本實(shí)用新型涉及一種噴焊設(shè)備，尤其是一種等離子噴焊槍。

背景技術(shù)：

和常規(guī)金屬材料相比，采用陶瓷顆粒增強(qiáng)的金屬-陶瓷復(fù)合材料具有更好的硬度以及耐磨性。碳化鎢(WC)由于具備較高的硬度(HV1700)、熔點(diǎn)(2870℃)以及良好的浸潤(rùn)性，常常被添加到鎳基、鐵基以及鈷基合金基體中，制成金屬-陶瓷復(fù)合強(qiáng)化層，大量應(yīng)用于水電、火電、鋼鐵、礦山、冶金及石油開(kāi)采裝備上，以提高工作面抵御高溫沖擊、磨粒磨損的能力。常用的制備方法有燒結(jié)以及堆焊，和燒結(jié)工藝相比，堆焊工藝對(duì)WC顆粒尺寸以及基體尺寸限制較少，易于操作，在耐磨場(chǎng)合中得到了更廣泛的應(yīng)用。常用的堆焊工藝有手工氬弧堆焊、火焰堆焊、埋弧堆焊、等離子噴焊等，其中等離子噴焊工藝由于使用粉末狀填充材料，稀釋率低，更適合制備高WC含量的金屬-WC復(fù)合材料強(qiáng)化層。

傳統(tǒng)的等離子噴焊槍只具有一個(gè)送粉通道，從送粉器輸送出來(lái)的粉末(可以是合金粉末、陶瓷粉末或兩者的混合物)在送粉氣吹動(dòng)下，通過(guò)槍體內(nèi)的送粉通道流動(dòng)至噴嘴，在噴嘴壓縮孔道內(nèi)直接進(jìn)入電弧(稱(chēng)為內(nèi)送粉)，或是流出噴嘴后，在噴嘴外部飛行一段距離后再進(jìn)入弧柱(稱(chēng)為外送粉)。采用傳統(tǒng)的單路送粉等離子噴焊槍制備鎳基合金-碳化鎢復(fù)合材料耐磨強(qiáng)化層時(shí)，WC顆粒先和作為粘接相的鎳基合金粉末按一定比例混合，同時(shí)輸送至等離子體電弧弧柱中，由于弧柱溫度很高(高達(dá)8000-10000℃)，WC顆粒溫度急劇升高，表面氧化、分解、脫碳現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致WC顆粒燒損，硬度顯著下降，起不到耐磨作用，小顆粒的WC顆粒甚至完全熔化在熔池中，對(duì)強(qiáng)化層韌性產(chǎn)生不利影響。為控制WC顆粒溫度，有必要采用單獨(dú)輸送WC顆粒的送粉方式，以消除電弧高溫對(duì)WC顆粒性能的損傷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種避免陶瓷顆粒燒損的等離子噴焊槍。

本實(shí)用新型提供的等離子噴焊槍?zhuān)帢O和噴嘴，所述噴嘴與陰極相互配合形成等離子氣體通道，等離子氣體通道在末端形成等離子噴射口，等離子噴射口正對(duì)的區(qū)域?yàn)榈入x子體轉(zhuǎn)移弧弧柱區(qū)域；還包括合金粉末送粉通道和陶瓷顆粒送粉通道，所述合金粉末送粉通道的合金粉末噴口與等離子體轉(zhuǎn)移弧弧柱區(qū)域或者等離子噴射口連通；所述陶瓷顆粒送粉通道的陶瓷顆粒噴口位于等離子噴射口旁，所述陶瓷顆粒噴口的噴射方向與等離子噴射口的噴射方向平行。

優(yōu)選的是，所述噴嘴環(huán)繞在陰極周?chē)?，所述合金粉末送粉通道和陶瓷顆粒送粉通道環(huán)繞噴嘴設(shè)置。

優(yōu)選的是，所述合金粉末送粉通道設(shè)置有兩條，所述陶瓷顆粒送粉通道的陶瓷顆粒噴口和兩條合金粉末送粉通道的合金粉末噴口按照?qǐng)A形分布，陶瓷顆粒噴口與兩條合金粉末送粉通道的噴口的位置夾角為90度，兩條合金粉末送粉通道的噴口的位置夾角為180度。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型采用分別輸送作為基體的合金粉末以及作為外加硬質(zhì)相的陶瓷顆粒的多路送粉等離子噴焊槍?zhuān)瑫r(shí)使陶瓷顆粒和弧柱在保持一定距離的狀態(tài)下落入熔化的合金粉末形成的熔池中，熔池凝固后即可形成以熔化的合金粉末作為基體，中間彌散分布有陶瓷顆粒的合金-陶瓷復(fù)合材料強(qiáng)化層，可以有效避免電弧高溫對(duì)陶瓷顆粒造成的氧化、脫碳等有害影響。和傳統(tǒng)的合金粉末與陶瓷粉末混合后直接送入轉(zhuǎn)移弧弧柱送粉方式相比，本實(shí)用新型提出的多路獨(dú)立送粉方式可以最大限度保持陶瓷顆粒的原始性能，大幅度的提升了表層復(fù)合材料的整體性能，在噴焊過(guò)程可靈活調(diào)整熔池中的陶瓷含量，可以不間斷制備陶瓷含量梯度變化的復(fù)合材料強(qiáng)化層，本實(shí)用新型對(duì)基體材料適用范圍寬，可根據(jù)基材所要求的性能靈活調(diào)節(jié)增強(qiáng)相陶瓷粉末含量及種類(lèi)，同時(shí)具有生產(chǎn)成本低、容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的俯視圖；

