上海申弘閥門有限公司
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化工閥門合金粉末等離子堆焊的工藝 化工閥門合金粉末等離子堆焊的工藝及規(guī)范是什么？ 化工閥門合金粉末等離子堆焊 化工閥門合金粉末等離子堆焊 化工閥門對焊 化工閥門堆焊
之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準，現(xiàn)在介紹合金粉末等離子弧堆焊出現(xiàn)于20世紀60年代初，近幾年來在我國閥¨制造、交通和礦1U機械等行業(yè)應用較廣泛，是一項較重要的堆焊新工藝。它除了具有鎢極氬弧堆焊的堆焊質量高、沖淡率低等優(yōu)點外，還有堆焊過程易于實現(xiàn)機械化、堆焊層光滑、平整，厚度可準確控制生產(chǎn)效率高等特點。在適當?shù)臈l件下，沖淡率可控制在5%以內(nèi)。堆焊層厚度可在0. 25 mm-6 mm之間任意調(diào)整。生產(chǎn)率為0.5 kg,/h—6 kg:,"h。
(1)化工閥門合金粉末等離子堆焊的工藝等離子弧燃燒方式
①聯(lián)合型等離子弧：非轉移弧主要用于加熱合金粉末；轉移弧既可加熱合金粉末，又可熔化母材表面。對于自熔性合金粉末堆焊，由于粉末熔點低，非轉移弧的作用不明顯；當堆焊熔點較高的粗粉時，非轉移弧的作用就明顯了。薄小零件的堆焊，多采用聯(lián)合型等離子弧。
②轉移型等離子弧：鑒于非轉移弧并不起重要作用，在很多場合只是使用轉移弧進行堆焊，這樣可省去一套電源。
③串聯(lián)電弧的聯(lián)合型等離子弧：它的主要優(yōu)點是在噴嘴與工件間產(chǎn)生的離子弧不會增大氣流對熔池的吹力，能有效地限制熔深。雖然這個離子弧加熱比較分散，卻仍能維持足夠的方向性。使用這種方式的等離子弧應控制離子弧電流，若電流增大，則噴嘴燒損嚴重．但若進一步增強水冷，這個問題可以得到改善。國內(nèi)使用這種等離子弧方式的不多。
(2)送粉方式
目前應用兩種送粉方式：嘴內(nèi)送粉和嘴外送粉。
在嘴內(nèi)送粉等離子堆焊槍中，粉末受到較充分的加熱，還可減少粉末的飛濺，可得到較高的熔敷率。嘴內(nèi)送粉槍的主要缺點是容易發(fā)生熔化昀合金粘附嘴壁的現(xiàn)象。熔化的合金粘附在嘴壁或出口處聚集到一定的數(shù)量后則落人熔池，形成淌熔滴現(xiàn)象，嚴重時則堵塞嘴孔。為防止出現(xiàn)上述現(xiàn)象．鎢極與噴嘴內(nèi)孔應具有較高的同心度，以保證合金粉末從噴嘴均勻送出。此外，送粉氣體的流量應合適，不應引起氣流。
在嘴外送粉等離子堆焊槍中，合金粉末從噴嘴外送人等離子弧中，從根本上解決了淌熔滴及噴嘴堵塞問題。在相似的規(guī)范下熔深比嘴內(nèi)送粉小，這是由于嘴內(nèi)送粉時，送粉氣流在噴嘴內(nèi)受到了強烈加熱，并直接吹向熔池，造成較大的附加吹力；而嘴外送粉時，送粉氣造成的附加吹力大大降低。嘴外送粉槍的主要缺點是粉末飛散程度大，合金堆敷率較低。
(3)等離子堆焊氣體及合金粉末
通常使用純氬做工作氣（亦稱離子氣、穩(wěn)弧氣）、送粉氣及保護氣。氬等離子弧電壓低、燃燒穩(wěn)定、鎢極及噴嘴燒損小。
國外有的使用70%氬加30%氦做工作氣或送粉氣，它使等離子弧電壓升高，從而具有較大的功率和生產(chǎn)率。用氦氣做保護氣效果也很好，但氦氣很稀缺，成本甚高。
