等离子熔覆与激光熔覆的对比
等离子堆焊
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。
激光熔覆技术介绍
激光熔覆技术介绍激光熔覆技术作为一种堆焊法（Overlay Welding），属于表面改质的类型之一，将金属粉末（Powder）或钢丝（Wire）与辅助气体一同供应到母材表面上，用激光热源使其熔融，而在母材表面上形成厚度大于几毫米且耐磨耗性、耐蚀性、耐热性均优秀的金属涂层。
经涂层处理后，按材料表面的特性选择使用镍、钴、铁类金属粉末或钢丝。
就激光熔覆方法的特点而言，与等离子熔覆（PTA）或电弧焊接相比，全体热输入量更小，因此，冷却及凝固速度很快，母材稀释率很低，晶粒很细小。
同时，可以形成无偏析的均匀组织，也可针对所需的部分进行局部性涂层，因此，激光熔覆技术的适用范围很广，逐渐扩展至模具的维护及表面硬化、机械部件的维修、汽车及船舶零部件的制造、用于钢铁产业的表面涂层等。
优点·由于能量密度很高，可对高熔点材料进行堆焊处理·可适用于粉末状金属氧化物，碳化物等脆性材料·稀释率很低，易于控制稀释·由于热输入量很小，冷却速度很快（尽量减少裂痕）·晶粒很细，形成无偏析的均匀组织·按熔覆层的厚度容易控制合金成分·可对微细部分进行局部性熔覆处理应用领域·模具维护·在汽车、造船、航空领域对耐磨耗性及耐热性要求很高的零部件·用于钻具或液压缸且对耐磨耗性及耐热性要求很高的零部件济南欧威激光有限公司，是韩国(株)EUROVISION LASER CO.,LTD 在中国的全资子公司，公司坐落于人杰地灵的山东省济南市，公司成立于2016年6月，在汽车、钢铁、电子、半导体、医疗等整个产业领域致力于开发和推广多种激光应用技术。
作为韩国（株)EUROVISION LASER的子公司，公司拥有的核心激光技术不仅包括基于激光塑料焊接技术、激光热处理、激光熔覆（热喷涂层）及激光软钎焊（锡焊）等宏观科技领域，而且包括半导体、电子、医疗产业不可或缺的超精密加工技术、微加工技术及纳米加工技术等，其雄厚的技术力量已颇受世界各界的赞誉和好评。
等离子、激光堆焊修复实验比较
关键 词 ：激光 ； 等离 子 ； 焊 堆
中 图 分 类 号 ： ４ ６ ７ Ｐ １ ．３ ＴＧ ５ ． ；Ｔ ３ １ １ ２
Ｔｈ ｎ ｒ ｓ ｆ Ｌａ ｅ ａ ｄ ｎｇ ａ ｄ Ｐｌ ｓ ａ Ｔｒ ｎ ｆ ｒ ｅ ｃ Ｐｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ｅ Ｃｏ ｔ ａ ｔ ｏ ｓ ｒ Ｃｌ ｄ ｉ ｎ ａ ｍ ａ ｓ ｅ ｒ ｄ Ａｒ ｏ ｅ ｓ ｎ
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Ｋ ｅ ｒ ：ｌ ｓ ｒ ｐ ａ ｍ ａ； ｕｉ ｐ ｗ ｅｄｉｇ ｙ ｗｏ ｄｓ ａ ｅ ； ｌｓ ｂ ｌ ｕ ｌ ｎ ｄ
堆焊是 指将具 有 特定使 用性 能 的合 金材 料借 助 某 种热 源手段 熔覆 于 母 体 材 料 表面 ， 赋予 母 材 特 殊 的使用性 能 ， 使零 件恢 复 原 有形 状 尺 寸的 工 艺 方 或 法 ， 图 １所示 。堆焊 既可 修 复零 部件 因长期 服役 如
