一种对流保护气作用下的摩擦堆焊方法技术

本发明专利技术涉及一种对流保护气作用下的摩擦堆焊方法。它是在金属基材的表面旋转并且滑动的棒材，由喷射器的若干喷管，向棒材下端喷射氩气，氩气气流把棒材的下端与空气隔离，棒材在金属基材表面形成堆焊涂层，棒材下端形成冗余卷边，其特征是：喷管的喷气端距离棒材下端的冗余卷边的距离≤4mm，每一个喷管喷出的氩气流量≥1.36 L/min，相邻两个喷气端中心之间的距离≤5mm。采用与棒材同步移动的盒式喷射器或环形管式喷射器，增长棒材的移动距离。本发明专利技术的对流保护气作用下的摩擦堆焊方法明显提高堆焊层的抗腐蚀性能。

A Friction Surfacing Method under Convection Protective Gas

The invention relates to a friction surfacing method under the action of convective protective gas. It is a rod which rotates and slides on the surface of the metal substrate. Argon gas is injected from several nozzles of the ejector to the lower end of the rod. Argon gas separates the lower end of the rod from the air. The rod forms surfacing coating on the surface of the metal substrate, and the lower end of the rod forms redundant edges. Its characteristics are as follows: the jet end of the nozzle is far from the lower end of the rod. The distance between the redundant edges at the end is less than 4 mm, the argon flow rate from each nozzle is more than 1.36 L/min, and the distance between the two adjacent jet centers is less than 5 mm. The box ejector or annular tube ejector moving synchronously with the bar is adopted to increase the moving distance of the bar. The friction surfacing method under the action of convective protective gas can obviously improve the corrosion resistance of the surfacing layer.

