氣門自動(dòng)堆焊機(jī)

氣門的錐面等離子堆焊技術(shù)                  Plasma transferred arc (PTA)  一、什么是等離子體 物質(zhì)的存在有四種狀態(tài),即氣態(tài)、固態(tài)、液態(tài)和等離子態(tài).在等離子噴焊過(guò)程中,合金粉末,工件等是固態(tài).冷卻水、熔化中的金屬是液態(tài).氬氣是氣態(tài). 噴焊過(guò)程中,鎢棒是負(fù)極,噴嘴接正極.在兩電極之間是氣體（氬氣）.原本氬氣是不導(dǎo)電的,但在電場(chǎng)的作用下,氣的分子和原子受到從電極發(fā)射出的大量高速運(yùn)動(dòng)的粒子（如電子）的碰撞和加熱,使電子脫離原子,成分帶"一"電的自由電子,失去電子的原子成為帶"+"的正離子,氣體產(chǎn)生電離.被充分電離的氣體中充滿著帶正電的正離子和帶負(fù)電的電子——負(fù)離子.這兩種帶電離子共同存在于一個(gè)統(tǒng)一體中,其正電量總數(shù)和負(fù)電量總數(shù)相等,我們把這種已充分電離,正負(fù)離子數(shù)目相等的氣體稱為等離子體. 二、自由電弧與離子弧 氣門0.png    沒(méi)有受到外界約束的電弧為自由電弧,或敞開電弧.手工電弧焊和氬弧焊的電弧就是自由電弧.這種電弧弧柱區(qū)的中心部位也是處于等離子態(tài).但是電弧柱較粗,氣體電離較低,電弧區(qū)內(nèi)的氣體沒(méi)有充分電離,它的溫度低,能量分散.其溫度在6000~10000℃左右,自由電弧見圖一. 等離子噴槍內(nèi)的電弧存在于陰極與水冷噴嘴之間或陰極與工件之間,受到孔徑較小的噴嘴孔的強(qiáng)行壓縮.壓縮后的電弧柱直徑較細(xì),電流密度提高,氣體電離充分.我們把這種被壓縮的電弧叫做等離子孤見圖二. 等離子孤除變小噴嘴孔的強(qiáng)行壓縮作用外還受到其它三種 氣門1.png 效應(yīng)的作用,即熱收縮效應(yīng),機(jī)械壓縮效應(yīng)和自磁壓縮效應(yīng). 1．熱收縮效應(yīng)：紫銅噴咀具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性,由于冷卻水的作用,靠近壁面的氣流形成冷氣流層（冷氣壁）.電流幾乎不能通過(guò)這溫度低、電離度很低的冷氣壁,迫使電弧電流往電離高的中心部位流過(guò),形成壓縮效應(yīng),這種壓縮效應(yīng)稱為熱收縮效應(yīng). 2．機(jī)械壓縮效應(yīng)：噴咀孔內(nèi)環(huán)形冷氣壁直徑越小對(duì)電弧的壓縮作用越強(qiáng).而冷氣壁直徑取決于噴咀孔直徑.因此噴咀孔徑及幾何尺寸除通過(guò)熱收縮效應(yīng)壓縮電弧外,也起著機(jī)械壓縮的作用. 3．自磁壓縮效應(yīng)：弧柱相當(dāng)于一束電流方向相同的平行導(dǎo)體.每根通電導(dǎo)體都在它周圍產(chǎn)生磁場(chǎng).在磁場(chǎng)互相作用下,根據(jù)左手定則每根導(dǎo)體受到的電磁力都是指向這一束導(dǎo)體的中心見圖三.這種自身磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁力作用的結(jié)果.使孤柱受到一個(gè)指向弧柱軸心的壓縮力,從而電弧受到壓縮.熱壓縮和機(jī)械壓縮效應(yīng)使弧柱變細(xì),而弧柱變細(xì)后自磁壓縮效應(yīng)更強(qiáng). 以上三個(gè)效應(yīng)對(duì)電弧作用的結(jié)果產(chǎn)生等離子弧.三個(gè)效應(yīng)的作用又是互相依存,共同作用的.熱收縮效應(yīng)和機(jī)械壓縮效應(yīng)是外因作用.自磁壓縮效應(yīng)是電弧本身具有的現(xiàn)象,屬內(nèi)在因素. 