工作氣及送粉氣在保證等離子弧有足夠的方向性及均勻送出合金粉末的前提F，應盡量限制其流量，以降低氣流吹力。保護氣則應有足夠的流量才有效果。由于等離子弧堆焊的合金粉來多是自熔性的．不采用保護氣并不會對堆焊質量發(fā)生明顯的影響．但噴嘴很容易被熔池飛濺出來的金屬細粒沾污。
堆焊用合金粉末的粒度愈細愈易于熔化，但過細的粉末增加送粉的困難。太粗的粉束既不易熔化，又容易飛出堆焊區(qū)，從而使粉末損失嚴重。比較合適的粒度范圍是0. 06 mm—0.12 mm(120-230目／英寸)。為防止粉末在噴嘴內(nèi)熔化造成堵嘴現(xiàn)象．國內(nèi)也有使用粗粉（40-120目，英寸）堆焊。 某閥門制造廠使用LU-150等離子弧粉末堆焊機，采用聯(lián)合型等離子弧、震動式送粉器、嘴內(nèi)送粉，其堆焊工藝如下：
（一）、等離子熔覆技術
等離子熔覆技術是采用等離子束作為熱源，在金屬的表面獲得相對美觀、耐磨、防腐、耐沖擊、耐熱等特性的新型材料表面改性技術，其原理是按照程序軌跡運行的高能等離子束，在熔覆過程中把合金粉末通過同步送粉器送到需要進行強化表面處理的工件表面上，同時利用高能束輻照使合金粉末熔化，其工件表面也同時熔化，在工件表面形成合金熔池，在等離子高能束離開以后，合金熔池快速凝固，從而形成其成分均勻、組織細小、致密無氣孔及無裂紋的高質量冶金涂層。
目前等離子熔覆所用到的材料大多是Ni鎳基、Co鈷基、Fe鐵基自熔合金粉末，在特殊耐磨要求下可添加Wc碳化鎢合金及Tic陶瓷粉末，等離子熔覆屬于一種表面快速冶金過程，因此在熔覆后所呈現(xiàn)出來的高結合強度是其他焊接工藝*的。熔覆材料的選配直接關系到能否滿足不同特性的需要。等離子熔覆加工過程中，因稀釋率較低，能滿足各類異形工件熔覆的要求，同時具有組織強化、沉淀強化等高性能的特點，與普通氬弧焊、埋弧焊、冷焊、激光熔覆、電子束熔覆等相比，等離子熔覆是一種更，更、成本更低的表面改性新技術，在國內(nèi)外已經(jīng)把等離子熔覆技術運用到煤礦、工礦、電力、石化、水泥、鋼鐵、大型能源等領域，成功應用到各類工件中。比如在煤礦開采中的截齒，在通過等離子熔覆后的截齒與沒有熔覆的作比較，等離子熔覆后的截齒耐磨壽命增加了10倍，為采煤提供了良好的技術裝備。
等離子熔覆技術及工藝涉及多個學科領域，目前國內(nèi)專門從事等離子熔覆研究的機構還不多，除了少數(shù)高校在進行一些學術上的研究，實際應用的研究還相對比較薄弱。在諸多的企業(yè)和機構里面尋找到一家等離子熔覆設備制造商，不僅能夠制造出等離子熔覆設備，在表面合金化的應用領域也十分出色，寧波鐳速激光科技有限公司是國內(nèi)少有的研發(fā)制造和熔覆應用單位，為此我們對鐳速公司的等離子裝備進行了深入了解。
二、鐳速等離子熔覆機與市場上的熔覆機對比：
1、具有獨立自主的研發(fā)團隊，從等離子電源到等離子焊槍、都有，申請下來1項國家發(fā)明，4項實用新型，掌握核心技術，真正做到從應用入手，解決棘手難題，使設備率工作、穩(wěn)定性更強，熔覆效果更為美觀。
2、鐳速公司從1999年開始投入到特種零部件修復的工作中去，15年來積累了大量的零部件熔覆再制造案例，成功的為各行業(yè)修復與加工工件上萬例，切實做到不光制造裝備，還會使用裝備，使用好裝備，在企業(yè)與高校合作的經(jīng)歷中，不斷開發(fā)新的設備，研究新的工藝，不指望外界的技術，在整個過程中自行攻克各種工藝難關。
3、等離子電源穩(wěn)定性及壽命超長，
三、鐳速等離子熔覆的特點
1、堆焊堆焊合金層與工件基體呈冶金結合，結合強度高；
