等离子喷涂喷焊技术及其在汽车行业的应用.doc

等离子喷涂喷焊技术及其在汽车行业的应用;一f湖北汽车35等离子喷涂喷焊技术及其在汽车行业的应用湖北汽车i业学院苎堡茔)摘要拳文综述7等离子喷涂喷焊技术的原理和特点,介绍7这项新技术在汽车制造行业应用的一些实例.叙词:等离子啧蒹等离子喷焊0前言汽车制造近年来的实践和研究表明,喷涂喷焊是强化金届表面的一项理想工,采用它们可以使较差的材料得到性能优良的防护层,以延长使用寿命,给企业带来很大的经济效益.在现有的喷涂方法中,等离子方法占有显着的地位”,本文就等离子喷涂喷焊原理及在汽车行业的应用进行评述,以期促进这些先进工艺及技术在汽车行业的应用和发展.1等离子喷涂喷焊原理1.1等离子喷涂原理等离子喷涂原理如图1所示,根据工艺的需要经进气管通入氮气或氨气,这些气体进入弧柱区后,将发生电离成为等离子体,在前枪体与后枪体之间并联一个3o(ov,几百千赫的高频电源,高频电源接通使钨极与前枪体之间产生火花放电,于是电弧便被引燃.引燃后的电弧在孔道是受到三种压缩效应,温度升高,喷射速度加大,此时往前枪体的送粉管中输送粉末状材料,粉末在等离子焰流中被加热到熔融状态,并高速喷打在零件表面上,撞击零件表面时熔融状态的球形粉末发生塑性变形,粘附于零件表面,各粉粒之间也依靠塑性变形而互相钩结起来,随着喷涂时间的增长,零件表面就获得了一定尺寸的喷涂层发生器图1等离子喷涂原理示意图图2等离子弧喷焊示意图1,2直流电焊机3高频振荡器4喷焊枪5逞糙器6工件7浮于流量计8调节阀9电磁气阀361993年第1期1.2等离子喷焊原理等离子弧堆焊的原理是利用联合型等离子弧为热源,等离子喷焊基本过程如图2所示,在采用联合弧喷焊时,一般采用两台独立的直流弧焊机作电流,分别供给菲转移弧和转移弧.两个电源的负极并联在一起,通过电缆接至喷焊枪的钨电极,电源正极分别通过接触器和电缆接至焊枪的喷嘴和工件.电源接通后,借助高频火花引燃非转移弧.借助非转移弧弧焰在钨龊和工件之间造成的导电通道,过渡引燃转移弧,转移弧引燃后,可保留或切断非转移弧.主要利用转移弧在工件表面产生熔池.合金粉末按需要量连续供给,借助送粉气送人焊枪,并吹人电弧中.粉末在弧柱中被预先加热,呈熔化或半熔化状态,喷射到工件熔池里.通过调节转移弧和非转移弧电流,送粉量和其它工艺规范参数,来控制熔化合金粉末和传递给工件的热量.随着焊枪和工件的相对移动,台金熔池逐渐凝固,便在工件上获得所需要的合金熔敷层.1.3两种方法的特点等离子喷焊与等离子喷涂是有区别的,后者仅用非转移弧,和工件没有电的联系,在工件上不产生熔池,等离子喷涂特点是:工件温度低,基车温度一般不超过2000C,因此无变形产生,涂层的冲淡率几乎等于零.但涂层与基体仅靠机械结合,涂层内又存在孔隙,因此,在高应力和强腐蚀介质中的使用就受到一定酿制.而等离子喷焊实质是熔化焊,喷焊层和工件完全是冶金结合,合金粉末在弧柱和熔池里受到电弧加热,熔化充分熔敷层是完全致密的.因而喷焊层可应用在高应力或强腐蚀介质中但喷焊与其它熔化焊一样,也存在着由于热应力而使工件变形和焊层产生裂缝等问题.2等离子喷涂喷焊技术在汽车行业的应用2.1易损件的修复据文献介绍在重载履带车辆零件修夏中,对密封环配台面选用Fe0.粉末,轴承配台面选用Fe0粉末,衬套配合面选用Fe0和N/AI粉末.用等离子喷涂方法修复,经12000km的实车考核,效果很好,其工艺参数与涂层性能见表1.使用结果表明,传动装置中的一些旧零件经等离子喷涂修复后,耐磨性为同类新产品的1.37.6倍,结果见表2.表l噎津规范参数及性能送粉量实用电功率结合强度涂层强度喷滚材料粉束粒度(g/rain)(KW)(kgf/mm)(HV)Fe0314030023223272.512.66396Fe0Il4030020士2Z0263.0l3,88474Ni/AIl4O2402l222254.404.5023l湖北汽车37表2等离子喷涂修复零件的耐磨性平均磨损量零件名称表面状况相对耐磨性(mrn/10krrL)新品38CrSiHB29011.1610一l密封环配合面喷涂Fe0.HRC46.51.47107.6新品3CrB18.810一l长轴外径村套配合面喷涂N;/AIHRc2114.210一L3镀钴Hr800-9008.3310l发动机活塞铺喷豫Nj/AIHRc213.46102.41注耐属性一1/屑损量另外,柴油机在工作过程中,当燃料燃烧(爆发)时,缸套内部燃气的瞬时温度可达1800”C2200”C,瞬时压力可达60100kg/km,在此工况下由于润滑油膜难形成,缸套与活塞,活塞环之间呈现半干磨擦,极易产生粘着磨损,以及空气和油料中带入的磨粒及油料燃烧时产生的酸性物质,使缸套受磨粒磨损和腐蚀磨损,采用等离子喷涂技术修复缸套,工艺参数见表3”,喷涂后的缸套经60h,50hp的全负.荷台架试验和二次7.5mn超负荷试验,缸套工作正常,拆检时涂层表面光洁,无粘着痕迹.