图2(a)为半面缺口式焊接喷嘴的正视截面图；
[0031] 图2(b)为半面缺口式焊接喷嘴的左视截面图；
[0032]图3为焊缝截面图。
[0033]其中，1为非熔化极气体保护焊枪，2为非熔化极气体保护焊枪的喷嘴，3为限流隔 板。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和具体实施例对本实用新型所述的氮弧原位冶金预铺设氮化物实 现钢表面增氮的装置和方法作进一步描述。
[0035] 一非熔化极气体保护焊枪1;所述的非熔化极气体保护焊枪喷嘴为半面缺口式结 构，所述的缺口背对焊接方向；
[0036] 非熔化极气体保护焊枪1的喷嘴2内壁连有限流隔板3;所述的限流隔板3由两块上 底边重合的梯形板拼合。
[0037] 喷嘴2出口半径r为5mm。
[0038] 梯形板上底为4mm，下底为10mm。
[0039] 梯形板上底边距喷嘴距离为40mm梯形板下底距喷嘴口距离为5mm。
[0040] 实施例1
[0041]下面结合附图和具体实施例对本实用新型所述的一种采用氮弧和氮化物复合原 位冶金实现钢表面增氮的方法进一步描述。
[0042]利用如图1所示的装置，采用氮弧和氮化物原位冶金实现钢表面增氮的方法，在 Q235B钢表面获得厚度为2mm的尚氣钢层。尚氣钢层的目标成分如表1所不。
[0043]表1目标高氮钢层的化学成分要求（％ )
[0045]本实用新型采用氮弧为氮气氛电弧，包括电弧和等离子弧;先将混合好的氮化物 合金粉末铺设在待处理的钢母材表面上，然后用氮弧加热熔炼氮化物合金粉末与部分母 材，通过电弧的电磁搅拌和焊枪的摆动对熔池进行搅拌，使氮化物合金粉末中的合金元素 与熔化的母材充分熔炼混合，熔池冷却凝固即可在钢表面形成高氮钢层。通过调节氮化物 合金粉末中各元素的成分比和添粉量，可获得不同氮含量、不同厚度的高氮钢层。
[0046]其增氮原理说明：一方面，氮化物合金粉末与部分钢母材在氮弧中加热熔化，氮弧 中的氮进入熔池，提高了熔池中的氮含量，同时氮弧中氮分压较高，可以控制熔池中已熔入 氮的逸出；另一方面，氮化物合金粉末中含有大量的氮元素，在氮弧加热过程中也熔入了熔 池中，进一步提高了熔池中的含氮量。同时，氮化物合金粉末中配有含有如(Cr、Mn、Mo等）的 合金元素，以确保所形成的高氮钢层中氮元素以原子形式存在。
[0047]采用本实用新型所述的采用氮弧和氮化物原位冶金实现钢表面增氮的方法，其具 体步骤为：
[0048]步骤1，通过目标高氮钢层的目标合金成分，确定铁元素含量WFe % ;选择低碳钢作 为母材；
[0049]根据目标高氮钢制品的目标合金成分，确定所需的作为铺粉原料的氮化物合金粉 末中合金元素i的含量Wif %比，经修正关系式Wif修正％ ? Wif % X (1+yi+U修正后得到粉末 中合金元素i含量的修正值Wif修正％，并配制氮化物合金粉末；其中iii为烧损系数，yi = 0.2 %~5 %|为散射飞溅损失系数，| = 2 %~8 % ;
[0050]氮化物合金粉末原料包括:氮化铬粉末、氮化锰粉末、铬粉、金属锰粉、钼粉等。当 粉末按CrN: MnN: Cr: Mn: Mo = 4:4:18.85:11.8:1.5时，满足高氮钢层目标成分含量比。根据 修正关系式Wif修正％ ? Wif % X (1+yi+U，修正得到原料粉末的配方为:CrN:MnN: Cr:Mn:Mo =4:4:19:12:1.5时，与钢基材配合熔炼可以使Q235B钢表面获得高氮钢层，且高氮钢层的 成分为 N: 1.66%, Mn: 15%, Cr: 22%, Mo: 1.5%,余量为铁。
