司太立合金等离子弧堆焊工艺参数对焊层稀释率的影响.docx

文 章 编 号 ：1002025X(2014)09-0037-04司太立合金等离子弧堆焊工艺参数对焊层稀释率的影响 朱凯 1， 阙梅福 2， 朱治愿 1，3， 戴安伦 1，3，陈惠 1，牛文明 1（1江苏科技大学 材料科学与工程学院 ， 江 苏镇 江212003； 2凯 士 比 阀 业常州有限公司 ， 江 苏常 州213000； 3江 苏省先进焊接技术重点实验室 ， 江苏 镇江 212003）摘 要 ： 采用正交试验方法 ， 分析了等离子弧堆焊主要工艺参数对司太立合金堆焊层稀释率的影响 ， 采用光学显微镜观察了堆焊层的组 织 ， 并用硬度计测试了堆焊层的硬度 。 结 果 表 明 ， 等离子弧堆焊工艺参数中对堆焊层稀释率影响程度按大小排序依次为送粉量 、 转 移 弧电流及堆焊速度 。 最优参数为送粉量 31 g/min， 转 移 弧 电 流 142 A， 堆 焊 速 度 151 mm/min， 在此工艺参数下试焊得到的堆焊层稀释 率 为 22， 堆焊层组织为胞状和树枝状的 Co 基固溶体加枝晶间的碳化物 ， 表 面 硬 度 达 到 HV440 左 右 。关 键 词 ： 等 离 子 弧 堆 焊 ； 司 太 立 合 金 ； 正 交 试 验 ； 工 艺 ； 稀 释 率中 图 分 类 号 ： TG456.2文 献 标 志 码 ： BDOI:10.13846/12-1070/tg.2014.09.011试 验 时 间 ，采用正交试验的方法优化 等 离 子 堆 焊 的引言等离子弧粉末 堆焊技术是材料表面改性技术的 一 个 分 支 ， 它利用能量密度大 、 穿 透 性 好 以 及 电 弧 方向性强的等离子弧作为热源1， 将合金粉末熔覆在工件表面用以提高材料表面的耐磨性 能 和 抗 腐 蚀 性工 艺 参 数 ， 以得到稀释率低 、工 艺 。堆 焊 速 度 较 高 的 堆 焊0试验材料及方法试验所用母材材 质 为 Q235 钢 ， 试 件 尺 寸 为 140 mm60 mm10 mm。 堆焊用合金粉末为司太立 6 合1能 。 由于其能量集中 、 易实现自动化 操 作 、堆 焊 层稀 释 率 低 、 成形良好等优点 ， 广 泛 应 用 于 石 化 、金 、 机 械 、 航空航天等行业 2。司太立合金是一种 CoCrW 系 钴 基 合 金 ，冶金，其化学成分见表 1， 粒度为 150300 目。表 1 司 太 立 6 的 化 学 成 分 （质 量 分 数 ） （）具有 较 高 的 硬 度 、 良好的耐蚀性和耐磨性 ， 特 别 是 高温下良好的抗擦伤性能 ， 常 常 应 用 在 一 些 恶 劣 工 况 下的阀门密封面的堆焊 。 在 司 太 立 合 金 等 离 子 弧 堆 焊 工 艺 过 程 中 ， 稀释率往往是人们最 为 重 视 的 指 标在 堆 焊 之 前 ， 先将钢板用砂轮机打磨除去表面 氧 化 皮 ， 再用丙酮清洗干净 ， 堆 焊 用 司 太 立 合 金 粉 末应放入烘箱烘干 ， 采 用 PTA400D1600V 型 等 离之 一 ， 尤其对钴基合金 ，稀 释 率 增 大 造 成 基 体 金 属子弧粉末堆焊机进行单道堆焊 ， 将 转 移 弧 电 流 、送熔 化 量 越 多 ， 堆焊层性能下降越严重 ，生 产 成 本 随粉 量 、 堆 焊 速 度 作 为 3 个 因 子 ， 取 4 个 水 平 设 计 正之 提 高 ， 生 产 效 率 降 低 。 因 此 ，研 究 等 离 子 弧 堆 焊交试验， 见表 2。 其他工艺参数为 ：喷嘴与工件距离工艺参数对堆焊层稀释率的影响 ，为 在 实 际 生 产 中为 10 mm， 送 粉 气 流 量 为 500600 L/h，为 200 L/h。离 子 气 流 量获得高质量的堆焊层有着重要的指导 作 用 。由 于 等离子弧堆焊工艺参数较多 ， 不 同 工 艺 参 数 对 堆 焊 层稀释率的影响程度不同 ， 为 了 降 低 试 验 成 本 ， 缩 短表 2正交试验因子及水平 收 稿 日 期 ： 2013-07-15基 金 项 目 ： 江苏高校优势学科建设工程资助项 目 （苏学科办 2012 1）水 平转 移 弧 电 流 I/A送 粉 量 S/（gmin-1）堆 焊 速 度 V/（mmmin-1）1130894214215113315523132416731151CCrSiWFeMoNiCoMn1152900110400300100300Bal050 38 工 艺 与 新 技 术 焊 接 技 术第 43 卷 第 9 期 2014 年 9 月选 用 L16 （45） 正 交 试 验 表 ， 表 头 设 计 见 表 33。