耐磨堆焊发展现状及工艺的探讨

随着现代工业的不断进步，由磨料磨损带来的机械设备零部件失效日益严重，据统计，世界工业化发达的国家的能源约30%是以不同形式消耗在磨损上的，这大大降低了生产效率，严重还会危及人身安全。耐磨堆磨料磨损是一个严重的问题，它限制了许多工业部件的寿命，例如钢铁、水泥或化学工业部件的磨料磨损。堆焊焊条是工件表面焊敷一层特殊合金，其目的不是为了连接零件，而是使原零件具有某些性能，以降低成本、提高综合性能和使用寿命。堆焊是一种对特殊合金沉积物积聚在表面的应用技术，工作温度高于300℃后，一般堆焊焊条焊后工件的耐磨性随工作温度的升高而快速降低。堆焊作为一种减缓材料磨料磨损的重要手段而被广泛应用。通过表面堆焊技术，在机械零部件表面制备耐磨堆焊合金材料，能够延长其使用寿命，已经广泛应用于矿山、冶金、水泥、电力等核心工业领域。

1 磨料磨损

当前，国内外对耐磨堆焊工艺的研究主要集中在堆焊合金层的性能、堆焊过程中的温度场及焊接变形等。堆焊层与母材的结合是冶金结合，结合强度高，抗冲击性能良好。堆焊时，应合理选择堆焊层的合金成分和工艺，必须尽量减少母材的熔入量，减少熔合比，降低稀释率。磨损是一个涉及材料、机械、物理、化学等多领域的研究问题，其现象复杂多样。通常指两个表面粗糙的物体接触并通过相对运动而产生磨损。在工程应用中，磨损常指材料表面因机械作用或其他作用而使表面层脱落或破碎。

磨料磨损机理通常被分为：微观切削磨损机理、多重塑性变形磨损机理、疲劳磨损机理和微观断裂磨损机理。在实际生产应用中，判断具体取决于哪一种磨损机理，取决于磨料、被磨材料、工况系统三者之间的关系

。

面向高压配电室检测和操作任务的实际需求，本文提出了一种新型轨道式高压室巡检机器人移动机构。分析和仿真结果表明，采用被动适应导向机构可实现机器人沿着直弯组合轨道行走，差速机构不仅简化了传动系统的设计，而且避免了移动车体在转弯的过程中驱动轮发生打滑的现象；机械臂在作业区域范围内具有良好的可操作性。与现有的高压室巡检机器人机构相比，本文提出的机构具有结构紧凑、运动速度快且平稳、定位准确且快速等特点，可以完成更多的检测和操作任务，因而具有实用价值。

由于磨损损伤过程复杂，所以有关磨损的研究进展困难

。磨料磨损的破坏形式多种多样，可分为宏观上和微观上的点蚀、擦伤和剥落。伯韦尔(J.T.Burwell)

将磨料磨损分为粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损、表面疲劳、其他磨损五类，而国际摩擦学界按磨损的机理将伯韦尔的表面疲劳和其他磨损统称为疲劳磨损分为了四大类

。从实际使用情况出发，Avery

将磨料磨损分为凿削式磨料磨损、高应力碾碎式磨料磨损、低应力擦伤式磨料磨损或冲蚀三类。

1.2 研究方法 患者取仰卧位，颈后垫高，充分显露颈部，颈前皮肤涂抹耦合剂，常规进行高频彩超检查多切面重叠扫查。根据《头颈部肿瘤颈部淋巴结分区指南》[6]对颈部淋巴结分区。所有患者均采用甲状腺切除术以及相应部位颈部淋巴结清除术进行治疗，并取病灶组织进行检查，确诊是否为甲状腺癌颈部淋巴结转移。

2 堆焊方法

2.1 传统堆焊方法

堆焊最早的应用出现在1896年，利用堆焊的方法可以将耐磨、耐高温、耐腐蚀等性能的合金材料熔覆到母材表面，从而延长材料的使用寿命

。堆焊的种类较多，其分类方式也有较多种。堆焊按使用目的可以分为耐蚀堆焊、耐磨堆焊、增厚堆焊和隔离层堆焊，在通常情况下将堆焊分为手工电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、埋弧焊和电渣焊，见表1。

