CN107584199B - 一种填丝注射一体成型三层复合板材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及填丝注射一体成型三层复合板材及其制备方法，可有效解决成本低，生产效率高，质量好，耐磨性强，使用寿命长的复合板材的生产问题，方法是，首先安装填丝注射一体成型三层复合板材加工设备；清除基体表面的油污、铁锈和氧化皮，然后安装在加工设备的工作台上，调节加等离子炬与基体之间的距离，启动加工设备的离子电源、氩气通道、冷水机、送丝机、控制器；开启等离子填丝注射熔覆装置，使等离子填丝注射熔覆装置的等离子炬、送丝机、送粉器前后、左右同时同步移动，实现合金层和复合注射层的一体成型，制成填丝注射一体成型三层复合板材。本发明工作效率高、成本低，制备的三层复合板材表面平整无焊道，通过填丝注射工艺，性价比高。

Description

一种填丝注射一体成型三层复合板材及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐磨复合板材技术领域，特别是一种填丝注射一体成型三层复合板材及其制备方法。

背景技术

在矿山、冶金、水泥、煤炭、电力、石油化工、交通运输、机械制造等行业中，80%的机械零部件的失效是由磨损造成的，由于零部件的严重磨损，导致关键零部件或整条生产线不能正常运行，从而给企业带来很大的经济损失。传统的耐磨复合板材，生产效率低，成本高，有焊道搭接，表面不平整，使用寿命短。

201310602049.X发明专利申请公开了一种等离子填丝送粉在磨辊、衬瓦上制备复合陶瓷合金的方法，热源是等离子弧，熔覆工艺是填丝送粉，在控制器的控制下进行工作，送丝机、送粉机将焊丝和陶瓷粉送至待熔覆磨辊或衬瓦磨损面，焊丝和陶瓷粉在等离子炬的熔融下，熔覆于磨辊或衬瓦磨损面上，形成一层耐磨的陶瓷合金层，该发明方法易操作，耐磨程度高，但是等离子炬数量少，达不到一体成型，生产效率低。

201610819059.2发明专利申请公开了一种等离子熔射梯度耐磨板及其制备方法和用途，在预处理的碳钢基体表面等离子熔射一层Fe50铁基自溶性合金作为过渡层；在过渡层表面再采用双通道送粉器同步送粉，一个通道是等离子熔射反应粉末，另一个通道是Fe50铁基自溶性合金粉末，制得耐磨层，该发明方法增加了涂层的致密度和结合力，但是等离子炬数量少，有焊道搭接，达不到一体成型，生产效率低，双通道同步送粉易造成喷嘴结渣，影响设备长时间连续工作。

201420760196.X发明专利申请公开了一种龙门式耐磨板明弧堆焊设备，包括自动焊接龙门架、多个自动焊接单元、电缆拖链、一体式水箱工作台、龙门架导轨，多个自动焊接单元中的水冷焊枪可以同时工作也可单独工作，实用性强，但是由于是明弧堆焊，热源能量密度低，焊材局限性较大，耐磨性偏低；同时制得的耐磨板焊道搭接过多，表面不平整，易造成物料输送过程中积料、挂料问题。

综上所述，未发现利用一体成型技术，同时利用填丝注射技术制备三层复合板材的公开报道。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种填丝注射一体成型三层复合板材及其制备方法，可有效解决成本低，生产效率高，质量好，耐磨性强，使用寿命长的复合板材的生产问题。

本发明解决的技术方案是，一种填丝注射一体成型三层复合板材，包括基体、合金层和复合注射层，基体、合金层和复合注射层呈冶金结合在一起，其中合金层是采用等离子填丝熔覆制成，复合注射层是采用等离子填丝熔覆和注射技术的复合在一起制成；

本发明的填丝注射一体成型三层复合板材的制备方法是，包括以下步骤：

（1）、首先安装设备，所述的设备为填丝注射一体成型三层复合板材加工设备；

（2）、对基体进行处理，清除基体表面的油污、铁锈和氧化皮，然后安装在填丝注射一体成型三层复合板材加工设备的工作台上，调节填丝注射一体成型三层复合板材加工设备的等离子炬与基体之间的距离；

