耐磨堆焊發(fā)展現(xiàn)狀及工藝的探討

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷進(jìn)步，由磨料磨損帶來的機(jī)械設(shè)備零部件失效日益嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計，世界工業(yè)化發(fā)達(dá)的國家的能源約30%是以不同形式消耗在磨損上的，這大大降低了生產(chǎn)效率，嚴(yán)重還會危及人身安全。耐磨堆磨料磨損是一個嚴(yán)重的問題，它限制了許多工業(yè)部件的壽命，例如鋼鐵、水泥或化學(xué)工業(yè)部件的磨料磨損。堆焊焊條是工件表面焊敷一層特殊合金，其目的不是為了連接零件，而是使原零件具有某些性能，以降低成本、提高綜合性能和使用壽命。堆焊是一種對特殊合金沉積物積聚在表面的應(yīng)用技術(shù)，工作溫度高于300℃后，一般堆焊焊條焊后工件的耐磨性隨工作溫度的升高而快速降低。堆焊作為一種減緩材料磨料磨損的重要手段而被廣泛應(yīng)用。通過表面堆焊技術(shù)，在機(jī)械零部件表面制備耐磨堆焊合金材料，能夠延長其使用壽命，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、水泥、電力等核心工業(yè)領(lǐng)域。

1 磨料磨損

當(dāng)前，國內(nèi)外對耐磨堆焊工藝的研究主要集中在堆焊合金層的性能、堆焊過程中的溫度場及焊接變形等。堆焊層與母材的結(jié)合是冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高，抗沖擊性能良好。堆焊時，應(yīng)合理選擇堆焊層的合金成分和工藝，必須盡量減少母材的熔入量，減少熔合比，降低稀釋率。磨損是一個涉及材料、機(jī)械、物理、化學(xué)等多領(lǐng)域的研究問題，其現(xiàn)象復(fù)雜多樣。通常指兩個表面粗糙的物體接觸并通過相對運動而產(chǎn)生磨損。在工程應(yīng)用中，磨損常指材料表面因機(jī)械作用或其他作用而使表面層脫落或破碎。

磨料磨損機(jī)理通常被分為：微觀切削磨損機(jī)理、多重塑性變形磨損機(jī)理、疲勞磨損機(jī)理和微觀斷裂磨損機(jī)理。在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，判斷具體取決于哪一種磨損機(jī)理，取決于磨料、被磨材料、工況系統(tǒng)三者之間的關(guān)系

。

面向高壓配電室檢測和操作任務(wù)的實際需求，本文提出了一種新型軌道式高壓室巡檢機(jī)器人移動機(jī)構(gòu)。分析和仿真結(jié)果表明，采用被動適應(yīng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)可實現(xiàn)機(jī)器人沿著直彎組合軌道行走，差速機(jī)構(gòu)不僅簡化了傳動系統(tǒng)的設(shè)計，而且避免了移動車體在轉(zhuǎn)彎的過程中驅(qū)動輪發(fā)生打滑的現(xiàn)象；機(jī)械臂在作業(yè)區(qū)域范圍內(nèi)具有良好的可操作性。與現(xiàn)有的高壓室巡檢機(jī)器人機(jī)構(gòu)相比，本文提出的機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、運動速度快且平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確且快速等特點，可以完成更多的檢測和操作任務(wù)，因而具有實用價值。

由于磨損損傷過程復(fù)雜，所以有關(guān)磨損的研究進(jìn)展困難

。磨料磨損的破壞形式多種多樣，可分為宏觀上和微觀上的點蝕、擦傷和剝落。伯韋爾(J.T.Burwell)

將磨料磨損分為粘著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損、表面疲勞、其他磨損五類，而國際摩擦學(xué)界按磨損的機(jī)理將伯韋爾的表面疲勞和其他磨損統(tǒng)稱為疲勞磨損分為了四大類

