康东青
艾默生过程管理（天津）阀门有限 公司 天津市 301700
摘要：等离子堆焊接的稀释率很低，而且大大减少了其他焊接工艺中典型的焊接缺陷，如气泡造成的气孔、焊渣夹杂物、焊接速度不一致造成的应力裂纹，以及从乙炔中吸取的碳造成的沉积硬度变化。作为热源，等离子焊接使用惰性气体被电弧加热，使其成为电离的等离子体。惰性气体不与堆焊合金发生反应，因此其化学成分不会改变，气体演化也不会形成夹杂的气孔。填充材料的输送、焊接速度和焊枪定位都是自动化的，因此焊接质量对操作者的技术依赖性较低。硬面焊接材料本身的形式也更有利于提高质量。几乎所有其他的堆焊工艺的填充材料都是由具有所有固有缺陷（如空隙、夹杂物和合金偏析）的铸棒组成。等离子堆焊使用的是粉末状的填充材料，它是由熔融金属的惰性气体雾化形成的，本身就比较干净。
关键词： 堆焊、等离子弧
1.前言：
控制阀是世界上现代制造业里越来越重要的元件。控制阀被广泛的应用在石油天然气、电力、化工和石化、炼油、金属与冶金、食品和饮料等工业生产中。大部分的直行程阀构件中包括阀座孔处、阀芯座及导向处、阀笼孔都采用硬面的；在旋转阀上，球的前沿，碟板的密封圈位也有些采用加硬面，偶尔阀体的内表面也是硬面的，因而表面堆焊被广泛的应用在阀门的制造中。
2.内容：
堆焊，也叫硬面，是通过焊接、喷涂或钎焊将填充金属沉积在表面，以增加对磨损、侵蚀、磨损、咬合、冲击或气化损害的抵抗力。
2.1加硬层堆焊方法
加硬层堆焊常用的焊接方法有钨极氩弧焊、氧乙炔焊、手工电弧焊、等离子焊。
2.1.1钨极氩弧焊主要用于直径非常小的零件且需要很小的堆焊量，GTAW 的主要优点是它是一个非常小的精密热源。缺点是稀释率相对较高，高度集中的热源产生应力开裂的概率高，且熔敷速度比较慢。
2.1.2 氧乙炔焊因为其低廉的设备成本，是最广泛使用的堆焊工艺，其熔敷率相对较高，稀释率低。缺点是碳扩散到焊缝中，导致熔敷金属中出现 “硬点” 以及氧气气体在熔敷金属中产生气孔。密集性是一个值得关注的问题，因为它可能发生在阀座精加工表面之下，在工厂里无法检测和修补，最终会因为客户的应用中的磨损而暴露出来。
2.1.3 手工电弧焊（SMAW）只是偶尔用于表面加硬堆焊。它的两个主要优点是可以很好地进入狭窄的空间，并且焊接过程中传入母材的热量最低。对热变形敏感的部件应采用SMAW 焊接，因为它能将传导到工件中的热量降到最低。该工艺的主要缺点是焊缝中易产生熔渣，且相对高的稀释率和涂有药皮的焊条的成本比较高。
2.1.4等离子堆焊接的稀释率很低，而且大大减少了其他焊接工艺中典型的焊接缺陷，如气泡造成的气孔、焊渣夹杂物、焊接速度不一致造成的应力裂纹，以及从乙炔中吸取的碳造成的沉积硬度变化。作为热源，等离子焊接使用惰性气体被电弧加热，使其成为电离的等离子体。惰性气体不与堆焊合金发生反应，因此其化学成分不会改变，气体演化也不会形成夹杂的气孔。填充材料的输送、焊接速度和焊枪定位都是自动化的，因此焊接质量对操作者的技术依赖性较低。硬面焊接材料本身的形式也更有利于提高质量。几乎所有其他的堆焊工艺的填充材料都是由具有所有固有缺陷（如空隙、夹杂物和合金偏析）的铸棒组成，等离子堆焊使用的是粉末状的填充材料，它是由熔融金属的惰性气体雾化形成的，本身就比较干净。
另外等离子堆焊的效率也比其它焊接方法高，由于其优良的焊接质量及较高的焊接效率，因此被广泛的应用在阀门制造业的焊接生产中。
2.2 等离子弧堆焊特点及应用范围