（3）、在基体上制备合金层和复合注射层，成为填丝注射一体成型三层复合板材，方法是，启动填丝注射一体成型三层复合板材加工设备的离子电源、氩气通道、冷水机、送丝机、第一控制器和第二控制器；开启等离子填丝注射熔覆装置，使等离子填丝注射熔覆装置的等离子炬、送丝机、送粉器前后、左右同时同步移动，实现合金层和复合注射层的一体成型，制成填丝注射一体成型三层复合板材。

本发明运用一体成型技术，工作效率高、成本低，制备的三层复合板材表面平整无焊道，通过填丝注射工艺，优化了目前的复合板材制备工艺，性价比更高，经济效益更加显著。

附图说明

图1为本发明的填丝注射一体成型三层复合板材结构主视图。

图2为本发明的填丝注射一体成型三层复合板材加工设备结构图。

图3为本发明的等离子填丝注射熔覆装置结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

由图1～3所示，本发明包括基体、合金层和复合注射层，基体27、合金层28和复合注射层29呈冶金结合在一起，其中合金层是采用等离子填丝熔覆制成，复合注射层是采用等离子填丝熔覆和注射技术的复合在一起制成，复合板材的宽度为300～2400mm，其中基体厚度为4～30mm，合金层厚度为2～15mm，复合注射层的厚度为0.2～2mm；

所述的基体为低碳合金钢、不锈钢或耐热钢制成；

本发明的填丝注射一体成型三层复合板材的制备方法是，包括以下步骤：

（1）、首先安装设备，所述的设备为填丝注射一体成型三层复合板材加工设备，包括龙门架、控制器、冷水机、等离子电源和工作台，工作台5左右两边装有平行的两个轨道10、11，轨道10、11上装有龙门架4，龙门架4沿轨道前后移动，龙门架上装有用于左右移动的第一驱动电机2和前后移动的第二驱动电机1，龙门架的上部横梁7上沿横梁长向装有第一导轨8和第二导轨9，等离子填丝注射熔覆装置经滑块17装在第一导轨8和第二导轨9上，使等离子填丝注射熔覆装置沿导轨左右移动，滑块17上装有用于等离子填丝注射熔覆装置上下活动的第三驱动电机3；所述的等离子填丝注射熔覆装置包括送粉器、送丝机和等离子炬，等离子炬16经后侧向上的注射通道15与送粉器14相连通，等离子炬经左侧或右侧向上的送丝通道13与送丝机12相连通，等离子炬经垂直向上的升降杆3-1与第三驱动电机3相连，第三驱动电机3装在滑块17上，注射通道15下端装有喷头15-1，等离子炬下部的喷口朝向送丝通道13、喷头15-1的出口，构成填丝注射熔覆结构；工作台5上在轨道10、11之间的固定架26上装有带喷水孔25的水管6，等离子填丝注射熔覆装置的第三驱动电机3与第一控制器20相连，等离子填丝注射熔覆装置的等离子炬16与等离子电源22相连，送粉器14与第一氩气罐23相连，等离子炬16与第二氩气罐24相连，水管6与第一冷水机18相连，第二冷水机19与置于等离子炬16处的冷水管道相连，第一冷水机18、第二冷水机19、第一控制器20、等离子电源22、第一氩气罐23、第二氩气罐24、第一驱动电机2、第二驱动电机1、第三驱动电机3均同第二控制器21相连；

（2）、对基体27进行处理，清除基体表面的油污、铁锈和氧化皮，然后将基体安装在工作台5上，启动第三驱动电机3和第一控制器20，调节等离子炬16和基体之间的工作距离为10～50mm；

