專利名稱：機(jī)械零件帶狀電弧熔覆設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)械熱加工維修設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，在金屬材料零件表面熔覆的種類很多，有激光熔覆、電弧熔覆、火焰熔覆及復(fù)合熔覆等，主要是實(shí)現(xiàn)表面材料和基體材料的復(fù)合，共同承擔(dān)一定的使用性能要求。采用等離子弧熱源，將表面材料(合金粉末)燒熔于基體材料表面，使基體材料和表面材料達(dá)到冶金結(jié)合，并共同承擔(dān)相應(yīng)的使用性能，也是目前制造復(fù)合材料的重要工藝方法之一。這種設(shè)備可實(shí)現(xiàn)材料表面熔覆、材料表面重熔、材料表面合金化、材料表面淬火等。用于各種工件的制造與修復(fù)，如模具的制造與修復(fù)、軋輥表面熔覆、閥門密封面熔覆、風(fēng)機(jī)葉片的熔覆……等，這種工藝的主要特點(diǎn)是表面材料可根據(jù)工件的使用性能要求方便可調(diào)，可以在顯著降低工件制造成本的同時(shí)提高其使用壽命，是目前備受關(guān)注的材料表面加工技術(shù)之一。用于材料表面加工的工藝方法有多種，各有其特點(diǎn)。如材料表面熱噴涂可實(shí)現(xiàn)大面積表面材料均勻涂層，但由于表面材料與基體之間因沒(méi)有達(dá)到冶金結(jié)合，使用過(guò)程中表面材料會(huì)因剝落而影響其廣泛采用；火焰噴涂在具有上述同樣的問(wèn)題的同時(shí)，因其加熱火焰的能量密度低，還會(huì)造成熱噴涂工藝實(shí)施過(guò)程中的變形量大、材料燒損嚴(yán)重等嚴(yán)重缺陷； 電磁感應(yīng)熔覆具有熔覆層表面平整光滑，容易形成類燒結(jié)顯微組織，但對(duì)被熔覆工件的形狀要求單一，適于采用的工件范圍受到限制，熔覆工藝過(guò)程復(fù)雜，目前應(yīng)用得較少；激光熔覆是目前研究較多，具有顯著優(yōu)點(diǎn)的材料表面熔覆的工藝方法，目前是材料表面工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一，尤其是激光熔覆具有熔覆層顯微組織細(xì)小，熔覆層強(qiáng)度高，熔覆層稀釋率低和熱影響區(qū)小和熔覆變形小等優(yōu)點(diǎn)。但由于激光熔覆技術(shù)目前還不夠成熟，同時(shí)由于激光束很細(xì)小，使激光熔覆大面積工作表面成為困難，目前采用搭接熔覆方式來(lái)實(shí)現(xiàn)較大面積的激光熔覆。電弧熔覆是具有悠久使用歷史的材料表面熔覆工藝方法，最早的表面電弧堆焊就是電弧熔覆的一種形式，單因表面材料的可變性不靈活，使其使用范圍受到很大限制。隨著等離子弧的產(chǎn)生技術(shù)的成熟，等離子熔覆技術(shù)也被研究開發(fā)并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，目前針狀電極等離子噴焊技術(shù)和設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)中已經(jīng)獲得較成熟的應(yīng)用，但仍然存在多方面需要解決的問(wèn)題，如等離子噴焊時(shí)因基體材料熔入量太大導(dǎo)致表面材料被稀釋率過(guò)高， 與等離子噴涂相對(duì)應(yīng)，因表面材料與基體材料為物理吸附結(jié)合，表面材料被稀釋率為零。介于上述兩種狀態(tài)之間，等離子熔覆既可以實(shí)現(xiàn)表面材料與基體材料的冶金結(jié)合，又保持表面材料的高純凈度，工藝實(shí)施后各種材料性能獲得良好的匹配，表現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用需求。已有的單電極等離子熔覆技術(shù)已有廣泛應(yīng)用，技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)較成熟，但在實(shí)際工程應(yīng)用過(guò)程中，為了獲得大面積的熔覆層，需要等離子弧和工件之間進(jìn)行拍動(dòng)前進(jìn)，形成重疊的正弦波狀表面材料層，盡管如此，一次熔覆寬度目前最大達(dá)到60mm。另外這種熔覆方式使熔覆后的材料內(nèi)應(yīng)力很復(fù)雜，導(dǎo)致經(jīng)熔覆后工件的使用壽命下降。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種機(jī)械零件帶狀電弧熔覆設(shè)備，它可高效、高質(zhì)量地對(duì)表面熔覆材料與基體進(jìn)行冶金結(jié)合。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是將數(shù)個(gè)單電極焊槍并列固定成寬帶等離子弧熔覆焊槍，各個(gè)單電極焊槍由獨(dú)立的槍體、電極、冷卻水循環(huán)腔、氣體通路、熔覆材料粉體通路和相應(yīng)的連接管接頭構(gòu)成，各單電焊槍之間加墊固定有高溫絕緣板，在各單電極焊槍之間設(shè)固定和相對(duì)位置調(diào)節(jié)裝置。本實(shí)用新型的有益效果是多電極并列同時(shí)放電形成寬帶等離子弧，使得熔覆時(shí)不需要工件與等離子弧之間進(jìn)行擺動(dòng)，一次熔覆寬度可達(dá)到使用要求，大大降低熔覆時(shí)材料的熱損傷，同時(shí)顯著提高生產(chǎn)效率，并能獲得高的使用壽命。在設(shè)計(jì)出新型的多電極并列寬帶等離子弧產(chǎn)生噴嘴，成功地解決了相鄰電弧之間的電磁干擾問(wèn)題，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的電控系統(tǒng)。

圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型三電極等離子弧寬帶電弧熔覆槍結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實(shí)用新型單根電極結(jié)構(gòu)圖；圖4是本實(shí)用新型三電極固定連接結(jié)構(gòu)圖；圖5是本實(shí)用新型送粉器結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述如圖2所示，1是電極部件、2是三電極固定連接板、3是絕緣墊片A、4是電機(jī)絕緣板、5是送粉器連接件、6是送粉器腔體、7是送粉器冷卻水管、8是三電極連接板固定連接件、9是絕緣墊片、10是電極冷卻水入口、11是送粉器連接固定件、12是送粉器冷卻水管。如圖3所示，21是冷卻水出口連接件、22是冷卻水出水管、23是冷卻水入口連接件、24是冷卻水入水管、25是鎢合金電極。如圖4所示，31是單根電極部件、32是絕緣墊片B、33是絕緣固定連接板、34電極剛性固定連接板、35是電極冷卻水入口連接件。如圖5所示，41是送粉器型腔內(nèi)壁、42是熔覆材料粉體導(dǎo)入管、43是送粉器型腔外壁、44是送粉器冷卻水管。寬帶等離子弧設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局如圖1所示，該設(shè)備系統(tǒng)與以往同類等離子熔覆設(shè)備相比，增加了與電極數(shù)量相匹配的多套等離子弧產(chǎn)生電源組配，并實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)生的寬帶等離子弧的調(diào)控，及整體設(shè)備的并行同步控制。整個(gè)設(shè)備由供電系統(tǒng)、等離子弧電源系統(tǒng)、 水冷系統(tǒng)、送粉系統(tǒng)、送氣系統(tǒng)、機(jī)械機(jī)床系統(tǒng)和操作控制平臺(tái)等重要組成部分構(gòu)成。各系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)圖如圖1所示。單電極熔覆槍，有一套等離子產(chǎn)生電源系統(tǒng)，產(chǎn)生的等離子弧為針尖放電形狀，經(jīng)噴嘴機(jī)械壓縮和電磁壓縮后形成柱狀弧柱，如圖4示出的是三跟電極并列，三根電極分別由三個(gè)獨(dú)立對(duì)應(yīng)的等離子弧產(chǎn)生電源分別產(chǎn)生等離子弧，由于三個(gè)電弧并排距離很近，使三個(gè)電弧在電磁力作用下發(fā)生合并，形成了一個(gè)在電極排列方向上具有一定寬度的寬帶等離子弧，這個(gè)寬帶等離子弧的產(chǎn)生對(duì)等離子熔覆工藝實(shí)施來(lái)說(shuō)，有特殊的、重要的意義。這一過(guò)程相當(dāng)于將多支毛筆并列制成毛刷，使得材料表面大面積一次熔覆能夠?qū)崿F(xiàn)。
每個(gè)電極通過(guò)獨(dú)立的高頻引弧和焊接電源產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子弧，單電極焊槍包括槍體、電極、冷卻水循環(huán)腔、氣體通路、熔覆材料粉體通路和相應(yīng)的連接管接頭構(gòu)成，各單電焊槍之間采用高溫絕緣材料隔離；各單電極焊槍之間設(shè)固定和相對(duì)位置調(diào)節(jié)裝置，實(shí)現(xiàn)單電極電弧相對(duì)位置的調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求1. 一種機(jī)械零件帶狀電弧熔覆設(shè)備，包括供電系統(tǒng)、多套等離子弧電源系統(tǒng)與多電極等離子熔覆槍數(shù)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、送粉系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、行走機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，其特征是 將數(shù)個(gè)單電極焊槍并列固定成寬帶等離子弧熔覆焊槍，各個(gè)單電極焊槍由獨(dú)立的槍體、電極、冷卻水循環(huán)腔、氣體通路、熔覆材料粉體通路和相應(yīng)的連接管接頭構(gòu)成，各單電焊槍之間加墊固定有高溫絕緣板。
專利摘要一種機(jī)械零件帶狀電弧熔覆設(shè)備，屬于機(jī)械熱加工維修設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，其特征是將數(shù)個(gè)單電極焊槍并列固定成寬帶等離子弧熔覆焊槍，各個(gè)單電極焊槍由獨(dú)立的槍體、電極、冷卻水循環(huán)腔、氣體通路、熔覆材料粉體通路和相應(yīng)的連接管接頭構(gòu)成，各單電焊槍之間加墊固定有高溫絕緣板。有益效果是多電極并列同時(shí)放電形成寬帶等離子弧，使得熔覆時(shí)不需要工件與等離子弧之間進(jìn)行擺動(dòng)，一次熔覆寬度可達(dá)到使用要求，大大降低熔覆時(shí)材料的熱損傷，同時(shí)顯著提高生產(chǎn)效率，并能獲得高的使用壽命。在設(shè)計(jì)出新型的多電極并列寬帶等離子弧產(chǎn)生噴嘴，成功地解決了相鄰電弧之間的電磁干擾問(wèn)題，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的電控系統(tǒng)。
文檔編號(hào)C23C24/10GK201952491SQ20112002668
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者劉喜明, 孫松林 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍裝甲兵技術(shù)學(xué)院