表 3 中， A 对应转移弧电流 ； B 对应送粉量 ； C 对应 堆焊速度； D， E 为误差因子列； 为堆焊层稀释率。表 5正交表处理结果 表 3正交试验表表头设计 注： K 表示水平总和； k 表示水平平均； T 表示总体总和； 表示总体平均。试验结果与分析正交试验数据处理等离子弧粉末 堆 焊 后 的 试 样 ，221而 偏 差 平 方 和 S（K2 K2 K2 K2 ）/4T2/16，自 由1234经线切割后形貌 度 fm1， 均 方 VS f ，VB721669， VC5354。对比各因子的平均变动 ， 只 有 C 因 子 的 平 均 变 动与误差的平均变动接近 ， 因 此 将 因 子 C 的 变 动 归 入误差变动中来估计误差的影响。S 误SCS 误122736， f 误f3f 误9， V 误13637。（带有 表示与误差的总和）显著性检验：FV/V 误 。V误 17779，VA121017，如图 1 所示， 从图中可 以 看 出 ， 堆焊层熔合线清晰 ，无宏观缺陷， 质量良好。试验水平 a 取 001 的情况下，Fa=0.01（3，9）699。图 1堆焊层宏观形貌 将上述结果总结为方差分析表， 具体见表 6。表 6方 差 分 析 表测量每个焊道的总高 H 和 余 高 h，将数据列入表 4 中。计 算 出 稀 释率，表 4正 交 试 验 数 据在 选 取 的 3 个 工 艺 参 数 中 ，送粉量对稀释率的影响显著。其中转移弧电流和 采用极差分析（2）针 对 稀 释 率 进 行 极 差 计 算 。各因子在四个水 平下的平均数与 的偏离为： iki。Ri max （i）， Ri min （i）， 极 差 Ri Ri Ri ，R112025， R23055， R32625。由 R2R1R3 可 知 ，对 稀 释 率 影 响 程 度 最 大的是送粉量， 其次为转移弧电流， 最后是堆焊速度。正交试验数据分析依 表 5 中 的 正 交分析数据绘出效应曲线图 ，22如采用方差分析（1）图 2 所 示 。 从图中可以看到 ， 因 子 B 即 送 粉 量 对 稀对正交试验数据进行处理，结果见表 5。释 率 的 影 响 最 大 ，其 次 是 因 子 A 即 转 移 弧 电 流 ，因序 号熔 深/mm余 高/mm总 高/mm稀 释 率 （）1066160226292203426630011330103643742740084064142050713820833760122382504870103823922580065185241190821742563210052256308167110403263641101200643243814130961462423971408422030427615068384452151603642045679因 子偏 差 平 方 和 S自 由 度 fF 比F 临 界 值显 著 性A3630523887469999%B2 16500835291969999%C1606230393699误 差 122749因 子试 验 结 果ABCDEABCDEK1452134662529607T2386K2421604614614631K361131248663461K4902124743609538k1113337155132152149k2105151153154158k315278121159153k422631186152135 Welding Technology Vol43 No9 Sep. 2014 工 艺 与 新 技 术 39 子 C 即堆焊速度对稀释率的影响较小 。随 着 转 移 弧母材的热作用就越小 ， 堆焊层的稀释率就随之减小 。电 流 的 增 大 ， 稀释率呈整体上升的趋势 ；随 着 送 粉对比因子 A 和 因 子 B 的效应曲线发现 ，送 粉 量 对 稀量 的 增 大 ，较大。稀释率呈明显的下降趋势 ，且 下 降 幅 度释率的影响程度大于转移弧电流的影响 ，这 解 释 了因 子 A 的曲线在开始时呈下降趋势 ，影响了稀释率。送 粉 量 的 变 化353535工艺参数优化稀释率是考核 堆焊工艺的重要指标 ， 稀 释 率 越23303030252525小 ， 堆焊层的硬度和耐磨性能越好 。