（3）、在基体上制备合金层和复合注射层，成为填丝注射一体成型三层复合板材，方法是，在第二控制器21的控制下，经第一驱动电机2、第二驱动电机1启动龙门架4和等离子电源22，打开第二氩气罐24，气压调至0.25～0.5MPa，氩气流量：2～7L/min，打开第一冷水机18，调节冷却水流量为0.5～1.0m³/h；在第一控制器20的控制下，启动等离子填丝注射熔覆装置的送丝机12和送粉器14，打开第一氩气罐23，第一氩气罐的气压调节为0.25～0.5MPa，氩气流量：2～7L/min，送丝通道13的出口角度为15～75°，注射通道15的喷头15-1出粉角度为15～45°；打开第二冷水机19，调节冷却水流量为5～30m³/h；在第二控制器21的控制下，使等离子炬16的熔覆电流为：160～600A，送丝机12的焊丝填送速度为：600～3500mm/min，送粉器14功能材料注射速度为：15～75g/min，熔覆速度为：50～300mm/min，等离子炬在龙门架横梁上摆动速度为：600～3000mm/min，等离子炬的间距为50～150mm，实现合金层和复合注射层的一体成型，制备成合金层厚度为2～15mm、复合注射层厚度为0.2～2mm的三层复合板材；

所述的第一控制器20、第二控制器21均为程序控制器或单片机8051控制器；

所述的焊丝与功能材料的重量比为：焊丝70～95%、功能材料5～30%；

所述的焊丝是由重量计的：碳0.1～1.0%、铬11～18%、锰0.5～1.0%、硅0.5～1.0%、镍1.0～4.0%、钼1.0～3.0%和余量为铁制成的不锈钢型焊丝；

所述的功能材料为碳化物、氮化物、氧化物的一种或两种以上任意质量比的混合物；

所述的碳化物为碳化铌粉、碳化钒粉、碳化硼粉、碳化钨粉和碳化锆粉的一种或两种以上的混合物，所述的氮化物为氮化钒粉、氮化硼粉的一种或两种以上的混合物，所述的氧化物为三氧化二铝粉、Al₂O₃-40TiO₂的一种或两种以上的混合物；

所述的等离子填丝注射熔覆装置至少有1个，一般为6～16个，图中给出11个，等离子炬的间距为50～150mm；

所述的等离子填丝注射熔覆装置的等离子炬、填丝系统、注射系统均前后、左右同时同步移动，所有等离子炬的间距和摆幅始终保持一致，实现合金层和复合注射层的一体成型；

所述的填丝系统是由送丝机12和与送丝机相连通的送丝通道13构成，所述的注射系统是由送粉器14和与送粉器相连通的注射通道15以及装在注射通道一端上的喷头15-1构成。

本发明在具体实施中，还可由以下实施例给出。

实施例1

本发明在具体实施中，制备的三层复合板材长度为3000mm，宽度为600mm，其中基体厚度为10mm，合金层厚度为5mm，复合注射层为1mm；

选取等离子炬的间距为100mm，等离子炬的摆幅为100mm，等离子炬和等离子填丝注射熔覆装置为6个；

焊丝与功能材料重量比为85% ︰15%，焊丝由质量计的：碳0.08～0.15%、铬11.5～13%、锰0.5～1.0%、硅0.5～1.0%、镍0.3～1.0%和余量为铁制成；功能材料为碳化硼粉；

对基体表面进行喷砂处理，去除油污、铁锈和氧化皮，将其安装在工作台5上，启动第三驱动电机3，调节等离子炬和基体之间的工作距离为30mm；

启动填丝注射一体成型三层复合板材加工设备，同时开启填丝系统、注射系统，第一氩气罐23、第二氩气罐24气压调节为0.4MPa，氩气流量为4L/min，送丝角为60°，注射角为30°，第二冷水机19水流量为20m³/h，第一冷水机18水流量为0.8m³/h，熔覆电流为320A，焊丝填送速度为2300mm/min，功能材料碳化硼粉注射速度为35g/min，熔覆速度为50mm/min，等离子炬在龙门架横梁上摆动速度为1800mm/min，制得三层复合板材。

