规律的研究了解了喷嘴直径、粉末会交点到工件的距离等因素对粉末飞行速度和粉末吸收热量的影响规律（见图1，图2），在此基础上得出了高效低稀释率粉末等离子弧堆焊技术与常规粉末等离子孤堆焊技术的不同点，即它的关键技术参数是：焊枪喷嘴的压缩孔径D和粉末会交点到工件的距离L。

传统的粉末等离子弧堆焊技术为了获得小的稀释率，往往采用喷嘴内径较大，甚至接近自由电弧的直径(4.0～8.0mm)，压缩比较小(0.8～0.14)的弱压缩等离子弧。

但如果考虑粉末飞行速度对结合效果的影响，则当粉末具有较高的速度和动能时，母材只须一微层处于熔化状态（即“发汗”状态），以高速飞行的粉末打到母材上，会产生良好的结合，此时母材的稀释率极低。

等离子弧粉末堆焊控制系统的研究【摘要】本文论述了等离子弧粉末堆焊的特点，对其工作过程及参数调整进行了研究，并根据自己的实践经验用单片机完成了等离子弧粉末堆焊设备的自动化控制，实现了一键操作功能。

实践证明，实现自动控制后，使设备操作变得简单，既提高了产品质量，降低工人的劳动强度，又减少浪费，降低了企业的成本，提高了经济效益。

关键词：等离子弧；堆焊；单片机；控制1. 概述等离子弧粉末堆焊（亦称等离子喷焊，国外称为PTA工艺）是采用等离子弧作为高温热源，采用合金粉末作为填充金属的一种表面熔敷（堆焊）合金的工艺方法。

现代工业中（石油、化工、电站、煤矿等设备）很多机械设备零件由于工作条件恶劣，很多是在高温、高压及高腐蚀、高磨损等环境下工作，因此制造要求很高，而提高材料使用寿命是一个很实际的问题。

等离子弧粉末堆焊就是将具有一定使用性能的合金材料借助一定的热源手段熔覆在母体材料的表面，以赋予母材特殊使用性能或使零件恢复原有形状尺寸的工艺方法。

因此，等离子弧粉末堆焊既可用于修复材料因服役而导致的失效部位，亦可用于强化材料或零件的表面，其目的都在于延长零件的使用寿命，节约贵重材料，降低制造成本。

然而，等离子弧粉末堆焊工艺涉及参数较多，包括冷却水的启停控制；离子气、保护气、送粉气的控制；维弧、主弧的启停控制；合金粉末量、送粉时间、送粉启停的控制等。

目前国内设备的集成度不高，不利于操作和提高生产效率。

笔者自2012年起研制等离子弧粉末堆焊设备，并根据自己的实践经验利用先进的微计算机技术完成了低成本、操作简便的等离子弧粉末堆焊控制系统。

经过现场实际应用，解决了工人操作不方便、生产效率低的问题，减少了浪费，提高了产品质量和经济效益。

2.主控芯片STC12C5410AD单片机介绍STC12C5410AD单片机是由宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的兼容8051内核单片机，是高速/低功耗的新一代8051单片机，具有全新的流水线/精简指令集结构。

• 保护气
– Ar – Ar+5-15%H2：Stainless steel – Ar+50-75%He：Titanium alloy – He, N2: Copper
5. 小孔型焊接
From: SAF
5. 小孔型焊接
• for mechanized applications, the condition of the tip and the nozzle will determine the shape of the arc and penetration profile of the weld pool penetration, so particular attention must be paid to grinding the tip.
allows the welder to operate with a much longer arc length. • The arc is stable at low welding current levels producing a 'pencil-like' beam which is suitable for welding very thin section material.
三种工作形式： • 转移型等离子弧
– 喷嘴内电极与被加工工件间产生等离子弧 – 先引燃小弧、加热电极和电弧空间
• 等离子焰流(非转移性)
– 在钨电极与喷嘴内壁之间引燃等离子弧
• 混合型等离子弧
– 两个电弧并存
等离子弧的产生 • 机械压缩 • 热压缩 • 电压缩
2. 特 性
• 静特性
– 形状: U形 – 弧柱区电场强度大 – 电弧电压高 – 平特性区间窄 – 喷嘴孔径越小、电场强度越大 – 上升特性区间的斜率增加

