《内燃机气门等离子堆焊工艺规范》

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内燃机气门等离子堆焊工艺规范

1范围

本文件规定了内燃机气门等离子堆焊的术语和定义、等离子堆焊设备、技术要求、工艺规范、检验

方法。

本文件适用于往复活塞式内燃机机气门等离子堆焊工艺。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅

该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文

件。

GB/T223.(所有部分)钢铁及合金化学分析方法

GB/T230.1金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T

标尺）

GB/T1479.1金属粉末松装密度的测定——第一部分：漏斗法

GB/T1480金属粉末干筛分法测定粒度

GB/T1482金属粉末流动性的测定——标准漏斗法（霍尔流速计）

GB/T4340.1金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法

GB/T5314粉末冶金用粉末取样方法

GB/T23337-2023内燃机进、排气门技术条件

QC/T469-2016汽车发动机气门技术条件

YS/T533自熔合金粉末固-液相线温度区间的测定方法

YS/T539.1～13镍基合金粉末化学分析方法

3术语和定义

GB/T23337-2023、QC/T469-2016界定的术语和定义适用于本文件。

4等离子堆焊设备

4.1总则

气门堆焊等离子设备主要包括电源、控制器、阴极、焊枪、喷嘴、送粉器、工件转台、供氩气系统、

循环冷却系统等。

4.2电源

为等离子堆焊设备提供电力的装置，分为非转移弧电源和转移弧电源。分别如下：

a)非转移弧电源，当喷嘴接正极，钨棒接负极时，建立在喷嘴与钨棒之间的电弧叫做非转移弧，其

电源为非转移弧电源。

b)转移弧电源，当工件接正极，钨棒接负极建立在工件与钨棒之间的电弧叫转移弧，其电源为转移

弧电源。

4.3控制器

1

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控制等离子堆焊设备装置。采用程序数字控制，控制核心部分，可编程控制器（PLC）对焊接过程