2、堆焊堆焊速度快，低稀釋率；粉末等離子弧堆焊的稀釋率可控制在5%一10%或更低。
3、堆焊層組織致密，成型美觀；堆焊過程易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高勞動生產(chǎn)率，減輕勞動強度。
4、可在銹蝕及油污的金屬零件表面不經(jīng)復雜的前處理工藝，直接進行粉末等離子弧堆焊；
5、與其他等離子堆焊相比設備構造便利，低耗、、實用易操作，維修維護方便；
6、等離子弧溫度高、能量集中、工藝穩(wěn)定性好，外界因素干擾小，在工件上引起的殘余應力和變形小。
7、可控性好。可以通過調(diào)節(jié)電流大小、氣體流量、送粉速度、堆焊速度及等離子弧擺動幅度來控制堆焊效果，從而獲得質量優(yōu)異的熔敷層。
8、使用材料范圍廣。堆焊合金粉末作為熔敷材料，不受鑄造、軋制、拔絲等加工工藝的限制，可依據(jù)不同性能要求配置不同成分的合金粉末，特別適用于那些難于制絲但是易于制粉的硬質耐磨合金，以獲得所需性能的堆焊層。
9、堆焊大型工件效率高。一般采用的埋弧焊和氣保焊進行加工，但隨著很多工件表面要求越來越高，普通的電焊設備已經(jīng)不能滿足加工要求了，等離子自動熔覆設備能極大限度的解決工藝的完整性和率兩大難題，針對大型工件堆焊耐磨層或是修復大面積裂紋等有獨到的優(yōu)勢。工件表面溫度比氬弧焊焊接后低200℃。
四、鐳速等離子堆焊槍結構及工作原理
鐳速自主研發(fā)的等離子堆焊槍由四個不同的循環(huán)組成：
1、 氣路（推動和保護氣，均為氬氣）
2、 水路（焊槍上半部分鎢針冷卻，連續(xù)循環(huán)，保證工作及延長鎢針壽命）
3、 粉路（經(jīng)過送粉器輸出，直接到焊槍，經(jīng)過氣路推動，使焊粉連續(xù)流動到槍嘴，交叉后集中到等離子弧中心，熔化成液態(tài)，熔覆到工件表面）
4、 電路（點火，起弧，引弧，主弧的原動力，等離子電弧內(nèi)部溫度達20000多℃，經(jīng)等離子電源和控制系統(tǒng)來控制焊槍內(nèi)的弧，電流經(jīng)電纜到焊槍內(nèi)部，起到傳輸電流和信號的作用。
五、鐳速等離子送粉器
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥 等離子送粉器采用連續(xù)送粉裝置，乘粉的粉桶呈倒錐形，可接受-100~325目的各類合金粉末，經(jīng)過與主控箱信號相連，做到實時送粉，連續(xù)送粉，氣閥開關由控制系統(tǒng)來控制，保證了合金粉末利用，氬氣作為送粉氣的推動氣體，在真空環(huán)境中保證了送粉的效率。
六、設備型號、特點、參數(shù)
等離子閥門自動堆焊機
型號：LS-PTA-FM400
1、 設備參數(shù)
輸入電壓：380V±5％
頻 率：50~60Hz
輸入功率：24KVA
輸出電流：50~400A
電流形式：直流
負載持續(xù)率：60％
維弧輸出：5~50A可調(diào)節(jié)導弧輸出100％連續(xù)負載≤30℃。
保護特性：
內(nèi)置保險裝置在工作過程中對錯誤故障保證做出適當處理。
a、 當冷卻水壓力不夠時，關閉電弧；
b、 當機器過載或過熱時，關閉電弧。
氣源：等離子氣體----0.5-8L/min
保護氣體----3-30L/min
2、 設備配置
1、等離子電源；
2、工業(yè)冷水機；
3、等離子堆焊槍；
4、自動送粉器；
