等离子弧堆焊综述

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等离子堆焊在煤矿行业的应用

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
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。

等离子弧堆焊综述

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资料

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

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

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。

等离子弧焊详细介绍

• 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

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。

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与其它类型的表面工程技术如化学领域中的电镀、热处理领域中的表面热处理和化学热处理等相比，等离子弧堆焊是一种表面处理新技术在国内外获得了很快的发展[1]。

本文就等离子弧堆焊技术在表面工程上的应用展开，从等离子弧的产生到等离子弧堆焊技术的应用，以及目前等离子弧堆焊的各个方面的研究进展进行了相关论述，对等离子弧堆焊技术进行了比较详尽的概括。

关键词：堆焊；表面涂敷；等离子弧；一、堆焊简介1.1堆焊定义堆焊（Hard Surfacing）是利用焊接热源使基材表面与敷焊的材料之间形成熔化冶金结合的一种表面工程。

它的目的不是为了联接零件，而是借用焊接的手段在零件上堆敷一层或几层所希望性能的材料,以获得所需的耐磨、耐热、耐蚀等特殊性能的熔敷层。

堆焊是一种改善机械表面耐磨性的简单、经济且行之有效的方法。

它是用焊接方法在零件表面堆一层具有一定性能材料的工艺过程，将焊接中的零件连接技术移植到零件表面进行敷焊的技术，利用焊接热源使基材表面与敷焊材料之间形成熔化冶金结合的一种表面工程技术。

用堆焊方法将耐磨材料覆盖在基体材料上，既提高了耐磨性、延长零件使用寿命,又节省了贵重材料，降低成本。

它不是为了连接零件，其目的在于增加零件的耐磨、耐热、耐蚀等方面的性能[2]。

1.2堆焊材料1.2.1 铁基堆焊合金铁基合金是应用最广泛的一类堆焊合金。

铁基合金原材料来源广，价格低。

由铁基合金获得的焊层有良好的耐磨性。

此外，经过成分和组织的调整，铁基合金可以在很大范围内改变堆焊层的强度、韧性、耐磨性、耐蚀性、耐热性和抗冲击性，因此得到了广泛应用。

根据堆焊层的成分和组织,铁基堆焊合金可分为珠光体、马氏体、奥氏体、莱氏体、碳化物等几种类型。

1.2.2 钴基堆焊合金该系列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，如高温阀门密封面的堆焊，但是价格昂贵。

1.2.3 镍基堆焊合金以镍为基的自熔合金统称为镍基合金。

该类合金熔点低，流动性好，具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐热和抗氧化等综合性能，但成本较高。

这种合金系统主要分为镍硼硅系统和镍铬硼硅系统。

NiCrBSi系合金含B约1.5%-4.5%，堆焊层组织是奥氏体+硼化物+碳化物，堆焊层常温硬度一般为60HRC，耐低应力磨粒磨损性能优良，但冲击韧性一般，高温性能好，在540℃时仍能保持48HRC，且耐氧化耐腐蚀性能好，常用于阀门密封面的堆焊。

1.2.4 铜基堆焊合金堆焊用的铜基合金主要是铝青铜、硅青铜、锡青铜，有时也用黄铜和紫铜。

在某些条件下，铜合金具有良好的耐蚀性能和抗黏着磨损性能，具有较低的摩擦系数，良好的抗海水和大气腐蚀性能，塑性好，易于加工。

但铜基合金耐磨料磨损性能和抗高温蠕变能力差，易受硫化物和氨盐的腐蚀。

硅青铜和铝青铜耐海水腐蚀的能力很强，铝青铜具有耐气蚀的性能，黄铜和青铜在金属与金属间的磨损场合性能优良，被广泛用于修理轴承表面。

1.2.5 复合堆焊合金复合堆焊合金是由两种以上不同成分的固相材料所组成，是一种新型工程材料。

复合粉末与由不同粉末机械混合而成的粉末相比存在显著差别，可实现不同综合性能要求的粉末(如金属与陶瓷的复合粉末)的制备，防止出现成分偏析，保证单颗粒的非均质性和粉末整体均匀性的统一。

WC系复合堆焊合金多用于承受冲击载荷的严重磨损情况。

WC/镍基、WC/钴基是WC系复合堆焊材料中最重要的两个系列，加入极硬的WC作主体硬质相，目的是使整体材料的硬度和抗磨损性能有很大提高。