等离子堆焊技术的现状及发展趋势

第49卷第7期 2013年4月

机 械 工 程 学 报

JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING

Vol.49 No.7 Apr. 2013

DOI：10.3901/JME.2013.07.106

等离子堆焊技术的现状及发展趋势*

邓德伟 陈 蕊 张洪潮

(大连理工大学机械工程与材料能源学部 大连 116024)

摘要：等离子堆焊技术具有节能、高效和质量稳定等特点，使其成为重要的绿色制造及再制造技术之一。随着国内制造业的迅速发展，焊接技术尤其是等离子堆焊技术也得到较快的发展。概述等离子堆焊技术与钨极氩弧焊、手工电弧焊及埋弧焊的区别与联系，综合论述等离子堆焊设备的应用情况及其发展趋势，并分析等离子堆焊这一表面强化方法的研究进展，归纳等离子堆焊技术存在的主要问题及未来发展趋势。 关键词：绿色制造 等离子堆焊 设备及工艺 中图分类号：TG156

Present Status and Development Tendency of Plasma Transferred

Arc Welding

DENG Dewei CHEN Rui ZHANG Hongchao

(Faculty of Mechanical Engineering, Materials and Energy, Dalian University of Technology, Dalian 116024)

Abstract：With the rapid development of manufacturing in china, the welding technology, especially plasma surfacing develops quickly. Plasma transferred arc welding technology has energy-saving, efficient and stable quality, it become one of important green manufacturing and remanufacturing technologies.The characteristics of plasma surfacing are summarized and compared with argon tungsten-arc welding, electrode welding and submerged arc welding. The present status and development trend of plasma surfacing equipment and methods are also reviewed. The problems and future developing orientation of plasma surfacing technology are proposed.

Key words：Green manufacture Plasma transferred arc welding Equipment and procedure

性强、熔敷速度大、生产率较高，堆焊后基体材料

0 前言

等离子堆焊于20世纪60年代开始投入工业应用。它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的堆焊工艺。该堆焊技术具有生产率高，成型美观以及堆焊过程易于实现机械化及自动化等优点，符合绿色制造的发展趋势，在制造业中的应用日益广泛[1]。

与钨极氩弧焊相比，等离子堆焊具有熔深可控* 国家重点基础研究发展计划(973计划，2011CB013402)、国家自然科学基金(11072045，51175059，51101024)和沈鼓-大工重大科研发展基金资助项目。20121015收到初稿，20130125收到修改稿

与堆焊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，而等离子堆焊中钨极需要承受电流较小[2-3]；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；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。随着自控技术的发展，越来越多的堆焊设备中引入了PLC控制，从而实现对弧压、电流、送粉量、摆动幅度他摆动频率等堆焊重要参数的精确控制，另外在堆焊系统中引入数控系统，可以控

2013年4月 邓德伟等：等离子堆焊技术的现状及发展趋势

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制焊枪行走速度和工件运动，通过调节相关的堆焊参数，可以对堆焊层的厚度、宽度、硬度在一定范围内自由调整[4]；与其他堆焊技术相比，等离子堆焊过程中基体材料与堆焊材料的互熔较少，堆焊材料特性变化小；另外采用粉末作为堆焊材料可提高合金设计的自由度，使堆焊难熔材料成为可能，从而大幅度提高工件的耐磨、耐高温、耐腐蚀性[5]。因此等离子堆焊可广泛地用于石油、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。

目前焊接技术的发展趋势是由原来的以手工电弧焊接技术为主逐渐开始向自动焊接技术转变，其中等离子堆焊技术是自动焊接技术的代表之一。随着中国制造业迅猛发展，加快等离子堆焊技术的研究与应用对于推动绿色制造具有重要的现实意义。

使焊枪的温升保持在安全的范围之内。虽然不同设备的冷却系统在细节上可能有所不同，但其原理都是一致的：通过水泵不断将冷却水送到枪体中，回流的温度较高的水则通过换热器降温。为保证冷却效果，循环水箱需要达到一定的体积，为防止滋生微生物及避免对流道中金属部件的腐蚀，其中最好盛装去离子水。由于焊枪中的水流通道比较狭小，为保证能够迅速将热量带走，需要冷却系统的水泵能够达到一定的压力，为了保护焊枪，目前越来越多的设备在冷却水管中装有水压和水温传感器，当冷却水的压力降低并且水温升高到一定程度时，系统将报警，以避免烧损焊枪。

水冷系统中水的流动方向大致分为两种：第一种是水从内部流动循环，即通过导电水管(电缆在水管内)从作为正极的下枪体水套流入喷嘴，从喷嘴经绝缘部分流入作为负极的上枪体水套，最后流回到循环水箱，此种循环系统外部走线较整齐，冷却效果也较好，但对绝缘部分的可靠性有着较高的要求，一旦漏水，枪体难以修理；第二种水循环方式是水从下枪体流入喷嘴，再从喷嘴流入外部水管，最后经上枪体水套流回到循环水箱。这种水管路较上面显得繁琐，但易于维修。 1.4 枪体

等离子堆焊枪的核心部分是等离子弧发生器，辅以水管路、气管路及送粉管路。焊枪的品质对于堆焊质量起着至关重要的作用。等离子焊枪主要有两部分组成，即上枪体和下枪体，是由绝缘体来连

1 等离子堆焊设备

等离子堆焊设备包括焊接电源、电气控制系统、冷却水系统、送粉系统、数控行走系统等。枪体部分工作状态时设备断面图见下图。

图 焊枪工作状态断面图

结的，性能良好的焊枪应满足：在堆焊过程中，稳定性好，安全性高，堆焊效率高，焊后质量好，喷嘴使用寿命长，操作方便，易于更换，小巧灵活，手工半自动、自动焊皆可用。

枪体主要由钨电极、离子气管、陶瓷管、进水管、送粉气管、保护气管、出水管、喷嘴组成[6]。为保证焊枪具有良好的使用性，必须保证钨极与喷嘴之间同心度要好。目前比较先进的焊枪是通过电极垂直升降滑动来进行调整，电极本身与上枪体之间采用圆柱面接触的精密配合，通过转动调节螺帽来控制电极的升降，调节时电极只能上下滑动而不旋转，以确保电极与枪体保持良好的同心度。钨极尖端不正时，可以适当旋转绝缘帽来对钨极进行微调。

1.1 电源

采用一台具有陡降外特性的500 A直流电源。非转移弧是从电源上接水冷电阻后供电。即共用端

是负极，从正极上引出两头，一头接工件，一头经水冷电阻后到喷嘴的下枪体，构成两电源回路。 1.2 电气控制部分

三股气路即等离子形成气、送粉气、保护气、均采用氩气，气路与高频振荡器串联使用。控制动作程序：离子气→高频→非转移弧(小弧 …… 此处隐藏：13444字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……