等离子弧焊类型、原理、优缺点、适用范围及等离子焊接设备操作规程1、等离子弧产生及类型：⑴、等离子弧产生：①、等离子弧焊是利用高温的等离子弧来焊接用气焊和普通电弧焊所难以焊接的难熔金属的一种熔焊方法。

②、离子弧焊利用气体在电弧中电离后，再经过热收缩效应、机械收缩效应、磁收缩效应而产生的一种超高温热源进行焊接，温度可达20000℃左右。

③、等离子弧的发生装置如图11-1所示。

在钨极（-极）和焊件（+极）之间加上一个较高的电压，经过高频振荡器的激发，使气体电离形成电弧。

此电弧在通过具有特殊孔型的喷嘴时，经过机械压缩、热收缩和磁场的收缩效应，弧柱被压缩到很细的范围内。

这时的电弧能量高度集中，其能量密度可达10°～10°W/cm²，温度也达到极高程度，其弧柱中心温度可达16000～33000℃；弧柱内的气体得到了高度的电离，因此，等离子弧不仅被广泛用于焊接、喷涂、堆焊，而且可用于金属和非金属切割。

⑵、等离子弧类型及电源连接方式：①、非转移型弧。

钨极接电源负极，喷嘴接电源正极，等离子弧体产生于钨极和喷嘴内表面之间（见图11-2a），工件本身不通电、而是被间接加热熔化，其热量的有效利用率不高，故不宜用于较厚材料的焊接和切割。

②、转移型弧。

钨极接电源负极，焊件接电源正极，首先在钨极和喷嘴之间引燃小电弧后，随即接通钨极与焊件之间的电路，再切断喷嘴与钨极之间的电路，同时钨极与喷嘴间的电弧熄灭，电弧转移到钨极与焊件间直接燃烧，这类电弧称为转移型弧（见图11-2b）。

