原理　　耐磨材料等离子弧堆焊技术是采用等离子弧堆焊方法，利用等离子弧的高温，电流密度大的特点。将高硬度质颗粒均匀地钎镶于堆焊层金属中,而硬质颗粒不产生熔化或很少产生熔化.形成复合堆焊层.这种复合堆焊层是由两种以上在宏观上具有不同性质的异种材料组成.一种是在堆焊层中起主要耐磨作用的碳化物硬质颗粒,一般为铸造碳化钨,碳化铬,碳化硼,烧结碳化钨等.从原则上讲各种碳化物,硼化物甚至硬度更高的金刚石都可以作为复合堆焊层的组成物.目前国内外工业上复合材料等离子弧堆焊应用焊接较多的硬质颗粒是铸造碳化钨,它是由共晶组成,硬度为250～300.堆焊层的另一种组成金属是起"牯结"作用的基材金属,也称之为胎体金属,它是堆焊层中的基体.一般认为,硬质颗粒与胎体金属的结合是钎焊结合,堆焊层与母材的结合为冶金结合. 　　特点 　　采用等离子弧堆焊技术获得的复合堆焊层质量稳定可靠.复合材料等离子弧堆焊技术的最新进展可使堆焊层达到无气孔,裂纹及碳化物烧损,熔解等缺陷.碳化物颗粒在堆焊层中分布均匀. 　　耐磨材料堆焊层耐磨性高,在磨损严重的工况条件下,复合堆焊层的耐磨性表现尤为突出,可较通常的铁,钴,镍基舍金表面保护层提高耐磨使用寿命几倍甚至十几倍. 　　具有较高的结合强度.由于堆焊层与被保护工件表面是冶金结合,因此可以满足很高的强度要求.同热喷涂获得的复合耐磨保护层比较,堆焊层结合强度是热喷涂层结合强度的3—8倍. 　　复合堆焊层能满足一定的抗冲击要求.例如,水泥生产设备的石灰石破碎机锤头,由于在磨损过程中所受的冲击力较大,一般采用高锰钢材料,使用寿命较低,在表面堆焊高碳高铬合金后,易造成堆焊层破碎剥离,若采用复合耐磨堆焊层可避免这种情况发生,并且耐磨性明显提高. 　　可实现高教自动化生产,降低工人劳动强度,改善作业条件.提高劳动生产率.


粉末等离子弧堆焊技术是现代工业生产中能适应各种高合金高性能材料堆焊要求的一种焊接方法，而且稀释率可控制在5％～15％之间。但如果使用常规的粉末等离子孤堆焊技术，希望得到小于5％稀释率时，所能获得的熔敷速度均在6kg／h以下。随着现代工业的发展，特别是对大面积高性能耐磨堆焊的需求，国内外开展了先进的高效，低稀释率粉末等离子弧堆焊技术研究。70年代美国曾研究了“高能等离子孤堆焊技术”，其功率达80kW，后捷克又发展了一种液稳等离子孤堆焊设备，熔敷速度达56kg／h。但稀释率仍在20％以上， 90年代德国成功地研制了熔敷速度高达70kg／h稀释率能控制在10％以下的粉末等离子孤堆焊技术；国内90年代中也开始研究该技术，并已取得熔敷速度达15kg／h，稀释率能控制在l％以下的可喜成果。

2. 技术内容和技术关键

传统的粉末等离子孤堆焊技术没能很好地解决熔敷速度和稀释率之间的矛盾，主要由于：第一，对焊接过程熔化粉末和母材的能量来源只注意来自电弧的热能，对其他形式的能量，如粉末飞行的动能注意不够。其次，以往原理　　耐磨材料等离子弧堆焊技术是采用等离子弧堆焊方法，利用等离子弧的高温，电流密度大的特点。将高硬度质颗粒均匀地钎镶于堆焊层金属中,而硬质颗粒不产生熔化或很少产生熔化.形成复合堆焊层.这种复合堆焊层是由两种以上在宏观上具有不同性质的异种材料组成.一种是在堆焊层中起主要耐磨作用的碳化物硬质颗粒,一般为铸造碳化钨,碳化铬,碳化硼,烧结碳化钨等.从原则上讲各种碳化物,硼化物甚至硬度更高的金刚石都可以作为复合堆焊层的组成物.目前国内外工业上复合材料等离子弧堆焊应用焊接较多的硬质颗粒是铸造碳化钨,它是由共晶组成,硬度为250～300.堆焊层的另一种组成金属是起"牯结"作用的基材金属,也称之为胎体金属,它是堆焊层中的基体.一般认为,硬质颗粒与胎体金属的结合是钎焊结合,堆焊层与母材的结合为冶金结合. 　　特点 　　采用等离子弧堆焊技术获得的复合堆焊层质量稳定可靠.复合材料等离子弧堆焊技术的最新进展可使堆焊层达到无气孔,裂纹及碳化物烧损,熔解等缺陷.碳化物颗粒在堆焊层中分布均匀. 　　耐磨材料堆焊层耐磨性高,在磨损严重的工况条件下,复合堆焊层的耐磨性表现尤为突出,可较通常的铁,钴,镍基舍金表面保护层提高耐磨使用寿命几倍甚至十几倍. 　　具有较高的结合强度.由于堆焊层与被保护工件表面是冶金结合,因此可以满足很高的强度要求.同热喷涂获得的复合耐磨保护层比较,堆焊层结合强度是热喷涂层结合强度的3—8倍. 　　复合堆焊层能满足一定的抗冲击要求.例如,水泥生产设备的石灰石破碎机锤头,由于在磨损过程中所受的冲击力较大,一般采用高锰钢材料,使用寿命较低,在表面堆焊高碳高铬合金后,易造成堆焊层破碎剥离,若采用复合耐磨堆焊层可避免这种情况发生,并且耐磨性明显提高. 　　可实现高教自动化生产,降低工人劳动强度,改善作业条件.提高劳动生产率.