中的各种参数数据进行采集和处理，并按照焊接程序对焊接过程进行时实控制并存储在PLC中，焊接控

制程序分段式控制方法，焊接流程分成多段，每一段的焊接参数可设定为不同数值，保证了工件焊接过

程中整体的一致性和整体的焊接质量。

4.4阴极及等离子体

4.4.1正常生产的喷焊过程中，钨棒是阴极。

4.4.2喷嘴正极,在两电极之间是气体（氩气）,氩气不导电，但在电场的作用下，氩气的分子和原子

受到从电极发射出的大量高速运动的粒子（如电子）的碰撞和加热，使电子脱离原子，成分带“一”电

的自由电子，失去电子的原子成为带“+”的正离子，气体产生电离，被充分电离的气体中充满着带正

电的正离子和带负电的电子——负离子。这两种带电离子共同存在于一个统一体中，其正电量总数和负

电量总数相等，这种已充分电离，正负离子数目相等的气体称为等离子体。

4.5焊枪

等离子喷焊枪装置。由钨棒、钨棒夹头、喷嘴、送粉道、水冷却套、绝缘体组成的集成体，以等离

子弧作为热源，在焊枪内部安装电极、喷嘴等相关件，通过高频交流电源产生高压电场，使气体分子电

离形成等离子体。同时，利用机械压缩、热压缩和电磁收缩三种效应，对电弧进行压缩，使其能量高度

集中，形成高温、高能量密度的等离子弧，用于瞬间熔化输送到枪体内的合金粉末。

4.6喷嘴

喷合金粉末装置，喷嘴与阴极棒相互配合形成非转移等离子弧，并把送粉气道中的焊粉均匀分散，

共同形成稳定的焊接条件，确保焊接过程的顺利进行。

4.7送粉器

焊粉盛放容器，在氩气压力作用下把焊粉均匀送到工件焊接处。

4.8工件转台

工件放置台，其在后续焊接时用于工件定位并带动工件旋转，采用电机驱动转台，实现运行平稳控

制，通过压紧气缸和直线导轨将工件固定在水冷的转台上（定位盘中）；通过导轨连接，实现压头、工

件、转台三者回转同心）。

4.9供氩气系统

提供焊接过程中的关键气体氩气，为熔化焊件提供必要离子成分的系统。“中心气”是根据焊接电

流及喷嘴的直径大小来选择合适的气体流量，把焊粉在氩气作用下送到焊接表面。“送粉气”根据送粉

量的大小来选择；“保护气”保护焊接过程中熔化焊粉的熔池不氧化。

4.10循环冷却系统

冷却焊接过程中的关键部件，确保等离子堆焊设备稳定运行的系统。其作用是冷却焊枪和相关部件，

可确保设备稳定、连续、长时间的运行。

5技术要求

5.1堆焊层与基体金属之间为冶金状态结合，互熔区不小于0.002mm，相互渗透、无未熔合和裂纹缺

陷；合金层内部，可有三处不连续、不聚集的疏松、夹渣和最大直径0.3mm的气孔，但不应连通到气

门锥面表面。堆焊层显微组织应为固溶体与枝晶状初生碳化物组成。

5.2气门经等离子堆焊后堆焊层硬度符合GB/T23337-2023、QC/T469-2016或产品技术文件的要求。

5.3堆焊后的气门毛坯应无烧边、缺肉、结珠、裂纹、生粉等缺陷（见表1）。

5.4堆焊层深度应符合产品技术文件的要求。

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5.5堆焊合金粉末成分应符合表2规定要求。

5.6堆焊合金粉末硬度应符合表3规定要求。

5.7合金粉末外貌应呈球形和似球形，粒度范围应符合表3规定要求。

5.8合金粉末的流动时间应不大于17s/50g。

5.9钴基合金粉末的松装比应不小于4.5g/cm³，其它合金粉末的松装比应为4.3g/cm³～4.8g/cm³。

5.10合金粉末不应有肉眼可见的外来夹杂物。

6工艺规范

6.1准备工作

6.1.1劳动防护用品穿戴齐全，根据要求检查中心气、送粉气、保护气的仪表与时间继电器、循环冷

却水等是否正常。

6.1.2检查氩气压力设备是否正常。

6.1.3检查循环冷却水流量或温度、压力是否正常。

6.1.4确认待堆焊气门毛坯是否存在外观缺陷和清洁干净。

6.1.5现场应配置工艺文件、作业指导书以及各项记录表单(如：投料记录表，温度、气体流量运行监

控表，设备点检表，产品出炉检查表)。

6.1.6根据作业指导书准备相关堆焊工装。

6.2工艺流程

车堆焊槽---清洗---烘干----气门预热（可选）---等离子堆焊---冷却---去应力。

6.3工艺参数

6.3.1等离子堆焊转台速度、角度应符合工艺文件规定。

6.3.2等离子堆焊起弧、收弧电流应符合工艺文件规定。

6.3.3等离子堆焊送粉量应符合工艺文件规定。

6.3.4等离子堆焊中心气、保护气、送粉气应符合工艺文件规定。

6.3.5焊枪距工件焊槽位置距离应符合工艺文件规定。

6.3.6堆焊前的预热和焊后冷却应符合工艺文件规定。

6.4操作者作业要求

6.4.1首件堆焊产品金相、硬度、堆焊层厚度、外观应送样检验合格后才能继续生产。

6.4.2等离子堆焊后产品外观应按5.3规定全部目测检测。

6.4.3每2小时对堆焊工艺参数监控记录。

7检验方法

7.1堆焊层金相

将等离子焊后的气门毛坯首件沿底面中心且通过堆焊层起弧、收弧搭接处和其他部位切一平行块，

分别做4个切断面的金相检查。

7.2硬度

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7.2.1合金粉末堆焊层洛氏硬度按GB/T230.1规定进行检验。