这种等离子弧可以直接加热工件，提高了热量有效利用率，故可用于中等厚度以上工件的焊接与切割。

③、联合型弧。

转移型弧和非转移型弧同时存在的等离子弧称为联合型弧（见图11-2c）。

联合型弧的两个电弧分别由两个电源供电主电源加在钨极和焊件间产生等离子弧，是主要焊接热源。

另一个电源加在钨极和喷嘴间产生小电弧，称为维持电弧。

联合弧主要用于微弧等离子焊接和粉末材料的喷焊。

等离子堆焊在阀门制造中的应用摘要：阀门作为非常重要的工业配件，在工业生产领域具有非常重要的作用，阀门的质量对工业生产安全非常关键。

等离子堆焊技术属于阀门制造工艺中常用的一种技术，借助该技术可以大幅提升阀门表面的抗高温能力和抗冲蚀能力。

鉴于此，本文主要针对等离子堆焊技术在阀门制造工艺中的应用进行分析。

关键词：等离子堆焊技术；烦闷焊接技术；应用引言：阀门作为工业生产中非常关键的部件之一，在我国的诸多工业领域都有着非常广泛地应用。

随着我国工业水平的不断发展，阀门的应用范围也在不断拓宽，工业技术的发展同时也对阀门产品的性能产生了更多要求。

鉴于此，针对阀门制造应用中的等离子堆焊技术研究有着非常重要的意义和作用。

一、等离子堆焊技术简介和特点分析等离子堆焊技术属于阀门焊接中常用的一种技术，主要利用等离子枪产生的等离子电弧进行阀门的焊接。

等离子电弧的两级之间会产生温度非常高的加热电流，从而产生非常剧烈的温度梯度变化，此时的等离子状态呈现过压状态，从而生成相应的非转移等离子弧。

在等离子堆焊过程中，主要存在以下两种形式：①粉末等离子弧喷焊；②排丝等离子弧堆焊。

技术人员在应用第一种焊接方式的过程中，需要利用到喷焊枪工具，该工具不仅可以实现等离子弧热源传导，同时也可以实现粉末输送。

应用该喷焊技术，可以有效保障焊接的熔覆率较高。

而第二种焊接技术主要采用在机体上排列焊丝熔焊的方式进行焊接，应用该焊接工艺进行焊接，可以提高焊接成型质量。

阀门在我国工业领域有着非常广泛的应用，一旦阀门的密封面被损坏，则可能导致出现阀门无法正常关启、阀门泄露等问题，鉴于此，对等离子焊接工艺进行分析非常有必要。

和其他焊接工艺相比，等离子弧的焊接优点主要集中在以下几方面：①焊接热量相对集中，其焊接中心温度可以达到16000-32000K，和普通的手工电弧焊接方式相比，该焊接方式主要针对熔点较高的阀门材料进行焊接。

②该焊接方式整体的稳定性较高，应用等离子弧进行焊接的过程中，由于采用的焊接气体介质为充电分离模式，具备非常显著的导电性能，即便电弧长度有所变化，也不会增大电弧电压，由此可以保障焊接过程中的稳定性。

粉末等离子弧堆焊技术——唐山博特表面工程技术有限公司1.原理与特点1.1原理粉末等离子弧堆焊的基本过程如图1所示，利用等离子弧焊枪（或称喷枪，等离子弧发生器），在阴极和水冷紫铜喷嘴之间，或阴极和工件之间，使气体电离形成电弧, 此电弧通过孔径较小的喷嘴孔道,弧柱的直径受到限制，在压缩孔道冷气壁的作用下, 产生热收缩效应、机械压缩效应、自磁压缩效应，使弧柱受到强行压缩，这种电弧为“压缩电弧”，称为等离子弧。

电弧被压缩后，和自山电弧相比会产生很大的变化，突出的是弧柱直径变细,促使弧柱电流密度显著提高，气体电离很充分，因而电弧具有温度高、能量集中、电弧稳定、可控性好等特点。

等离子弧焊枪产生的等离子弧分非转移型弧（阴极与喷嘴间建立的电弧）和转移型弧（阴极与工件间建立的电弧）。

等离子弧堆焊的主要热源是转移型等离子弧。

一）非转移型电弧:非转移型电弧燃烧在钩极与喷嘴之间，焊接时电源正极接水冷铜喷嘴，负极接钩极，工件不接到焊接回路上;依靠高速喷出的等离子气将电弧带出，这种电弧适用于焊接或切割较薄的金属及非金属。

（二）转移型电弧:转移型电弧直接燃烧在鹄极与工件之间，焊接时首先引燃鹄极与喷嘴间的非转移弧，然后将电弧转移到磚极与工件之间;在工作状态下，喷嘴不接到焊接回路中。

这种电弧用于焊接较厚的金属。

（三）联合型电弧:转移弧及非转移弧同时存在的电弧为联合型电弧。

混合型电弧在很小的电流下就能保持稳定，因此特别适合于薄板及超薄板的焊接。

（1）等离子弧区的温度高达（（1.0-5. 0 ） x 104 K,因此可以堆焊各种金属，使用材料范围广, 制备简单，可配置不同性能的粉末；（2）工艺稳定性好，熔化材料的喷射速度可高达600m/s,因此，堆焊层的材料密度高、机械性能好；（3）沉积效率比较高（可高达98kg/h） ; （4）调节性好，易于自动化操作；（5）稀释率低，小于5%,能充分保证合金材料性能，并且采用氢气、氮气等作为工作气体，被堆焊材料不易氧化；（6）堆焊层平整光滑，尺寸范围宽，且可精确控制，一次可以堆焊宽1 一150mm,厚0. 25 - 8mm; （7）被堆焊的上件温度较低,一般不易变形，为了进一步降低堆焊时工件的温度,还可以用气体对工件进行冷却。

