螺杆堆焊

【等离子粉末堆焊】

是采用堆焊的方法将硬质合金粉末的材料堆焊在普通材料上，以提高材料的损、耐腐蚀及高温性能，延长使用寿命，同时节省贵重材料，降低产品的成本。这一方法已在石油、化工行业中得到较广泛的应用。 

本文针对石化工业中，生产设备工况条件的三高（即高腐蚀、高磨损及高温），采用等离子粉末堆焊工艺，将Ni基或Co基高合金材料堆焊在设备零配件密封面上，达到提高设备使用寿命的目的。 

2.试验工艺及设备 

2.1试验设备 

等离子粉末堆焊是将等离子弧作为热源，以一定成分合金粉末作为填充金属的特种堆焊工艺。其较高的生产率，美观的成型以及堆焊过程易于实现机械化及自动化，使这一工艺得到较快的发展。
下面 图1是等离子粉末堆焊工艺原理图。 
 
图1等离子粉末堆焊工艺原理
 
图2 钨氩弧焊和等离子粉末堆焊的比较
图2是等离子粉末堆焊工艺与熔化惰性气体保护焊及喷涂工艺在几个性能上的比较。与电弧焊及熔化惰性气体保护焊相比，采用等离子粉末堆焊工艺，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，耐蚀及性好；基体材料与堆焊材料的稀释减少，材料特性无变化；气孔、氧化物、夹渣等缺陷几乎没有；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，如WC材料等。图3是等离子粉末堆焊与气焊的微观组织照片比较（×400）。 
 
图3 PPW焊与气焊的微观组织（×400）


4.1堆焊层的稀释率 

稀释率是指母材熔化后混入堆焊层，对于堆焊合金的冲淡程度。稀释率就是堆焊层中母材量与焊层总量之比。其近似公式表示如下： 

y = F母/ F堆+F母= h / H 

式中：y — 稀释率 
h — 工件熔深 mm 
H — 堆焊层总厚度 mm 

本研究利用X-560型电子探针测量试验工件堆焊层与基体界面的合金元素含量。结果表明，等离子堆焊可以获得较小的稀释率。这也是堆焊过程中采用氩气保护，使合金元素的烧损减少，保证绝大多数合金元素过渡到堆焊层中的有利证据。 

4.2气体参数对堆焊层质量的影响 

试验中发现，当离子气量大于标准参数时，等离子弧刚性加大，引弧时母材出现弧坑严重影响堆焊层质量。当保护气量低于标准参数时，焊层表面呈黑色，表明氧化严重；**标准参数时，由于保护气出现紊流层，造成空气卷入，堆焊层出现蜂窝状气孔。 

4.3摆动对堆焊层质量的影响 

在堆焊厚度**1mm的堆焊层时，随着堆焊电流的加大，对母材的热输入量增大，堆焊层裂纹倾向增加，焊枪的摆动有效地解决了这一问题。另外，堆焊层厚度越高，咬边现象严重，增加焊枪摆动时边缘驻点的驻留时间是有效的解决办法。图5是堆焊层形状与堆焊厚度示意图。 
 
图5 堆焊层形状与堆焊层厚度示意图
5.结论 

采用等离子堆焊工艺可以提高金属零部件的、耐腐蚀及高温性能，能够满足石油、化工行业的“三高”工况。