气体保护焊包括熔化极气体保护焊和钨极氩弧焊等，其中二者的区别是熔化极气保护焊是利用焊丝作为电极，钨极氩弧焊是利用钨极作为电极，在焊接过程中钨极不熔化，在生产实际中，通常使用活性气体CO

或者是惰性气体Ar作为保护气。

手工电弧焊是气体放电在焊条与电弧之间形成电弧来进行焊接，通过在焊条药皮中添加不同的合金元素，使其在高温熔化下分解生成保护熔池和熔滴过渡的熔渣和气体

。

最常见的镍基合金有Ni-Cr-B-Si合金

和Ni-Cr-Mo-W合金两种

。Ni-Cr-B-Si合金在高温下具有较高的抗磨损性能。有关于镍基堆焊合金的最新报道显示，通常在镍基堆焊合金中加入强化型元素形成硬质相来提高材料表面的硬度、强度、耐磨性。

2.2 等离子堆焊技术

1.4.2 血清采集和肺湿重/干重比值(wet-to-dry weight ratios, W/D)测定 大鼠行血气分析后，剪开腹主动脉放血处死，采集腹腔内积血，分离血清冻存待检。放血后迅速打开胸腔，结扎右侧主支气管，取出右肺上叶，用吸水纸吸干其表面液体后，于电子天平秤上称其质量，记录为湿重。将称量好的右肺上叶置于60℃鼓风干燥箱内72 h以上，至其质量不再发生变化后，再次称重，记录为干重。计算前后两次的比，即W/D。

等离子粉末堆焊技术与传统的堆焊技术相比，具有能量密度更加集中、熔敷率高、稀释率低、易于实现自动化等优点

。因此，等离子粉末堆焊技术得到国内外研究学者的特别重视，在工程机械、汽车、船舶、化工等领域已被广泛应用

。

拔出力的计算：为了得到拔出力同拔出长度的曲线，实验中提取树根顶部竖向的应力值S22，将其在顶部平面上积分便得到了树根顶部的荷载。因为树根顶部的荷载同拔出力是一对相互作用力，便得到了拔出力。具体计算过程

焊接过程中，首先开启冷却循环水和送气装置，打开送粉调节，当看到合金粉体顺利通过气管时，打开非弧开关和电流调节，当非弧电流击穿钨极与喷嘴之间的离子气，在喷嘴与钨极之间燃烧，将手动装置旋转至自动，电击转盘旋转，使得母材与钨极之间燃烧，合金粉体通过气体调节喷射到熔池中，母材与合金粉体熔化，在工件表面形成熔池达到冶金结合

。

堆焊合金按化学成分可以分为铁基堆焊材料、镍基堆焊材料、钴基堆焊材料、铜基堆焊材料、碳化钨基堆焊材料五大类。铁基堆焊合金因成本低且可通过添加合金元素来实现优良性能被广泛应用于生产实际中。堆焊合金按合金铸制的不同又可分为奥氏体堆焊合金、马氏体堆焊合金、碳化物堆焊合金。

3 堆焊合金

镍基堆焊合金具有耐高温、耐腐蚀等优良性能，尤其是抗合金间的摩擦磨损性能突出，因此常被用作海洋、环保、石油化工等领域，但是镍基合金的价格昂贵并且抗冲击性能差，因此在生产实际应用中受到限制

。在设备的压力容器内，由于长时间处于高温、临氢的腐蚀性环境中，导致容器内壁被腐蚀而逐渐变薄，从而使得容器力学性能下降。因此，在接触腐蚀性介质的内壁上全部堆焊上抗腐蚀性的合金以提高耐腐蚀性。

与实芯焊丝相比，药芯焊丝通过药芯添加合金金属来实现优异的性能，并且药芯焊丝电弧平稳、飞溅小、成型良好、焊接效率高，因此在工业生产中较常应用。药芯焊丝又分为气保护药芯焊丝和自保护药芯焊丝。自保护药芯焊丝仅仅通过添加药芯合金金属来保护熔池，不需外加保护气体，因此空气易进入熔池导致气孔的产生，但因其熔敷速率高、可全位置焊接等优点在堆焊材料中应用依旧甚广