第九章等离子弧焊
1.2冷气流的散热造成的“热收缩效应” ←最 本质、最重要的原因；
1.3电磁收缩力； 2、等离子弧的特点： 2.1温度高、能量密度高。 （24000~50000K） 离子气的喷射速度很高，冲击力高。 （V=300m/sec） 挺度大，扩散角小（≈5°），加热方向准确， 而且稳定；如图8-3所示； 2.4应用面广，可用于焊接、切割、喷涂；
3、气体的作用与选择：
作用：
向电弧提供气体介质，以便电离，维持电弧的稳 定燃烧；
冷却作用：冷气膜形成隔离层，冷却喷嘴内壁、 电极等；
向工件传递动能←等离子流力的冲击作用；
向工件传递能量（热能）→ 保护熔池金属； 压缩作用；
•对流传导 •辐射传导 •在工件表面中和 放热
气体的选择：
焊接与喷涂：富氩气氛； (保护效果好，电弧稳定) 切割：N2、N2+H2、N2+Ar以及水蒸气、空
2.2缺点： 2.2.1切厚件时，切口上宽下窄； 2.2.2有噪音及烟尘；
第十章 电渣焊第一节Biblioteka 概述1、电渣焊的基本原理：
向工件传递动能←利等离子用流力电的冲流击作用通； 过液态熔渣所产生的电阻热进行焊接 的一种熔化焊方法；如图10-6所示； 材料：不锈钢、耐热钢、高强钢、Cu合金、Ti合金及难熔金属，如：W、Mo等;
•喷涂层与基体之间以及喷涂层颗粒之间形成 的是机械结合或微区冶金结合（注意不是熔 合）。
3.1等离子喷涂：以等离子弧作为热源的，以 Ar、N2或其它气体为喷射气体的热喷涂； 目的：在工件表面喷涂一层较薄（0.5~4mm ）的具有特殊性能的金属或合金；
弧型：非转移弧；
预处理: (喷涂前2~3小时进行) •去除氧化膜、油污及其它杂质； •形成粗糙的新鲜表面； •对喷涂表面进行预热（80~200℃）

等离子堆焊技术在阀门行业中的应用摘要：等离子堆焊接的稀释率很低，而且大大减少了其他焊接工艺中典型的焊接缺陷，如气泡造成的气孔、焊渣夹杂物、焊接速度不一致造成的应力裂纹，以及从乙炔中吸取的碳造成的沉积硬度变化。

作为热源，等离子焊接使用惰性气体被电弧加热，使其成为电离的等离子体。

惰性气体不与堆焊合金发生反应，因此其化学成分不会改变，气体演化也不会形成夹杂的气孔。

填充材料的输送、焊接速度和焊枪定位都是自动化的，因此焊接质量对操作者的技术依赖性较低。

硬面焊接材料本身的形式也更有利于提高质量。

几乎所有其他的堆焊工艺的填充材料都是由具有所有固有缺陷（如空隙、夹杂物和合金偏析）的铸棒组成。

等离子堆焊使用的是粉末状的填充材料，它是由熔融金属的惰性气体雾化形成的，本身就比较干净。

关键词：堆焊、等离子弧1.前言：控制阀是世界上现代制造业里越来越重要的元件。

控制阀被广泛的应用在石油天然气、电力、化工和石化、炼油、金属与冶金、食品和饮料等工业生产中。

大部分的直行程阀构件中包括阀座孔处、阀芯座及导向处、阀笼孔都采用硬面的；在旋转阀上，球的前沿，碟板的密封圈位也有些采用加硬面，偶尔阀体的内表面也是硬面的，因而表面堆焊被广泛的应用在阀门的制造中。