实施例2

本发明在具体实施中，制备的三层复合板材长度尺寸为4000mm，宽度尺寸为800mm，其中基体厚度为20mm，合金层厚度为7mm，复合注射层为1mm；

等离子炬的间距为50mm，等离子炬的摆幅为50mm，等离子炬和等离子填丝注射熔覆装置为16个；

选取焊丝与功能材料重量比为90% ：10%，焊丝由质量比：碳0.08～0.15%、铬11.5～13%、锰0.5～1.0%、硅0.5～1.0%、镍0.3～1.0%和余量为铁制成，功能材料为碳化钨粉；

对基体表面进行喷砂处理，去除油污、铁锈和氧化皮，将其安装在工作台上，启动第三驱动电机3，调节等离子炬和基体之间的工作距离为35mm；

启动填丝注射一体成型三层复合板材加工设备，同时开启填丝系统、注射系统，第一氩气罐、第二氩气罐气压调节为0.5MPa，氩气流量为6L/min，送丝角为70°，注射角为45°，第二冷水机水流量为25m³/h，第一冷水机水流量为1.0m³/h，熔覆电流为500A，焊丝填送速度为2900mm/min，功能材料注射速度为50g/min，熔覆速度为100mm/min，等离子炬在龙门架横梁上摆动速度为900mm/min，制得三层复合板材。

本发明经实地试验和应用，效果非常好，通过填丝注射熔覆一体成型工艺，优化了目前的复合板材制备工艺，性价比很高，工作效率高，工作效率比现有技术提高3倍以上，生产成本低，生产成本可降低50%以上，制备的三层复合板材表面平整无焊道，耐磨性强，使用寿命长，使用寿命延长5倍以上，经济和社会效益巨大。

Claims (3)

1.一种填丝注射一体成型三层复合板材的制备方法，其特征在于，基体（27）、合金层（28）和复合注射层（29）呈冶金结合在一起，其中合金层是采用等离子填丝熔覆制成，复合注射层是采用等离子填丝熔覆和注射技术的复合在一起制成，复合板材的宽度为300～2400mm，其中基体厚度为4～30mm，合金层厚度为2～15mm，复合注射层的厚度为0.2～2mm；

所述的基体为低碳合金钢、不锈钢或耐热钢制成；

包括以下步骤：

（1）、首先安装设备，所述的设备为填丝注射一体成型三层复合板材加工设备，包括龙门架、控制器、冷水机、等离子电源和工作台，工作台（5）左右两边装有平行的两个轨道（10、11），轨道（10、11）上装有龙门架（4），龙门架（4）沿轨道前后移动，龙门架上装有用于左右移动的第一驱动电机（2）和前后移动的第二驱动电机（1），龙门架的上部横梁（7）上沿横梁长向装有第一导轨（8）和第二导轨（9），等离子填丝注射熔覆装置经滑块（17）装在第一导轨（8）和第二导轨（9）上，使等离子填丝注射熔覆装置沿导轨左右移动，滑块（17）上装有用于等离子填丝注射熔覆装置上下活动的第三驱动电机（3）；所述的等离子填丝注射熔覆装置包括送粉器、送丝机和等离子炬，等离子炬（16）经后侧向上的注射通道（15）与送粉器（14）相连通，等离子炬经左侧或右侧向上的送丝通道（13）与送丝机（12）相连通，等离子炬经垂直向上的升降杆（3-1）与第三驱动电机（3）相连，第三驱动电机（3）装在滑块（17）上，注射通道（15）下端装有喷头（15-1），等离子炬下部的喷口朝向送丝通道（13）、喷头（15-1）的出口，构成填丝注射熔覆结构；工作台（5）上在轨道（10、11）之间的固定架（26）上装有带喷水孔（25）的水管（6），等离子填丝注射熔覆装置的第三驱动电机（3）与第一控制器（20）相连，等离子填丝注射熔覆装置的等离子炬（16）与等离子电源（22）相连，送粉器（14）与第一氩气罐（23）相连，等离子炬（16）与第二氩气罐（24）相连，水管（6）与第一冷水机（18）相连，第二冷水机（19）与置于等离子炬（16）处的冷水管道相连，第一冷水机（18）、第二冷水机（19）、第一控制器（20）、等离子电源（22）、第一氩气罐（23）、第二氩气罐（24）、第一驱动电机（2）、第二驱动电机（1）、第三驱动电机（3）均同第二控制器（21）相连；