7.2.2合金粉末堆焊层维氏硬度按GB/T4340.1规定进行检验。

7.3堆焊层深度

将堆焊后的气门毛坯在投影仪上与毛坯图对比，确定堆焊层在图纸轮廓范围内。

7.4化学成分

合金粉末的化学成分分析按GB/T223.(所有部分)和YB/T539.1-539.13-2009规定进行检验。

7.5粒度

合金粉末粒度范围试验方法按GB/T1480规定进行检验。

7.6流动时间

合金粉末流动时间测定方法按GB/T1842规定进行检验。

7.7合金粉末松装比

合金粉末松装比测定方法按GB/T1479.1规定进行检验。

7.8外观

目视检测。

8等离子堆焊典型缺陷原因及预防措施

等离子堆焊典型缺陷原因分析及预防措施表见表1。

表1等离子堆焊典型缺陷原因分析及预防措施表

序号缺陷名称原因分析预防措施

1)阴极烧损；a)阴极修磨、参数合理匹配；

2)中心气小；b)增大中心气；

3)喷嘴结珠；c)更换喷嘴；

1槽底未融合4)焊枪高度太高；d)效验焊枪高度；

5)电流太小；e)适当增大电流；

6)转台角度参数匹配不合理；f)调整转台角度参数；

7)焊枪位置调整不当。g)调整焊枪前后位置。

1)收弧段电流与焊粉量不匹配；a)增加电流，减小焊粉量；

2收弧表面麻坑2)焊粉异常；b)重新检查焊粉；

3)保护气太低。c)检查保护气管路，调整保护气。

1)收弧电流衰减太快；d)延长电流衰减时间；

3收弧裂纹2)焊后未及时保温（马氏体材料）；e)马氏体材料焊后及时保温；

3)电流太小。f)增大电流。

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表1等离子堆焊典型缺陷原因分析及预防措施表（续）

序号缺陷名称原因分析预防措施

1)焊粉潮湿；a)重新烘干焊粉；

2)气门R槽内有水珠；b)重新烘干气门；

3)选用电流、转速、送粉不匹配；c)调整电流、转速、送粉参数；

4气孔4)焊粉目数配比不当；d)检查焊粉目数；

5)焊粉夹杂超标；e)检查焊粉是否有夹杂物；

6)成品件合金层厚度太厚或太薄；f)效验预留加工余量；

7)焊枪渗水。g)更换焊枪或修复。

1)焊枪位置不对；a)调整焊枪位置；

2)托盘定位间隙太大、工件定位不同心；b)检查托盘是否符合要求；

3)托盘氧化严重、托盘中有异物；c)清理托盘；

5烧边4)工件端面跳动太大、工件窄边异常；d)检查工件精度是否符合要求；

5)送粉堵塞；e)检查送粉量；

6)中心气太高；f)调整中心气大小；

7)阴极与喷嘴不同心。g)调整或更换阴极和喷嘴。

1)喷嘴结株；a)检查喷嘴；

2)送粉量变小；b)检查送粉量是否均匀；

3)阴极烧损严重；c)更换阴极；

6合金缺失（缺肉）

4)焊枪位置不当；d)调整焊枪位置；

5)工件偏移；e)检查工件定位；

6)阴极与喷嘴不同心。f)调整或更换阴极和喷嘴。

1)焊粉细粉超标；a)检查焊粉粒度配比；

2)送粉孔太粗糙；b)喷嘴送粉孔是否粗糙；

7喷嘴结珠3)焊枪高度太低；c)调整焊枪高度；

4)送粉气太小；d)适当增大送粉气；

5)阴极与喷嘴不同心。e)调整或更换阴极和喷嘴。

1)电流太低；a)检查焊接电流；

8表面生粉2)送粉量变大；b)校检送粉量大小；

3)喷嘴烧损。c)更换喷嘴。

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表2合金粉末的化学成分

材料型

CSiMnPSNiMoFeCoCrWNb其他对照用途

号

0.9～0.7～26.0～3.5～≤600PPm

QMZ1≤0.50≤0.03≤0.030≤3.00≤1.00≤3.00余Stellite6锥面

1.401.5532.05.5O2+N2（Co106F）

0.9～26.0～3.0～≤600PPm

QMZ2≤2.0≤1.00≤0.03≤0.030≤3.00≤1.00≤3.00余Stellite6H锥面

1.4032.06.0O2+N2(Co106FH～1)