由 上 述 试 验 分202020析可知， 当送粉 量 为 31 g/min、 转 移 弧 电 流 为 142 A151515时对应的稀释率较小 ，由于堆焊速度 对 稀 释 率 的 影101010响 不 大 ， 为提高堆焊效率应采用较高的堆焊速度 ，555故将堆焊速度确定为 151 mm/min。在此工艺参数下 0 130 140 150 160 170 5 10 15 20 25 30 35 4000100 120 140 160进行等离子弧堆 焊 试 验 ，堆焊层稀释率为 22，符转 移 弧 电 流/A送 粉 量/（gmin-1）堆 焊 速 度/（mmmin-1）图 2效 应 曲 线 图合 要 求 。堆焊层的显微组织如图 3 所 示 ，堆 焊 层 组等离子弧粉末 堆 焊 过 程 中 ， 等离子流和粉末颗 粒对母材综合作用影响堆焊层的稀释率 。 等 离 子 作织为胞状和树枝状的 Co 基固溶体加枝晶间的碳化物。 该堆焊层的表面硬度达 HV440 左右。为一种高速流动的高温流体 ，被 送 入 其 中 的 粉 末 颗粒会受到等离子流的加速作用和热作用 。已 有 焊 接工作者对等离子弧堆焊过程中粉末的 运 输 行 为 和 热行为进行了充分的理论研究 46，等离子流的流速要比粉末颗粒快得多 ， 由弧柱中心向边 缘 等 离 子 流 的流 速 逐 渐 减 小 ； 等离子流的温度比粉 末 颗 粒 的 温 度 高 一 个 数 量 级 。 因 此 ， 在等离子弧堆 焊 中 ， 高 温 的 等 离 子 流 体首先到达母材表面对稀释率造成影响 。100 m图 3堆焊层显微组织 等离子体的流速和温度都受电流的影 响 较 大 ，这 就解释了转移弧电流增大时 ，堆 焊 层 的 稀 释 率 也 随 之增 大 。 当转移弧电流增大时 ，等 离 子 体 的 流 速 和 温结论（1） 在 等 离 子 弧堆焊工艺参数中 ，3度 也 随 着 增 大 ， 当送粉量变化不大时 ，稀 释 率 的 影对 堆 焊 层 稀响主要取决于等离子体的温度 。 粉 末 颗 粒 在 等 离 子流体中的运动速度较小 ， 它 对 稀 释 率 的 影 响 主 要 体 现 在 热 作 用 上 ， 就单个颗粒而言 ， 它 在 等 离 子 流 中 的状态受电流和颗粒大小的影响 ， 本 试 验 用 粉 末 颗 粒 度 为 100300 目 ， 颗 粒 在 130167 A 的 电 流 中 能 被熔化， 电流越大， 被加热至气化的颗粒也就越多 。释率影响程度从大到小排序依次为送 粉 量 、 转 移 弧电 流 、 堆 焊 速 度 ， 控制好送粉量对堆 焊 层 的 质 量 最 为关键。（2） 经 过 等 离 子弧堆焊正交试验后 ， 以 堆 焊 层 的稀释率为考察指标得到的最优堆焊 工 艺 参 数 为 送粉 量 31 g/min， 转 移 弧 电 流 142 A， 堆 焊 速 度 151为 简 化 过 程 ，粉末颗粒在等离子体中 的 状 态 认 为 是在 此 工 艺参数下堆焊得到的堆焊层稀释率 mm/min。熔 化 状 态 ， 并有一定比例的颗粒被气化 ，所 以 随 着较小， 堆焊层组织为胞状和树枝状的 Co 基固溶体加枝晶间的碳化物。送 粉 量 的 增 大 ， 等离子体加热的粉末 量 就 越 多 ， 对稀 释 率 （%）稀 释 率 （%）稀 释 率 （%） 40 焊接设备与材 料 焊 接 技 术第 43 卷 第 9 期 2014 年 9 月文 章 编 号 ：1002025X(2014)09-0040-04药 芯 焊 丝 在 水 轮 发 电 机 上 的 应 用 研 究 E317L T1龙昌茂（广西机电职业技术学院 ， 广西南宁530007）摘 要 ： 介绍了新研制的 E317LT1 药芯焊丝的焊接工艺评定试验与结果 ， 采用根据评定试验结果 而制订的焊接工艺文件指导 E317LT1药芯焊丝在水轮发电机上的应用结果 ， 以及水轮发电机 产品使用的质量跟踪调查情况等 。 评定试验及产品应用和使用结果表明 ， 研 制 的 E317LT1 药芯焊丝与原使用的 TFW317L 和 SFC317L 药 芯 焊 丝 比 较 ， 其理化性能处于同一水平 ， 发电机产品符合用户使用要求 ， 但前者焊接工艺性能优良 ， 焊缝质量合格率高 ， 焊丝销售价格降低 （降 幅 达 23）。 故 E317LT1I 药 芯 焊 丝 具 有更高的性价比 ， 完 全 可用于水轮发电机的制造 。