降低等离子喷焊稀释率的工艺研究

摘要

表面工程技术是改善材料耐磨性能的有效途径，其中等离子喷焊技术由于具有喷焊层与母材界面为冶金结合、喷焊层宽度及高度可控、容易实现自动化和生产成本较低等优点，受到工业界普遍关注。但影响等离子喷焊层性能的工艺参数多且不易调节，这容易造成基材过度熔解并增加喷焊层稀释率，在很大程度上影响了该技术的普遍应用。目前关于等离子喷焊工艺参数的调节和优化主要通过实践经验和正交试验法等方式实现，其相关参数确定较为独立，难以协同调节。为获得相对优化的工艺参数组合，往往需要大量的工艺试验，不仅对操作者经验依赖程度较高，且操作复杂，参数确定的方法可重复性差。 针对等离子喷焊工艺参数不易确定和稀释率不易控制的问题，从材料的热物理性能出发，研究可快速确定等离子喷焊工艺参数的计算方法。根据等离子喷枪、钨针和转移弧电源三者中最小可载值初步确立转移弧电流，结合无粉喷焊时基材表面微熔的情况确定焊接速率，再由喷焊粉熔化前后体积热膨胀公式推导出送粉量计算公式，最后结合等离子喷焊的能量转换和电能做功规律，推导出转移弧电流计算公式。该计算方法推导出的相关参数计算公式相互关联，可依次快速确定合适的转移弧电流、喷焊速度和送粉速率等参数，容易获得较优的等离子喷焊工艺参数组合。为验证该方法的适用性，在 Q235基材上喷焊不同厚度、层数和道数的Ni60A合金粉末进行工艺实验验证。并利用金相显微镜、扫描电电镜、能谱分析及硬度测试等手段，研究喷焊层的组织、成分及耐磨性能。研究结果表明，该计算方法可快速确定等离子喷焊工艺参数，所制备喷焊层基材熔解少，稀释率低，喷焊层与基材结合良好，表面硬度高。喷焊层组织细小均匀，析出相为铬的化合物和γ-Ni固溶体,且表面最低硬度大于730HV，最高硬度可达804HV。该等离子喷焊工艺计算方法可用于等离子喷焊修复和多层多道喷焊工艺参数计算，对等离子喷焊特殊性能表面的应用普及具有重要的意义。

目录

声明

1 绪 论

1.1 引 言

1.2 等离子喷焊技术

1.3 等离子喷焊材料的发展

1.4 本文的研究意义和主要内容

2试验材料、设备及方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备

2.3 试验方法

3等离子喷焊工艺参数计算方法的研究

3.1等离子喷焊工艺参数的分析

3.2 等离子喷焊质量分析

3.3 等离子喷焊工艺参数的计算方法

3.4 本章小结

4 等离子喷焊工艺参数调节方法对喷焊层组织和性能的影响

4.1 等离子喷焊工艺参数调节方法单层单道喷焊层组织和性能的影响

4.2 等离子喷焊工艺参数调节方法对双层单道喷焊层组织和性能的影响

4.3 本章小结

5 等离子喷焊工艺参数调节方法对单层多道喷焊层组织和性能的影响

5.1 单层多道喷焊层组织和性能分析

5.2 本章小结

6 结论与展望

6.1 结 论

6.2 展 望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