CN108048834A - 一种打壳锤等离子熔覆工艺 - Google Patents

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张联合
徐超
汤新明
余方有
赵文定
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Abstract

本发明公开了一种打壳锤等离子熔覆工艺，包括步骤：先将加工成型的金属基体一端固定在堆焊机转盘上；将配置好的合金粉末在150℃温度下烘培1‑2h；放置于容器内，按要求设定堆焊机程序，开启堆焊机的等离子炬保护气体氩气和电源，以连续喷射方法在金属基体上熔覆合金粉末，经高能密度自动焊接，使之和基体表面熔化并快速凝固，从而在基材表面形成与其为冶金结合的表面涂层，涂层厚度为2‑5mm；本发明的打壳锤等离子熔覆工艺，具有堆焊层性能好、结合强度高，堆焊层致密性好，工件熔深浅可控、堆焊层稀释率低、成形规则等优点，污染小，成本低。

Description

一种打壳锤等离子熔覆工艺
技术领域
本发明涉及打壳锤制造技术领域，尤其涉及一种打壳锤等离子熔覆工艺。
背景技术
现代工业化生产中，相关机械零部件由于运行所处的环境恶劣，要求其表面具有很好的耐磨性、耐蚀性、耐高温性及高硬度，满足特殊功能的需求。金属基复合材料具有设计灵活、容易成型、轻质、耐腐蚀等优点，可大幅提高基材表面的耐磨、耐蚀、耐高温、导热、绝热等性能。
随着工业技术的升级，对基体表面熔覆产品需求日益增多，无论是金属基复合材料制备和熔覆工艺方面，国内外都在积极开展研究。目前，常用的熔覆方法有：真空熔覆、激光熔覆、氧-乙炔焰熔覆、高频熔覆等工艺。常用的熔覆材料有：自熔性合金粉末、碳化物复合粉末体系、氧化物陶瓷粉末等。金属基复合材料耐腐蚀、抗氧化、耐高温等性能，适用于修复或制备强化关键设备零部件，提高设备的使用寿命。广泛应用在汽车、机械制造、石油化工等领域。例如：发动机活塞、汽缸内槽、齿轮、排气阀座、缸盖、连杆、尾气管等汽车配件；压辊、传动轴、通气阀、摩擦盘、导向槽等机械设备配件；井口阀阀板、阀杆、阀座，抽油泵柱塞、增注泵柱塞、钻杆接箍、抽油杆、光杆等石油专用配件。铝工业高效能、低污染的发展要求，使中部点式下料预焙铝电解槽逐步成为了铝电解生产的主流。由于电解槽打壳锤长时间工作在强磁场、高温、强腐蚀大电流的环境下，造成锤头消耗快、更换频繁。据统计，2014年国内消耗各类打壳锤约200万支，如：中国铝业年消耗打壳锤10多万支，山东魏桥年消耗打壳锤约15万支。
目前，电解铝槽用的打壳锤大多为低碳钢、高锰钢或合金钢材质，其耐高温度、耐腐蚀性差，使用寿命普遍较短(2-6个月)，而且锤头快速损耗会使大量铁及其它元素进入铝液中，严重影响铝液质量。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种打壳锤等离子熔覆工艺，采用等离子堆焊工艺进行基体表面熔覆处理，利用等离子弧高温加热，加热速度快、热效率高，使得涂层与基体结合强度高，涂层离子密度高，从而增强基体的性能和质量，颗粒在涂层中分布均匀且无烧损，从而保持其原有高硬度和高耐磨性，该工艺具有堆焊层性能好、结合强度高，堆焊层致密性好，工件熔深浅可控、堆焊层稀释率低、成形规则等一系列优点，且易于实现机械化和自动化，污染小，成本低。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种打壳锤等离子熔覆工艺，包括以下步骤：
(1)将加工成型的金属基体一端固定在堆焊机转盘上；
(2)将配置好的合金粉末在150℃温度下烘培1-2h；
(3)将烘培好的合金粉末放置于容器内，按要求设定堆焊机程序，开启堆焊机的等离子炬保护气体氩气和电源，以连续喷射方法在金属基体上熔覆合金粉末，经高能密度自动焊接，使之和基体表面熔化并快速凝固，从而在基材表面形成与其为冶金结合的表面涂层，涂层厚度为2-5mm；
(4)熔覆完成后，关闭电源和气源。
步骤(2)中所述的合金粉末按重量百分比含有以下组分：C 0.8-1.0％，Cr 20-30％，Ni 15-20％，Si 0.5-0.7％，B 1-3％，Ti2-3％，Nb 0.1-0.3％，W 1.2-1.5％，Hf0.1-0.3％，Fe余量。采用的合金粉末使得制备的打壳锤具有较强的耐磨耐高温抗腐蚀性能，满足氧化铝电解槽强磁场、高温、强电流、高腐蚀的工况环境要求，产品硬度≥56，耐温可达1300度，使用寿命12-15个月。
步骤(3)中所述堆焊机的电源电压为380V，工作电压为10-30V，熔覆扫描速度为1000-1500mm/min，送粉器气流为0.8-1.2m3/h，离子气体流量为0.8-1.0m3/h，保护气体流量为0.8-1.0m3/h。
与已有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的打壳锤等离子熔覆工艺，采用等离子堆焊工艺进行基体表面熔覆处理，利用等离子弧高温加热，加热速度快、热效率高，等离子弧热量集中、温度极高，使得涂层与基体结合强度高，涂层离子密度高，从而增强基体的性能和质量，颗粒在涂层中分布均匀且无烧损，从而保持其原有高硬度和高耐磨性，采用氩气焊接，焊接温度可达18000k，涂层厚度2-5mm，该工艺具有堆焊层性能好、结合强度高，堆焊层致密性好，工件熔深浅可控、堆焊层稀释率低、成形规则等一系列优点，且易于实现机械化和自动化，可以实现大批量稳定性生产，且污染小，成本低，其成本是等厚度下电镀硬铬成本的1/2-1/3，激光熔覆成本的1/4。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明不仅限于这些实施例，在未脱离本发明宗旨的前提下，所作的任何改进均落在本发明的保护范围之内。
实施例1：
一种打壳锤等离子熔覆工艺，包括以下步骤：
(1)将加工成型的金属基体一端固定在堆焊机转盘上；
(2)将配置好的合金粉末在150℃温度下烘培1-2h；所述的合金粉末按重量百分比含有以下组分：C 1.0％，Cr 25％，Ni 18％，Si 0.6％，B 2％，Ti2.5％，Nb 0.2％，W 1.3％，Hf0.2％，Fe余量。
(3)将烘培好的合金粉末放置于容器内，按要求设定堆焊机程序，开启堆焊机的等离子炬保护气体氩气和电源，以连续喷射方法在金属基体上熔覆合金粉末，经高能密度自动焊接，使之和基体表面熔化并快速凝固，从而在基材表面形成与其为冶金结合的表面涂层，涂层厚度为2-5mm；电源电压为380V，工作电压为10-30V，熔覆扫描速度为1000-1500mm/min，送粉器气流为0.8-1.2m3/h，离子气体流量为0.8-1.0m3/h，保护气体流量为0.8-1.0m3/h。
(4)熔覆完成后，关闭电源和气源。

