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热喷涂工艺之等离子弧合金金属粉末堆(喷)焊原理
编辑:365bet官网   时间:2017-06-20

热喷涂工艺之等离子弧合金金属粉末堆(喷)焊原理


等离子弧焊(PAW,Plasma Arc Welding)统称PTA工艺,是利用等离子弧作为高温热源的焊接方法。采用合金粉末作焊接填充金属的一种表面堆焊与喷焊的合金焊接工艺方法。


基本过程

    阴极之间使用等离子弧焊枪和水冷铜嘴,或在阴极和工件之间,使气体电离形成电弧,电弧通过喷嘴孔,生产热收缩效应形成等离子电弧,电弧电流密度大,压缩弧后浓度、温度、电弧稳定性、可控性好。


气体由电弧加热产生离解,在高速通过水冷喷嘴时受到压缩,增大能量密度和离解度,形成等离子弧。它的稳定性、热和温度都比一般电弧高,因此具有强大的渗透和焊接速度。形成等离子弧的气体和周围的保护气体一般是氩。根据不同工件的材料特性,也有氦、氮、氩或两者的混合物。

(1)等离子弧的概念:

自由电弧:未受到外界约束的电弧,如一般电弧焊产生的电弧。


等离子弧:受外部拘束条件的影响使弧柱受到压缩的电弧。


自由电弧,弧区内的气体尚未完全电离,能量未高度集中,而等离子弧,弧区内的气体完全电离,能量高度集中,能量密度很大,可达10~10W/cm2,电弧温度可高达24000~50000K(一般自由状态的钨极氩弧焊最高温度为10000~20000K,能量密度在10W/cm2以下)能迅速熔化金属材料,用来焊接难熔合金金属绰绰有余。


(2)等离子弧的产生

在钨极与喷嘴之间或钨极与工件之间加一较高电压,经高频振荡使气体电离形成自由电弧,该电弧受下列三个压缩作用形成等离子弧。


①机械压缩效应(作用)——电弧经过有一定孔径的水冷喷嘴通道,使电弧截面受到拘束,不能自由扩展。


②热压缩效应——当通入一定压力和流量的氩气或氮气时,冷气流均匀地包围着电弧,使电弧外围受到强烈冷却,迫使带电粒子流(离子和电子)往弧柱中心集中,弧柱被进一步压缩。


③电磁收缩效应——定向运动的电子、离子流就是相互平行的载流导体,在弧柱电流本身产生的磁场作用下,产生的电磁力使孤柱进一步收缩。


电弧经过以上三种压缩效应后,能量高度集中在直径很小的弧柱中,弧柱中的气体被充分电离成等离子体,故称为等离子弧。


当喷嘴直径、较大的气体流量和增加电流时,等离子体焰由于喷嘴的速度非常高,具有很大的影响,等离子弧被称为“弧”刚度,主要用于切削金属。另一方面,如果等离子弧适应了较低的温度和冲击时间,等离子电弧被称为“柔性电弧”,主要用于焊接。



等离子弧焊接

用等离子弧作为热源进行焊接的方法称为等离子孤焊接。


焊接时离子气(形成离子弧)和保护气(保护熔池和焊缝不受空气的有害作用)均为氩气。


等离子弧焊焊条广泛应用于钨电极(与钨电极氩弧焊一样,我国主要采用钍铈钨和钨的方法,国外也使用锆钨电极和锆),有时还需要填充金属(焊锡丝)。普通直流正连接(钨条)。所以等离子弧焊基本上是一个可压缩的钨气焊。


和氩弧焊相比较等离子金属粉末焊接技术优势:


 1、堆焊熔覆合金层与工件基体呈冶金结合,结合强度高,合金层的硬度都在50--60HRC以上,堆焊合金层的硬度在堆焊后比普通金属的硬度要高3至5倍 。


2、堆焊熔覆速度快,低稀释率;粉末等离子弧堆焊的稀释率可控制在5%一15%或更低。


 3、堆焊层的金属组织致密性好,成型美观;堆焊过程易实现高效自动化生产,提高劳动生产率,减轻劳动强度。


 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,直接进行粉末等离子弧堆焊,不会有因为表面处理不干净而出现表面产生气泡现象。


 5、与其它粉末等离子喷焊相比,设备构造便利,低耗、高效、实用,易操作,维修维护方便,占地面积小。


 6、等离子弧温度高、能量集中、工艺稳定性好,外界因素问题小,在工件上引起的残余应力和基材的金属质量张力变形小等特点。


 7、焊接过程可控性好,可以通过调节电流大小、气体流量、送粉速度、堆焊速度及等离子弧摆动幅度来控制堆焊效果,从而获得优异的高质量美观合金金属熔覆层。


 8、粉末合金金属粉末材料的焊接范围,易于收集和购买市场上,堆焊合金粉末作为沉积材料,不受铸造、轧制、绘图,加工技术的限制,可以根据需求不同性能的不同成分和不同比例的合金粉末,特别适用于那些难以丝绸,但容易粉碎硬耐磨合金,合金焊层来获得所需的性能。

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