三、等離子弧的特點(diǎn) 等離子弧和自由弧相比,顯著的不同點(diǎn)是弧柱細(xì),電流密度大,氣體電離很充分,因此它具有如下特點(diǎn)： 1．溫度高,能量集中：等離子弧具有很高的導(dǎo)電性,電流密度大,高于自由電弧.熱功率密度也高于自由電弧.通電導(dǎo)體的熱功率密度為：式中 —電流密度（A/cm2）, —是導(dǎo)電率（）,從式中可看出,熱功率密度與電流密度的平方成正比,所以等離子弧溫度高,能量集中.其溫度可達(dá)10000~50000 .要想選擇高的溫度用其它工藝方法是很難達(dá)到的.如氧—乙炔火焰溫度區(qū)為3200 左右,手工電弧焊電弧溫度為5000~6000 左右,氬弧焊也只有9000~10000 .（以-273.15℃為起點(diǎn)計(jì)算的溫度稱為溫度,單位K,通常在攝氏溫度加上273.15就是溫度,0℃等于273.15 ,100℃等于373.15 ） 2．穩(wěn)定性好：等離子弧弧柱挺直,沒(méi)有象自由電弧出現(xiàn)自由漂動(dòng)的現(xiàn)象.在整個(gè)弧長(zhǎng)中弧柱直徑變化不大,在弧柱較長(zhǎng)時(shí)仍能保持正常燃燒. 3．可控性好：電弧的剛度和其它參數(shù)可以通過(guò)氣體的選擇和流量的調(diào)整及改變壓縮效應(yīng)等外因條件來(lái)控制. 四、等離子弧的形式 氣門2.png 1．當(dāng)噴嘴接正極,鎢棒接負(fù)極時(shí),建立在噴嘴與鎢棒之間的電弧叫做非轉(zhuǎn)移弧. 2．當(dāng)工件接正極,鎢棒接負(fù)極建立在工件與鎢極之間的電弧叫轉(zhuǎn)移弧. 3．非轉(zhuǎn)移弧和轉(zhuǎn)移弧并存時(shí)叫做聯(lián)合型等離子弧.分別由單獨(dú)的電源供電.兩臺(tái)電源負(fù)極相聯(lián),都以獨(dú)立回路,電流可以調(diào),互不干擾. 當(dāng)采用聯(lián)合型弧工作時(shí)非轉(zhuǎn)移弧一般是做為輔助熱源. 五、等離子弧的工作氣體 產(chǎn)生等離子弧的工作氣體（也稱離子氣）,常用的有氮（N2）、氫（H2）、氬（Ar）、氦（He）等.具體要選用哪種氣體做為工作氣體,須從工藝要求、經(jīng)濟(jì)效益、運(yùn)輸方便、使用安全等因素考慮.實(shí)踐證明使用氬氣（Ar）有以下優(yōu)點(diǎn)： 1．氬氣吸收熱量后溫度升高快,電離容易,引弧性能好. 2．氬氣的導(dǎo)熱系數(shù)低,分解度低,弧壓低,能保持電弧的柔軟性. 3．惰性氣體氬在空氣中所占的比例較多,制取方便,成本低. 4．氬氣具有良好的保護(hù)性,不與液態(tài)金屬起化學(xué)作用,而且不溶于金屬中,在噴焊過(guò)程中金屬燒損少,也不容易產(chǎn)生氣孔. 5．使用安全. 六、等離子噴焊的基本過(guò)程 等離子弧粉末噴焊是應(yīng)用氬氣等離子弧做為高溫?zé)嵩?采用合金粉未做為填充金屬,對(duì)氣門錐面進(jìn)行強(qiáng)化的工藝手段,合金粉未有斯太立粉等. 氣門3.png 圖五  等離子噴焊過(guò)程示意圖 1.2 直流弧焊機(jī)；3 高頻振蕩器；4 噴焊槍；5 送粉器；6 工件；7 浮子流量計(jì)；8 調(diào)節(jié)閥；9 電磁閥；10 氬氣 噴焊過(guò)程簡(jiǎn)述如下：采用兩立的弧焊機(jī)做電源,分別供給非轉(zhuǎn)移弧和轉(zhuǎn)移弧,兩個(gè)電源的負(fù)極并聯(lián)在一起,接到噴焊槍的鎢電極.電源正極分別接到噴焊槍噴咀和工件.電源接通后,借助于高頻火花引燃非轉(zhuǎn)移弧.借助非轉(zhuǎn)移弧弧焰在鎢極和工件之間造成的導(dǎo)電通道,過(guò)渡引燃轉(zhuǎn)移弧.