前言

塑料行业机械为什么要使用等离子喷焊粉末来修复？

上世纪50年代左右塑料机械行业开始发展，并初具规模，目前中国已成为世界塑机台件生产的大国。

塑料机械的完善程度直接影响塑料半制品或制品的质量、产量和成本，因而必须能适应塑料配混和加工过程的温度和应力的变化，以及由此而引起的熔融物料性能变化，并适应化学腐蚀和机械磨损等特殊条件。

采用等离子喷焊技术修复的塑料机械更能适应行业需求，接下来以塑料行业螺杆修复为例介绍等离子堆焊修复。

一.等离子粉末喷焊（堆焊）工艺综述

等离子粉末堆焊是一种先进的堆焊工艺，也叫等离子熔覆工艺。它是采用氩气等离子电弧作热源，采用粉末状合金作填充料的自动堆焊方法。相比于传统的电焊、氩弧焊等堆焊方式，等离子粉末堆焊存在着堆焊成型好、熔深可控、结合度高、致密度好、易于实现自动化等特点，因而也是阀门企业申请特种设备制造许可证（TS）A级认证时，相关认证部门要求必备的设备。

1.等离子粉末堆焊设备工作流程

2.等离子粉末堆焊工艺特点

等离子堆焊由于利用等离子弧作热源和采用合金粉末作填充金属，从而与其他表面堆焊方法相比较，具有许多优点。

（1）熔覆速度快，生产率较高。

（2）熔深可控，稀释率低。

稀释率图

稀释率图

（3）堆焊面平整光滑，致密度高，可实现0.5-5mm的堆焊面一次完成。

（4）工艺稳定性好，喷焊层质量高，可长时间连续获得稳定的堆焊层，且堆焊面无气孔、沙眼等堆焊质量问题。

（5）合金粉末制备简便，使用材料范围广，可选用钴基、镍基、铁基、铜基等粉末型焊材，且可以根据工况直接配方。

（6）可根据需求配备专机、机器人等，易于实现自动化，减轻劳动强度。

（7）粉末利用率高，利用率可达到90%以上。

等离子喷焊机的优势及特点

二、螺杆概述

螺杆作为塑料机械核心部件，其使寿命非常有限，属于易损备件。在行业应用中为提高生产效率，减少设备停机维护等。所以采用等离子堆焊实现螺杆做了表面强化处理（耐磨、耐高温、耐腐），从而达到工况需要。

编辑搜图

螺杆等离子堆焊

三、螺杆材料

塑料机械螺杆本体材料制造商90%以上要用38CrMoAl（氮化钢）还有一部分采用42CrMo。

38CrMoAl材料是氮化钢，主要用于具有高耐磨性、高疲劳强度且热处理后尺寸的氮化零件，或各种受冲击负荷不大而耐磨性高的氮化零件，如镗杆、磨床主轴、自动车床主轴、蜗杆、精密丝杆、精密齿轮、高压阀门、阀杆、量规、样板、滚子、仿模、气缸体、压缩机活塞杆，汽轮机上的调速器、转动套、固定套，橡胶及塑料挤压机上的各种耐磨件等。

四、螺杆等离子堆焊修复工艺

1.堆焊材料

镍基合金粉末（一般镍60）、镍基碳化物（根据产品需求以镍60为基粉加入对应比例的碳化物粉末）。

2.粉末要求

（1）根据产品所需性能（耐磨，耐腐，耐高温）选择合适的合金粉末。

（2）选择合金粉末时尽量与基体材料的热膨胀系数接近。以免热膨胀系数过大，产生较大的收缩应力，造成产品开裂现象。也可通过预热与保温工艺来控制开裂。

（3）合金粉末采用自熔型粉末，流动性能好（球型颗粒粉末），粉末粒度均匀。可提高堆焊稳定性。

（4）送粉速度均匀，速度一般为10-30g/min。粉末粒度范围150-300钼之间。气体流量范围2.0-2.5L/min

3.螺杆要求

堆焊表面需要堆焊合金粉末的螺杆，前提保证螺杆表面无油，无锈，无明显缺陷。

4.设备要求

设备是由等离子粉末焊机及自动化堆焊工装（选配）组成。

（1）等离子粉末堆焊机

功率有大有小，可根据实际工况需求选型。主机电源采用高度集成一体化设计，性能优越体积小，制冷水箱安装大功率压缩机，可保持制冷水长时间处于恒温状态，保证长时间连续工作需求。

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螺杆等离子粉末堆焊设备

（2）自动堆焊专机

专机总体采用变位机加机械臂方式，配合步进电机（可选伺服电机）、直线滑轨、摆动器、弧压跟踪装置（选配）等，行走精准，震动小。专机控制系统使用PLC系统，内置多种堆焊程序，可以针对各种复杂产品实现编程解决，比普通的数控系统操作更容易上手。另外，也可以根据客户需求添加CNC控制系统。旋转机构采用精密回转支撑机构驱动，承重大、旋转精度高，并采用伺服电机控制，旋转角度精准。参考设计图如下：

螺杆等离子粉末堆焊设备设计图

螺杆等离子粉末堆焊设备设计图

5.工艺流程

螺杆表面去油处理-螺杆表面预热处理预热温度350度-400度保温时间（根据工件大小）预热温度均匀-螺杆堆焊（螺棱宽度〉10mm以上采用焊枪摆动焊）-焊完保温(石棉保温缓冷）

注意，螺杆预热采用火焰预热，优点预热覆盖面大，成本低，预热时效高，可采用双枪预热而且与机床固定于螺杆同步螺旋行走，双枪可采用前置与后置法跟进，堆焊枪在中间，前枪目的以预热为主（工件发蓝即可且温度枪测试温度为350-400度之间）后枪目的以小火控制焊后温度为主。

螺杆修复等离子堆焊机控制范围：

一次堆焊的厚度 －－－－－－－－－－0.5-5mm左右

一次堆焊的宽度 －－－－－－－－－－2-10mm左右

粉末粒度     －－－－－－－－－－－50－300目

粉末堆焊效率 －－－－－－－－－－－≥90%

稀释率       －－－－－－－－－－－5%-10%

五、案例分析

螺杆等离子堆焊案例

螺杆直径60mm，长度2500mm，螺距50mm，堆焊镍基合金粉末，单边槽焊,用时40分钟。

1.焊接参数

2.工艺效果

堆焊后的螺杆

1)耐高温，高温下不容易变形；

2)耐磨损，延长使用寿命；

3)耐腐蚀，增加忍耐物料腐蚀性；

4)高强度，可承受大扭矩，高转速；

5)具有良好的切削加工性能；

6）热处理后残余应力小，热变形小等。

螺杆堆焊后

螺杆加工后

综合评估：

由于等离子弧焊具有弧柱温度高，使用粉末喷焊等优点，可以大大简化堆焊材料的制造过程，特别是可以利用多种合金元素，在等离子弧的作用下可以得到不同性能的硬面效果。且稀释率低、结合度强、工作效率高、工艺过程简单无需特殊处理；操作灵活、移动方便可现场施工、可自动或半自动不受工件特殊位置限制；堆焊过程易实现机械化、自动化；可用焊材广泛可根据客户要求自行配置等，特适于金属机械表面强化处理、再生修复，等离子粉末喷焊工艺必定能够助力塑料行业机械修复的发展和行业进步。

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