陶瓷粉末增强金属基焊层的制备方法及其送粉装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种陶瓷粉末增强金属基焊层的制备方法，包括以下步骤：对金属基体、合金粉末及陶瓷粉末进行预处理；根据金属基体材料设定等离子堆焊工艺参数，并确定送粉装置的送粉温度；将金属基体放置工作台，开启等离子堆焊机和送粉装置，送粉装置自动行走，温度感应装置检测金属熔池温度分布并将温度场传输给送粉装置的控制装置，控制装置计算设定的送粉温度在熔池的位置从而确定送粉装置的位置，通过调整外送粉管的夹角，使陶瓷粉末落入熔池中指定的温度区域；控制送粉装置的外送粉管进行钟摆运动。本发明专利技术提出的陶瓷粉末增强金属基焊层的制备方法，方便确定外送粉粉末落点，同时解决了粉末烧损严重和粉末利用率不高的问题。

Preparation method of ceramic powder reinforced metal base welding layer and powder feeding device thereof

The invention discloses a preparation method of ceramic powder reinforced metal base welding layer, which comprises the following steps: pretreatment of metal base, alloy powder and ceramic powder; setting plasma surfacing process parameters according to metal base material and determining powder feeding temperature of powder feeding device; placing metal base on workbench and opening it. The plasma surfacing machine and powder feeding device, powder feeding device move automatically, temperature induction device detects the temperature distribution of metal molten pool and transmits the temperature field to the control device of powder feeding device. The control device calculates the position of the set powder feeding temperature in the molten pool so as to determine the position of powder feeding device. By adjusting the angle of the powder feeding pipe, the control device can make the powder feeding device work well. Ceramic powder falls into the specified temperature zone in the molten pool, and the powder feeding tube of the powder feeding device is controlled to pendulum motion. The preparation method of the ceramic powder reinforced metal base welding layer provided by the invention is convenient to determine the dropping point of the sending powder powder, and solves the problems of serious powder burning loss and low powder utilization ratio.

【技术实现步骤摘要】
陶瓷粉末增强金属基焊层的制备方法及其送粉装置
本专利技术涉及等离子堆焊制备硬化表面
，尤其涉及一种陶瓷粉末增强金属基焊层的制备方法及其送粉装置。
技术介绍