轉(zhuǎn)移弧引燃后可保留或切斷非轉(zhuǎn)移弧,利用轉(zhuǎn)移弧在工作表面產(chǎn)生熔池.合金焊粉通過(guò)送粉器實(shí)現(xiàn)連續(xù)供給,借助送粉氣流送入焊槍,并吹入電弧.粉末在弧柱中被預(yù)先加熱,呈熔化或半熔化狀態(tài),噴射到工件熔池里,在熔池里充分熔化,并排出氣體和浮出溶渣.熔化合金粉末和在工件上形成熔池的熱量可以通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)移弧和非轉(zhuǎn)移弧電流,送粉量和其它工藝規(guī)范參數(shù)來(lái)控制,隨著焊槍和工件的相對(duì)移動(dòng),合金熔池逐漸凝固,在氣門錐面上獲得了所需要的強(qiáng)化層. 七、工藝故障分析及防止措施 工藝故障的頻繁出現(xiàn)會(huì)嚴(yán)重影響焊層質(zhì)量,因此認(rèn)識(shí)產(chǎn)生工藝故障的原因和掌握預(yù)防工藝故障的措施是很重要的. 1．雙弧 雙弧是破壞轉(zhuǎn)移弧穩(wěn)定性的重要故障.在正常情況下,轉(zhuǎn)移弧穩(wěn)定地燃燒在鎢極與工件之間,弧柱有清晰的輪廓線.當(dāng)由于某種原因除了直接燃燒在鎢極與工件之間的轉(zhuǎn)移弧（主弧）外,還在鎢極與噴嘴之間,噴嘴與工件之間形成電弧.這種與主弧并列的電弧,我們把它叫做雙弧. 雙弧的形成會(huì)有影響工作的等離子弧的穩(wěn)定性.在外觀上,弧柱的輪廓線變得模糊,電弧發(fā)散.主弧電流大大減少,弧柱電流密度大幅度降低,因而熱能減少,熱量分散,造成工件和合金粉末熔化不好.以至噴嘴的雙弧使噴嘴冷卻效果惡化,易造成結(jié)珠故障,嚴(yán)重時(shí)燒蝕噴嘴. 采取以下幾點(diǎn)措施來(lái)防止雙弧的產(chǎn)生： （1）擴(kuò)大噴嘴孔徑,減少壓縮比,改變噴嘴孔出口的形狀.噴嘴孔不宜細(xì)而長(zhǎng),出口逐漸擴(kuò)散,且孔壁面與端面相交呈圓角過(guò)度,以防止夾角放電. （2）加強(qiáng)噴嘴孔壁和端面的冷卻效果.增加冷氣膜的厚度. （3）適當(dāng)提高離子氣的流量.增加冷氣膜的厚度. （4）提高鎢極與噴嘴的同心度,防偏斜時(shí)冷氣膜局部薄面被擊穿. （5）適當(dāng)限制轉(zhuǎn)移弧電流規(guī)范,電流密度大,冷氣膜變薄,易被擊穿. 2．結(jié)珠 合金粉末熔化后,粘附在噴嘴壓縮孔壁面上,結(jié)成較大的熔柱,沿著孔道壁面往下流淌的現(xiàn)象,叫做"結(jié)珠"或"滴珠".嚴(yán)重影響氣門錐面堆焊質(zhì)量. 避免結(jié)珠的措施是： （1）制造的噴嘴送粉孔能保證粉流的對(duì)稱性和粉末匯集點(diǎn)的位置. （2）噴嘴送粉孔能保證粉末輸送的連續(xù)、均勻、流暢. （3）保證電弧的穩(wěn)定性,避免雙弧產(chǎn)生. （4）合金粉末應(yīng)在使用前烘干,進(jìn)行篩選,粒度分組,盡量保證顆粒均勻. （5）合理地使用非轉(zhuǎn)移弧和選擇轉(zhuǎn)移弧的電流規(guī)范. （6）調(diào)整好鎢極與噴嘴孔的同心度. 3．轉(zhuǎn)移弧不穩(wěn)定 轉(zhuǎn)移弧不穩(wěn)定出現(xiàn)的原因主要有以下幾點(diǎn)：a. 雙弧；b. 鎢極燒損；c. 鎢極與噴嘴不同心.其表現(xiàn)為電弧發(fā)散,偏斜和跳動(dòng). 為了保持轉(zhuǎn)移弧的穩(wěn)定性,除采取一些避免雙弧的措施外,還要注意焊槍使用一段時(shí)間后注意檢查修磨電極,清理噴嘴和調(diào)整鎢極與噴嘴的同心度. 八、氣門錐面堆焊層質(zhì)量缺陷及原因分析 1．氣孔 熔池液態(tài)金屬中的氣體,在熔池冷凝過(guò)程中來(lái)不及逸出,殘留在焊層中便形成氣孔,氣孔是焊層中的較常見的一種缺陷,但氣門錐面不允許有氣孔存在.