圖2是圖1的A-B線剖視圖；

圖3是圖1的A-C線剖視圖；

圖中零部件、部位及編號(hào)：陶瓷顆粒送粉通道1、離子氣體2、保護(hù)氣體3、陶瓷顆粒4、熔池5、金屬-陶瓷復(fù)合材料強(qiáng)化層6、基體7、轉(zhuǎn)移弧8、保護(hù)氣簾9、非轉(zhuǎn)移弧10、噴嘴11、合金粉末12、合金粉末送粉通道13、主電源14、引弧電源15、合金粉末噴口16、陶瓷顆粒噴口17。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1、圖2和圖3均只是表示了等離子噴焊槍的噴嘴處的區(qū)域，這是因?yàn)楸緦?shí)用新型的主要改進(jìn)在于此區(qū)域。

如圖2所示，本實(shí)用新型，首先采用機(jī)加工、噴砂、噴丸、打磨等方式去除基體7表面的氧化皮、鐵銹、油漆等污垢；將合金粉末12及陶瓷顆粒4烘干，待其冷卻至室溫后裝入獨(dú)立的合金粉末送粉器以及獨(dú)立的陶瓷顆粒送粉器。然后利用等離子噴焊將合金粉末12和陶瓷顆粒4熔覆在基體7表面，如此形成金屬-陶瓷復(fù)合材料強(qiáng)化層6；在進(jìn)行等離子噴焊時(shí)，將合金粉末12直接輸送到等離子體轉(zhuǎn)移弧電弧中，合金粉末12在電弧中快速熔化成液態(tài)并下落至基體7表面形成熔池5；陶瓷顆粒4通過(guò)陶瓷顆粒送粉通道1輸送至噴嘴11外部，不進(jìn)入等離子體轉(zhuǎn)移弧8弧柱，在弧柱外部下落至熔池5中。

前述的合金粉末12為鎳基合金粉末、鐵基合金粉末或鈷基合金粉末等。其中以鎳基合金粉末比較具有代表性。前述的陶瓷顆粒4為碳化物陶瓷如WC、SiC、TiC、ZrC、B₄C、TaC、Cr₃C₂等、氮化物陶瓷如Si₃N₄、TiN、BN、AlN、ZrN等、碳氮化物陶瓷如TiCN等、硼化物陶瓷如TiB₂、ZrB₂、WB、ZrB等或其他氧化物陶瓷如Al₂O₃、SiO₂、Cr₂O₃、ZrO₂、TiO₂等。其中以碳化鎢WC比較具有代表性，因此，后續(xù)的介紹主要以鎳基合金和碳化鎢作為例子進(jìn)行介紹。