。從實際使用情況出發(fā)，Avery

將磨料磨損分為鑿削式磨料磨損、高應(yīng)力碾碎式磨料磨損、低應(yīng)力擦傷式磨料磨損或沖蝕三類。

1.2 研究方法 患者取仰臥位，頸后墊高，充分顯露頸部，頸前皮膚涂抹耦合劑，常規(guī)進(jìn)行高頻彩超檢查多切面重疊掃查。根據(jù)《頭頸部腫瘤頸部淋巴結(jié)分區(qū)指南》[6]對頸部淋巴結(jié)分區(qū)。所有患者均采用甲狀腺切除術(shù)以及相應(yīng)部位頸部淋巴結(jié)清除術(shù)進(jìn)行治療，并取病灶組織進(jìn)行檢查，確診是否為甲狀腺癌頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。

2 堆焊方法

2.1 傳統(tǒng)堆焊方法

堆焊最早的應(yīng)用出現(xiàn)在1896年，利用堆焊的方法可以將耐磨、耐高溫、耐腐蝕等性能的合金材料熔覆到母材表面，從而延長材料的使用壽命

。堆焊的種類較多，其分類方式也有較多種。堆焊按使用目的可以分為耐蝕堆焊、耐磨堆焊、增厚堆焊和隔離層堆焊，在通常情況下將堆焊分為手工電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊、埋弧焊和電渣焊，見表1。

氣體保護(hù)焊包括熔化極氣體保護(hù)焊和鎢極氬弧焊等，其中二者的區(qū)別是熔化極氣保護(hù)焊是利用焊絲作為電極，鎢極氬弧焊是利用鎢極作為電極，在焊接過程中鎢極不熔化，在生產(chǎn)實際中，通常使用活性氣體CO

或者是惰性氣體Ar作為保護(hù)氣。

手工電弧焊是氣體放電在焊條與電弧之間形成電弧來進(jìn)行焊接，通過在焊條藥皮中添加不同的合金元素，使其在高溫熔化下分解生成保護(hù)熔池和熔滴過渡的熔渣和氣體

。

最常見的鎳基合金有Ni-Cr-B-Si合金

和Ni-Cr-Mo-W合金兩種

。Ni-Cr-B-Si合金在高溫下具有較高的抗磨損性能。有關(guān)于鎳基堆焊合金的最新報道顯示，通常在鎳基堆焊合金中加入強(qiáng)化型元素形成硬質(zhì)相來提高材料表面的硬度、強(qiáng)度、耐磨性。

2.2 等離子堆焊技術(shù)

1.4.2 血清采集和肺濕重/干重比值(wet-to-dry weight ratios, W/D)測定 大鼠行血氣分析后，剪開腹主動脈放血處死，采集腹腔內(nèi)積血，分離血清凍存待檢。放血后迅速打開胸腔，結(jié)扎右側(cè)主支氣管，取出右肺上葉，用吸水紙吸干其表面液體后，于電子天平秤上稱其質(zhì)量，記錄為濕重。將稱量好的右肺上葉置于60℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)72 h以上，至其質(zhì)量不再發(fā)生變化后，再次稱重，記錄為干重。計算前后兩次的比，即W/D。

等離子粉末堆焊技術(shù)與傳統(tǒng)的堆焊技術(shù)相比，具有能量密度更加集中、熔敷率高、稀釋率低、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點

。因此，等離子粉末堆焊技術(shù)得到國內(nèi)外研究學(xué)者的特別重視，在工程機(jī)械、汽車、船舶、化工等領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用

。

拔出力的計算：為了得到拔出力同拔出長度的曲線，實驗中提取樹根頂部豎向的應(yīng)力值S22，將其在頂部平面上積分便得到了樹根頂部的荷載。因為樹根頂部的荷載同拔出力是一對相互作用力，便得到了拔出力。具體計算過程

