摘 要

等离子熔敷立体成型是采用逐层金属堆焊的方法制造零件的工艺, 具有高效率、高质量、低成本的特点。该技术广泛的应用于电力、煤炭、冶金、机械等诸多领域中，拥有广阔的应用前景，为国内外学者的广为研究。

本课题以低碳合金为焊接材料，利用微束等离子焊接技术实现金属立体成型，研究焊接工艺参数对低碳合金焊材微束等离子多层堆焊成型质量及组织的影响，优化焊接工艺参数。

研究发现,在焊接电流、离子弧喷嘴与试板距离、保护气流速等焊接工艺参数不变的条件下，选用小的送粉速度，较大的工作台行进速度和较大的离子气流速能获得较好的焊缝成形。适当降低送粉速度和工作台行进速度能加大熔宽，适量增大离子气流速能加大熔深。焊缝的结晶形态从焊缝近熔合线处到焊缝近表面是从平面晶到等轴晶再到树枝晶的过渡。焊缝近熔合线处硬度要高于焊缝近表面硬度。通过优化工艺参数，进行低碳合金等离子熔覆立体成型，能获得硬度适中，成型性好的零件，并在工业运用上发挥重大价值。

关键词：等离子弧熔敷；Fe25粉末；组织性能；工艺参数

Abstract

Plasma deposition three-dimensional molding is the process which adopt the method of multilayer metal surfacing to produce parts.It has the characteristics of high efficiency, high quality, low cost.In many fields, such as electric power, coal, metallurgy, machinery, plasma deposition three-dimensional molding has a broad application prospect and has become a hot research topic at home and abroad.

This topic uses low carbon alloy as welding materials and use micro plasma welding technology to realize the solid metal forming.The research content is to study the influences of the welding process parameters on welding forming quality and the organization by using the low carbon alloy material and micro plasma welding technology and optimize welding process parameters.

The study found that,when the welding process parameters such as welding current, the distance between arc ion nozzle and plate,shielding gas flow velocity are constant, the smaller powder feeding speed, the larger the workbench moving speed and the larger gas flowing velocity can get good weld forming. Decreasing the feeding speed and workbench moving speed can increase the welding width.Increasing gas flowing velocity can increase penetration. From the weld fusion line to the weld surface,the weld crystal morphology are planar , cubic crystal and dendrites. The hardness near the fusion line is larger than the weld surface.Through the optimization of process parameters, using low carbon alloy plasma cladding three-dimensional molding, we can produce parts with moderate hardness and good formability to make a significant value in industrial application.

Key Words：micro plasma arc cladding;Fe25 powder;Organizational performance;

process parameters

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 微束等离子堆焊 1

1.2 快速成型 1

1.3本课题的研究内容及目的意义 2

第2章 实验材料及研究方法 3

2.1 实验材料 3

2.2 实验设备 3

2.2.1 等离子焊机 3

2.2.2 电子探针显微分析仪和能谱仪 4

2.3 实验方法 5

2.3.1 金相观察 5

2.3.2硬度测试 6

2.3.3电子探针分析 6

第3章 不同工艺参数下的焊缝成形 7

3.1焊缝外观形貌 7

3.2金相组织分析 9

3.3焊缝硬度分析 13

第4章 微束等离子多层焊焊缝成形 15

4.1焊缝外观形貌 15

4.2金相组织分析 16

4.3焊缝硬度分析 17

4.4电子探针分析 18

第5章 结论 22

参考文献 23

致 谢 25

第1章 绪论

1.1 微束等离子堆焊

微束等离子堆焊属于等离子弧堆焊，都是将等离子弧作为热源，区别在于微束等离子弧的热输入更小一些。由于等离子弧高能、热量集中的特点，与一般电弧相比较，等离子弧有着较高的稳定性和发热量，导致其温度较高，因此该技术在焊接过程中体现出较大的熔透力，同时还有着较大的焊接速度。在工业实际生产中，一般采用氩气作为保护气体，根据不同工件材料的焊接性能的要求，有时也采用氦气、氩氦或者是氩氢等混合气体作为保护气体。按电源的供电方式分类，等离子弧可以分为非转移型、转移型、联合型（又称混合型）三种形式。粉末堆焊过程中，通常较多采用混合型。

20 世纪60 年代，等离子堆焊开始广为人知，并应用到工业上去。在堆焊过程中采用正接的方式，即钨极接电源负极，母材接电源正极。在钨极和母材之间产生等离子弧，而等离子弧热量较高，会产生大量的热，将添加的粉末熔化掉，熔化后的粉末冷却后会沉积在工件的表面，使工件表面得到强化。堆焊过程中，粉末的利用率高，在制造业中应用广泛。