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等离子堆焊我国堆焊与表面工程的发展历程

编辑:箴拓自动化设备(上海)有限公司时间:2018-01-10

等离子堆焊我国堆焊与表面工程的发展历程

我国的堆焊技术与表面工程伴随着焊接学会、焊接协会的成长蓬勃发展,当前在有些方面已接近或达到国际先进水平。焊接学会和焊接协会在推动包括堆焊与表面工程在内的焊接学科各分支的发展以及工业应用方面发挥了极其重要的作用。

    由单一技术向多种技术及其复合发展

    表面强化、表面改性、表面防护以及表面修复已有悠久的历史,但技术手段和技术内涵却在不断发展。焊接学会成立的时候,主要技术手段是手工电弧堆焊、埋弧自动堆焊和水蒸气保护振动电弧堆焊。70年代以后等离子堆焊、低真空熔结、CO2保护堆焊、氧-乙炔喷熔以及等离子喷涂、电弧喷涂、氧-乙炔喷涂等相继发展,焊接学会对这些新技术及时组织了交流与宣传,并把焊接学会下属的专业委员会定名为“堆焊与热喷涂”即IC。进入80年代,化学气相沉积和物理气相沉积技术获得广泛应用,尤其是以激光束、电子束和离子束为代表的高能束技术趋于成熟,它以能量密度高、可控性好、加工精密等独特优点而被引用到表面熔覆、表面改性中。与此同时电刷镀、化学镀等镀覆技术以及超音速火焰喷涂技术也相继发展解决了设备制造与维修中的许多难题。

    在新工艺手段不断涌现的同时,一些传统的工艺也在不断吸收新的科技成果丰富其内涵。新材料的开发为堆焊技术的发展注入了活力。70年代开发了基本性能达到钴基合金水平的无钴铁基堆焊合金,该材料成功用于国内50~300MW发电机组高温高压阀门密封面的制造及修复中,提高了产品质量,延长了阀门使用寿命,经济效益显著。80年代进一步开发了全面性能达到或超过Co基StelliteNo.6合金的无钴镍基堆焊材料,优于国内外已有的代钴材料,价格仅为钴基合金的一半,具有国际领先水平。该项目获得国家发明三等奖,并获中、美、英三国发明专利。八十年代末研究的无缝药芯焊带埋弧自动堆焊技术,不但可获得高合金堆焊材料,且熔敷效率高(>20kg/h),稀释率低(<30%),十多年来,已稳定用于要求抗高应力,强冲击磨损的水泥辊压机、混凝土泵等产品的堆焊,取得显著经济效益。

    在传统的电弧喷涂枪中,采用拉瓦尔喷射技术对喷枪喷嘴进行优化设计,使雾化气流速度由传统电弧喷涂的375m/s左右,提高到550~700m/s。电弧喷涂时,Al粒子的速度由250m/s提高到342m/s,3Cr13粒子的速度由250m/s提高到388m/s。沉积率由60%提高到75%。Al涂层的拉伸结合强度提高114%,达到35MPa,3Cr13涂层的拉伸结合强度提高43%,达到43MPa,而高速电弧喷涂涂层的孔隙率只是传统电弧喷涂的三分之一。高速电弧喷涂的发展使传统的电弧喷涂在高结合强度、低孔隙率方面上了一个台阶,大大扩展了电弧喷涂技术的应用领域。

    另一方面,两种或多种表面工程技术的复合运用,通过最佳协同效应,获得了“1+1>2”的效果,而被称为第二代表面工程技术。例如热喷涂与激光(或电子束)重融的复合,热喷涂与电刷镀的复合,化学热处理与电镀的复合,表面熔覆强化与喷丸强化的复合,表面熔覆强化与新型润滑技术的复合,多层薄膜技术的复合,热渗扩技术与离子注入的复合等等。这些技术复合已成为表面性能的“倍增器”。

    由单一学科向多学科的交叉、综合以及理论升华发展

    

    当今的科学技术发展十分需要学科之间的交叉与综合,这中间既有技术方面的借鉴也有研究问题的方法、思维方式的借鉴,而且后者更为重要。哲学家歌德和科学家爱因斯坦都深刻地指出,用什么方法研究问题比研究什么问题更重要。一种研究方法、研究思路的创新会迅速带来一系列研究成果面世。向别人的研究成果学习,向别人的研究方法学习,就可以迸发出自己创新的火花。焊接学会、焊接协会的各项活动,为研究成果与研究方法的交流提供了舞台。

    焊接学会中的各专业委员会集中了相关学科方面有造诣的专家,但是生产问题往往是复杂的,需要多方面的知识,需要解决系统问题的能力。每位焊接工作者不可能面面俱到在每个学科方面上都做出重大贡献,只能有所为有所不为,一方面要发挥自己的特长在某一方面上深入探索,另一方面就要向其他的专家学习,采用拿来主义的方针结合自己的工程对象进行技术整合与技术创新。

    结构焊接与表面堆焊有许多共性技术,高能三束焊接与表面熔覆、表面改性也有共同的技术基础,焊接剖口先进行刷镀镍处理可以解决高强钢焊接中的裂纹问题,通过表面技术预处理可以改善针焊接头的性能,焊接机器人研究的进展推动了表面工程自动化的进程,焊接材料的研究成果为表面堆焊、热喷涂以及三束熔覆积累了宝贵经验。这些例子说明,焊接学会既为焊接工作者展现自己的社会价值提供了重要场所,又在促进学科、技术之间的交叉、渗透方面作出了贡献。

    表面技术增多之后,呼唤着理论上的创新。要求对表面、界面、基体之间的相互关系有深刻的认识,要求对表面失效原理、表面技术、涂覆层性能、表面技术设计、涂覆层材料、预处理与后加工、表面检测、表面质量控制、使用寿命评估。