1.内容：堆焊，也叫硬面，是通过焊接、喷涂或钎焊将填充金属沉积在表面，以增加对磨损、侵蚀、磨损、咬合、冲击或气化损害的抵抗力。

2.1加硬层堆焊方法加硬层堆焊常用的焊接方法有钨极氩弧焊、氧乙炔焊、手工电弧焊、等离子焊。

2.1.1钨极氩弧焊主要用于直径非常小的零件且需要很小的堆焊量，GTAW 的主要优点是它是一个非常小的精密热源。

缺点是稀释率相对较高，高度集中的热源产生应力开裂的概率高，且熔敷速度比较慢。

2.1.2 氧乙炔焊因为其低廉的设备成本，是最广泛使用的堆焊工艺，其熔敷率相对较高，稀释率低。

缺点是碳扩散到焊缝中，导致熔敷金属中出现“硬点” 以及氧气气体在熔敷金属中产生气孔。

密集性是一个值得关注的问题，因为它可能发生在阀座精加工表面之下，在工厂里无法检测和修补，最终会因为客户的应用中的磨损而暴露出来。

特点
等离子弧具有高温、高能量密度的特点，使得等离子弧焊和切割能够在较低的 热量输入下实现高精度的焊接和切割。
设备应用领域
航空航天
汽车制造
等离子弧焊及切割设备在制造航空航天器 的高强度、轻质材料时具有广泛的应用。
造船与海洋工程
汽车制造过程中需要对高强度钢、铝合金 等进行高质量的焊接和切割，等离子弧焊 及切割设备能够满足这些需求。
未来，等离子弧焊及切割设备将朝着智能化方向发展，实 现设备的自动化、远程控制和智能化操作，提高设备的生 产效率和安全性。
绿色环保
随着环保意识的不断提高，等离子弧焊及切割设备将朝着 绿色环保方向发展，采用更加环保的技术和材料，减少对 环境的影响。
06
相关认证及环保要求
相关认证及标准
CE认证
等离子弧焊及切割设备需要符合CE认证标准，以确保产品的安全 性和环保性。
在操作过程中，务必佩戴防护眼镜和其他个人防护设备 ，防止弧光伤害。
在操作过程中，如遇异常情况，应立即停机检查，排除 故障后再进行操作。
常见故障及排除方法
故障1
设备无法启动。
排除方法
检查电源是否连接正常，检查电源开关是否损坏 。
故障2
设备电极与工件之间距离不正确。
常见故障及排除方法
01
02
03
排除方法
检查电极与工件之间的距离和 角度，确保设备处于最佳工作 状态。
检查设备的冷却系统，确保冷 却水循环正常，没有泄漏或堵 塞现象。
检查设备的电源和电线，确保 没有破损或松动现象。
05
等离子弧焊及切割设备的应用 实例及发展趋势
应用实例分析
01
汽车制造
在汽车制造中，等离子弧焊及切割设备可 用于焊接和切割各种金属材料，如碳钢、 不锈钢、铝及其合金等，以实现高效、高 质量的汽车制造。

第六单元堆焊技术总结第一节堆焊技术概述一、堆焊技术的特点及分类堆焊是采用焊接方法将具有一定性能的材料熔敷在工件表面的一种工艺过程。

1、特点具有如下优点（特点）：•结合强度高，抗冲击性能好。

•堆焊层金属的成分和性能调整方便，•节省成本，经济性好。

•其难度不大，可操作性强。

2、分类五、堆焊技术的应用领域1.工件的修复2.耐磨损、腐蚀堆焊堆焊合金的类型一根据堆焊合金的主要成分可划分为：铁基堆焊合金碳化钨堆焊合金铜基堆焊合金镍基堆焊合金钴基合金二根据堆焊合金的形状可划分为：丝状铸条状带状粉粒状块状堆焊合金三根据堆焊合金层的使用目的划分为耐蚀堆焊耐磨堆焊隔离层堆焊四堆焊合金的选用第二节堆焊材料一、常用的堆焊材料（一）堆焊焊条（二）堆焊焊丝（三）焊剂焊剂的作用：1、在堆焊过程中起到隔离空气，2、合金冶金反应制造方法：1、熔炼焊剂；2、烧结焊剂第三节焊条电弧堆焊一、含铁电弧堆焊的特点和应用（一）特点1、设备简单，成本低；2、焊接材料涵盖范围广（二）不足是生产效率低、劳动条件差、稀释率高。