本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下所述：

使用帶有多個(gè)獨(dú)立送粉通道的粉末等離子噴焊槍實(shí)施噴焊，該噴焊槍槍體內(nèi)部有3個(gè)送粉通道，包括2個(gè)合金粉末送粉通道13以及1個(gè)陶瓷顆粒送粉通道1，同時(shí)在噴焊槍噴嘴11周?chē)h(huán)繞設(shè)置2個(gè)合金粉末噴口16及1個(gè)陶瓷顆粒噴口17，2個(gè)合金粉末噴口16相互之間的位置夾角為180°，合金粉末出粉孔16和陶瓷顆粒噴口17之間的夾角為90°，2個(gè)合金送粉通道13和陶瓷顆粒送粉通道1相互之間隔離，在噴焊槍內(nèi)部以及噴嘴11處，合金粉末12和陶瓷顆粒4相互之間不混合。工作時(shí)，首先將基體7固定，使等離子噴焊槍移動(dòng)到基體7上方，開(kāi)啟離子氣體2(N₂或Ar氣)、引弧電源15和主電源14，借助高頻火花引燃非轉(zhuǎn)移弧10，再借助非轉(zhuǎn)移弧10弧焰在鎢電極和工件之間造成的導(dǎo)電通道引燃轉(zhuǎn)移弧8，在轉(zhuǎn)移弧8弧柱高溫作用下(8000～10000°)基體7表面快速形成與束流直徑尺寸相近的熔池5，同時(shí)將配制好的合金粉末12和陶瓷顆粒4分別獨(dú)立輸送到2個(gè)合金粉末送粉通道13及陶瓷顆粒送粉通道1中，合金粉末12從2個(gè)合金粉末噴口16處噴出后，在保護(hù)氣體3(N₂或Ar氣)形成保護(hù)氣簾9內(nèi)飛行一段距離后交匯在等離子體轉(zhuǎn)移弧8弧柱內(nèi)，在弧柱高溫作用下迅速熔化后變成細(xì)小的液滴落入熔池5內(nèi)，陶瓷顆粒4從陶瓷顆粒噴口17中噴出后，處于等離子體轉(zhuǎn)移弧8弧柱外面，在保護(hù)氣簾9內(nèi)垂直下落，后進(jìn)入合金熔池5尾部，由于陶瓷顆粒4的比重大于合金粉末12，陶瓷顆粒在熔池5中下沉，呈彌散狀分布在熔池5中，凝固后形成合金-陶瓷復(fù)合材料強(qiáng)化層6。通過(guò)控制等離子轉(zhuǎn)移弧電流、焊槍擺動(dòng)寬度、焊槍移動(dòng)速度、合金粉末以及陶瓷顆粒的送粉量，即可得到寬度、厚度、陶瓷顆粒重量百分比符合要求的金屬-陶瓷復(fù)合材料強(qiáng)化層。

如圖1、2和3所示，本實(shí)用新型的等離子噴焊槍?zhuān)帢O和噴嘴11，所述噴嘴11與陰極相互配合形成等離子氣體通道，等離子氣體通道在末端形成等離子噴射口，等離子噴射口正對(duì)的區(qū)域?yàn)榈入x子體轉(zhuǎn)移弧弧柱區(qū)域，保護(hù)氣簾9包裹住等離子體轉(zhuǎn)移弧弧柱區(qū)域，保護(hù)氣簾9通過(guò)保護(hù)氣通道輸送保護(hù)氣體而成；還包括合金粉末送粉通道13和陶瓷顆粒送粉通道1，所述合金粉末送粉通道13的合金粉末噴口16與等離子體轉(zhuǎn)移弧弧柱區(qū)域或者等離子噴射口連通，此處的連通表明將合金粉末輸送到相應(yīng)的位置，例如將合金粉末噴射到等離子體轉(zhuǎn)移弧弧柱區(qū)域也是所述的連通；所述陶瓷顆粒送粉通道1的陶瓷顆粒噴口17位于等離子噴射口旁，所述陶瓷顆粒噴口17的噴射方向與等離子噴射口的噴射方向平行，在工作時(shí)，陶瓷顆粒噴口17位于等離子噴射口之后的，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是，陶瓷顆粒17的噴射方向與等離子體轉(zhuǎn)移弧弧柱區(qū)域不相交，也就是陶瓷顆粒17不會(huì)直接受到高溫的影響，因此不容易被燒損，這使得陶瓷顆粒17能夠完全的發(fā)揮功效，最終形成的復(fù)合層性能更好。陶瓷顆粒噴口17與等離子噴射口之間的距離可以調(diào)節(jié)，以滿足不同的工藝需求，具體是通過(guò)更換不同規(guī)格的噴嘴11來(lái)實(shí)現(xiàn)。

具體的，如圖1所示，所述噴嘴11環(huán)繞在陰極周?chē)?，所述合金粉末送粉通?3設(shè)置有兩條，所述陶瓷顆粒送粉通道1的陶瓷顆粒噴口17和兩條合金粉末送粉通道的合金粉末噴口16按照?qǐng)A形分布，陶瓷顆粒噴口17與兩條合金粉末送粉通道的噴口的位置夾角為90度，如圖2的箭頭所示方向是等離子噴焊槍的工作方向；兩條合金粉末送粉通道的噴口的位置夾角為180度。在實(shí)際工作時(shí)，合金粉末從兩個(gè)合金粉末送粉通道13的噴口噴出后，在保護(hù)氣簾內(nèi)飛行一段距離后交匯在等離子轉(zhuǎn)移弧弧柱內(nèi)，兩個(gè)合金粉末送粉通道13的噴口對(duì)噴，可以使兩個(gè)方向的合金粉末的速度抵消，從而避免合金粉末泄漏。通過(guò)合金粉末送粉通道13和陶瓷顆粒送粉通道1的輸送比例，可以調(diào)節(jié)陶瓷顆粒3在金屬-陶瓷復(fù)合材料強(qiáng)化層5中的含量，從而獲得硬質(zhì)相含量梯度變化涂層。

