等离子堆焊工艺参数对Fe65粉末覆层成型及界面组织性能的影响开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

等离子弧焊接（Plasma Arc Welding）是采用等离子焊枪压缩自由电弧，形成高温、高电离度和高能量密度的电弧。利用等离子弧进行焊接称为等离子弧焊接，具有能量密度高、热量集中的优点，因此焊缝熔深大、焊缝热影响区小，容易得到高质量的焊缝成形与金相组织^[9]。层层之间为冶金结合,还具有与快速成型技术相近的特点，如柔性好、加工速度快、对零件复杂程度基本无限制等^[2]。随着科学技术的不断进步，人们对焊接工艺有了更高的要求；等离子焊接的优越性被人们逐步地认识与接受，其社会效益将不可估量。近几年国内也对等离子焊接工艺进行研究，并取得了一定的成果。与焊条电弧焊和钨极氩弧焊方法相比，这两种方法存在焊接效率低、坡口制备成本高、焊接变形大等缺点^[1,11,12]。所以大力推广等离子焊接方法在焊接专机行业中的应用具有重要意义。

在材料表面采用等离子喷涂技术制备涂层，能够大幅度的提高材料的耐磨、耐蚀、抗氧化和耐热冲击性能，是减少机器部件损耗的有效方式，成为表面强化和修复的首选方法^[8]。通过等离子喷涂技术进行材料表面的强化，可以很好的提高材料的使用寿命。因此，该技术已在冶金、化工、飞机及汽车制造中有着广泛的应用^[13].Fe65是高碳高铬型的合金粉末，粉末的自熔性、润湿性和喷焊性能一般，抗高压力磨粒磨损、摩擦系数低，具有优良的耐磨性、耐热、耐氧化，但是加工困难。 主要适合于等离子喷焊，用于矿机和石油钻杆接头的修复和防护。涂层与基体的结合性能是涂层的一个重要指标，是其发挥作用的前提，也是优化涂层制备工艺参数的一个重要依据，涂层的失效部位多在涂层与基体的结合处^[10]。

本课题通过调节等离子堆焊工艺参数（如：焊接电流、焊接速度、离子气及保护气流量、钨针内缩量等），对Fe65粉末覆层成型、界面组织及性能进行综合分析对比，同时观察不同工艺参数对焊道成型、覆层稀释率、合金元素烧损、组织及性能的影响。总结工艺参数对结合强度和涂层质量的影响，并确定最佳堆焊工艺参数，以获得质量稳定、性能优良的涂层，为实际应用作铺垫。

2. 研究的基本内容与方案

研究内容：

根据Fe65粉末堆焊材料成分及性能特点，利用微束等离子熔覆技术，制备Fe65粉末（单层、搭接率40~50%）熔覆材料。同时观察熔覆样品显微组织特征及焊缝熔深、熔宽，稀释率和展铺程度等，并测试界面(熔合区)及表层显微硬度HV。最后研究不同温度（200~800℃）重新加热后，对覆层显微组织及硬度的影响。

研究目标：

1.掌握微束等离子弧堆焊操作方法，完成样品制备；

2.掌握金相制备、显微分析、硬度测试、回火方法，不同温度加热后，覆层试样的组织观察与显微硬度测试方法；

3. 总结工艺参数对结合强度和涂层质量的影响，并确定最佳堆焊工艺参数，以获得质量稳定、性能优良的涂层。

技术方案及措施：

Fe65是高硬度的合金粉末，粉末的自熔性、润湿性和喷焊性能一般，抗高压力磨粒磨损、摩擦系数低，具有优良的耐磨性、耐热、耐氧化，加工困难。

用途：适合于等离子喷焊，用于矿机和石油钻杆接头的修复和防护。

粉末熔融温度：1200～1300℃。

粉末化学成份：

牌号	C	B	Si	Cr	Fe
Fe65	4.0-5.0	2.5-3.0	2.0-3.0	35-50	余量

采用LHM50逆变式脉冲等离子焊机，主要参数如下：

型号	输入电压（V）	额定输入电源容量（KVA）	输出电流调节范围（A）	暂载率（%）	维弧电流（A）	离子气流量（L/min）	保护气流量（L/min）
LHM-50	220	2	1-50	100	1-5	0.1-1	1-10
外形尺寸（cm）	脉冲频率（Hz）	脉冲占空比（%）	起弧电流（A）	收弧电流（A ）	电流上坡时间（s）	电流下降时间（s）	滞气时间（s）
46*54*72	2-50	50	1-50	1-50	0.5-5	0.5-5	2-8

首先进行线切割下料，制备基板，然后进行表面处理，接着利用上述焊机进行Fe65粉末的堆焊，最后观察其组织特征并测量硬度等。

焊接工艺参数暂定为以下三组：

①离子弧喷嘴与试板距离9 mm，离子气0.8 L/min、送粉速度20，机械手进速度：20 ppu/s；焊接电流：30 A；保护气：9 L/min.

②离子弧喷嘴与试板距离9 mm，离子气0.8 L/min、送粉速度20，机械手进速度：30 ppu/s；焊接电流：30 A；保护气：9L/min.

③离子弧喷嘴与试板距离9 mm，离子气0.8 L/min、送粉速度20，机械手进速度：30 ppu/s；焊接电流：30 A；保护气：9 L/min.调整了送粉喷嘴与等离子弧位置，使之正对。

不同温度重新加热对组织性能的影响，可设定不同的温度梯度进行实验，然后观察比较其组织性能的变化。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需试验材料、仪器和设备。确定技术方案，撰写开题报告.

第4-6周：按照设计方案，学习微束等离子弧焊接的工作原理及操作方法，开展预试验（熔覆样品制备、金相观察、hv测试）。

第7-10周：微束等离子弧焊样品制备及回火处理，金相制备及组织观察、硬度测试等。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 丁莹,周泽华,王泽华,等. 等离子熔覆技术的研究现状及展望[j]. 陶瓷学报, 2012,03:405-410.

[2] 刘均波. 等离子重叠熔覆对fe-cr-c-ti涂层性能的影响[j]. 焊接学报,2015,06:47-51,115.

[3] 王洪福,芦琪,曾志强,等. 等离子喷焊方法与热锻模ni60-cr3c2覆层的制备[j]. 热加工工艺,2014,10:145-147.

[4] wurikaixi aiyiti, wanhua zhao, bingheng lu, et al.investigation of the overlapping parameters of mpaw-based rapid prototyping[j]. rapid prototyping journal,2006,12(3):165-172.