现代工业迅猛发展，要求机械部件能够在恶劣的工作环境下正常运转，设备在长期服役的过程中由于受到磨损、腐蚀、应力、冷热交替等作用，使得设备的使用寿命大大减少。这就需要工作在高温、高应力下的设备具有优异的耐磨性、抗氧化性及耐腐蚀性。为了提高材料性能，材料表面改性技术成为一个热门关注点，其中，堆焊技术简单有效，成本低，近年来在工件表面改性
发展迅猛。等离子堆焊技术出现早期主要应用于机械部件表面修复领域，80年代以后，其应用范围逐渐扩大，在制造业中开始得到应用；90年代以后，随着先进制造业的发展，等离子堆焊技术的研究逐渐成为极为活跃的研究热点。等离子堆焊是采用高频发生器做引导，点燃钨极与喷嘴之间的非转移弧，之后在钨极与工件之间，转移弧被引燃，弧柱通过压缩作用变得细小，合金粉末吸热熔化形成熔池，合金粉末与工件表面形成良好的冶金结合，并排出气体浮出熔渣，实现材料表面改性的技术。与其它表面改性技术相比，等离子堆焊技术稀释率更低，工件变形更小，且堆焊层成型美观，便于实现自动化，因此在机械零部件等的表面强化和修复中得到广泛应用。但是等离子热源能量密度高，等离子焰的焰心产生的高温容易使合金粉末发生严重的烧损，极大地减少粉末的利用率，影响堆焊层的性能。上个世纪80年代，美国海军研究实验室（UnitedStatesNavalResearchLaboratory，简称NRL）RobertJ.Schaefer为了解决激光熔敷过程中，激光温度过高导致粉末烧损严重的问题，专利技术了一种激光熔注技术，将粉末注射至激光尾部避免直接注入激光柱柱心，有效的减少了粉末的烧损。该技术在随后的发展过程中逐渐成熟。然而等离子堆焊在采用类似的尾部注射增强粉末方法时存在较多的困难。存在的主要困难有：一、等离子堆焊过程中喷嘴与工件的距离短，远小于激光器和工件的距离，外送粉的可使用空间小；二、外送粉粉末注射落点没有合适的确定方法，落入温度过高的区域粉末烧损严重，落入温度过低的区域粉末无法熔入焊层，落点的确认很大程度上决定了粉末的利用效率及堆焊效果；三、影响等离子堆焊的因素较多，对于不同陶瓷的粉末，不同的工艺条件下，保证粉末有效的利用率是一个难题。专利CN104096958B，“一种陶瓷增强金属基复合焊层的等离子堆焊制备方法”中提及的等离子熔注粉末的注射落点的理论计算方法，是根据熔池的几何尺寸以及观察基体在焊后的组织粗略判断熔池的温度场分布状态，由此确定粉末的落点的位置，进而计算出送粉管的夹角及位置，从而实现粉末注射至熔池尾部的目的。但是，该方法存在不足和应用局限性。首先，外送粉管位置的计算结果只适用于本次实验的工艺参数，如果工艺参数发生改变例如焊接电流变化，熔池的温度分布也会随之发生变化，熔池的几何尺寸也会变化，原先工艺下计算的数据将不再适用于变化后的工艺。因此一旦工艺参数发生变化，就需要重新计算，重新设置外送粉管置，从装置的实用性角度讲，该方法效率低，操作过程繁琐，适用性较差。其次，专利中的计算方法是依据熔池的几何尺寸，最终得到送粉管的夹角大小。其专利中基体在焊后的图片所显示的圆形尺寸熔池是等离子焰静止状态下对基体加热后形成的熔池，运动状态下熔池的形状应近似于椭圆形，所以在此基础上计算出的送粉管夹角大小并不适用于运动状态下的等离子双轴送粉。为了解决外送粉粉末落点的计算，粉末烧损严重，粉末利用率不高的问题以及增强外送粉装置的适用性，提高等离子堆焊双轴送粉的工作效率，本专利技术在等离子堆焊机可用的有限空间内提供了一种新的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种陶瓷粉末增强金属基焊层的制备方法及其送粉装置，旨在方便确定外送粉粉末落点，同时解决粉末烧损严重、粉末利用率不高以及增强外送粉装置适用性问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种陶瓷粉末增强金属基焊层的制备方法，包括以下步骤：对金属基体、合金粉末及陶瓷粉末进行预处理；根据金属基体材料设定等离子堆焊工艺参数，并根据陶瓷粉末性质确定送粉装置的送粉温度；将预先处理好得到金属基体放置工作台，开启等离子堆焊机和送粉装置，并控制送粉装置自动行走，送粉装置的温度感应装置检测金属熔池温度分布并将温度场传输给送粉装置的控制装置，控制装置将当前温度场数据与预先设定的送粉温度进行匹配并计算该设定的送粉温度在熔池的位置从而确定送粉装置的位置，通过调整外送粉管的位置，使陶瓷粉末落入熔池中指定的温度区域；控制送粉装置的外送粉管进行钟摆运动。优选地，所述对金属基体、合金粉末及陶瓷粉末进行预处理的步骤具体包括：将金属基体待焊表面进行除锈、除尘、清洗和烘干；将合金粉末和陶瓷粉末放置于100～150℃下烘干，待冷却至室温后将合金粉末装进同步送粉容器中，陶瓷粉末装入外送粉容器中。优选地，所述控制送粉装置的外送粉管进行钟摆运动时，根据温度场确定出外送粉管夹角后，以当前角度为中心，向前或向后以预设夹角转动。