焊接過程中，首先開啟冷卻循環(huán)水和送氣裝置，打開送粉調(diào)節(jié)，當(dāng)看到合金粉體順利通過氣管時，打開非弧開關(guān)和電流調(diào)節(jié)，當(dāng)非弧電流擊穿鎢極與噴嘴之間的離子氣，在噴嘴與鎢極之間燃燒，將手動裝置旋轉(zhuǎn)至自動，電擊轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，使得母材與鎢極之間燃燒，合金粉體通過氣體調(diào)節(jié)噴射到熔池中，母材與合金粉體熔化，在工件表面形成熔池達(dá)到冶金結(jié)合

。

堆焊合金按化學(xué)成分可以分為鐵基堆焊材料、鎳基堆焊材料、鈷基堆焊材料、銅基堆焊材料、碳化鎢基堆焊材料五大類。鐵基堆焊合金因成本低且可通過添加合金元素來實現(xiàn)優(yōu)良性能被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實際中。堆焊合金按合金鑄制的不同又可分為奧氏體堆焊合金、馬氏體堆焊合金、碳化物堆焊合金。

3 堆焊合金

鎳基堆焊合金具有耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良性能，尤其是抗合金間的摩擦磨損性能突出，因此常被用作海洋、環(huán)保、石油化工等領(lǐng)域，但是鎳基合金的價格昂貴并且抗沖擊性能差，因此在生產(chǎn)實際應(yīng)用中受到限制

。在設(shè)備的壓力容器內(nèi)，由于長時間處于高溫、臨氫的腐蝕性環(huán)境中，導(dǎo)致容器內(nèi)壁被腐蝕而逐漸變薄，從而使得容器力學(xué)性能下降。因此，在接觸腐蝕性介質(zhì)的內(nèi)壁上全部堆焊上抗腐蝕性的合金以提高耐腐蝕性。

與實芯焊絲相比，藥芯焊絲通過藥芯添加合金金屬來實現(xiàn)優(yōu)異的性能，并且藥芯焊絲電弧平穩(wěn)、飛濺小、成型良好、焊接效率高，因此在工業(yè)生產(chǎn)中較常應(yīng)用。藥芯焊絲又分為氣保護(hù)藥芯焊絲和自保護(hù)藥芯焊絲。自保護(hù)藥芯焊絲僅僅通過添加藥芯合金金屬來保護(hù)熔池，不需外加保護(hù)氣體，因此空氣易進(jìn)入熔池導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生，但因其熔敷速率高、可全位置焊接等優(yōu)點在堆焊材料中應(yīng)用依舊甚廣

，氣體保護(hù)藥芯焊絲由于加入外部氣體，因此對環(huán)境的要求較高，如果在有風(fēng)的環(huán)境下進(jìn)行焊接，會使焊縫中產(chǎn)生氣孔或造成焊縫成型不良等問題。

兩組患者亞低溫治療前 P、CVP、MAP、CI、EVLWI、GEDVI、SVRI比較，差異無顯著性（P＞0.05）。

等離子弧是一種高能束熱源，因此利用等離子弧焊接具有較高的深寬比，等離子堆焊目前已廣泛被用作表面改性技術(shù)，可以很好的使金屬粉末熔敷在母材表面

，通過自行配制不同成分的合金粉末將其熔敷到金屬表面，進(jìn)而使基體表面獲得想要的性能。

堆焊材料從使用形式上可分為多種，其中最常用的是焊條和焊絲。焊條分為酸性焊條和堿性焊條，目前在生產(chǎn)實際應(yīng)用中，堿性焊條使用較廣。焊絲分為實芯焊絲和藥芯焊絲。

埋弧焊是將焊絲與焊件利用焊劑，電弧在焊劑下進(jìn)行燃燒，焊劑很好起到了熔池與空氣的隔絕作用，并且在焊接過程中產(chǎn)生的熔渣也起到了對熔池的保護(hù)作用，但由于有焊劑的存在，因此不利用于仰焊、仰角焊接

