专利名称：机械零件带状电弧熔覆设备的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机械热加工维修设备技术领域。
背景技术：
目前，在金属材料零件表面熔覆的种类很多，有激光熔覆、电弧熔覆、火焰熔覆及复合熔覆等，主要是实现表面材料和基体材料的复合，共同承担一定的使用性能要求。采用等离子弧热源，将表面材料(合金粉末)烧熔于基体材料表面，使基体材料和表面材料达到冶金结合，并共同承担相应的使用性能，也是目前制造复合材料的重要工艺方法之一。这种设备可实现材料表面熔覆、材料表面重熔、材料表面合金化、材料表面淬火等。用于各种工件的制造与修复，如模具的制造与修复、轧辊表面熔覆、阀门密封面熔覆、风机叶片的熔覆……等，这种工艺的主要特点是表面材料可根据工件的使用性能要求方便可调，可以在显著降低工件制造成本的同时提高其使用寿命，是目前备受关注的材料表面加工技术之一。用于材料表面加工的工艺方法有多种，各有其特点。如材料表面热喷涂可实现大面积表面材料均勻涂层，但由于表面材料与基体之间因没有达到冶金结合，使用过程中表面材料会因剥落而影响其广泛采用；火焰喷涂在具有上述同样的问题的同时，因其加热火焰的能量密度低，还会造成热喷涂工艺实施过程中的变形量大、材料烧损严重等严重缺陷； 电磁感应熔覆具有熔覆层表面平整光滑，容易形成类烧结显微组织，但对被熔覆工件的形状要求单一，适于采用的工件范围受到限制，熔覆工艺过程复杂，目前应用得较少；激光熔覆是目前研究较多，具有显著优点的材料表面熔覆的工艺方法，目前是材料表面工程领域研究的热点之一，尤其是激光熔覆具有熔覆层显微组织细小，熔覆层强度高，熔覆层稀释率低和热影响区小和熔覆变形小等优点。但由于激光熔覆技术目前还不够成熟，同时由于激光束很细小，使激光熔覆大面积工作表面成为困难，目前采用搭接熔覆方式来实现较大面积的激光熔覆。电弧熔覆是具有悠久使用历史的材料表面熔覆工艺方法，最早的表面电弧堆焊就是电弧熔覆的一种形式，单因表面材料的可变性不灵活，使其使用范围受到很大限制。随着等离子弧的产生技术的成熟，等离子熔覆技术也被研究开发并应用于实际生产，目前针状电极等离子喷焊技术和设备在实际生产中已经获得较成熟的应用，但仍然存在多方面需要解决的问题，如等离子喷焊时因基体材料熔入量太大导致表面材料被稀释率过高， 与等离子喷涂相对应，因表面材料与基体材料为物理吸附结合，表面材料被稀释率为零。介于上述两种状态之间，等离子熔覆既可以实现表面材料与基体材料的冶金结合，又保持表面材料的高纯净度，工艺实施后各种材料性能获得良好的匹配，表现出广泛的应用需求。已有的单电极等离子熔覆技术已有广泛应用，技术和设备已经较成熟，但在实际工程应用过程中，为了获得大面积的熔覆层，需要等离子弧和工件之间进行拍动前进，形成重叠的正弦波状表面材料层，尽管如此，一次熔覆宽度目前最大达到60mm。另外这种熔覆方式使熔覆后的材料内应力很复杂，导致经熔覆后工件的使用寿命下降。发明内容本实用新型的目的是提供一种机械零件带状电弧熔覆设备，它可高效、高质量地对表面熔覆材料与基体进行冶金结合。本实用新型的技术方案是将数个单电极焊枪并列固定成宽带等离子弧熔覆焊枪，各个单电极焊枪由独立的枪体、电极、冷却水循环腔、气体通路、熔覆材料粉体通路和相应的连接管接头构成，各单电焊枪之间加垫固定有高温绝缘板，在各单电极焊枪之间设固定和相对位置调节装置。本实用新型的有益效果是多电极并列同时放电形成宽带等离子弧，使得熔覆时不需要工件与等离子弧之间进行摆动，一次熔覆宽度可达到使用要求，大大降低熔覆时材料的热损伤，同时显著提高生产效率，并能获得高的使用寿命。在设计出新型的多电极并列宽带等离子弧产生喷嘴，成功地解决了相邻电弧之间的电磁干扰问题，并设计出相应的电控系统。