【技术实现步骤摘要】
一种对流保护气作用下的摩擦堆焊方法
本专利技术涉及一种摩擦堆焊方法，具体讲是一种对流保护气作用下的摩擦堆焊方法。
技术介绍
摩擦焊是在外力作用下，利用焊件接触面之间的相对运动所产生的摩擦热和塑性变形热，使接触面及其附近金属达到粘塑性状态，并产生宏观的塑性变形，通过两侧材料间的相互扩散和动态再结晶而完成焊接的一种压焊方法。多年来，摩擦焊以其优质、高效、节能、无污染的技术特色，深受制造业的重视。摩擦堆焊是一种先进的表面涂层技术，与传统的摩擦焊接有明显不同。金属棒状材料在高速旋转中向下接触固定基材，棒材尖端摩擦生热将材料软化。由于温度尚未到达金属熔点，软化材料形成粘性类液层。达到稳态后，棒材一边下压一边移动，应变率大的材料形变为软化提供热源。在摩擦堆焊过程中，棒材被不断消耗，下端近圆心处类液层连续过渡与基材结合形成堆焊层，边缘材料在高温和压力影响下向外侧流动形成冗余卷边。摩擦堆焊是一种先进的固态连接技术，采用此技术可以获得较大厚度、无晶杂质以及晶间化合物且结合完整度极高的表面堆焊涂层。加之动态再结晶过程中涂层晶粒明显细化，涂层机械性能显著增强。作为一种堆焊工艺，摩擦堆焊显示出广泛的应用，如：船舶水下螺旋桨推进器以及大型水泵表面抗腐蚀涂层，汽轮机叶片修复涂层以及机械工具接触面抗磨损涂层等。然而，由于摩擦堆焊中耗材承受剧烈形变且动态再结晶行为使得晶粒细化，堆焊涂层残余内应力较大，使其在易腐蚀环境中腐蚀速率增大，抗腐蚀（尤其是点腐蚀）性能受到限制。
技术实现思路
为了克服现有对流保护气作用下的摩擦堆焊方法的上述不足之处，本专利技术提供一种明显提高堆焊层的抗腐蚀性能的对流保护气作用下的摩擦堆焊方法。在摩擦堆焊过程中一般使用氩气作为保护气体避免涂层过度氧化，且堆焊环境中氩气浓度越大涂层氧化程度越小。摩擦堆焊是一种实验性较强的技术。专利技术人在实践中研究发现，通过增加氩气保护气体的强制对流效应，可以增大晶粒尺寸，进一步提堆焊涂层的耐蚀性。图10是本专利技术的摩擦堆焊时强制氩气气流25影响示意图。在摩擦堆焊过程中，棒材9形变所产生的热量集中在剪切界面19附近粘塑性类液层20中，经过热传导以及粘塑性类液层20材料流动向冗余卷边10以及堆焊涂层11传递。当应用本专利技术设计氩气喷管的喷气端1使强制氩气气流25作用于冗余卷边10的表面时，冗余卷边10表面温度在强制的对流作用下降低，冗余卷边10材料的塑弹性层23的流动性受到限制，无法顺利带走热量。于是，粘塑性类液层20的热量更多传递到堆焊涂层11中。此时，堆焊涂层11的晶粒在连续动态再结晶之后继续生长。由图9中使用现有对流装置的普通氩气气流24，形成的冗余卷边10明显比图10中的大，平均晶粒尺寸由图11中的7um，使用本专利技术的强制对流方法后，增大到图12中的18um，涂层应力得以释放。本领域的技术人员都知道，对于金属材料来说，其内应力越大，抗腐蚀能力越弱。经过本专利技术的堆焊涂层中内应力被释放，涂层抗腐蚀性能得到明显提高。本专利技术的对流保护气作用下的摩擦堆焊方法是在金属基材的表面旋转并且滑动的棒材，由喷射器的若干喷管，向棒材下端形成的冗余卷边喷射氩气，氩气气流把棒材下端的冗余卷边与空气隔离，加强氩气与冗余卷边产生对流散热效应，棒材在金属基材表面形成堆焊涂层，其特征是：喷管的喷气端距冗余卷边的距离≤4mm，每一个喷管喷出的氩气流量≥1.36L/min，相邻两个喷气端中心之间的距离≤5mm。喷管的喷气端距离棒材下端的冗余卷边的距离≤2mm较佳。上述的对流保护气作用下的摩擦堆焊方法，根据喷射器的不同，又分为两种。一种是喷射器是两个盒式喷射器，每个盒式喷射器底粘接着永磁体，两个盒式喷射器安装喷管的一侧相对。喷管的喷气端的方向相对。所述的喷管喷出的氩气流量是这样实现的：每一侧的盒式喷射器安装着若干喷管，相邻两个喷管的喷气端的中心之间的距离为4±1m；喷管的内直径是0.8mm±0.1mm，喷管的长度是15±2cm，喷气端的氩气气流速度≥45m/s。为了两个箱式喷射器实现与棒材同步左右移动。两个箱式喷射器的两侧是用条形的侧板固定在一起的，两个相对的喷气端之间的距离是冗余卷边的直径加4—8mm,并在其中一个盒式喷射器的两侧各固定着一根铜丝，在铜丝的另一端固定着大永磁体，大永磁体面积是永磁体的六倍，或磁场强度是永磁体的六倍,两个大永磁体吸在对流摩擦堆焊机的立柱，或能与棒材同步移动的对流摩擦堆焊机机件上。在棒材左右或前后移动时，由铜丝拖动盒式喷射器与棒材同步移动。更准确的说，棒材的旋转的转速范围是1500±500转/分；所述的棒材向下移动的速度范围是70±20mm/min，棒材在金属基材表面的滑动速度范围是200±100cm/min；棒材的直径范围为4—50mm。（取决于夹具的夹持能力，夹具能夹住即可）。棒材的较佳直径是4—25mm，最佳直径是4—20mm。另一种喷射器是具有环形管的环形管式喷射器，在环形管式喷射器下粘接着3—5个永磁体；喷管安装在环形管的内侧，喷管的喷气端对着环形管的中心,两个相对的喷气端之间的距离是冗余卷边的直径加4—8mm；环形管的两侧各固定着一根铜丝，铜丝的另一端固定着大永磁体；大永磁体的面积是永磁体的六倍或磁场强度是永磁体的六倍。两个大永磁体吸在对流摩擦堆焊机的立柱。环形管式喷射器与圆形的棒材同步移动。环形管式喷射器的喷管喷出的氩气流量是这样实现的：环形管式喷射器安装着若干喷管，相邻两个喷管的喷气端中心之间的距离为4±1cm，喷管的内直径是0.8mm±0.1mm，喷管的长度是20±2mm，喷气端的氩气气流速度≥45m/s。环形管式喷射器的涂层棒材的旋转的转速范围是1500±500转/分；所述的棒材向下移动的速度范围是70±20mm/min，棒材在金属基材表面的滑动速度范围是200±100cm/min；棒材的直径范围为12—50mm。（取决于夹具的夹持能力，夹具能夹住即可）。棒材的较佳直径是4—25mm，最佳直径是4—20mm。本专利技术的对流保护气作用下的摩擦堆焊方法所用的棒材是316、304、201、904或630的任一种；所述的金属基材是304、201、316或420的任一种。本专利技术的有益效果本专利技术增大保护气体氩气每平方厘米的流量，现有的摩擦堆焊方法的喷管的喷气端到棒材的冗余卷边最小距离是55mm，盒式喷射器的每个喷管的喷气流量是0.55L/min。本专利技术的盒式喷射器出气端到棒材的冗余卷边最小距离是2mm，每一喷管的喷气流量不小于1.36L/min。现有的摩擦堆焊方法的盒式喷射器喷气端到棒材的冗余卷边最少距离55mm，距离越长氩气的损耗越多。本专利技术的每个喷管的喷气流量是现有的每个喷管2.47倍，氩气的损耗很小。而且盒式喷射器出气端到冗余卷边的最小距离长得多，氩气的损耗多，本专利技术的每个喷管喷到冗余卷边的氩气流量，比现有的每个喷管喷到冗余卷边的氩气流量还要大得多。喷气的效果是将高速氩气气流喷到棒材冗余卷边，降低卷边材料流动性，使热量更多的传递到堆焊涂层中，同一种材料，在相同的堆焊参数下，使涂层中的晶粒增大，释放内应力，提高涂层耐腐蚀性，特别是点腐蚀性。由图14与图13的对比看出，在腐蚀试验后，用本专利技术的强制对流摩擦堆焊方法的图14中腐蚀点显著减少，涂层抗腐蚀性能得到极大提高。采用与棒材同步移本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对流保护气作用下的摩擦堆焊方法，它是在金属基材的表面旋转并且滑动的棒材，由喷射器的若干喷管，向棒材下端形成的冗余卷边喷射氩气，氩气气流把棒材的下端与空气隔离，棒材在金属基材表面形成堆焊涂层，其特征是：喷管的喷气端距冗余卷边的距离≤4mm，每一个喷管喷出的氩气流量≥1.36 L/min，相邻两个喷气端中心之间的距离≤5mm。

