浅谈等离子堆焊技术应用

杨萍

自贡长城硬面材料有限公司四川自贡643000

摘要：所谓的等离子堆焊主要就是通过等离子弧对金属进行加热熔化，最终和基体金属结合为一体的堆焊方式。此种堆焊技术符合现代技术节能、高效以及稳定等优势，已经成为了现代绿色制造的重要技术之一。近些年我国的制造行业得到了快速提升，这也推动了等离子堆焊技术的快速提升。本文主要阐述等离子堆焊技术相关内容，介绍了等离子堆焊技术应用方面，希望能够对相关人士有所帮助。

关键词：：等离子；堆焊技术；应用

引言

等离子堆焊技术经过了几十年的发展有了飞速提升，由于此技术具有比较高的生产率、成型美观并且堆焊过程容易实现机械化以及自动化等优势得到了广泛的应用。相比于其他堆焊技术来说，等离子堆焊过程中的基体材料和堆焊材料互熔较少，堆焊材料的特性改变较少。同时，通过粉末当作堆焊材料能够有效提升合金设计自由度，从而提升难熔材料堆焊的概率，这也就大大提升了等离子堆焊技术的应用，例如在石油方面、化工方面、工程机械方面、矿山机械方面等等。

1等离子堆焊技术的应用

因为等离子堆焊技术具有非常大的优点，其应用行业不断增加，目前已经在工程机械、矿山机械、石油化工等行业得到了有效应用。

（1）在阀门密封方面的应用

阀门在实际使用过程中常常面临着比较高的温度以及比较高的流体压力，同时阀门多次的启闭必然会造成密封面之间发生摩擦以及挤压，再加上受到流体的冲击会造成阀门密封面的损伤，从而造成泄漏量的增加，随着时间的积累会使阀门无法使用，严重情况下会造成安全事故。所以阀门密封面堆焊技术的情况会直接影响到阀门的使用寿命以及安全可靠性。利用等离子堆焊工艺可以使得高合金粉末材料堆焊到一般的材料之上，从而有效提升材料的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性能，进而延长阀门的使用寿命。同时，通过等离子堆焊技术能够减少贵金属的应用，这样就能够降低产品成本，此种技术在电站阀门中有了较为普遍的应用。

（2）在冶金轧制工具制造行业的应用

由于冶金轧制工具中具有比较多的易损件，而通过等离子堆焊技术能够为堆焊复合材料提供便利，具有较大的优势。例如通过等离子堆焊技术在无缝钢管表面堆焊含有WC组份的高温镍基合金，这样不但可以提升钢管的耐高温以及抗疲劳性，同时可以提升其抗擦伤以及抗磨粒性能，这样能够延长使用寿命（一般可以提升2倍以上）。另外，通过等离子堆焊技术在轧辊以及高温炉底辊方面的应用能够有效提升辊子的表面性能，可以为采用有针对性研制的合金材料提供堆焊的工艺手段。另外，将等离子堆焊工艺有效应用在硬面新材料研究方面（例如非晶态硬面材料、具有硬质相的复合材料等）能够进一步拓展全新应用。

对于冶金轧制工具制造来说，硬面处理的加工大多是针对热容量较大的大型工件来进行的，应用等离子堆焊技术需要有效克服裂纹方面的问题，所以在进行堆焊材料生产方面一定要注意材料抗裂性方面的研究。

（3）在石油化工装备方面的应用

石油化工设备一般情况下需要具有较高耐腐蚀、较高抗磨损以及较强抗高温等特点，通过等离子堆焊技术可以使得镍基以及钴基高合金材料堆焊到设备密封面之上，这样就能够有效提升设备的使用寿命以及石油化工设备运转的安全性。此种表面改性方式在加强材料耐磨性、耐腐蚀性以及耐高温性方面具有非常重要的作用，同时在提升使用寿命、减少产品成本方面具有重要的意义，所以其在石油化工装备方面得到了广泛的应用。

（4）在煤矿运输设备修造方面的应用

对于煤矿运输设备修造来说具有比较多的易损件，利用等离子堆焊技术能够有效提升其使用寿命。例如对于运输机中部的槽板来说，可以在槽板的表面磨损位置堆焊硬度较高的高碳高铬合金，避免槽板受到较大的磨损，具有非常好的耐磨效果。对于体积相对较大的槽板来说，其表面具有非常复杂的堆焊焊道，同时堆焊的合金量比较大，这时就可以通过数控堆焊设备以及大功率高效率堆焊枪来进行操作。在数控堆焊机中，可以通过工控机数控堆焊系统进行CAD作图操作以及自动生成G代码，能够随意进行焊道形状以及堆焊路径的设定，同时通过显示器显示出清晰的图形。输煤机槽板数控等离子堆焊机主要包括“高架龙门全封闭式”以及“长轨落地龙门敞开式”等不同的形式，不同形式具有自身特点，可以应用在不同产品对象当中。