（2）、对基体（27）进行处理，清除基体表面的油污、铁锈和氧化皮，然后将基体安装在工作台（5）上，启动第三驱动电机（3）和第一控制器（20），调节等离子炬（16）和基体之间的工作距离为10～50mm；

（3）、在基体上制备合金层和复合注射层，成为填丝注射一体成型三层复合板材，方法是，在第二控制器（21）的控制下，经第一驱动电机（2）、第二驱动电机（1）启动龙门架（4）和等离子电源（22），打开第二氩气罐（24），气压调至0.25～0.5MPa，氩气流量：2～7L/min，打开第一冷水机（18），调节冷却水流量为0.5～1.0m³/h；在第一控制器（20）的控制下，启动等离子填丝注射熔覆装置的送丝机（12）和送粉器（14），打开第一氩气罐（23），第一氩气罐的气压调节为0.25～0.5MPa，氩气流量：2～7L/min，送丝通道（13）的出口角度为15～75°，注射通道（15）的喷头（15-1）出粉角度为15～45°；打开第二冷水机（19），调节冷却水流量为5～30m³/h；在第二控制器（21）的控制下，使等离子炬（16）的熔覆电流为：160～600A，送丝机（12）的焊丝填送速度为：600～3500mm/min，送粉器（14）功能材料注射速度为：15～75g/min，熔覆速度为：50～300mm/min，等离子炬在龙门架横梁上摆动速度为：600～3000mm/min，等离子炬的间距为50～150mm，实现合金层和复合注射层的一体成型，制备成合金层厚度为2～15mm、复合注射层厚度为0.2～2mm的三层复合板材；

所述的焊丝与功能材料的重量比为：焊丝70～95%、功能材料5～30%；

所述的焊丝是由重量计的：碳0.1～1.0%、铬11～18%、锰0.5～1.0%、硅0.5～1.0%、镍1.0～4.0%、钼1.0～3.0%和余量为铁制成的不锈钢型焊丝；

所述的功能材料为碳化物、氮化物、氧化物的一种或两种以上任意质量比的混合物；

所述的碳化物为碳化铌粉、碳化钒粉、碳化硼粉、碳化钨粉和碳化锆粉的一种或两种以上的混合物，所述的氮化物为氮化钒粉、氮化硼粉的一种或两种以上的混合物，所述的氧化物为三氧化二铝粉、Al₂O₃-40TiO₂的一种或两种以上的混合物；

所述的等离子填丝注射熔覆装置为6～16个，等离子炬的间距为50～150mm；

所述的等离子填丝注射熔覆装置的等离子炬、填丝系统、注射系统均前后、左右同时同步移动，所有等离子炬的间距和摆幅始终保持一致，实现合金层和复合注射层的一体成型；

所述的填丝系统是由送丝机（12）和与送丝机相连通的送丝通道（13）构成，所述的注射系统是由送粉器（14）和与送粉器相连通的注射通道（15）以及装在注射通道一端上的喷头（15-1）构成。

2.根据权利要求1所述的填丝注射一体成型三层复合板材的制备方法，所述的三层复合板材长度为3000mm，宽度为600mm，其中基体厚度为10mm，合金层厚度为5mm，复合注射层为1mm。

3.根据权利要求1所述的填丝注射一体成型三层复合板材的制备方法，所述的三层复合板材长度尺寸为4000mm，宽度尺寸为800mm，其中基体厚度为20mm，合金层厚度为7mm，复合注射层为1mm。