摘要 ： 焊作 为一 门传 统 高效的表 面工程技 术 ， 堆 近年 来有 了许 多新 发展 ， 国 内石 化 和 冶金 行 在 业 大型重要 设备 的修 复或 零部件 的 强化 中得 到 了广泛应 用 。通 过在 特定 材料 基体 上进行 等 离子和
激光 两种 方式 的堆焊修 复 实验 ， 并对 两种堆 焊层 和基 体进 行金 相分析 以及 硬度 和拉 伸 的测试 比较 ， 得 出在特 定基体 上堆 焊的 有效 方式 。
维普资讯
设 计 ・ 究 研
《 电加工与模具｝０７ ２０ 年第 ６ 期
等 离 子 、 光堆 焊 修 复 实验 比较 激
彭行 金 ， 琦 林 ， 民 芳 ， 慧君 邓 余 柴
（上海 交通 大学 机械 与动力 工程 学 院 ， 海 ２ ０ ４ 上 ０ ２ ０）
改进 产 品设 计 ， 合理使 用材 料 、 降低生 产成本 或 实现 修 旧利废 ， 节约资 源 ， 护环境 ， 保 都具有重 要意义 ＇ 。 ２ ］
激光熔覆工艺参数对熔覆层质量的影响
激光熔覆工艺参数对熔覆层质量的影响杨宁;杨帆【摘要】激光表面热处理技术是上世纪70年代逐渐发展起来的一门新兴激光加工技术,尤其在激光熔覆等领域取得了很大进展.本文概述了激光熔覆技术,介绍了激光熔覆工艺参数对熔覆层质量的影响.【期刊名称】《热处理技术与装备》【年(卷),期】2010(031)004【总页数】3页(P17-19)【关键词】激光熔覆;工艺参数;熔覆层质量【作者】杨宁;杨帆【作者单位】河南教育学院,物理系,河南,郑州,450046;郑州大学物理工程学院,材料物理教育部重点实验室,河南,郑州,450052;中州大学,国资处,河南,郑州,450044【正文语种】中文【中图分类】TG156.99激光表面热处理技术是上世纪 70年代逐渐发展起来的一门新兴激光加工技术,尤其在激光熔覆、合金化、熔凝处理和焊接领域取得了很大进展。
激光熔覆技术发展已经近半个世纪,最早开始利用激光熔覆技术的是美国,AVCO公司对易磨损部件进行了首次试验并取得成功。
1981年英国 Ro11s Royce公司成功地在喷气发动机叶轮叶片上涂覆钴基合金显著提高了耐磨性,目前研究工作不只集中在组织性能方面,而且在生产中获得了广泛推广及应用。
激光熔覆是指以不同的添加方式把预涂材料放置在基体表面,常用的添加方式有同步送粉法和预涂粉末法,利用高能激光束辐照基体表面,熔覆粉末和基体形成一薄层,这一薄层迅速升温、气化和熔化并快速凝固成形,且基体对熔覆层稀释度极低,因此熔覆层与基体冶金结合良好,从而明显提高基体的硬度、耐磨性和抗氧化性等性能[1～2]。
激光熔覆是一个与物理、化学和材料科学等诸多方面都有关的冶金过程,对熔覆层质量影响的因素很多,包括熔覆材料、材料的供给方式、预涂厚度、激光功率、扫描速率、光斑尺寸等多种因素各自和相互间的影响。
除熔覆材料对熔覆层质量的影响外,工艺参数对熔覆层质量的影响也是很重要的一方面。
熔覆层质量分为宏观熔覆层质量和微观熔覆层质量两个方面。
等离子熔覆成本
等离子熔覆成本
（原创实用版）
目录
1.等离子熔覆技术的概述
2.等离子熔覆的成本构成
3.等离子熔覆的优点
4.等离子熔覆的局限性
5.我国在等离子熔覆技术方面的发展
正文
一、等离子熔覆技术的概述
等离子熔覆技术，是一种将金属或非金属材料通过等离子弧加热至高温，使其熔化后涂覆在基材表面的一种表面处理技术。
