高效低耗等離子粉末堆焊機(jī)-粉末等離子弧堆焊技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中能適應(yīng)各種高合金高性能材料堆焊要求的一種
焊接方法,而且稀釋率可控制在5%~15%之間。但如果使用常規(guī)的粉末等離子孤堆焊技術(shù),希望得到小于5%稀釋率時,所能獲得的熔敷速度均在6kg/h以下。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,特別是對大面積高性能耐磨堆焊的需求,國內(nèi)外開展了先進(jìn)的高效,低稀釋率粉末等離子弧堆焊技術(shù)研究。70年代美國曾研究了“高能等離子孤堆焊技術(shù)”,其功率達(dá)80kW,后捷克又發(fā)展了一種液穩(wěn)等離子孤堆焊設(shè)備,熔敷速度達(dá)56kg/h。但稀釋率仍在20%以上, 90年代德國成功地研制了熔敷速度高達(dá)70kg/h稀釋率能控制在10%以下的粉末等離子孤堆焊技術(shù);國內(nèi)90年代中也開始研究該技術(shù),并已取得熔敷速度達(dá)15kg/h,稀釋率能控制在l%以下的可喜成果。
2. 技術(shù)內(nèi)容和技術(shù)關(guān)鍵
傳統(tǒng)的粉末等離子孤堆焊技術(shù)沒能很好地解決熔敷速度和稀釋率之間的矛盾,主要由于:第一,對焊接過程熔化粉末和母材的能量來源只注意來自電弧的熱能,對其他形式的能量,如粉末飛行的動能注意不夠。其次,以往偏重研究能量的來源而忽視對能量消耗的研究。
國內(nèi)最近通過對等離子弧的壓縮特性、焰流特性及粉末在等離子孤束中的運(yùn)動和加熱規(guī)律的研究了解了噴嘴直徑、粉末會交點(diǎn)到工件的距離等因素對粉末飛行速度和粉末吸收熱量的影響規(guī)律(見圖1,圖2),在此基礎(chǔ)上得出了高效低稀釋率粉末等離子弧堆焊技術(shù)與常規(guī)粉末等離子孤堆焊技術(shù)的不同點(diǎn),即它的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)是:焊槍噴嘴的壓縮孔徑D和粉末會交點(diǎn)到工件的距離L。
傳統(tǒng)的粉末等離子弧堆焊技術(shù)為了獲得小的稀釋率,往往采用噴嘴內(nèi)徑較大,甚至接近自由電弧的直徑(4.0~8.0mm),壓縮比較小(0.8~0.14)的弱壓縮等離子弧。但如果考慮粉末飛行速度對結(jié)合效果的影響,則當(dāng)粉末具有較高的速度和動能時,母材只須一微層處于熔化狀態(tài)(即“發(fā)汗”狀態(tài)),以高速飛行的粉末打到母材上,會產(chǎn)生良好的結(jié)合,此時母材的稀釋率極低。從圖1可見,為了獲得高的粉末飛行速度,希望采用小的噴嘴直徑和大的粉末會交點(diǎn)到工件的距離。
另外,從圖2可看出,為了減小熔化單位重量粉末所消耗的熱量,以達(dá)到在相同電流條件下,可加大送粉量,從而提高熔敷速度的目的可以有二條途徑:采用小的吸嘴壓如孔徑,低的粉末會交點(diǎn);或大的壓縮孔徑,高的粉末會交點(diǎn)。但后—種途徑由于噴嘴孔徑過大,等離子弧的溫度,熱量將減小,等離子弧發(fā)散,能量不集中,無法滿足熔化大量粉末的需要。因此當(dāng)電流即熱輸入固定的前提下,取小壓縮孔徑和適中的粉末會交點(diǎn)為宜。
當(dāng)然壓縮孔徑也不能過小,不然極易引起雙弧,目前推薦D在2.0~4.0mm之間為宜。粉末會交點(diǎn)到工件距離也不能過大,否則不利電弧的穩(wěn)定燃燒,更嚴(yán)重時會產(chǎn)生未熔合或焊道中部分粉末未熔化等現(xiàn)象。推薦L取10~20mm為宜。
其次,在焊槍的設(shè)計(jì)上還需注意陰極和噴嘴有良好的同心度,槍體無漏水現(xiàn)象,易損件使用壽命長,能長時間穩(wěn)定工作等問題。同時還需配備有足夠大送粉量的送粉系統(tǒng)。再配以合理的堆焊規(guī)范參數(shù),可實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低稀釋率的目的。