【技术特征摘要】
1.一种对流保护气作用下的摩擦堆焊方法，它是在金属基材的表面旋转并且滑动的棒材，由喷射器的若干喷管，向棒材下端形成的冗余卷边喷射氩气，氩气气流把棒材的下端与空气隔离，棒材在金属基材表面形成堆焊涂层，其特征是：喷管的喷气端距冗余卷边的距离≤4mm，每一个喷管喷出的氩气流量≥1.36L/min，相邻两个喷气端中心之间的距离≤5mm。2.根据权利要求1所述的对流保护气作用下的摩擦堆焊方法，其特征是：所述的喷管的喷气端距离棒材下端的冗余卷边的距离≤2mm。3.根据权利要求1或2中任一种对流保护气作用下的摩擦堆焊方法，其特征是：所述的喷射器是两个盒式喷射器，每个盒式喷射器底粘接着永磁体，两个盒式喷射器的两个安装喷管的一侧相对。4.根据权利要求3所述的对流保护气作用下的摩擦堆焊方法，其特征是所述的喷管喷出的氩气流量是这样实现的：每一侧的盒式喷射器安装着若干喷管；喷管的内直径是0.8mm±0.1mm，喷管的长度是15±2cm，喷气端的氩气气流速度≥45m/s。5.根据权利要求1、2或4所述的对流保护气作用下的摩擦堆焊方法，其特征是：两个箱式喷射器的两侧是用条形的侧板固定在一起的，两个相对的喷气端之间的距离是冗余卷边的直径加4—8mm,并在其中一个盒式喷射器的两侧各固定着一根铜丝，在铜丝的另一端固定着大永磁体，大永磁体面积是永磁体的六倍，或磁场强度是永磁体的六倍,两个大永磁体吸在对流摩擦堆焊机的立柱，在棒材左右移动时，由铜丝拖动盒式喷射器与棒材同步移...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭达伟，郭志达，
申请(专利权)人：郭达伟，
类型：发明
国别省市：山西,14