（三）应用二、焊条电弧堆焊工艺堆焊前工件表面是否需要清理及清理程度；焊条的选择及烘干堆焊工艺参数的选择预热保温和层间温度的控制三、焊条电弧堆焊应用实例第四节氧乙炔火焰堆焊一、氧乙炔火焰堆焊的特点1、设备简单，操作工艺简便灵活，成本低；2、火焰温度较低（3050-3100℃），火焰能可调节；3、熔深浅，母材熔化量少，稀释率非常低（1-10%）；4、堆焊层较薄，表面平滑美观，质量良好；5、不足：劳动强度较大，熔敷速度低。

二、氧乙炔火焰堆焊的设备和材料设备：氧乙炔火焰堆焊所用的装置主要有焊炬、氧气瓶、乙炔气瓶或乙炔发生器、减压器、回火防止器、胶管等，与普通氧乙炔火焰焊接基本相同。

焊接材料：（1）实心焊丝（2）堆焊焊剂三、氧乙炔火焰堆焊工艺（一）焊前准备（二）氧乙炔火焰堆焊的工艺参数合理选择氧乙炔堆焊工艺参数是保证堆焊质量的重要条件。

等离子合金粉末堆焊实验报告摘要：对合金粉末Co190在等离子堆焊机上进行注塑机螺杆堆焊实验。

总共进行两次实验，实验一和实验二，在实验过程中发现如下问题急需解决。

实验一实验一焊后实物图如下实验前对待焊试件进行打磨抛光去除表面杂物以及焊前预热，通过对焊接工艺参数的调节与优化进行粉末堆焊，焊后用通达自有砂轮进行打磨平整，对焊接表面进行洛氏硬度测试，实验硬度为40-45度之间。

通过对实验过程分析得出，焊接硬度未达到Co190合金粉末的实际硬度（57-63度）的原因如下：1.焊接试件在焊后未进行有效的焊后保温，使焊接熔池未达到完全结晶（焊件温度含在300-400℃）的情况下，就直接用磨床对焊件进行干磨损；在合金未完全固化的状态下就进行干磨，焊件在干磨过程中由于摩擦起热，焊件温度仍然会保持在300-400℃高温状况下，必然引起耐磨系数下降，使得焊件的耐磨度下降；2.在焊件干磨完后，焊件温度会仍然保持在300-400℃下，就对对焊缝表面进行硬度实验，这样在高温情况下，焊件未完全固化，硬度肯定不会达到Co190的实际硬度（57-63度）；3.在焊件干磨完后，一部分空冷，表面出现少量明显的条状裂纹，另一部分直接进行水冷，水冷部分由于温度急速下降，使得焊缝的残余应力未完全释放，导致出现大面积的裂纹，但是由于热胀冷缩的原理，使得裂纹变得细小，肉眼无法观察到，其实表面由于急速冷却裂纹仍然存在，进而使焊缝表面硬度下降。

实验二实验二焊后打磨前、后实物图在对实验一的结果分析，对实验过程的不足之处进行了改进，对焊件焊前进行有效预热，焊后按正常程序进行保温，使得焊件处于缓慢冷却的情况下，焊缝内的焊接残余应力得到完全的释放，最后对焊件进行硬度实验和耐磨损实验，实验结果如下：1.在对实验过程改进之后，通过磨损实验，发现Co190合金表面的耐磨性能明显提高，完全达到工件耐磨性要求。

2.焊件表面分别选取7处进行洛氏硬度实验，各点的洛氏硬度分别为：53；53； 55； 51； 50；52；53.5度，这次硬度得到明显的提高，但是相对于Co190合金粉末的实际硬度还是偏低，经过认真的分析，发现影响硬度偏低的主要原因是磨削进刀量太大而导致的，进刀量过大，导致焊缝表面撕裂，形成细微小裂纹，导致硬度下降。

一、表面工程引言表面工程技术是表面处理、表面涂(镀)层及表面改性的总称，是20世纪80年代世界十项关键技术之一，将成为21世纪主导技术之一。

表面工程技术是通过运用各种物理、化学或机械工艺过程来改变基材表面状态、化学成分、组织结构或形成特殊覆层，使基体表面具有不同于基体的某种特殊性能，从而达到特定的使用要求。