2.00～26.00～11.0～其它≤

QMZ3≤2.00≤1.00≤0.03≤0.03≤3.00≤1.00≤3.00余Stellite1锥面

3.0033.0014.00.50（Co101F）

Stellite12锥面

1.60～1.50～25.00～7.0～其它≤

QMZ4≤1.00≤0.03≤0.03≤3.00≤1.00≤3.00余

1.902.3029.009.500.50YJ

（Co112FJ）

1.30～0.90～20.50～24.0～11.50～0.20～

QMZ5≤0.60≤0.03≤0.030≤1.00≤1.35余≤0.05BStelliteF锥面

2．001.3023.5027.013.000.4P37

StelliteFS锥面

1.50～0.90～21.00～27.5～11.50～≤600PPm

QMZ6≤0.50≤0.03≤0.030≤0.60≤1.35余

1.751.3024.0029.013.00O2+N2P37S

（Co137SF）

1.30～1.10～21.00～26.0～11.50～0.20～

QMZ7≤1．00≤0.03≤0.030≤1.00≤3.00余≤0.05BStelliteFH锥面

1.501.4024.0030.013.000.4（Co132FH）

1.40～0.70～26.5～3.5～

QMZ8≤0.10≤0.03≤0.030≤3.0≤1.00≤0.5余Mo≤1.0Stellite156锥面

1.801.530.04.5(Co156F)

1.80～

锥面

0.55～9.00～9.00～2.50～24.0～2.20Nb+Ta

QMZ9＜0.40≤0.03≤0.040余P25

0.6011.0011.003.5026.0≤500PPm

O2+N2

1.50～1.10～0.50～≤15.00～4.00～26.00～Eatonite6

QMZ10≤0.020余锥面

2.01.501.000.02518.005.0030.0(Fe356F)