[0051]步骤2,根据目标高氮钢中除铁元素之外的合金元素i的含量Wi%与铁元素含量的 n 关系式?:#得到所有合金元素与铁元素的成分比a:卜2:3;确定送入熔池 1=1 的合金粉末质量妹与铁粉的质量mg?比为2:3。
[0052]步骤3,根据盤妹:睡^=2:3,可得恪合比
：确定恪入高氮钢层的 铁基材的厚度h = BX W ? 1.2mm;经多次实验测量计算得出._
，_对于同种成 分来说，K取值相同，可确定确定合金粉末层厚度，在Q235B钢表面 上均匀铺置2.5mm厚的氮化物合金粉末。
[0053] 步骤4,选取合适的焊接电流1，1 一般取80A~200A;选取合适的焊接速度v，v-般 取3mm/min~16mm/min;选择10%Ar+N2混合气作为焊接保护气，一般取10L/min~35L/min; 启动本实用新型的焊接装置进行工艺参数调试，调节焊接电流和焊接速度，使熔入高氮钢 层的母材钢基材厚度为h，获得最佳工艺参数1〇为120A和vo为8mm/min。
[OO54] 步骤5,启动本实用新型的焊接装置，以焊接电流I〇=120A和焊接速率v〇 = 8mm/min 为焊接参数原位冶金钢表面的氮化物合金粉末，摆动焊枪使电弧搅拌熔池，最终在母材表 面上获得厚度为2mm的高氮钢层。
【主权项】
1. 一种氮弧原位冶金预铺设氮化物实现钢表面增氮的装置，其特征在于，包括： 一非熔化极气体保护焊枪（1);所述的非熔化极气体保护焊枪（1)的喷嘴（2)为半面缺 口式结构，所述的缺口背对焊接方向； 所述的非熔化极气体保护焊枪（1)的喷嘴(2)内壁连有限流隔板(3);所述的限流隔板 (3)由两块上底边重合的梯形板拼合。2. 根据权利要求1所述的氮弧原位冶金预铺设氮化物实现钢表面增氮的装置，其特征 在于，所述的喷嘴(2)出口半径r为5-8_。3. 根据权利要求1所述的氮弧原位冶金预铺设氮化物实现钢表面增氮的装置，其特征 在于，所述的梯形板上底为2_5mm，下底为8-10mm。4. 根据权利要求1所述的氮弧原位冶金预铺设氮化物实现钢表面增氮的装置，其特征 在于，所述的梯形板上底边距喷嘴距离为30-50mm，梯形板下底距喷嘴口距离为4-8mm。
【专利摘要】本实用新型涉及材料表面处理领域，具体为一种采用氮弧原位冶金预铺设氮化物实现钢表面增氮的装置，将混合好的氮化物合金粉末铺设在待处理的钢母材表面上，然后用氮弧加热熔化氮化物合金粉末与部分母材，通过电弧的电磁搅拌和焊枪的摆动对熔池进行搅拌，使氮化物合金粉末中的合金元素与熔化的母材充分熔炼混合，熔池冷却凝固即可在钢表面形成高氮钢层。本实用新型制备高氮钢层的厚度根据需要能达到几毫米甚至厘米级。该高氮钢层可获得超高氮含量，远远大于常规表面增氮处理所能获得的最大含氮量。
【IPC分类】B23K103/04, B22F3/105, B33Y40/00, B23K35/24, B23K9/29, B23K9/04, B23K9/167, B33Y30/00
【公开号】CN205362955
【申请号】CN201620009050
【发明人】周琦, 孔见, 王克鸿, 周春东, 朱军, 彭勇, 孙宏宇, 蔡雅君
【申请人】江苏烁石焊接科技有限公司
【公开日】2016年7月6日
【申请日】2016年1月6日