该技术不仪用于维修业，还用于制造业，是先进制造技术的重要组成部分，表面工程技术日益受到世界各国的重视，发展了各种用于表面工程的新型工艺技术，包括表面改性技术、表面薄膜制备技术和表面涂层技术。

1热喷涂热喷涂是一种重要的表向工程技术，通过在普通材料的表面喷涂保护层、强化层和装饰层，来实现耐磨、耐蚀、耐局温、绝缘、导光的功能特性。

近20年来发展迅速，由早期制备一般的装饰性和防护性涂层发展到各种功能性涂层，由产品的维修发展到大批量的产品制造:由单一涂层发展到包括产品失效分析、表向预处理、喷涂材料和设备的选择、涂层后加工的热喷涂系统工程。

其应用领域从宇航业开始，迅速发展到各民用工业部门。

热喷涂所用热源从电弧到等离子体、激光、电子束等，其喷涂粒子飞行速度从最初的几十m/s、提局到1000m/s、(爆炸喷涂)，在我国“六五”、“七五”、“八五”期间连续被列为重点推广项目。

热喷涂技术有许多工艺方法，目前应用比较厂泛的主要有火焰喷涂(丝材火焰喷涂、粉末火焰喷涂、爆炸喷涂、超音速火焰喷涂)、等离子喷涂和电弧喷涂。

由于电弧性能不断改善，电弧喷涂在20世纪80年代再次兴起。

其原理是通过送丝装置将两根丝状金属喷涂材料送进喷极中两导电嘴内，作为阴、阳极，利用其接触短路生成电弧，熔化丝材，井用压缩空气雾化喷射到工件表面形成致密结合层。

由于用电能作为能源，在节能和经济方面都优于其它喷涂方法，喷涂效率局，涂层结合强度高，对于恶劣环境下的工件防腐，如煤矿井筒、水冷壁十分有效，用电弧喷涂Cr13修复造纸烘缸既耐磨又耐蚀。

目前我国的研究主要集中在封闭式电弧喷枪、推丝式送丝机构、平特性电源、药芯丝材喷涂材料等方面，国际上己研究高速射流电弧喷涂技术。

等离子粉末堆焊简介等离子粉末堆焊是一种高新技术表面修复工艺，通过利用等离子场中的高温等离子体束流对粉末材料进行加热熔融，然后瞬间凝固形成新的表面层，从而达到修复和加固材料表面的目的。

工艺原理等离子粉末堆焊的工艺原理建立在等离子体的基础上。

等离子体是由高温离子和自由电子组成的高度电离的气体状态。

在等离子体喷涂过程中，粉末材料首先被喷涂到待修复的基材表面上，然后通过等离子场的高温等离子体束流对粉末进行加热熔融，形成液态金属粒子，最后液态金属粒子迅速凝固形成新的表面层。

应用领域等离子粉末堆焊技术在航空航天、汽车制造、电子设备、石油化工等领域得到广泛应用。

在航空航天领域，等离子粉末堆焊技术可以修复和修理飞机发动机叶片、涡轮叶片等重要部件，提高其使用寿命和性能。

在汽车制造领域，等离子粉末堆焊技术可以修复汽车发动机缸盖、凸轮轴等部件，提高汽车零部件的耐磨性和耐腐蚀性。

优势和局限等离子粉末堆焊技术具有操作简单、效率高、成本低的优势，可以实现复杂表面的修复和加固。

然而，由于等离子粉末堆焊技术对设备和操作人员要求较高，所以在应用过程中需要严格控制操作参数和工艺流程，以确保制造出的产品符合高质量的要求。

发展趋势随着科学技术的不断进步，等离子粉末堆焊技术在材料制备、表面修复等领域的应用范围将会不断扩大。

未来，等离子粉末堆焊技术有望实现与3D打印、激光熔覆等其他表面修复技术的整合，共同推动表面修复技术的发展。

结论综上所述，等离子粉末堆焊是一种高新技术表面修复工艺，具有广泛的应用前景和发展潜力。

通过不断的技术革新和工艺优化，等离子粉末堆焊技术将为现代制造业的发展带来更多的机遇和挑战。