。電渣焊是電阻焊的一種，它是利用電阻熱使焊絲和母材熔化達(dá)到原子間的連接的焊接方法

。

鈷基堆焊合金具有良好的高溫耐磨性能，通常用于制造高效率的高溫發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)葉片等高性能要求部件，鈷基合金價格較高，易產(chǎn)生冷裂紋和再結(jié)晶裂紋，因此，在焊接過程中對溫度的控制要求較高，焊接難度增加，因此在焊接實際生產(chǎn)應(yīng)用較少

。鈷基合金中通常含有較多的鉬元素、鎢元素、鉻元素和鎳元素，因此會促使碳化物的析出，并且會起到細(xì)晶強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化的作用，提高了硬度、強(qiáng)度、耐磨性以及耐腐蝕性能。

銅基堆焊合金因在各種環(huán)境下具備良好的耐腐蝕性能常常被應(yīng)用于腐蝕介質(zhì)的焊接過程中，但其耐磨性能和高溫抗蠕變性能較差，與硫化物接觸會發(fā)生硫蝕，因此工作環(huán)境受到限制，僅適用于低溫環(huán)境中

。

創(chuàng)新思維滯后 醫(yī)用電子儀器基礎(chǔ)理論知識點多，學(xué)科交叉融合性強(qiáng)，學(xué)科發(fā)展迅速。高年級學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)繁重，面臨就業(yè)壓力大，目的指向性強(qiáng)。采用傳統(tǒng)班級授課和教材內(nèi)容編排及講授為主的教學(xué)模式，抑制了學(xué)生的主動性和積極性。知識的單向傳遞不利于培養(yǎng)學(xué)生對理論知識運用于實踐的分析、綜合、判斷等創(chuàng)新思考。

碳化鎢基堆焊材料盡管具有較高的耐磨性，但其價格較貴，因此只在高載荷作用下的特殊環(huán)境中使用，可以抵抗嚴(yán)重的材料磨損

。銅基合金中含有錫、硅、錳、鋁、鎳等合金元素，因此大大改善了銅基堆焊合金的耐磨性和耐腐蝕性能。

鐵基堆焊合金由于具備價格低廉，性能可調(diào)范圍大，因此在多種場合中被廣泛應(yīng)用。通常在鐵基中加入C、B、Cr、Mo、W、V等合金元素，使其生成高硬度的硬質(zhì)相，以具備一定的耐磨性能。其中Fe-Cr-C系堆焊合金因具備高硬度、高耐磨性、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良等性能而在低應(yīng)力磨料磨損工況下被廣泛應(yīng)用。

4 堆焊工藝的展望

我國耐磨堆焊工藝正全面應(yīng)用于熱作模具和壓力容器等行業(yè)中，同時在航空航天等國防行業(yè)也發(fā)揮著愈發(fā)重要的作用。堆焊技術(shù)經(jīng)過60多年的不斷發(fā)展和改善，堆焊基礎(chǔ)理論水平已不遜色國外，在堆焊材料的研發(fā)、堆焊設(shè)備的智能化和自動化、堆焊技術(shù)的不斷開發(fā)和對堆焊過程仿真模擬等方面也正縮小與國外的差距，但堆焊技術(shù)還需進(jìn)一步的發(fā)展。在全球面臨資源匱乏的今天，研究摩擦與磨損對節(jié)約能源、材料以及支撐和保障高新技術(shù)的發(fā)展具有重要意義

。利用表面堆焊技術(shù)來解決復(fù)雜環(huán)境條件下的零部件磨損問題，如電弧堆焊、激光表面處理、等離子熔覆等。將磨損部件進(jìn)行再制造，在其表面制備出具有熱穩(wěn)定好、硬度高、韌性強(qiáng)和高耐磨性等綜合性能的涂層，并達(dá)到修舊如新，保證材料的質(zhì)量特性，延續(xù)工業(yè)裝備的戰(zhàn)斗力和使用壽命，最大程度上促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的循環(huán)發(fā)展，這對建立資源節(jié)約和環(huán)境友好型社會具有深遠(yuǎn)的意義。

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