表3缸套修复工艺参数气体流量送粉量喷涂距离喷涂材料送粉量气喷涂角度氧气氩气(g/m)mm)70F311+3O钼粉8O格5格30格32l舯13D65.2.2提高零件的使用寿命同步环是汽车变速器中的一种关键零件,其性能的好坏直接影响到变速器的寿命及换档的可靠性.因此,要求同步环内锥面具有较高的摩擦系数及良好的耐磨性.同步环喷铝工艺是近年来国外汽车制造行业采用的一种先进的制造工艺80年代以来,随着桑塔纳变速器,日野变速器的引进.同步环喷钼工艺已广泛应用于我国重型,中型和轻型变速器生产中.据资料”介绍在同步环上采用等离子喷钼工艺,涂层厚度为0.8turn,涂层结合强度比氧乙炔火焰喷深层结合强度高一倍.由于钼具有较高的摩擦系数及良好的耐摩擦性能,同步环内锥面喷上铝层以后,大大提高了同步器的抉档可靠性及使用寿命.实践表明:铝和钢组合的摩擦副的寿命比铜和钢组合的摩擦副的寿命高8倍.另外等离子喷涂铁基合金在齿轮和凸轮上的应用也有报道.2.3在汽车模具上的应用(1)冷作模具:汽车中有许多零部件是通过拉延,冲压冷锻或冷挤成形的.这类冷作模具在工作时刃口部分承受冲击力,剪切力和弯曲力,同时与坯料又发生剧烈摩察,因此要求模具具有高的硬度和耐磨性.目前.国内汽车行业大多用C12M.r钢来制造这类另件,但使用效果不太理想.,例如东风汽车公司的风扇皮带轮拉延整形凹模.装在400t牡I机械冲压设备上,用来使1.75mra厚的08A1钢板拉延成形,工作过程中须承受巨大的压力,模具表面磨损相当严381993年第1期重.模具一旦磨损后,表面微观粗糙度增加,许许多多的微凸体对o8A1钢板产生微切削作用.因此,生产出来的拉延件表面划痕累累,一副模具约生产40005000个拉延件就不得不拆换,进行维修,造成很大浪费,对该模具采用等离子喷涂,喷深材料为粉102Fe,工艺参数见表4l1.模具经等离子喷涂后,由于表面成分及组织都发生了很大变化,弥散分布的强化相不易脱落形成磨粒,减少了磨粒磨损的的几率,并且喷涂层的真实硬度比CI2M.V钢表4工艺参数电弧电压7580V电弧电流3S0380A离子气I.517m/h送粉气0.304m/h送粉量40g/min经淬火回火处理后理后高.因此,表面耐磨性有了很大提高,实际应用表明,经过等离子喷涂后的拉延模在拉延8万件以上仍无不严重磨损,拉延件表面拉毛现象基本消除.(2>热作模具热锻模是在高温下通过冲击加压强迫炽热金属成形的工具.它在工作过程中除承受较大的冲击负荷外.还受到很大的压应力,张应力和变曲应力.以及炽热金属在锻模型腔中流动所产生的强烈摩擦力”“.采用等离子喷焊工艺,在模具上喷焊一层满足使用性能要求的合金可以大大提高使用寿命,表5倒举了汽车制造中使用的部分模具,工艺参数见表6.表5热作模具喷焊强化实例.模具名稚使用性能要求原材料及硬度粉末种类8C,3热剪切摸高温硬度,耐磨性钴基HR44高温硬度.耐5CM.M.热锻模钴基磨性.耐热疲劳HRc3944表6热作模具等离子喷焊工艺喷焊材料WH.C.6离子气(L/h)250-300进粉气(L/h)3504OO送粉量(g/min)28喷焊速度(mm/min)40焊枪摆幅(ram)11非转移弧电流(A)80转移弧电流(A)l10经喷焊后的模具使用寿命有显着提高.以齿轮切边凹模为倒,使用寿命提高6倍.3结束语一般认为等离子唢涂是涂层工艺中+晟万能的工艺,这是因为喷涂过程可以在不同的气氛和压力下实现.目前已发展到空气,低压,真空,高压,情性气体以及水下环境中应用,对环境的l湖北汽车39适应能力强是该项技术的晟大优点之一有人预计,汽车发动机涂层市场有很大潜力,今后1o年内将取得显着增长.总之,随着高科技的发展,计算机,机器人的广泛应用,自动控制手段的不断进步,等离子喷涂喷焊技术在汽车制造行业的应用前景更加光明可以相信,这项技术的应用研究,很大程度上能解决我国汽车零配件使用寿命不高的问题,并能大大降低汽车制造成本,带来明显的经济效益.参考文献JerzyBac.热喷涂在机械零件再生上的应用.点属热处理.1989(9)FnSeamaneta1.MetalsProgressVo1.108.O3.67DS.GmnmuthuApllicationoflasersinmatedasProcessing.B.B.库吉诸夫等离子涂层.北京:科学出版杜1981(1)徐滨士等重载履常车辆零件修复原理及工艺北京机械工业出版社.1981(2)农机部北京农机化所.等离子喷涂工艺在修复农用柴油机缺套上的应用研究.1981(1O)李二守等.汽车变速器同步环喷钼工艺探讨汽车杂志.1984(5)全国热喷擦协作组.全国热喷潦技术交流展览会资料汇编1982(6)HurrcrsP1.Wear.197326(3)郭应国.冷作模具材料的进展机械工程材料.L991(1)揭晓华等.汽车风扇皮带轮的等离子喷潦强化金属热处理1992(9)瞿昆.金属材料及有色金属北京:机械工业出版社.