关 键 词 ： 药 芯 焊 丝 E317LTI； 焊 接 工 艺 评 定 ； 水轮发电机制造 ； 应 用 ； 产 品 质 量 调 查中 图 分 类 号 ： TG422.3； TG406文 献 标 志 码 ： BDOI:10.13846/12-1070/tg.2014.09.012（2） 制订 E317LT1 药芯焊丝焊接工艺文件盒进行水轮发电机产品的制造 ， 并 对 制 造 过 程 进 行 监 督 和指导。（3） 对用 E317LT1 药芯焊丝制造的水轮发电机 产品的使用状况进行质量跟踪调查。0引言不 锈 钢 CO2 气体保护药芯焊丝 E317LT1，是 应广发集团有限公司南宁发电设备总厂 水 轮 发 电 机 组制造之需而专门研制的新型药芯焊丝 。其 目 的 是 替代原用的价格较高 、焊接工艺性能存 在 某 些 问 题 的TFW317L 和 SFC317L 药 芯 焊 丝 ，使之尽快应用于 焊接工艺评定试验与结果试验条件（1） 焊接设备采用 FKR500 型气保焊机；（2） 试 验 材 料 ： 直 径 12 mm 的 E317LT1 药 芯111实际产品的批量生产 ， 为企业获得更好的产品质量 、更大的经济和社会效益。鉴于此， 本项目的研究内容主要有三项：（1） 对 E317LT1 药芯焊丝进行焊接工艺评定试焊丝 ； 工 业 纯 度 为 9998的 CO2 气 体 ； 1Cr18Ni9Ti，0Cr13Ni5Mo， Q235A 和 ZG0Cr13Ni4Mo， ZG20SiMn等 5 种钢材。（ 3） 焊 接 试 板 尺 寸 为 50 mm 120 mm 500 mm验 ，并确定焊缝金属理化性能与焊接 工 艺 参 数 匹 配的最优方案。（厚宽长）。焊接接头形式为对接，X 形坡口，如图收 稿 日 期 ： 2014-03-114 王 惜 宝 ， 张 文 钺 等离子弧粉末 堆焊过程中粉末颗粒的输运行为 J 焊 接 学 报 ， 2000， 21（4）： 33365 王 惜 宝 ， 王 晓 峰 ， 贾 凤 锁 等 离 子弧粉末堆焊条件下粉末颗粒的 热 行 为J 焊 接 学 报 ， 2002， 23（4）： 13166 王 惜 宝 ， 贾 凤 锁 等离子弧粉末 堆焊条件下粉末颗粒的热行为J 焊 接 学 报 ， 2002， 23（5）： 2831参 考 文 献 ：1晨 ， 张 伟 ， 王 志 平 ， 等 等离子弧焊接技术及其应用展望 J 焊 接 技 术 ， 2011， 40（10）： 352 徐 滨 士 ， 刘 世 参 中国材料工程大典 ： 第 16 卷 ： 材 料 表 面 工 程（上 ）M 北 京 ： 化学工业出版社 ， 2005： 3133 董 如 何 ， 肖 必 华 ， 方 永 水 正 交 试验设计的理论分析方法及应用 J 安徽建筑工业学院学报 ： 自 然 科 学 版 ， 2004， 12（6）： 103106朱作 者 简 介 ： 朱 凯 ， 男 ， 江 苏 泰 兴 人 ， 在读硕士研究生 ， 现 主 要 从 事金属材料表面堆焊方面的研究. 英 文 标 题 、 摘 要 及 关 键 词 焊 接 技 术第 43 卷 第 9 期 2014 年 9 月Effect of technology parameters on rate of dilution of Stellite coating deposited by plasma arc surfacingZHU Kai1， QUE Mei-fu3， ZHU Zhi-yuan1，2， DAI An-lun1，2， CHEN Hui1， NIU Wen-ming1（1School of Materials Science and Engineering， Jiangsu University of Science and Technology， Zhenjiang 212003， Jiangsu pro， China； 2Jiangsu Province Key Laboratory of Advanced Welding Technology， Zhenjiang 212003， Jiangsu pro， China； 3KSB Changzhou Valve Co， Ltd， Changzhou 213000， Jiangsu pro， China） P3740Abstract： The effect of process parameters on dilution rate of Stellite coating