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表2合金粉末的化学成分（续）

材料型

CSiMnPSNiMoFeCoCrWNb其他参照用途

号

1.50～4.00～26.00～Eatonite6锥面

QMZ11≤1.50≤3.70≥9.00余

2.207.0030.00

（专用）

1.90～1.00～0.50～10.00～4.00～26.00～

QMZ12O≤0.03Fe356FH～1锥面

2.301.501.5013.007.0030.00（3733～10）

O≤0.03

2.00～1.10～0.50～15.00～4.00～28.00～锥面

QMZ13≤0.03≤0.02余其它≤Fe356FH

2.501.501.0018.005.0032.00

0.50

1.80～1.30～0.50～≤15.00～4.00～28.00～

QMZ14≤0.030余Fe253H锥面

2.101.701.000.03518.005.0032.00

2.20～≤27.00～7.50～锥面

QMZ15Max0.08≤0.003Max1.00Max2.00余T400

3.000.00830.009.50

0.70～3.50～13.00～

杆端

QMG160.90余＜103.0～3.8BNi60

4.2016.00

表3合金粉末的粒度范围、熔融温度及堆焊层硬度

项目QMZ1QMZ2QMZ3QMZ4QMZ5QMZ6QMZ7QMZ8QMZ9QMZ10QMZ11QMZ12QNZ13QMZ14QMZ15QMG16

粒度范围80～100～100～80～80～80～80～100～100～100～80～100～

80～27080～270100～325150～320

（目）270325325270270270270325270270270320

熔融温度1280～1050～

＜1340＜1340＜1340＜1340＜1340＜1340＜1340＜1340＜1340＜1340＜1340＜1340＜1340＜1340

（℃）13501100

（37～≥43（48～49～53（40～≥40≥40≥43≥37≥37≥320（38～（38～≥37≥52≥55

硬度

43）HRCHRC57）HRCHRC46）HRCHRCHRCHRCHRCHRCHV3044）HRC44）HRCHRCHRCHRC

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《内燃机气门等离子堆焊工艺规范》

标准编制说明（征求意见稿）

一、工作简况

1、任务来源

本项目是中内协〔2025〕27号《关于下达中国内燃机工业协会2025年度第一批

团体标准制定计划的通知》中的项目，项目编号：CICEIA2025013号。主要起草单

位有：济南沃德汽车零部件有限公司、中国内燃机工业协会等，计划应完成时间2026

年6月。

2、主要工作过程

起草阶段：根据计划，2025年2月，济南沃德汽车零部件有限公司、上海中州特

种合金材料股份有限公司、上海铸宇材料科技有限公司、怀集登月气门有限公司、中

国内燃机协会等组成了标准编制工作组，标准编制工作组成员通过电话、电子邮件等

方式，对标准的名称、起草原则、制定依据、标准水平、适用范围和主要技术内容进

行了研讨，初步达成共识，在此基础上济南沃德汽车零部件有限公司负责编写出标准

工作组讨论稿后，在标准编制工作组内征求意见。根据反馈意见，标准编制工作组对

讨论稿进行了修改，于2025年7月形成了征求意见稿。

3、主要参加单位和工作组成员及其所做的工作等

本标准由济南沃德汽车零部件有限公司、上海中州特种合金材料股份有限公司

、上海铸宇材料科技有限公司、怀集登月气门有限公司等单位共同负责起草、中国内

燃机工业协会等。

本标准主要起草人：

主要成员所作的工作：董兵为组长，全面负责组织、协调标准起草工作，赵明

好协助标准起草工作并审核、核对，其他成员负责收集资料、试验等及标准技术内容

编制、讨论、核对工作以及工作组讨论稿及征求意见稿的起草并提供企业标准和生产

、试验及使用情况。

二、标准编制原则和主要内容

1、标准编制原则

内燃机气门是内燃机的关键零件，对内燃机的排放、节能有显著影响。随着内燃

机工业的快速发展和国家节能减排法规要求的提高，对内燃机气门要求也随之相应提

高，要求显著提高气门密封面和杆端面耐磨性及密封面耐腐蚀性，为此气门密封面和

杆端面需堆焊耐磨合金。堆焊工艺对气门耐磨、耐腐蚀性和产品质量和可靠性有重大

影响。

目前国内尚无内燃机气门等离子堆焊工艺规范的国家标准、行业标准和团体标准。

堆焊用的材料、工艺参数、堆焊质量要求不统一，影响到气门产品质量的稳定。为了

推动我国内燃机气门行业相关产业的发展，摆脱对国外材料和技术的依赖，同时为贯

彻国务院《打赢蓝天保卫战三年行动计划（国发〔2018〕22号）》中：加快掌握重大

关键核心技术——促进重点技术装备、工艺等产业化发展和推广应用；中国内燃机工