这种技术广泛应用于航空航天、汽车制造、电子工业等领域，以提高材料表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。
二、等离子熔覆的成本构成
等离子熔覆的成本主要包括设备成本、材料成本、人力成本和能源成本。
1.设备成本：等离子熔覆设备价格较高，包括等离子发生器、电源、冷却系统等，价格从几万元到几十万元不等。
2.材料成本：等离子熔覆的材料主要包括金属或非金属粉末，其价格根据所使用的材料种类和质量而有所不同。
3.人力成本：等离子熔覆的操作需要专业技术人员，人力成本较高。
4.能源成本：等离子熔覆设备需要大量的电力，因此能源成本也较高。
三、等离子熔覆的优点
等离子熔覆技术具有许多优点，如涂层均匀、粘附力强、涂层硬度高、耐磨性好等。
四、等离子熔覆的局限性
等离子熔覆技术也存在一些局限性，如设备成本高、操作技术要求高、能耗大等。
激光等离子熔覆技术及再利用
关键词： 激光熔覆； 等离子熔覆； 工艺； 技术
一、绪论 目前刮板机及转载机各规格型号中板、底板、机头架、机尾 架、链轮、刮板、截齿等在井下不断使用后磨损量大、报废率高， 购置新产品价格相对较高，以中部槽为例，从摩擦学系统分析， 中部槽磨损失效以磨料磨损、腐蚀磨损占主导地位，重载时可 能发生黏着磨损； 目前，国内煤机行业生产和维护的液压支架 油缸外圆表面普遍采用电镀铬技术进行防护，使用初期防腐性 能较好，但其镀铬层存在的致命弱点是孔隙和裂纹容易造成腐 蚀，影响油缸使用寿命，增加液压支架维护成本，严重者将危机 液压支架产品的使用安全性。为积极应对目前不利经营形势， 响应公司降本增效、节支降耗号召，特实施本激光等离子再制 造项目，针对目前待维修刮板机及转载机各规格型号中板、底 板进行等离子耐磨熔覆处理，使其加工后产品使用寿命为原新 产品 2 倍，便于修复再利用； 针对油缸活柱、中缸； 各类减速机； 截齿类； 大型轴、变速箱轴孔、齿轮链轮轴、曲轴等进行激光熔 覆再 利 用，增 强 工 件 耐 磨 性、耐 腐 蚀 性，从 而 大 大 延 长 其 使 用 寿命。 二、实施过程 （ 一） 激光熔覆及等离子熔覆技术的原理
熔覆焊接技术
熔覆焊接技术熔覆焊接技术是一种常用于金属表面涂覆、修复和加固的高效焊接方法。
本文将介绍熔覆焊接技术的原理、应用领域以及常见的熔覆焊接方法。
一、熔覆焊接技术的原理熔覆焊接技术是利用高能热源将涂敷材料加热熔化，然后在基体上形成冷凝层的过程。
熔覆焊接技术的原理主要包括以下几个方面：1. 热源加热：使用不同的热源加热涂敷材料，常用的热源包括电弧、激光、等离子和电子束等。
热源的选择需根据具体的工件性质和要求进行。
2. 涂敷材料：熔覆焊接涂敷材料一般是由基体材料和表面涂层材料组成。
基体材料一般为金属，而表面涂层材料则有许多种选择，常见的有硬质合金、不锈钢、镍合金等。
3. 冷凝层形成：涂敷材料被加热熔化后，与基体接触，形成冷凝层。
冷凝层与基体的连接牢固，可以起到保护和增强的作用。
二、熔覆焊接技术的应用领域熔覆焊接技术在许多领域都有广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 工件修复：熔覆焊接技术可以用于修复损坏的工件表面。
比如，当机械设备的工作部位受到磨损或腐蚀时，可以利用熔覆焊接技术进行修复，延长工件的使用寿命。