產(chǎn)生氣孔的原因主要有以下幾個(gè)方面： （1）在噴焊中如果反復(fù)調(diào)整工藝參數(shù)仍不能減少氣孔,則可認(rèn)為是合金粉末工藝性能不好所致.合金焊粉工藝性能不好的原因是合金成分控制不當(dāng)或熔煉制造中除氧,造渣排氣不嚴(yán).這種粉末在使用時(shí)熔池就會(huì)出現(xiàn)大量氣體.粉末的熔渣太多,熔點(diǎn)偏高,當(dāng)液態(tài)金屬還沒(méi)有凝固時(shí),表面已經(jīng)結(jié)渣,氣體無(wú)法逸出焊層就會(huì)出現(xiàn)氣孔. （2）受潮的合金粉末未經(jīng)烘干處理使用,水份進(jìn)入熔池. （3）工件噴焊面沒(méi)經(jīng)認(rèn)真擦洗,殘留有水、油或較多的氧化渣皮等雜物. （4）氬氣不純或在噴焊過(guò)程中氬氣對(duì)熔池保護(hù)不良,使空氣中O2、N2、H2侵入熔池造成氣孔. （5）工藝規(guī)范造成,如轉(zhuǎn)移弧電流太大,基體熔化過(guò)多,焊層中混入較多的有害元素.若轉(zhuǎn)移弧電流過(guò)小,則使焊粉沒(méi)有充分熔化,焊層疏松狀態(tài),孔洞多. （6）出現(xiàn)嚴(yán)重的雙弧,結(jié)珠等工藝故障時(shí),熔化粉末的和過(guò)渡到工件上的熱量大幅度減少,溶池中的氣體不能充分排除. （7）噴焊槍冷卻水道密封不嚴(yán),焊槍滲漏水. （8）轉(zhuǎn)移弧起始時(shí),無(wú)沖擊值或沖擊值小,焊層起始部位溫度低,熔化粉末的熱量不足. 2．夾渣 熔池液態(tài)金屬中的熔渣未能充分浮出而殘留在焊層里便形成夾渣. （1）產(chǎn)生夾渣的原因有以下幾種情況： a. 焊層塔接時(shí),前焊道表面或邊緣粘附的熔渣因電弧功率不足而不能充分浮出,殘留在焊層里形成夾渣. b. 合金焊粉的含渣量多,熔點(diǎn)高,粘度大. （2）避免夾渣的措施主要有： a. 提高合金焊粉的質(zhì)量,減少所含氧化物和夾雜物,增加粉末的脫渣能力. b. 在噴焊中要選擇適當(dāng)電流,提高電弧的穿透能力,使熔渣得以充分逸出. c. 多層噴焊要清除前一層焊道表面的熔渣. 3．裂紋 （1）氣門錐面焊層裂紋主要為橫向裂紋,產(chǎn)生的原因有 a. 噴焊合金中含有較高碳量、硅量和硼量（C、Si、B）,它們與其它合金元素形成合金化合物.這些化合物硬度高,韌性差,產(chǎn)生裂紋的傾向大.對(duì)于剛性大的工件,在液態(tài)合金凝固時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力以及變形增加,超過(guò)合金的強(qiáng)度極限面產(chǎn)生裂紋. b. 由于工藝規(guī)范參數(shù)選擇不當(dāng),使焊層和基材熔化不好,成型差,或噴焊層有氣孔夾渣等缺陷,產(chǎn)生應(yīng)力集中,出現(xiàn)裂紋. c. 焊層搭接部位電流衰減太快,液態(tài)金屬冷卻急劇收縮,產(chǎn)生弧坑裂紋. d. 噴焊后焊層冷卻速度太快,室溫太低.焊層與基體熱膨脹系數(shù)相差太大. （2）根據(jù)以上產(chǎn)生裂紋的原因應(yīng)采取的防止措施是： a. 選擇熱膨脹系數(shù)與母材相近的合金焊粉. b. 工件噴焊面上避免有裂紋等缺陷. c. 選擇合適的噴焊工藝程序和工藝參數(shù). d. 如需要應(yīng)對(duì)工件采取焊前預(yù)熱,焊后緩冷的措施. 4．未焊透 由于轉(zhuǎn)移弧電流過(guò)小,噴焊速度太快,送粉量過(guò)多,收弧未提前停粉等原因都可使合金焊粉在熔池里熔化不充分,焊層形成疏松組織.嚴(yán)重時(shí)焊層與基體熔合不良,出現(xiàn)焊層剝落現(xiàn)象. 5．