5、旋轉工作臺（根據(jù)閥門球體加工產(chǎn)品定制，此套設備采用立式工作臺）。
6、數(shù)控編程系統(tǒng)（CNC數(shù)控加工系統(tǒng)，可自動編程）
5、設備特點
(1)閥門堆焊機適用范圍
適用范圍: 適用范圍：該機適用于各種形狀的閥門閥座、閥圈、底座、球體、法蘭表面合金化（熔覆）及教學用途，還可用于小型軸類、孔類工件表面磨損修復。
（2）等離子堆焊的特點
1、堆焊堆焊合金層與工件基體呈冶金結合，結合強度高；
2、堆焊堆焊速度快，低稀釋率；粉末等離子弧堆焊的稀釋率可控制在5%一10%或更低。
3、堆焊層組織致密，成型美觀；堆焊過程易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高勞動生產(chǎn)率，減輕勞動強度。
4、可在銹蝕及油污的金屬零件表面不經(jīng)復雜的前處理工藝，直接進行粉末等離子弧堆焊；
5、與其他等離子堆焊相比設備構造便利，低能耗、率、實用易操作，維修維護方便；
6、等離子弧溫度高、能量集中、工藝穩(wěn)定性好，外界因素干擾小，在工件上引起的殘余應力和變形小。
7、可控性好。可以通過調(diào)節(jié)電流大小、氣體流量、送粉速度、堆焊速度及等離子弧擺動幅度來控制堆焊效果，從而獲得質量優(yōu)異的熔敷層。
8、使用材料范圍廣。堆焊合金粉末作為熔敷材料，不受鑄造、軋制、拔絲等加工工藝的限制，可依據(jù)不同性能要求配置不同成分的合金粉末，特別適用于那些難于制絲但是易于制粉的硬質耐磨合金，獲得所需性能的堆焊層。
按照貴公司的截齒堆焊要求，堆焊加工一個工件所需要的金屬粉末為：
（3）閥門法蘭自動堆焊機特點
1、控制部分：電腦四軸聯(lián)動控制。操作直觀方便，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性；
2、機械傳動部分：由兩相混合式細分步進電機驅動，具有精度高，運行平穩(wěn)，定位準確等優(yōu)點；
3、等離子電源：采用純正高性能逆變整流電源，電流平穩(wěn)，起弧性能好，具有高安全性和適用性，是等離子堆焊的主要能量供給部件；
4、冷卻系統(tǒng)：采用水冷循環(huán)系統(tǒng)，為等離子堆焊槍提供強勁的冷卻；保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行；
5、送粉系統(tǒng)：公司自行研制的第三代改進型自動送粉器，可實現(xiàn)等離子堆焊粉末的實時送給，保證等離子堆焊的正常進行。
(1)堆焊前的準備工作
堆焊前應嚴格清除工件表面的銹蝕和油污，使其具有金屬光澤。較大的低、巾碳鋼和低合金鋼閥件要進行預熱。對于珠光體耐熱鋼和馬氏體不銹鋼．即使是較小零件也須預熱．以防產(chǎn)生裂紋。若采用的合金粉末具有較高的硬度，堆焊面積又較大時，則在堆焊過程中L須使工件保持預熱的溫度，以防止焊接應力過大而產(chǎn)生裂紋：
(2)主要工藝參數(shù)的調(diào)整
①粉末送給系統(tǒng)的調(diào)整。欲使堆焊順利進行，粉末送給裝置的可靠而正常工作是十分重要的。粉末必須均勻、穩(wěn)定和流暢地輸出，因此合金粉末應進行干燥處理（一般在100℃干燥箱內(nèi)烘焙1 h）。在開始使用送粉器時，為防止在管道中存有潮氣而產(chǎn)生粉末堵塞等現(xiàn)象，必須用灼熱的粉末和較大流量的送粉氣流做清洗性的吹送，以便將潮氣吸干，