deposited by plasma arc surfacing wasstudied by orthogonal test method Microstructure and hardness of the coatings were investigated using optical micrograph and vickers hardness tester The results showed that the effect degree of main process parameters on dilution rate had been ranked： powder feeding rate transferred arc current spray welding speed The optimum parameters： powder feeding rate was 31 g/min， transferred arc current was 142 A， spray welding speed was 151mm/min The rate of dilution of Stellite coating deposited by optimum process was 22 The typical microstructure of the coating consist of celluar structure and dendrites of Co， in the solid solution phase， with interdendritic carbides The surface hardness was about HV440Key words： plasma arc surfacing， Stellite alloy， orthogonal test， technology， dilution rateResearch and current application situation on quality inspection of laser welding of tailored blanksZOU Yuan-yuan1，2， ZHAO Mingyang1，2（ 1Shenyang Institute of Automation， Chinese Academy of Sciences， Shenyang 110016， Liaoning pro， China； 2 Yangzhou Engineering Research Center， Shenyang Institute of Automation， Chinese Academy of Sciences，Yangzhou 225127， Jiangsu pro， China） P6366Abstract： Laser welding of tailored blank is widely used in aerospace industry， automotive industry， shipbuilding etc due to its high speed and high precision Quality inspection technology is becoming one of the key technologiesfor guaranteeing the high quality requirements of laser tailor welded blanks This paper introduced the major qualityinspection technologies applied in laser welding of tailored blank ， including structured light vision， electro magnetic acoustic transducers and leakage magnetic It also respectively expounded their working principles， research and current application situation Finally， current problems and future development of quality inspe