业“十四五”发展规划中提升关键零部件自主创新工程和装备制造业转型升级相关要

求，填补气门相关标准空白，推动行业自主创新、国产替代和技术进步。考虑内燃机

气门行业的特殊性，使本标准更科学、更规范且具有可操作性。通过标准的实施，促

进节能、节材和绿色制造，并满足使用要求。

2、标准主要内容

本文件规定了内燃机气门等离子堆焊堆焊用材料、设备、技术要求、工艺规范、

检验方法。

本文件适用于往复活塞式内燃机机气门等离子堆焊工艺。

本标准的制定是以国内内燃机气门产品、焊粉的主要生产企业的技术、工艺参数

为依据，查阅相关的国内外相关标准和技术资料，并充分考虑我国现有的产品、生产

工艺技术水平。

本标准严格按照GB/T1.1-2020给出的规则起草，制定时充分考虑到标准的指导性

和可操作性。编制的主旨追求科学性和合理性，做到适应现阶段的需要，能够指导内

燃机气门堆焊工艺的开发、生产、验收和使用，提供统一的依据，使标准真正能够起

到引领技术发展的作用。

3、解决的主要问题

随着内燃机工业的快速发展及排放法规要求的提高，内燃机气门工况越来越苛刻，

现内燃机气门密封面和杆端面广泛采用等离子堆焊合金提高耐磨、耐腐蚀性能。2024

年国内主要堆焊合金气门生产企业40多家，堆焊合金气门超过一亿件。外资企业主要

有德国马勒公司、美国伊顿公司，自主品牌企业主要有：济南沃德汽车零部件有限公

司、重庆三爱海陵实业有限公司、广东怀集登月气门有限公司等。自主品牌企业市场

占有率超过80%。目前无内燃机气门等离子堆焊工艺规范相关的国际和国外先进标准，

亦无内燃机气门等离子堆焊工艺规范的国家标准、行业标准和团体标准。不利于气门

及相关行业的发展和国产替代产品的推广应用，本标准明确了内燃机气门等离子堆焊

用材料、设备、技术要求、工艺规范、检验方法，填补气门气门等离子堆焊相关标准

空白，推动行业自主创新、国产替代和技术进步。

三、明确是否有对应的国家标准或行业标准

国内无内燃机气门等离子堆焊工艺规范相关标准。

四、主要试验（或验证）情况分析

济南沃德汽车零部件有限公司、上海中州特种合金材料股份有限公司、上海铸宇

材料科技有限公司、怀集登月气门有限公司等企业是国内内燃机气门、等离子堆焊焊

粉的专业生产和使用单位，已有多年生产大、中、小型气门产品的历史，为国内主要

内燃机企业配套，通过了客户的台架试验、实际使用，经过了市场检验，用户反映良

好。按本标准规定要求生产和检验的气门产品质量可靠，其使用性能及寿命满足内燃

机要求。

本标准的制定，同时也参照了目前国内外内燃机气门生产企业和内燃机主机厂实

际要求、技术水平、制造能力、质量现状等实际情况而制定的。

本标准的主要内容是结合目前行业实际生产及检验结果总结和归纳得出，经过实

际生产实践检验，具备实用性和可操作性，主要指标合理有效。

五、标准中涉及专利的情况

本标准中不涉及专利问题。

六、产业化情况、推广应用和预期达到的经济效果等情况

目前国内主要堆焊合金气门生产企业40多家，堆焊合金气门的生产每年均超过一

亿件，经过了市场检验，用户反映良好。因此本标准的制定，可规范与指导国内内燃

机气门堆焊产品的要求，对推动行业技术进步和产品质量提升、绿色制造具有显著的

经济效益和社会效益。

七、采用国际、国外标准情况

本标准没有采用国际标准。本标准制订过程中未查到同类国际、国外标

准。本标准为国内先进水平。

八、与现行相关法律、法规、规章及相关标准，特别是强制性标准的协调性

本标准与现行相关法律、法规、规章及相关标准，特别是强制性标准没

有矛盾。

九、重大分歧意见的处理经过和依据

在本标准的编制过程中无重大分歧意见。

十、标准性质的建议说明（指自愿性标准，自愿采纳等）

建议本标准为推荐性团体标准。

十一、贯彻标准的要求和措施建议（包括组织措施、技术措施、过度办法、

实施日期等）

本标准制订完成并发布后，建议由中国内燃机工业协会标准化工作委员会在行业

内组织宣贯实施，推动企业及时采用本标准。企业可按照本标准的规定和要求，对企

业内部的标准（或技术文件）进行修订，或根据本标准的实施时间拟定企标的整改过

渡措施。

建议本标准的实施日期为正式发布6个月后。

十二、废止现行相关标准的建议；

无。

十三、其它应予说明的事项

无。

ICS27.020

CCSJ93

团体标准

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内燃机气门等离子堆焊工艺规范

Internationalcombustionengines-Plasmatransferarcbuilding-upweldingprocess

specificationsforvalves

征求意见稿

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

20XX-XX-XX发布20XX-XX-XX实施

中国内燃机工业协会

中国机械工业标准化技术协会发布

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