前言

塑料行業(yè)機(jī)械為什么要使用等離子噴焊粉末來(lái)修復(fù)？

上世紀(jì)50年代左右塑料機(jī)械行業(yè)開(kāi)始發(fā)展，并初具規(guī)模，目前中國(guó)已成為世界塑機(jī)臺(tái)件生產(chǎn)的大國(guó)。

塑料機(jī)械的完善程度直接影響塑料半制品或制品的質(zhì)量、產(chǎn)量和成本，因而必須能適應(yīng)塑料配混和加工過(guò)程的溫度和應(yīng)力的變化，以及由此而引起的熔融物料性能變化，并適應(yīng)化學(xué)腐蝕和機(jī)械磨損等特殊條件。

采用等離子噴焊技術(shù)修復(fù)的塑料機(jī)械更能適應(yīng)行業(yè)需求，接下來(lái)以塑料行業(yè)螺桿修復(fù)為例介紹等離子堆焊修復(fù)。

一.等離子粉末噴焊（堆焊）工藝綜述

等離子粉末堆焊是一種先進(jìn)的堆焊工藝，也叫等離子熔覆工藝。它是采用氬氣等離子電弧作熱源，采用粉末狀合金作填充料的自動(dòng)堆焊方法。相比于傳統(tǒng)的電焊、氬弧焊等堆焊方式，等離子粉末堆焊存在著堆焊成型好、熔深可控、結(jié)合度高、致密度好、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)，因而也是閥門企業(yè)申請(qǐng)?zhí)胤N設(shè)備制造許可證（TS）A級(jí)認(rèn)證時(shí)，相關(guān)認(rèn)證部門要求必備的設(shè)備。

1.等離子粉末堆焊設(shè)備工作流程

2.等離子粉末堆焊工藝特點(diǎn)

等離子堆焊由于利用等離子弧作熱源和采用合金粉末作填充金屬，從而與其他表面堆焊方法相比較，具有許多優(yōu)點(diǎn)。

（1）熔覆速度快，生產(chǎn)率較高。

（2）熔深可控，稀釋率低。

稀釋率圖

稀釋率圖

（3）堆焊面平整光滑，致密度高，可實(shí)現(xiàn)0.5-5mm的堆焊面一次完成。

（4）工藝穩(wěn)定性好，噴焊層質(zhì)量高，可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)獲得穩(wěn)定的堆焊層，且堆焊面無(wú)氣孔、沙眼等堆焊質(zhì)量問(wèn)題。

（5）合金粉末制備簡(jiǎn)便，使用材料范圍廣，可選用鈷基、鎳基、鐵基、銅基等粉末型焊材，且可以根據(jù)工況直接配方。

（6）可根據(jù)需求配備專機(jī)、機(jī)器人等，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。

（7）粉末利用率高，利用率可達(dá)到90%以上。

等離子噴焊機(jī)的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)

二、螺桿概述

螺桿作為塑料機(jī)械核心部件，其使壽命非常有限，屬于易損備件。在行業(yè)應(yīng)用中為提高生產(chǎn)效率，減少設(shè)備停機(jī)維護(hù)等。所以采用等離子堆焊實(shí)現(xiàn)螺桿做了表面強(qiáng)化處理（耐磨、耐高溫、耐腐），從而達(dá)到工況需要。

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螺桿等離子堆焊

三、螺桿材料

塑料機(jī)械螺桿本體材料制造商90%以上要用38CrMoAl（氮化鋼）還有一部分采用42CrMo。

38CrMoAl材料是氮化鋼，主要用于具有高耐磨性、高疲勞強(qiáng)度且熱處理后尺寸的氮化零件，或各種受沖擊負(fù)荷不大而耐磨性高的氮化零件，如鏜桿、磨床主軸、自動(dòng)車床主軸、蝸桿、精密絲桿、精密齒輪、高壓閥門、閥桿、量規(guī)、樣板、滾子、仿模、氣缸體、壓縮機(jī)活塞桿，汽輪機(jī)上的調(diào)速器、轉(zhuǎn)動(dòng)套、固定套，橡膠及塑料擠壓機(jī)上的各種耐磨件等。

四、螺桿等離子堆焊修復(fù)工藝

1.堆焊材料

鎳基合金粉末（一般鎳60）、鎳基碳化物（根據(jù)產(chǎn)品需求以鎳60為基粉加入對(duì)應(yīng)比例的碳化物粉末）。

2.粉末要求

（1）根據(jù)產(chǎn)品所需性能（耐磨，耐腐，耐高溫）選擇合適的合金粉末。

（2）選擇合金粉末時(shí)盡量與基體材料的熱膨脹系數(shù)接近。以免熱膨脹系數(shù)過(guò)大，產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力，造成產(chǎn)品開(kāi)裂現(xiàn)象。也可通過(guò)預(yù)熱與保溫工藝來(lái)控制開(kāi)裂。