等离子弧焊是在钨极氩弧焊的基础上发展起来的一种重要的高能束焊接方法。等离子弧焊用的热源是将自有电弧压缩强化之后而获得电离度比钨极氩弧焊更高的电弧等离子体，成为等离子弧（又称压缩电弧）。这种电弧可以用于喷涂、切割、焊接，在工业中得到了广泛的应用。
等离子弧焊的优点：目前广泛采用的压缩电弧方法是将氩弧的钨极缩入焊枪的喷嘴内部，在喷嘴中通入等离子气（通常是氩气），使电弧强制从纯铜喷嘴的孔道通过。这样电弧就受到三种压缩作用，即喷嘴孔道的机械压缩，离子气冷气流的热收缩和弧柱自身电磁产生的电磁收缩。电弧在三种压缩作用的综合作用下，弧柱导电截面收缩变小，而电流密度增大、温度升高。经压缩的等离子电弧具有较高的能量密度、温度及刚直性，因此与一般自由电弧相比等离子弧具有温度高，能力集中；等离子弧焊焊缝质量对弧长的变化不敏感；等离子弧能量分布均匀；适合精密件的焊接等优点。
等离子弧堆焊是利用联合型等离子弧或者转移型等离子弧为热源，以合金粉末作填充金属的一种堆焊工艺。与其它常规热源相比，等离子弧温度高、能量集中、燃烧稳定，能迅速而顺利地堆焊难熔材料。由于堆焊材料的送进和等离子弧参数的调节是独立进行的，所以稀释率和表面形状较容易控制，稀释率最低可答5%左右。堆焊厚度为0.5-8mm，焊道宽度为3-40mm。等离子堆焊的缺点是设备较复杂，堆焊成本高，操作时会产生对人体有害的紫外线辐射、臭氧污染等。这种堆焊方法主要适用于质量要求高，焊接量大的场合，因此为阀门行业的堆焊产品质量要求较高，堆焊量较大。
粉末等离子弧堆焊是将合金粉末自动送入电弧区实现堆焊的。其特点是粉末来源广、种类多，铁基、镍基、钴基以及碳化钨等各种成分的粉末都能堆焊。此种焊接方法熔敷率高，稀释率低，堆焊层质量好；工艺过程稳定，易于实现机械化、自动化。粉末等离子堆焊广泛地应用于各种阀门密封面。
2.3 等离子堆焊在阀门行业的应用
粉末等离子弧堆焊是将合金粉末自动送入电弧区实现堆焊的。其特点是粉末来源广、种类多，铁基、镍基、钴基以及碳化钨等各种成分的粉末都能堆焊。此种焊接方法熔敷率高，稀释率低，堆焊层质量好；工艺过程稳定，易于实现机械化、自动化。粉末等离子堆焊广泛地应用于各种阀门密封面。
阀门中使用耐磨合金用来防止磨损，为了经济考虑，几乎所有的大型部件都是硬面的；钴基司太立合金是阀门中最常用的耐磨合金，这些钴铬钨碳合金最早是有Elwood Haynes开发的。他在20世纪初创立了Stellite。CoCr-A 又称Stellite 6是阀门行业中常用的耐磨材料，用于等离子堆焊的CoCr-A 焊接材料为粉末状态，CoCr-A 熔敷金属材料的硬度为36-44HRC, 此材料在1093℃具有优异的热硬性，它不能通过热处理进行硬化，因此CoCr-A 在各种环境下具有良好的耐腐蚀性，在高温下的具有良好的耐氧化性，这些合金在蒸汽、海水和盐水溶液中就有良好的表现。
大部分的直行程阀构件中包括阀座内孔处、阀芯座及导向处、阀笼孔都采用硬面的；在旋转阀上，球的前沿，碟板的密封圈位置有的也采用加硬面，偶尔阀体的内表面也是硬面的。
3.结论：
由于阀门阀芯、阀座、阀笼等阀内件表面精度要求高,对于大尺寸的阀内件，堆焊量大，因此采用堆焊层质量好，效率高的等离子堆焊技术是一种最好的选择。
4.参考文献
4.1 吴金杰. 焊接工程师专业技能入门与精通 北京：机械工业出版社
4.2中国机械工程学会焊接学会.焊接手册-焊接方法及设备 北京：机械工业出版社