Claims (3)

1.一种打壳锤等离子熔覆工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将加工成型的金属基体一端固定在堆焊机转盘上；
(2)将配置好的合金粉末在150℃温度下烘培1-2h；
(3)将烘培好的合金粉末放置于容器内，按要求设定堆焊机程序，开启堆焊机的等离子炬保护气体氩气和电源，以连续喷射方法在金属基体上熔覆合金粉末，经高能密度自动焊接，使之和基体表面熔化并快速凝固，从而在基材表面形成与其为冶金结合的表面涂层，涂层厚度为2-5mm；
(4)熔覆完成后，关闭电源和气源。
2.根据权利要求1所述的打壳锤等离子熔覆工艺，其特征在于：步骤(2)中所述的合金粉末按重量百分比含有以下组分：C 0.8-1.0％，Cr 20-30％，Ni 15-20％，Si 0.5-0.7％，B1-3％，Ti2-3％，Nb 0.1-0.3％，W 1.2-1.5％，Hf0.1-0.3％，Fe余量。
3.根据权利要求1所述的打壳锤等离子熔覆工艺，其特征在于：步骤(3)中所述堆焊机的电源电压为380V，工作电压为10-30V，熔覆扫描速度为1000-1500mm/min，送粉器气流为0.8-1.2m3/h，离子气体流量为0.8-1.0m3/h，保护气体流量为0.8-1.0m3/h。
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