2. 涂层加固：熔覆焊接技术可以在工件表面形成一层坚固的涂层，提高工件的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性。
特别是在航空航天、汽车制造等领域，熔覆焊接技术的应用非常广泛。
3. 金属复合材料制备：熔覆焊接技术可以将两种或多种不同材料进行复合，形成新的金属复合材料。
这种材料既具有各种材料的优点，又能克服各种材料的缺点，广泛应用于航空航天、电子等领域。
三、常见的熔覆焊接方法熔覆焊接技术有多种方法，以下是几种常见的熔覆焊接方法。
1. 火焰喷涂：火焰喷涂是将涂敷材料加热至熔化状态，然后利用高速气流将其喷射到基体上。
火焰喷涂适用于大面积的涂敷和加固。
2. 电弧熔覆：电弧熔覆是利用电弧加热涂敷材料，并与基体融合。
电弧熔覆适用于大部分金属材料的涂敷和加固。
3. 等离子熔覆：等离子熔覆是利用等离子电弧将涂敷材料加热至熔化状态，并在基体上形成冷凝层。
激光焊接与等离子焊的区别
. 激光焊接在微型电机生产中的工艺特点。
激光用来封焊微型电机金属外壳、轴承和轴承套是目前一种最先进的加工工艺方法，主要基于激光焊接有以下特点：(1) 高的深宽比。
焊缝深而窄，焊缝光亮美观。
(2) 最小热输入。
由于功率密度高，熔化过程极快，输入工件热量很低，焊接速度快，热变形小，热影响区小。
(3) 高致密性。
焊缝生成过程中，熔池不断搅拌，气体易出，导致生成无气孔熔透焊缝。
焊后高的冷却速度又易使焊缝组织微细化，焊缝强度、韧性和综合性能高。
(4) 强固焊缝。
高温热源和对非金属组份的充分吸收产生纯化作用，降低了杂质含量，改变夹杂尺寸和其在熔池中的分布，焊接过程中无需电极或填充焊丝，熔化区受污染小，使焊缝强度、韧性至少相当于甚至超过母体金属。
(5) 精确控制。
因为聚焦光斑很小，焊缝可以高精度定位，光束容易传输与控制，不需要经常更换焊炬、喷咀，显著减少停机辅助时间，生产效率高，光无惯性，还可以在高速下急停和重新启始。
用自控光束移动技术则可焊复杂构件。
(6) 非接触、大气环境焊接过程。
因为能量来自激光，工件无物理接触，因此没有力施加于工件。
另外，磁和空气对激光都无影响。
(7) 由于平均热输入低，加工精度高，可减少再加工费用，另外，激光焊接运转费用较低，从而可降低工件成本。
(8) 容易实现自动化，对光束强度与精细定位能进行有效控制。
三、激光焊接与现有焊接方法的比较目前传感器、微型电机等密封焊接采用的方法有：电阻焊、氩弧焊、电了束焊、等离子焊等。
2. 氩弧焊：使用非消耗电极与保护气体，常用来焊接薄工件，但焊接速度较慢，且热输入比激光焊大很多，易产生变形。
3. 等离子弧焊：与氩弧类似，但其焊炬会产生压缩电弧，以提高弧温和能量密度，它比氩弧焊速度快、熔深大，但逊于激光焊。
4.电子束焊：它靠一束加速高能密度电子流撞击工件，在工件表面很小密积内产生巨大的热，形成"小孔"效应，从而实施深熔焊接。
电子束焊的主要缺点是需要高真空环境以防止电子散射，设备复杂，焊件尺寸和形状受到真空室的限制，对韩件装配质量要求严格，非真空电子束焊也可实施，但由于电子散射而聚焦不好影响效果。
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激光熔覆最重要特点是热量集中，加热快冷却快热影响区小，特别对不同材质之间熔融有着其它热源无法比拟的特点，也正是这一特殊的加热和冷却过程，在熔铸区域产生的组织结构也不同于其它熔覆（喷焊·堆焊·普通焊接等）手段，甚至可以产生非晶态组织，特别是脉冲激光更为明显。