縮孔 收弧時(shí)電流衰減太快,熔池溫度急劇下降,在快速冷凝過(guò)程中得不到液態(tài)金屬的補(bǔ)充,就會(huì)產(chǎn)生縮孔.在焊道寬,合金熔點(diǎn)高,液態(tài)流動(dòng)性較差的情況下更容易出現(xiàn)縮孔. 避免產(chǎn)生縮孔的措施主要是適當(dāng)調(diào)整轉(zhuǎn)移弧電流衰減斜率,減慢收弧部位熔池的冷凝速度. 6．弧坑 焊層在熄弧處出現(xiàn)下陷的現(xiàn)象稱弧坑.產(chǎn)生弧坑的原因是熄弧時(shí)斷流電流太大,在弧坑處極易產(chǎn)生弧坑裂紋. 避免產(chǎn)生弧坑的措施是適當(dāng)調(diào)整電弧衰減斜率以減少斷弧時(shí)的電流. 7．粘豆 在焊層兩傾或某一側(cè)粘結(jié)著較多的合金熔粒.這種現(xiàn)象稱為粘豆.此現(xiàn)象不但影響焊層的美觀,也會(huì)給機(jī)加工帶來(lái)困難,還會(huì)造成合金的浪費(fèi).因此應(yīng)盡量避免粘豆的產(chǎn)生. 產(chǎn)生粘豆的主要原因是 （1）合金粉末空心顆粒多或潮濕,造成熔池液態(tài)金屬飛濺嚴(yán)重. （2）出現(xiàn)雙弧,結(jié)珠,電弧偏斜等工藝故障,使電弧不穩(wěn). （3）送粉偏向一側(cè),弧電流小,熔化不充分. 8．焊層成型不符合要求 焊層成型不好指焊層高低不平,寬窄不一,缺陷. 出現(xiàn)的原因是： （1）工件旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定. （2）轉(zhuǎn)移弧電流不穩(wěn)定. （3）結(jié)珠后熔滴進(jìn)入熔池. （4）噴槍位置不當(dāng). 7. 8. 防止的措施都是*設(shè)備,工藝規(guī)范參數(shù)適宜,熟悉操作技術(shù),能根據(jù)噴焊情況隨時(shí)調(diào)整噴槍位置和工藝規(guī)范. 九、開機(jī)前后工作及注意事： 1．開機(jī)前檢查 （1）檢查各工藝動(dòng)作程序是否*,要求精確可調(diào),其可調(diào)精度電壓為1-2V,電流為1-2A,并且要求動(dòng)作具有可靠性、重復(fù)性、穩(wěn)定性. （2）檢查噴焊槍使用性能完好,特別是不能漏水. （3）檢查工件夾持轉(zhuǎn)臺(tái)應(yīng)有良好冷卻效果,轉(zhuǎn)速應(yīng)無(wú)級(jí)調(diào)速. （4）檢查送粉器是否送粉連續(xù)、均勻（送粉誤差+1%）靈敏度高,適應(yīng)強(qiáng),調(diào)節(jié)性好. （5）檢查氬氣瓶表壓. （6）檢查是否有良好的通風(fēng)防擴(kuò)裝置. 2．開機(jī) 根據(jù)工藝參數(shù)（電流、弧壓、氬氣流量、工件轉(zhuǎn)速、噴粉量等）調(diào)整妥當(dāng)后,準(zhǔn)備開機(jī). （1）先開冷卻水和氬氣. （2）進(jìn)后打開電源. 3．注意事項(xiàng)： （1）必須先開冷卻水,若冷卻水不開就開電源要燒壞焊槍.目前新設(shè)備都有聯(lián)鎖保護(hù)裝置即冷卻水不開電源不通. （2）氣門必須洗干凈,洗去油污,并且晾干.若有水跡,造成氣孔. （3）氣門錐面上不應(yīng)該有氧化皮臟東西,否則造成氣孔. （4）工藝三參數(shù),在更換產(chǎn)品時(shí)必須調(diào)整好. a. 電流大小（若調(diào)整不好,夾生過(guò)熔都會(huì)產(chǎn)生） b. 轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速（若調(diào)整不好,若不恒速則焊層高低不平） c. 送粉量多少（取決于焊層厚薄）