（3）合金粉末采用自熔型粉末，流動(dòng)性能好（球型顆粒粉末），粉末粒度均勻?？商岣叨押阜€(wěn)定性。

（4）送粉速度均勻，速度一般為10-30g/min。粉末粒度范圍150-300鉬之間。氣體流量范圍2.0-2.5L/min

3.螺桿要求

堆焊表面需要堆焊合金粉末的螺桿，前提保證螺桿表面無(wú)油，無(wú)銹，無(wú)明顯缺陷。

4.設(shè)備要求

設(shè)備是由等離子粉末焊機(jī)及自動(dòng)化堆焊工裝（選配）組成。

（1）等離子粉末堆焊機(jī)

功率有大有小，可根據(jù)實(shí)際工況需求選型。主機(jī)電源采用高度集成一體化設(shè)計(jì)，性能優(yōu)越體積小，制冷水箱安裝大功率壓縮機(jī)，可保持制冷水長(zhǎng)時(shí)間處于恒溫狀態(tài)，保證長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作需求。

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螺桿等離子粉末堆焊設(shè)備

（2）自動(dòng)堆焊專機(jī)

專機(jī)總體采用變位機(jī)加機(jī)械臂方式，配合步進(jìn)電機(jī)（可選伺服電機(jī)）、直線滑軌、擺動(dòng)器、弧壓跟蹤裝置（選配）等，行走精準(zhǔn)，震動(dòng)小。專機(jī)控制系統(tǒng)使用PLC系統(tǒng)，內(nèi)置多種堆焊程序，可以針對(duì)各種復(fù)雜產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)編程解決，比普通的數(shù)控系統(tǒng)操作更容易上手。另外，也可以根據(jù)客戶需求添加CNC控制系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用精密回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，承重大、旋轉(zhuǎn)精度高，并采用伺服電機(jī)控制，旋轉(zhuǎn)角度精準(zhǔn)。參考設(shè)計(jì)圖如下：

螺桿等離子粉末堆焊設(shè)備設(shè)計(jì)圖

螺桿等離子粉末堆焊設(shè)備設(shè)計(jì)圖

5.工藝流程

螺桿表面去油處理-螺桿表面預(yù)熱處理預(yù)熱溫度350度-400度保溫時(shí)間（根據(jù)工件大小）預(yù)熱溫度均勻-螺桿堆焊（螺棱寬度〉10mm以上采用焊槍擺動(dòng)焊）-焊完保溫(石棉保溫緩冷）

注意，螺桿預(yù)熱采用火焰預(yù)熱，優(yōu)點(diǎn)預(yù)熱覆蓋面大，成本低，預(yù)熱時(shí)效高，可采用雙槍預(yù)熱而且與機(jī)床固定于螺桿同步螺旋行走，雙槍可采用前置與后置法跟進(jìn)，堆焊槍在中間，前槍目的以預(yù)熱為主（工件發(fā)藍(lán)即可且溫度槍測(cè)試溫度為350-400度之間）后槍目的以小火控制焊后溫度為主。

螺桿修復(fù)等離子堆焊機(jī)控制范圍：

一次堆焊的厚度 －－－－－－－－－－0.5-5mm左右

一次堆焊的寬度 －－－－－－－－－－2-10mm左右

粉末粒度     －－－－－－－－－－－50－300目

粉末堆焊效率 －－－－－－－－－－－≥90%

稀釋率       －－－－－－－－－－－5%-10%

五、案例分析

螺桿等離子堆焊案例

螺桿直徑60mm，長(zhǎng)度2500mm，螺距50mm，堆焊鎳基合金粉末，單邊槽焊,用時(shí)40分鐘。

1.焊接參數(shù)

2.工藝效果

堆焊后的螺桿

1)耐高溫，高溫下不容易變形；

2)耐磨損，延長(zhǎng)使用壽命；

3)耐腐蝕，增加忍耐物料腐蝕性；

4)高強(qiáng)度，可承受大扭矩，高轉(zhuǎn)速；

5)具有良好的切削加工性能；

6）熱處理后殘余應(yīng)力小，熱變形小等。

螺桿堆焊后

螺桿加工后

綜合評(píng)估：

由于等離子弧焊具有弧柱溫度高，使用粉末噴焊等優(yōu)點(diǎn)，可以大大簡(jiǎn)化堆焊材料的制造過(guò)程，特別是可以利用多種合金元素，在等離子弧的作用下可以得到不同性能的硬面效果。且稀釋率低、結(jié)合度強(qiáng)、工作效率高、工藝過(guò)程簡(jiǎn)單無(wú)需特殊處理；操作靈活、移動(dòng)方便可現(xiàn)場(chǎng)施工、可自動(dòng)或半自動(dòng)不受工件特殊位置限制；堆焊過(guò)程易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化；可用焊材廣泛可根據(jù)客戶要求自行配置等，特適于金屬機(jī)械表面強(qiáng)化處理、再生修復(fù)，等離子粉末噴焊工藝必定能夠助力塑料行業(yè)機(jī)械修復(fù)的發(fā)展和行業(yè)進(jìn)步。

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