一、激光熔覆特点
1. 技术特点
激光熔覆最重要特点是热量集中，加热快冷却快热影响区小，特别对不同材质之间熔融有着其它热源无法比拟的特点，也正是这一特殊的加热和冷却过程，在熔铸区域产生的组织结构也不同于其它熔覆（喷焊·堆焊·普通焊接等）手段，甚至可以产生非晶态组织，特别是脉冲激光更为明显。
这就是所谓激光熔覆不变形无退火的原因。
但我以为这只是从工件整体宏观讲，而当你对熔覆层和热影响区进行微观分析时，你会看到另一种景象，这一点我将在后面讲到。
2. 设备特点等离子熔覆与激光熔覆的对比
激光熔覆目前国内采用采用两种机型；CO2激光器，YAG激光器。
前者为连续输出，熔覆用机一般在3KW以上；YAG激光为脉冲输出，一般在600W左右。
对于设备，一般使用者很难吃透，严重依赖生产方的服务，购买价格昂贵，维护成本、零部件价格很高，再加上设备稳定性和耐受性与国外比较普遍都有差距。
因此激光熔覆机一般用在特殊领域，普通工业制造、维修领域难有效益。
3. 工艺特点等离子熔覆与激光熔覆的对比
第一前期处理：激光熔覆一般只需将工件打磨干净，除油，除锈，去疲劳层等，比较简单。
第二送粉：CO2激光器功率较大，一般用氩气送粉；YAG激光功率小，一般用自然落粉的方式。
这两种方式在熔覆时都基本在水平位置形成熔池，倾斜稍大粉末便不能正常送达，激光的使用范围受到限制，特别是YAG激光器。
第三从熔池形成的状态看：由于激光的控制精度高，输出功率恒定，且没有电弧接触，所以熔池大小深度一致性好。
第四加热快冷却快：影响金属相形成的均匀度，也对排气浮渣不利，这也是造成激光熔覆形成气孔，硬度不均的重要原因，特别是YAG激光倾向更严重。
第五材料选择：由于不同材料对不同波长激光的吸收能力不同，造成激光熔覆材料选择限制较大，激光更适于镍基自熔性合金等一些材料，对碳化物，氧化物的熔覆更困难一些。
二、微束等离子熔覆特点等离子熔覆与激光熔覆的对比
1. 技术特点：微束等离子熔覆机所采用的等离子束，是一种电离弧，比弧焊机热量更集中，所以加热速度更快，为了获得更集中的离子束，一般采用高压缩比孔径，小电流，以便控制基体温度不致太高，避免引起退火变形。
当然这与YAG 激光器加热速度无法比拟。
由于等离子弧为连续工作，造成机体冷却相对较慢，形成的过渡区域比激光熔覆要深一些，这对硬面材料熔覆来说，应力会释放的好一些。
2. 设备特点：微束等离子熔覆设备是在直流焊机的基础上发展而来，其电源·喷枪·送粉器·摆动器等，技术门槛低，容易制造，可靠性好，维护使用简单，耗电少，使用成本低，通用性好，生产成本低，适应性好，便于规模化生产，效益显著，对环境要求低，对材料适应广泛。
随着电气技术的进步，我国的焊机技术水平已经具备足够的支持能力。
另外设备体积小，重量小，焊枪可以手持把握，这使它使用起来更灵活方便，辅助工装的造价便宜。
3. 工艺特点：等离子熔覆与激光熔覆的对比
第一前期处理简单：只需除锈去污去疲劳层即可。
第二送粉：采用氩气送粉，送分精度要求低，可以有一定的倾斜度。
这样就允许手工操作，对于金属修复比较适用。
第三微束等离子稳定性好：微束等离子的稳定性好，熔池的形成也易于控制，敷材与机体融合充分，区域过度较好。
