前言

塑料行業(yè)機械為什么要使用等離子噴焊粉末來修復？

上世紀50年代左右塑料機械行業(yè)開始發(fā)展，并初具規(guī)模，目前中國已成為世界塑機臺件生產的大國。

塑料機械的完善程度直接影響塑料半制品或制品的質量、產量和成本，因而必須能適應塑料配混和加工過程的溫度和應力的變化，以及由此而引起的熔融物料性能變化，并適應化學腐蝕和機械磨損等特殊條件。

采用等離子噴焊技術修復的塑料機械更能適應行業(yè)需求，接下來以塑料行業(yè)螺桿修復為例介紹等離子堆焊修復。

一.等離子粉末噴焊（堆焊）工藝綜述

等離子粉末堆焊是一種先進的堆焊工藝，也叫等離子熔覆工藝。它是采用氬氣等離子電弧作熱源，采用粉末狀合金作填充料的自動堆焊方法。相比于傳統(tǒng)的電焊、氬弧焊等堆焊方式，等離子粉末堆焊存在著堆焊成型好、熔深可控、結合度高、致密度好、易于實現(xiàn)自動化等特點，因而也是閥門企業(yè)申請?zhí)胤N設備制造許可證（TS）A級認證時，相關認證部門要求必備的設備。

1.等離子粉末堆焊設備工作流程

2.等離子粉末堆焊工藝特點

等離子堆焊由于利用等離子弧作熱源和采用合金粉末作填充金屬，從而與其他表面堆焊方法相比較，具有許多優(yōu)點。

（1）熔覆速度快，生產率較高。

（2）熔深可控，稀釋率低。

稀釋率圖

稀釋率圖

（3）堆焊面平整光滑，致密度高，可實現(xiàn)0.5-5mm的堆焊面一次完成。

（4）工藝穩(wěn)定性好，噴焊層質量高，可長時間連續(xù)獲得穩(wěn)定的堆焊層，且堆焊面無氣孔、沙眼等堆焊質量問題。

（5）合金粉末制備簡便，使用材料范圍廣，可選用鈷基、鎳基、鐵基、銅基等粉末型焊材，且可以根據工況直接配方。

（6）可根據需求配備專機、機器人等，易于實現(xiàn)自動化，減輕勞動強度。

（7）粉末利用率高，利用率可達到90%以上。

等離子噴焊機的優(yōu)勢及特點

二、螺桿概述

螺桿作為塑料機械核心部件，其使壽命非常有限，屬于易損備件。在行業(yè)應用中為提高生產效率，減少設備停機維護等。所以采用等離子堆焊實現(xiàn)螺桿做了表面強化處理（耐磨、耐高溫、耐腐），從而達到工況需要。

編輯搜圖

螺桿等離子堆焊

三、螺桿材料

塑料機械螺桿本體材料制造商90%以上要用38CrMoAl（氮化鋼）還有一部分采用42CrMo。

38CrMoAl材料是氮化鋼，主要用于具有高耐磨性、高疲勞強度且熱處理后尺寸的氮化零件，或各種受沖擊負荷不大而耐磨性高的氮化零件，如鏜桿、磨床主軸、自動車床主軸、蝸桿、精密絲桿、精密齒輪、高壓閥門、閥桿、量規(guī)、樣板、滾子、仿模、氣缸體、壓縮機活塞桿，汽輪機上的調速器、轉動套、固定套，橡膠及塑料擠壓機上的各種耐磨件等。