實(shí)施例1：

對(duì)于成品鼓風(fēng)機(jī)葉片等離子噴焊鎳基合金-WC復(fù)合材料耐磨層，步驟如下：

1)鎳基合金成分為：C0.4-0.5％，B0.8～1.4％，Si0.17-0.37％，Cr5.0-6.0％，F(xiàn)e10.0～15.0，余量Ni；WC成分為C4-6％，余量W；

2)將鎳基合金粉末以及WC置于烘箱中，在120℃下烘干30min，取出后在空氣中冷卻至室溫后加入相應(yīng)的粉末送粉器以及WC送粉器；

3)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)葉片表面噴砂，去除表面的氧化層；

4)采用自動(dòng)風(fēng)機(jī)葉片等離子噴焊設(shè)備，在葉片表面制備鎳基合金-WC復(fù)合材料耐磨噴焊層。等離子噴焊工藝參數(shù)為：工作電流100～120A，工作電壓18～20V，離子氣流量200l/min，鎳基合金送粉氣150l/min，WC送粉氣150l/min，保護(hù)氣流量200l/min，鎳基合金送粉量25g/min，WC送粉量10g/min，行走速度100mm/min，擺動(dòng)寬度20mm，堆焊層厚度3～5mm。離子氣、送粉氣、保護(hù)氣均為99.99％的工業(yè)氬氣；

5)測(cè)定焊層鎳基合金基體硬度：HV350-400，WC顆粒硬度：HV1800-2200，通過(guò)能譜分析(EDS)，測(cè)得鎳基合金基體內(nèi)部鎢的原子分?jǐn)?shù)含量為15-20at％。

實(shí)施例2：

對(duì)于成品礦山用耐磨襯板等離子噴焊鎳基合金-WC復(fù)合材料耐磨層，步驟如下：

1)使用的鎳基合金成分為：Cr10-12％，B1.5-2％，Si3-3.5％，F(xiàn)e2.5-3％，余量Ni；WC成分為C4-6％，余量W；

2)將鎳基合金粉末以及WC置于烘箱中，在120℃下烘干30min，取出后在空氣中冷卻至室溫后加入相應(yīng)的粉末送粉器以及WC送粉器；

3)將襯板表面打磨至露出金屬光澤；

4)采用自動(dòng)平板等離子噴焊設(shè)備，在襯板表面制備鎳基合金-WC復(fù)合材料耐磨噴焊層。等離子噴焊工藝參數(shù)為：工作電流180-185A，工作電壓28-30V，離子氣流量300l/min，鎳基合金送粉氣200l/min，保護(hù)氣流量300l/min，WC送粉氣200l/min，鎳基合金送粉量30g/min，WC送粉量40g/min，焊槍移動(dòng)線速度60mm/min，堆焊層厚度3.5～4mm。離子氣、送粉氣、保護(hù)氣均為99.99％的工業(yè)氬氣；

5)測(cè)定焊層鎳基合金基體硬度：HV400-450，WC顆粒硬度：HV1800-2200，通過(guò)能譜分析(EDS)，測(cè)得鎳基合金基體內(nèi)部鎢的原子分?jǐn)?shù)含量為17-20at％。

實(shí)施例3：

對(duì)于成品地鐵盾構(gòu)切削刀具等離子噴焊鎳基合金-WC復(fù)合材料耐磨層，步驟如下：

1)鎳基合金成分為：C0.8-1％，Cr18-20％，B3-4％，Si4-5％，F(xiàn)e5-8％，余量Ni；WC成分為C4-6％，余量W；

:2)將鎳基合金粉末以及WC置于烘箱中，在120℃下烘干30min，取出后在空氣中冷卻至室溫后加入相應(yīng)的金屬粉末送粉器以及WC送粉器；

3)對(duì)刀具表面噴砂，去除表面的鐵銹；

4)采用自動(dòng)刀具等離子噴焊設(shè)備，在刀具表面制備鎳基合金-WC復(fù)合材料耐磨噴焊層。等離子噴焊工藝參數(shù)為：工作電流110-115A，工作電壓24-26V，離子氣流量200l/min，保護(hù)氣流量200l/min，鎳基合金送粉氣150l/min，WC送粉氣120l/min，鎳基合金送粉量20g/min，WC送粉量20g/min，工件回轉(zhuǎn)線速度80mm/min，堆焊層厚度1.5～2mm。離子氣、送粉氣、保護(hù)氣均為99.99％的工業(yè)氬氣；

5)測(cè)定焊層鎳基合金基體硬度：HV520-600，WC顆粒硬度：HV1800-2200。