第四加热和冷却速度低于激光：熔融状态维持时间长，有利于金相组织均匀形成，排气浮渣较好，在粉末喷出过程中就已经加热，且有氩气和离子气的保护，所以熔覆层均匀度更好，气孔夹渣等缺陷更少。
第五材料选择：等离子加热方式对材料限制少，材料选择更广泛，对碳化物，氧化物的熔覆更容易一些。
三、关于熔覆中的几个问题
1. 关于焊接应力：我们必须建立一个概念，不管使用了什么样的名词（如焊接·堆焊·喷焊·熔覆等）都是在加热的情况下，在金属基体上的熔铸，那么从加热到熔铸，再到冷却这一过程中，必然产生应力。
除了极特殊材料，一般影响最大的还是收缩应力，不同的焊接方式，无非是从加热方式速度，填充材料和一些其它条件不尽相同。
那么减少这种应力对基体及熔铸层的影响，都是我们追求焊接质量时要考虑的重要方面。
我以为，收缩应力无法避免，那么应力释放才是解决焊接应力问题的关键。
也就是说这种收缩应力释放到哪里，从机体到熔铸区域应力如何分配，才是我们需要而且能够解决的问题。
2. 为什么激光焊接（熔覆）变形小：主要是熔铸区域小，过渡区域小，收缩量小。
那么材料在收缩过程中所产生的收缩力，不足以使整个机体变形。
这就是所谓激光熔覆不变形的原因（所以当机体尺寸过小时同样会产生变形），这也是激
光焊接（熔覆）的优势。
那么这种焊接应力到哪里去了呢？它主要是释放到熔铸区域和过渡区域了。
那么这就产生了两个问题。
一是熔铸区容易产生裂纹，所以激光熔覆对材料的延展性要求比较高，如镍基粉末；二是过渡区应力大，由于激光焊接过程中加热快冷却快，等离子熔覆与激光熔覆的对比产生的过渡区尺寸过小，造成这一区域应力集中，这就影响了激光焊接（熔覆）的结合效果。
特别是在基体与焊材机械性能相差较大时，倾向更严重，甚至产生脱落现象，这就要求在激光熔覆时格外注意过渡层的材质和厚度设计。
3. 为什么等离子熔覆（堆焊）不易产生裂纹·气孔等缺陷：主要原因有三。
一是等离子做热源进行熔覆（堆焊）与埋弧焊气保焊等热量更加集中，离子弧稳定性更好，没有电极熔耗，输出热量均匀，便于控制，这样使得熔铸区热量分布均匀，材料熔合充分均匀，排气浮渣都充分，收缩应力分布均匀。
二是由于等离子设备控制精度高，对熔铸区和过渡区的控制方便，且均匀度好，应力分配更容易控制合理。
三是用氩气保护不需要各种添加剂，也不存在排氢，氧化等问题，所以等离子熔覆（堆焊）更适合大面积，大厚度，高质量的硬面熔铸（如高锰·高铬陶瓷材料等）适合于制造耐磨板、阀门、轧辊等。
4. 熔覆的工艺性：关于激光熔覆和等离子熔覆，有许多同行发表了很多文章，大部分都强调激光的优势，这也是大家所追求的目标。
然而，多数是从微观角度用金相分析的方法评价激光的。
但凡事都有其两面性，激光熔覆也有其劣势。
在工艺方面就有许多限制，在生产实际中更需要高的操作技能，给许多客户造成困难。
我认为主要是加热快，冷却快造成的熔覆层熔融时间过短造成光斑外缘和内缘差别大，组织形成不均匀，应力分配不匀，排气浮渣不充分，造成硬度不均，易形成气孔夹渣等问题，难以获得大面积完美的熔覆层，YAG激光尤其为甚。
所以激光熔覆从选材到操作都应格外细致。
等离子熔覆相对激光讲输入热量大，基体变形量比激光大。
但其熔融充分，硬度分布均匀，排气浮渣彻底。
材料选择范围广，易于操作，易获较为完好的整体熔覆层，成本低，效益好。
因此在大面积，大厚度，熔覆方面有着明显优势。