此外，還需調(diào)節(jié)電磁閥的靈敏度及開啟、關閉性能，以防止閥桿被卡死。然后．根據(jù)粉末粒度及送粉量選用適當?shù)穆┝Ｈ麎K。zui后，由尼龍管把送粉裝置與焊槍連接．通上送粉氣，打開電磁閥。當觀察到粉末在焊槍下均勻分布的小孔中（或圓環(huán)中）射出并交于一點并碰撞分散開時為晟佳。粉末的交點距離槍口一般控制在3 mm～5 mm；若采用自熔性好的粉末，該距離為4 mm-6 mm左右。
合金粉末（特別是自熔性較好、熔點較低的粉末）應進行過篩，以便按粒度分檔使用。通常在等離子弧堆焊中使用的合金粉末，其粒度范圍均在(50-150)目／英寸之間。
②非轉移弧的調(diào)節(jié)。在聯(lián)合型等離子弧中，非轉移弧在引弧、加熱、熔化合金粉末以及電流均勻衰落等都起丁穩(wěn)定、調(diào)節(jié)作用。因此，非轉移弧的正常與否直接影響到堆焊工作的順利進行和堆焊的質量，故在焊前對非轉移弧的調(diào)節(jié)和測定就顯得非常重要了。
非轉移弧應穩(wěn)靜，且有清晰的外形。使非轉移弧伸出噴嘴5 mm—8 mm．觀察其無明暗差別，此時非轉移弧即屬正常。
調(diào)整鎢極與噴嘴孔的同心度，一般用高頻電火花檢視。鎢極與噴嘴壓縮孔小瑞面的距離為1 5 mm—2.2 mmzui。
非轉移弧不正常（如跳動、偏向）即形成“雙弧”。當疊加轉移弧時．若電~IIXt粉末加熱不均勻會出現(xiàn)淌熔滴現(xiàn)象，使送粉失去平衡，嚴重時必須中斷堆焊工作：
③轉移弧的調(diào)節(jié)。轉移弧既能加熱和熔化合金粉末，又能使工件表面受熱形成熔池。因此，轉移弧電流的大小是決定堆焊過程的穩(wěn)定及堆焊層質量的主要因素．電流大則熔敷牢高。但電流過大會對合金粉末吹人離子弧造成困難，E濺嚴重．反而降低了合金粉末的熔敷率。另外，電流增大，離子弧的剛度大，熔深大，沖淡率也隨之增大。為了有高的熔敷率，又要有低的沖淡率，必須適當選擇轉移弧電流。
在其他參數(shù)不變的情況下，離子氣的流量對等離子弧的”剛”、“柔”弧性有著很大的影響a在堆焊中、小零件時，離子氣流量一般控制在5 L/m．ri-7 Lmin之間；堆焊較大零件時（D。300，焊道寬25 mm以上）離子氣流量以7 I./min-9 L,;min為佳。同時，送粉氣也由原來的3 L/min～3.5 I_/min增大到4 I,/min—4.5 L／min.
④送粉量。在堆焊正常進行的情況下，適當?shù)恼{(diào)整送粉量可減少堆焊過程中粉末的飛濺，使合金粉末熔化良好。送粉量過火，造成粉末的不*熔化或堆焊層金屬與工件熔合不良，對于熔點較高的合金粉末尤為嚴重。
⑤焊槍與工件的距離。焊槍與■什的距離會直接影響弧柱的穩(wěn)定性。距離過大時，弧柱穩(wěn)定性下降，電弧發(fā)生飄移，保護效果也顯著下降；距離過小時，熔深大，沖淡率增加．E濺嚴重，破壞等離子弧的完整性，易出現(xiàn)“虛弧”和淌熔滴現(xiàn)象。一般此距離取1() mm-1 8 mm為宜。
⑥工件移動速度和焊槍擺動頻率的調(diào)整。工件移動速度快．堆焊高度降低，沖淡率低，堆焊層與工件結合強度下降。擺動頻率過高，粉末嚴重失散，熔敷率下降。故工件移動速度與焊槍擺動頻率要配合恰當。表5 1 6為幾種典型產(chǎn)品的堆焊規(guī)范。
表5 -16堆焊工藝規(guī)范與本文相關的產(chǎn)品有不銹鋼波紋管密封安全閥
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