图1是本实用新型系统结构框图；图2是本实用新型三电极等离子弧宽带电弧熔覆枪结构图；图3是本实用新型单根电极结构图；图4是本实用新型三电极固定连接结构图；图5是本实用新型送粉器结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步描述如图2所示，1是电极部件、2是三电极固定连接板、3是绝缘垫片A、4是电机绝缘板、5是送粉器连接件、6是送粉器腔体、7是送粉器冷却水管、8是三电极连接板固定连接件、9是绝缘垫片、10是电极冷却水入口、11是送粉器连接固定件、12是送粉器冷却水管。如图3所示，21是冷却水出口连接件、22是冷却水出水管、23是冷却水入口连接件、24是冷却水入水管、25是钨合金电极。如图4所示，31是单根电极部件、32是绝缘垫片B、33是绝缘固定连接板、34电极刚性固定连接板、35是电极冷却水入口连接件。如图5所示，41是送粉器型腔内壁、42是熔覆材料粉体导入管、43是送粉器型腔外壁、44是送粉器冷却水管。宽带等离子弧设备系统结构布局如图1所示，该设备系统与以往同类等离子熔覆设备相比，增加了与电极数量相匹配的多套等离子弧产生电源组配，并实现对产生的宽带等离子弧的调控，及整体设备的并行同步控制。整个设备由供电系统、等离子弧电源系统、 水冷系统、送粉系统、送气系统、机械机床系统和操作控制平台等重要组成部分构成。各系统之间的关联图如图1所示。单电极熔覆枪，有一套等离子产生电源系统，产生的等离子弧为针尖放电形状，经喷嘴机械压缩和电磁压缩后形成柱状弧柱，如图4示出的是三跟电极并列，三根电极分别由三个独立对应的等离子弧产生电源分别产生等离子弧，由于三个电弧并排距离很近，使三个电弧在电磁力作用下发生合并，形成了一个在电极排列方向上具有一定宽度的宽带等离子弧，这个宽带等离子弧的产生对等离子熔覆工艺实施来说，有特殊的、重要的意义。这一过程相当于将多支毛笔并列制成毛刷，使得材料表面大面积一次熔覆能够实现。
每个电极通过独立的高频引弧和焊接电源产生稳定的等离子弧，单电极焊枪包括枪体、电极、冷却水循环腔、气体通路、熔覆材料粉体通路和相应的连接管接头构成，各单电焊枪之间采用高温绝缘材料隔离；各单电极焊枪之间设固定和相对位置调节装置，实现单电极电弧相对位置的调节。
权利要求1. 一种机械零件带状电弧熔覆设备，包括供电系统、多套等离子弧电源系统与多电极等离子熔覆枪数系统、冷却系统、送粉系统、供气系统、行走机械系统、控制系统，其特征是 将数个单电极焊枪并列固定成宽带等离子弧熔覆焊枪，各个单电极焊枪由独立的枪体、电极、冷却水循环腔、气体通路、熔覆材料粉体通路和相应的连接管接头构成，各单电焊枪之间加垫固定有高温绝缘板。
专利摘要一种机械零件带状电弧熔覆设备，属于机械热加工维修设备技术领域，其特征是将数个单电极焊枪并列固定成宽带等离子弧熔覆焊枪，各个单电极焊枪由独立的枪体、电极、冷却水循环腔、气体通路、熔覆材料粉体通路和相应的连接管接头构成，各单电焊枪之间加垫固定有高温绝缘板。有益效果是多电极并列同时放电形成宽带等离子弧，使得熔覆时不需要工件与等离子弧之间进行摆动，一次熔覆宽度可达到使用要求，大大降低熔覆时材料的热损伤，同时显著提高生产效率，并能获得高的使用寿命。在设计出新型的多电极并列宽带等离子弧产生喷嘴，成功地解决了相邻电弧之间的电磁干扰问题，并设计出相应的电控系统。
文档编号C23C24/10GK201952491SQ20112002668
公开日2011年8月31日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者刘喜明, 孙松林 申请人:中国人民解放军装甲兵技术学院