粉末等离子弧堆焊技术是现代工业生产中能适应各种高合金高性能材料堆焊要求的一种焊接方法，而且稀释率可控制在5％～15％之间。但如果使用常规的粉末等离子孤堆焊技术，希望得到小于5％稀释率时，所能获得的熔敷速度均在6kg／h以下。随着现代工业的发展，特别是对大面积高性能耐磨堆焊的需求，国内外开展了先进的高效，低稀释率粉末等离子弧堆焊技术研究。70年代美国曾研究了“高能等离子孤堆焊技术”，其功率达80kW，后捷克又发展了一种液稳等离子孤堆焊设备，熔敷速度达56kg／h。但稀释率仍在20％以上， 90年代德国成功地研制了熔敷速度高达70kg／h稀释率能控制在10％以下的粉末等离子孤堆焊技术；国内90年代中也开始研究该技术，并已取得熔敷速度达15kg／h，稀释率能控制在l％以下的可喜成果。

2. 技术内容和技术关键

传统的粉末等离子孤堆焊技术没能很好地解决熔敷速度和稀释率之间的矛盾，主要由于：第一，对焊接过程熔化粉末和母材的能量来源只注意来自电弧的热能，对其他形式的能量，如粉末飞行的动能注意不够。其次，以往偏重研究能量的来源而忽视对能量消耗的研究。国内最近通过对等离子弧的压缩特性、焰流特性及粉末在等离子孤束中的运动和加热规律的研究了解了喷嘴直径、粉末会交点到工件的距离等因素对粉末飞行速度和粉末吸收热量的影响规律（见图1，图2），在此基础上得出了高效低稀释率粉末等离子弧堆焊技术与常规粉末等离子孤堆焊技术的不同点，即它的关键技术参数是：焊枪喷嘴的压缩孔径D和粉末会交点到工件的距离L。

传统的粉末等离子弧堆焊技术为了获得小的稀释率，往往采用喷嘴内径较大，甚至接近自由电弧的直径(4.0～8.0mm)，压缩比较小(0.8～0.14)的弱压缩等离子弧。但如果考虑粉末飞行速度对结合效果的影响，则当粉末具有较高的速度和动能时，母材只须一微层处于熔化状态（即“发汗”状态），以高速飞行的粉末打到母材上，会产生良好的结合，此时母材的稀释率极低。从图1可见，为了获得高的粉末飞行速度，希望采用小的喷嘴直径和大的粉末会交点到工件的距离。

另外，从图2可看出，为了减小熔化单位重量粉末所消耗的热量，以达到在相同电流条件下，可加大送粉量，从而提高熔敷速度的目的可以有二条途径：采用小的吸嘴压如孔径，低的粉末会交点；或大的压缩孔径，高的粉末会交点。但后—种途径由于喷嘴孔径过大，等离子弧的温度，热量将减小，等离子弧发散，能量不集中，无法满足熔化大量粉末的需要。因此当电流即热输入固定的前提下，取小压缩孔径和适中的粉末会交点为宜。

当然压缩孔径也不能过小，不然极易引起双弧，目前推荐D在2.0～4.0mm之间为宜。粉末会交点到工件距离也不能过大，否则不利电弧的稳定燃烧，更严重时会产生未熔合或焊道中部分粉末未熔化等现象。推荐L取10～20mm为宜。

其次，在焊枪的设计上还需注意阴极和喷嘴有良好的同心度，枪体无漏水现象，易损件使用寿命长，能长时间稳定工作等问题。同时还需配备有足够大送粉量的送粉系统。再配以合理的堆焊规范参数，可实现优质、高效、低稀释率的目的。