四、螺桿等離子堆焊修復工藝

1.堆焊材料

鎳基合金粉末（一般鎳60）、鎳基碳化物（根據產品需求以鎳60為基粉加入對應比例的碳化物粉末）。

2.粉末要求

（1）根據產品所需性能（耐磨，耐腐，耐高溫）選擇合適的合金粉末。

（2）選擇合金粉末時盡量與基體材料的熱膨脹系數接近。以免熱膨脹系數過大，產生較大的收縮應力，造成產品開裂現(xiàn)象。也可通過預熱與保溫工藝來控制開裂。

（3）合金粉末采用自熔型粉末，流動性能好（球型顆粒粉末），粉末粒度均勻?？商岣叨押阜€(wěn)定性。

（4）送粉速度均勻，速度一般為10-30g/min。粉末粒度范圍150-300鉬之間。氣體流量范圍2.0-2.5L/min

3.螺桿要求

堆焊表面需要堆焊合金粉末的螺桿，前提保證螺桿表面無油，無銹，無明顯缺陷。

4.設備要求

設備是由等離子粉末焊機及自動化堆焊工裝（選配）組成。

（1）等離子粉末堆焊機

功率有大有小，可根據實際工況需求選型。主機電源采用高度集成一體化設計，性能優(yōu)越體積小，制冷水箱安裝大功率壓縮機，可保持制冷水長時間處于恒溫狀態(tài)，保證長時間連續(xù)工作需求。

編輯搜圖

螺桿等離子粉末堆焊設備

（2）自動堆焊專機

專機總體采用變位機加機械臂方式，配合步進電機（可選伺服電機）、直線滑軌、擺動器、弧壓跟蹤裝置（選配）等，行走精準，震動小。專機控制系統(tǒng)使用PLC系統(tǒng)，內置多種堆焊程序，可以針對各種復雜產品實現(xiàn)編程解決，比普通的數控系統(tǒng)操作更容易上手。另外，也可以根據客戶需求添加CNC控制系統(tǒng)。旋轉機構采用精密回轉支撐機構驅動，承重大、旋轉精度高，并采用伺服電機控制，旋轉角度精準。參考設計圖如下：

螺桿等離子粉末堆焊設備設計圖

螺桿等離子粉末堆焊設備設計圖

5.工藝流程

螺桿表面去油處理-螺桿表面預熱處理預熱溫度350度-400度保溫時間（根據工件大?。╊A熱溫度均勻-螺桿堆焊（螺棱寬度〉10mm以上采用焊槍擺動焊）-焊完保溫(石棉保溫緩冷）

注意，螺桿預熱采用火焰預熱，優(yōu)點預熱覆蓋面大，成本低，預熱時效高，可采用雙槍預熱而且與機床固定于螺桿同步螺旋行走，雙槍可采用前置與后置法跟進，堆焊槍在中間，前槍目的以預熱為主（工件發(fā)藍即可且溫度槍測試溫度為350-400度之間）后槍目的以小火控制焊后溫度為主。

螺桿修復等離子堆焊機控制范圍：

一次堆焊的厚度 －－－－－－－－－－0.5-5mm左右

一次堆焊的寬度 －－－－－－－－－－2-10mm左右

粉末粒度     －－－－－－－－－－－50－300目

粉末堆焊效率 －－－－－－－－－－－≥90%

稀釋率       －－－－－－－－－－－5%-10%

五、案例分析

螺桿等離子堆焊案例

螺桿直徑60mm，長度2500mm，螺距50mm，堆焊鎳基合金粉末，單邊槽焊,用時40分鐘。

1.焊接參數

2.工藝效果

堆焊后的螺桿

1)耐高溫，高溫下不容易變形；

2)耐磨損，延長使用壽命；

3)耐腐蝕，增加忍耐物料腐蝕性；

4)高強度，可承受大扭矩，高轉速；

5)具有良好的切削加工性能；

6）熱處理后殘余應力小，熱變形小等。

螺桿堆焊后

螺桿加工后

綜合評估：

由于等離子弧焊具有弧柱溫度高，使用粉末噴焊等優(yōu)點，可以大大簡化堆焊材料的制造過程，特別是可以利用多種合金元素，在等離子弧的作用下可以得到不同性能的硬面效果。且稀釋率低、結合度強、工作效率高、工藝過程簡單無需特殊處理；操作靈活、移動方便可現(xiàn)場施工、可自動或半自動不受工件特殊位置限制；堆焊過程易實現(xiàn)機械化、自動化；可用焊材廣泛可根據客戶要求自行配置等，特適于金屬機械表面強化處理、再生修復，等離子粉末噴焊工藝必定能夠助力塑料行業(yè)機械修復的發(fā)展和行業(yè)進步。

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