优选地，所述外送粉管的前后摆幅为2°~5°，摆动速度为10°/S~20°/S。优选地，送粉温度设定原则是：陶瓷粉末落入该温度下的熔池中不会发生分解。本专利技术进一步提出一种基于上述陶瓷粉末增强金属基焊层的制备方法的送粉装置，包括送粉气瓶、送粉容器、外送粉管固定装置、控制装置、温度传感装置以及外送粉管，其中，所述送粉气瓶、送粉容器和外送粉管通过管路依次连接，外送粉管固定装置包括电机固定梁以及固定于电机固定梁上的电机，外送粉管与电机的输出轴连接，电机转动带动外送粉管转动，温度传感装置固定于外送粉管外侧壁，控制装置与温度传感装置以及电机连接。优选地，所述外送粉管固定于第一齿轮上，电机的输出轴上固定有与第一齿轮啮合的第二齿轮。优选地，所述温度传感装置为非接触式温度感应装置。本专利技术提出的陶瓷粉末增强金属基焊层的制备方法，具有以下有益效果。1、很方便即可确定外送粉粉末落点，外送粉装置适用性强。无论怎么改变焊接工艺参数，或使用不同的陶瓷粉末，通过送粉装置保证粉末在熔池的落入点温度合适，不至于温度过高而导致粉末烧损过多，或者温度过低粉末无法熔入焊层，确保良好的堆焊效果，提高粉末的使用效率，减少粉末的浪费，降低了堆焊成本。2、提升了粉末的利用效率，避免粉末因高温导致严重烧损烧损，或因温度过低而无法熔入焊层。3、使焊层内的粉末分布更加均匀，增加粉末的厚度和层数。4、对于密度较大的粉末颗粒，可通过增加外送粉管的摆动频率，向熔池中多次覆盖送粉，能有效缓解粉末沉底问题。5、外送粉管的摆动能够实现向熔池中增量送粉，大大的提高粉末利用率，增加焊层单位深度内粉末的厚度和层数，同时改善粉末的分布情况，使粉末在整体焊层内分布更加均匀。附图说明图1为本专利技术陶瓷粉末增强金属基焊层的制备方法的送粉装置的结构示意图；图2为本专利技术陶瓷粉末增强金属基焊层的制备方法的送粉装置在使用时局部结构示意图。图中，1-钨极，2-外送粉管，3-非接触式温度感应装置，4-电机，5-基体，6-焊层，7-送粉容器，8-控制装置，9-送粉气瓶，10-合金粉末入口，11-内冷却水入口，12-外冷却水入口，13-电机固定梁，14-等离子气入口，15-紧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷粉末增强金属基焊层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对金属基体、合金粉末及陶瓷粉末进行预处理；根据金属基体材料设定等离子堆焊工艺参数，并根据陶瓷粉末性质确定送粉装置的送粉温度；将预先处理好得到金属基体放置工作台，开启等离子堆焊机和送粉装置，并控制送粉装置自动行走，送粉装置的温度感应装置检测金属熔池温度分布并将温度场传输给送粉装置的控制装置，控制装置将当前温度场数据与预先设定的送粉温度进行匹配并计算该设定的送粉温度在熔池的位置从而确定送粉装置的位置，通过调整外送粉管的位置，使陶瓷粉末落入熔池中指定的温度区域；控制送粉装置的外送粉管进行钟摆运动。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷粉末增强金属基焊层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对金属基体、合金粉末及陶瓷粉末进行预处理；根据金属基体材料设定等离子堆焊工艺参数，并根据陶瓷粉末性质确定送粉装置的送粉温度；将预先处理好得到金属基体放置工作台，开启等离子堆焊机和送粉装置，并控制送粉装置自动行走，送粉装置的温度感应装置检测金属熔池温度分布并将温度场传输给送粉装置的控制装置，控制装置将当前温度场数据与预先设定的送粉温度进行匹配并计算该设定的送粉温度在熔池的位置从而确定送粉装置的位置，通过调整外送粉管的位置，使陶瓷粉末落入熔池中指定的温度区域；控制送粉装置的外送粉管进行钟摆运动。2.如权利要求1所述的陶瓷粉末增强金属基焊层的制备方法，其特征在于，所述对金属基体、合金粉末及陶瓷粉末进行预处理的步骤具体包括：将金属基体待焊表面进行除锈、除尘、清洗和烘干；将合金粉末和陶瓷粉末放置于100～150℃下烘干，待冷却至室温后将合金粉末装进同步送粉容器中，陶瓷粉末装入外送粉容器中。3.如权利要求1所述的陶瓷粉末增强金属基焊层的制备方法，其特征在于，所述控制送粉装置的外送粉管进行钟摆运动时，根据温度场确定出外送粉管夹角后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华君，江欣谕，程旭东，曾鲜，饶润胤，刘维，刘松，高野，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42