，气体保护药芯焊丝由于加入外部气体，因此对环境的要求较高，如果在有风的环境下进行焊接，会使焊缝中产生气孔或造成焊缝成型不良等问题。

两组患者亚低温治疗前 P、CVP、MAP、CI、EVLWI、GEDVI、SVRI比较，差异无显著性（P＞0.05）。

等离子弧是一种高能束热源，因此利用等离子弧焊接具有较高的深宽比，等离子堆焊目前已广泛被用作表面改性技术，可以很好的使金属粉末熔敷在母材表面

，通过自行配制不同成分的合金粉末将其熔敷到金属表面，进而使基体表面获得想要的性能。

堆焊材料从使用形式上可分为多种，其中最常用的是焊条和焊丝。焊条分为酸性焊条和碱性焊条，目前在生产实际应用中，碱性焊条使用较广。焊丝分为实芯焊丝和药芯焊丝。

埋弧焊是将焊丝与焊件利用焊剂，电弧在焊剂下进行燃烧，焊剂很好起到了熔池与空气的隔绝作用，并且在焊接过程中产生的熔渣也起到了对熔池的保护作用，但由于有焊剂的存在，因此不利用于仰焊、仰角焊接

。电渣焊是电阻焊的一种，它是利用电阻热使焊丝和母材熔化达到原子间的连接的焊接方法

。

钴基堆焊合金具有良好的高温耐磨性能，通常用于制造高效率的高温发动机、燃气轮机叶片等高性能要求部件，钴基合金价格较高，易产生冷裂纹和再结晶裂纹，因此，在焊接过程中对温度的控制要求较高，焊接难度增加，因此在焊接实际生产应用较少

。钴基合金中通常含有较多的钼元素、钨元素、铬元素和镍元素，因此会促使碳化物的析出，并且会起到细晶强化和固溶强化的作用，提高了硬度、强度、耐磨性以及耐腐蚀性能。

铜基堆焊合金因在各种环境下具备良好的耐腐蚀性能常常被应用于腐蚀介质的焊接过程中，但其耐磨性能和高温抗蠕变性能较差，与硫化物接触会发生硫蚀，因此工作环境受到限制，仅适用于低温环境中

。

创新思维滞后 医用电子仪器基础理论知识点多，学科交叉融合性强，学科发展迅速。高年级学生学习任务繁重，面临就业压力大，目的指向性强。采用传统班级授课和教材内容编排及讲授为主的教学模式，抑制了学生的主动性和积极性。知识的单向传递不利于培养学生对理论知识运用于实践的分析、综合、判断等创新思考。

碳化钨基堆焊材料尽管具有较高的耐磨性，但其价格较贵，因此只在高载荷作用下的特殊环境中使用，可以抵抗严重的材料磨损

。铜基合金中含有锡、硅、锰、铝、镍等合金元素，因此大大改善了铜基堆焊合金的耐磨性和耐腐蚀性能。

铁基堆焊合金由于具备价格低廉，性能可调范围大，因此在多种场合中被广泛应用。通常在铁基中加入C、B、Cr、Mo、W、V等合金元素，使其生成高硬度的硬质相，以具备一定的耐磨性能。其中Fe-Cr-C系堆焊合金因具备高硬度、高耐磨性、经济性优良等性能而在低应力磨料磨损工况下被广泛应用。

4 堆焊工艺的展望

我国耐磨堆焊工艺正全面应用于热作模具和压力容器等行业中，同时在航空航天等国防行业也发挥着愈发重要的作用。堆焊技术经过60多年的不断发展和改善，堆焊基础理论水平已不逊色国外，在堆焊材料的研发、堆焊设备的智能化和自动化、堆焊技术的不断开发和对堆焊过程仿真模拟等方面也正缩小与国外的差距，但堆焊技术还需进一步的发展。在全球面临资源匮乏的今天，研究摩擦与磨损对节约能源、材料以及支撑和保障高新技术的发展具有重要意义

。利用表面堆焊技术来解决复杂环境条件下的零部件磨损问题，如电弧堆焊、激光表面处理、等离子熔覆等。将磨损部件进行再制造，在其表面制备出具有热稳定好、硬度高、韧性强和高耐磨性等综合性能的涂层，并达到修旧如新，保证材料的质量特性，延续工业装备的战斗力和使用寿命，最大程度上促进了经济的循环发展，这对建立资源节约和环境友好型社会具有深远的意义。

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