（5）在矿山机械方面的应用

采煤机是矿山机械中最为重要的设备之一，其截齿对于使用寿命、耐磨性以及强度等方面具有非常高的要求。通过等离子堆焊技术可以在截齿表面堆焊较为特殊的合金材料，能够有效提升采煤机截齿的耐磨性以及耐冲击性，能够防止截齿头部受到严重磨损而寿命缩短，可以在机械化综合采煤作业中有效应用。通过等离子堆焊技术在截齿表面形成堆焊层，能够使得截齿刀头和被切割煤岩间的摩擦以及冲击转换成为堆焊层和被切割煤岩之间的摩擦，这样就能够有效避免截齿刀头受到损害。另外，也可以通过等离子堆焊技术对于已经报废的截齿进行修复，能够有效提升其重复利用率，目前已经成为了循环经济技术的重要部分之一。所以在目前多种可以选择的避免截齿过早失效的冶金技术当中，等离子堆焊技术以其操作简单、效果较好等优势得到了最广泛的应用。

2等离子堆焊存在的主要问题和发展前景

（1）等离子堆焊存在的问题

第一，由于等离子堆焊主要是将金属粉末材料覆盖到其他材料上，同时绝大多数的堆焊材料都属于自熔性合金，因此金属粉末的质量直接决定着堆焊的质量。在进行堆焊时不可避免的会存在粉末飘散的问题，若是长时间的进行施焊非常容易造成粘喷嘴的问题，特别是对于类似镍基合金等相对较粘的材料时更是如此，这已经成为了影响堆焊工艺稳定性的主要因素。产生上述问题的原因除了和堆焊粉末合金自身特性有关外，同时也和焊粉的粒度、形状和焊枪有直接关系。

第二，随着技术水平的快速提升，现阶段已经可以通过气雾化的方式进行焊粉的生产，这样能够确保焊粉颗粒形状的规则性，同时可以利用筛分的方式来严格控制焊粉的粒度。但是从目前情况看，焊枪的设计和加工还存在一定问题，例如在送粉孔数量、分布和焊枪表面防粘涂层方面还存在一定问题，需要更加深入研究。

第三，等离子堆焊工艺相对复杂，需要对等离子焊接设备中较多的对象进行控制，例如高频振荡电源、冷却水、送粉器、摆动器、转移弧整流电源、气量等等，某一个参数的改变都会对堆焊层质量以及性能具有较大影响。现阶段在系统控制方面都采用继电器逻辑电路和二极管矩阵逻辑电路进行控制，系统的集成度相对较低，这就对维修或者进行工艺程序的更改造成了较大困扰。这就需要对于可编程控制器进行深入研究，提升工艺系统的稳定性、可靠性以及工艺适应性。

虽然现阶段在等离子堆焊设备中引入了可编程控制器来进行系统的控制，但是更多只是通过PLC来取代传统继电器控制系统的逻辑顺序控制器，并没有最大程度上发挥PLC的软件功能，所以需要在设备自动化以及智能化方面、提升设备工艺适应性以及稳定性方面还需要进一步研究。

（2）等离子堆焊的发展前景

第一，虽然等离子堆焊技术还存在着一定问题，但是由于其具有非常良好的技术特性还是得到了大量的应用，如文章前述所阐述的在不同领域都有较好的应用。除了上述所提到的应用外，现阶段在航空航天、高速机车以及工业燃气轮机等方面更多需要高温合金材料，需要其具有较强的耐腐蚀性、较高的强度、较好的抗氧化性等等，这就需要提升合金的成分以及组织性能。而利用等离子堆焊技术进行高温合金的成形和加工，能够有效改善合金的组织结构，使其更加的细小和均匀，从而改善合金的综合性能。

第二，因为等离子弧具有较高的温度，能够使得粉末融化的更加充分，可以获取更加细小、均匀的熔覆层材料。另外，等离子堆焊技术的柔性较好、具有较快的加工速度，可以直接生产出符合实际使用要求的、组织致密的金属零件，同时其制造过程并不会受到原料种类的制约，所以在缩短生产周期、降低生产成本、提升加工精度等方面具有很好的发展前景。

3结束语

本文主要阐述了等离子堆焊技术方面的应用情况，同时分析了现阶段存在的问题以及发展前景。通过本文的介绍能够对等离子堆焊技术的进一步推广提供参考以及帮助。

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