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激光焊,氩弧焊与等离子焊的区别在哪里?

2019-03-16

等离子堆焊修复和手工电弧堆焊修复、氩弧焊、等离子弧堆焊修复是三中常用的零件修复技术。从理论上说,每种堆焊技术各有其优缺点。

手工电弧堆焊、氩弧焊,效率高,成本低,操作灵活,是目前工厂使用广泛的一种堆焊修复工艺。但这种堆焊技术也有其存在的许多问题。钢铁行业的许多零部件都是中碳高强度钢或合金钢,这些钢材的淬硬性强,用手工电弧氩弧堆焊时非常容易开裂。为了防止手工电弧堆焊修复时基体材料和堆焊层开裂,需要对基体材料进行预热,而且需要预热的温度相当高,300~500度,这就给手工电弧氩弧堆焊的操作带来了很大的困难,恶化了工作环境。由于电弧氩弧堆焊时对基体零件有大量的热量输入,会造成零件形成很大的残余拉应力,所以堆焊完后要马上进行去应力退火,这又增加了设备的投入,尤其对大型的工件来说,去应力退火是件很困难的事,要增加很大的热处理设备投入。由于反复多次的高温操作,零件经手工电弧氩弧堆焊后变形量都很大,增加了后续机械加工的难度、时间和费用。手工电弧氩弧堆焊是由人进行操作,堆焊质量易受操作人员的影响,偶然的影响因素比较多。手工电弧氩弧堆焊时的引弧和熄弧也会对堆焊质量带来影响。

    等离子送粉堆焊对零部件进行修复是一项新的工艺,激光的操作灵活性不如手工电弧氩弧堆焊,如对零件小的内部或狭小的空间处。但激光修复的优点也很多:

1.基体材料在激光加工过程中仅表面微熔,微熔层为0.05-0.1mm。 基体热影响区极小,一般为0.1-0.2mm。

等离子堆焊过程中基体温升不超过280℃, 等离子堆焊后无热变形。2.堆焊层与基体均无粗大的铸造组织, 堆焊层及其界面组织致密,晶体细小,无孔洞,无夹杂裂纹等缺陷。3.等离子堆焊层组织由底层、中间层以及面层组成的各具特点的梯度功能材料,底层具有与基体浸润性好、结合强度高等特点;中间层具有一定强度和硬度、抗裂性好等优点;面层具有抗冲刷、耐磨损和耐腐蚀等性能,使修复后的设备在安全和使用性能上更加有保障。4.等离子堆焊修复在很多情况下不需要对工件进行预热,等离子堆焊后也不需要进行去应力后处理,这对很多大型零部件的修复来说是十分有利的,也间接地降低了堆焊修复的成本。5.等离子堆焊技术可控性好,能量输入可实现精确控制,操作过程易实现自动化控制,。

等离子堆焊修复和手工电弧氩弧堆焊相似,但它的自动化程度高,也是一种常用的修复技术。

各种堆焊方法的比较

1.从堆焊层的外观形貌看

从堆焊层的外观形貌看,等离子堆焊的堆焊层好,手工氩弧堆焊的质量差,表面凹凸不平,还存在气孔和微裂纹。

2. 从堆焊工件结合面形貌看

从这些结合面看,这两种种方法所得结合面均为冶金结合,结合强度是高的。但手工电弧堆焊的界面凹凸不平,说明手工电弧堆焊时能量控制不准,实际上这种方法对基体材料的影响很大,从其结合面即可断定手工电弧堆焊基体对堆焊层的西式是很大的,这会影响堆焊层的性能。同时基体材料也受到堆焊时强烈的热作用,这种热作用依据温度高低的不同,可分为这样几个区域:金属熔化区、过热区、正火区和部分相变区。在过热区,奥氏体晶粒急剧长大,形成过热组织,故塑性、韧性降低,对易淬火钢,此区脆性更大。等离子堆焊的界面非常平整,界面清晰,可见等离子输入的能量十分精确,基体对堆焊层的影响小,堆焊层可以保持其良好的性能,基体材料受到的热冲击也非常小,堆焊对基体的影响很小。

3. 从堆焊的热影响区的宽度看

从热影响区的宽度对比可见,手工电弧堆焊的热影响区约为6mm,等离子弧堆焊的热影响区为2-3mm,激光的热影响区域为1mm,激光堆焊工艺好,其次是等离子堆焊,差的是手工氩弧焊。

4. 从堆焊后基体材料的偏析情况看

手工电弧堆焊,基体均受到很大的影响,基体偏析严重,而等离子堆焊后对基体的影响很小,看不到明显的基体偏析区。等离子堆焊修复的好。

5. 从堆焊后堆焊层和基体的显微硬度来看

手工电弧堆焊的堆焊层硬度不高,HV300以下,激光堆焊的堆焊层硬度比较高,约HV500以下,等离子弧堆焊HV480以下。

6. 从堆焊层的耐磨性来看

虽然没有对这三种堆焊层的耐磨性进行实验研究,但从对这三种堆焊层的机械加工可知,手工电弧堆焊层的耐磨性明显不如激光堆焊层,在用钻床对拉伸试件加工小孔时,电弧堆焊的堆焊层用普通的钻头即可进行钻削加工,而对激光堆焊层则必须用合金钻头才能进行钻孔加工,等离子弧堆焊的堆焊层耐磨性比手工电弧堆焊的好,但比激光堆焊的堆焊层差。

7. 从堆焊工件的抗冲击性能看

等离子弧堆焊所得试件的抗冲击能力比较强,手工电弧堆焊其次,激光堆焊的与手工电弧堆焊的相当。

8. 从堆焊工件的拉伸性能看

手工电弧堆焊的拉伸强度高,延伸率高,激光堆焊试件的强度不如手工电弧堆焊的高,延伸率和手工电弧堆焊的相当。等离子弧堆焊的拉伸强度和激光堆焊的相当,但延伸率很低。

9. 从金相组织来看,

手工电弧堆焊和等离子弧堆焊由于加热过程比较复杂,所得到的组织也比较复杂。熔合区,因温度过高而成为热粗晶,强度、塑性和韧性都下降。过热区,奥氏体晶粒急剧长大,形成过热组织,故塑性、韧性降低,对易淬火钢,此区脆性更大。正火区,加热时发生重结晶,转变为细小的奥氏体晶粒,冷却后为均匀而细小的铁素体和朱光体,具有较好的力学性能。部分相变区,朱光体和部分铁素体发生重结晶,转变成细小奥氏体晶粒。部分铁素体不发生相变,但晶粒有长大的趋势。冷却后,晶粒大小不匀,因而力学性能比正火区稍差。堆焊层的性能与堆焊时热影响区的大小和组织有关,而堆焊热影响区的大小和组织、性能变化的程度与堆焊方法、堆焊参数、预热温度和堆焊后热处理等因素有关。减小堆焊过程中热影响区的宽度可提高堆焊的性能。