一种等离子熔覆方法与流程

1.本发明涉及等离子熔覆技术在生物质燃料成型机环模中的应用技术领域，特别涉及一种等离子熔覆方法。


背景技术：

2.生物质颗粒燃料成型技术是一种利用生物质材料，通过破碎、混合、调节水分等步骤后，经过压缩机将其压成燃料颗粒或燃料块，如木屑、秸秆和木炭等。然而，该技术仍存在一些问题，尤其是在成型机中的模辊材料方面：其易磨损、耐腐蚀性差、使用寿命短，同时能耗较高。环模是生物质颗粒成型的关键部件，其表面状态直接影响生物质颗粒的成型质量和生产效率。通常情况下，环模正常使用1000-1200h后会出现严重的磨损、腐蚀乃至破裂的情况，导致生物质颗粒制备难度升级，严重影响其生产效率，降低了生物质燃料的成型质量。为了保障生物质颗粒燃料成型的质量和生产效率，需要对生物质颗粒燃料成型机的环模进行定期检查和更换，然而环模价格比较昂贵，这将进一步增加了生物质颗粒燃料成型机的制造生产成本。应用等离子熔覆技术可以显著提高机件的耐磨和耐腐蚀性能，因此我们可以使用等离子熔覆技术开发涂层来解决该问题。这种具有耐磨和耐腐蚀性能的涂层能够延长环模的使用寿命，并降低生产成本，提高生产效率，因此在提高生物质颗粒燃料成型机的稳定性方面具有重要的现实意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种等离子熔覆方法，解决了背景技术中提到的问题。
4.为了解决上述问题，本发明提供了一种技术方案：
5.一种等离子熔覆方法，包括以下步骤：
6.s1、利用热处理设备对环模进行热处理加工，消除其内部原有残余应力；
7.s2、将两种合金粉末置于干燥箱中烘干1h以上去除其水分；利用电子天平分别按质量分数将粉末进行称取；将称取好的粉末置于球磨机中进行混粉后，取出备用；
8.s3、利用扫描电镜使用扫描成像法测量粉末颗粒的尺寸，通过统计计算获得粉末的球形率；若球形率不满足要求，则更换一种粉末标准，并重复上述实验步骤，直至球形率符合标准要求；
9.s4、利用工装夹具对环模进行定位夹持；在进行等离子熔覆试验前，将混合好的合金粉末置于干燥箱中烘干1h；
10.s5、使用霍尔流量计测量粉末的流动性能，如流动性能符合试验要求，则将粉末装入等离子熔覆装置的送粉器内，若流动性能不符合要求，则继续在干燥箱中烘干，并重复上述实验步骤，直至流动性能符合标准要求；
11.s6、利用等离子熔覆装置的等离子焊枪喷射出的等离子束，熔融所述合金粉末，以对所述环模进行熔覆，根据环模的形状在环模内表面形成与所述环模冶金结合的熔覆涂
层，并选择合适的熔覆工艺参数。
12.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s6中的熔覆工艺参数如下：扫描速度为100mm/min-120mm/min；工作电流为100a-120a；送粉速度为6r/min-9r/min；离子气流量为0.9l/h-1.3l/h；扫描搭接率为30％-40％；送粉气流量6l/h-9l/h，保护气流量3l/h-6l/h；喷嘴距基体表面距离3mm-6mm。
13.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s1中热处理加工步骤为：
14.s11、将环模放入热处理炉内加热至500℃-600℃，并在热处理炉内保温2h，随后在炉内冷却至室温；
15.s12、利用角磨机将环模内表面的铁锈及氧化层去除；
16.s13、用丙酮和乙醇对所述环模内表面进行擦拭清洁，随后烘干备用。
17.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s5中的等离子熔覆装置包括：焊机主体、水冷降温循环系统电气控制系统、等离子焊枪、送粉系统、输气系统、工作台和工装夹具；
18.所述工作台的顶部安装有工装夹具，所述工装夹具顶部可拆卸连接有等离子焊枪，所述焊机主体的内部设置有水冷降温循环系统，所述焊机主体与电气控制系统之间电性连接，所述输气系统的输出端通过输送管与送粉系统的输入端连接，所述送粉系统的输出端通过输送管与等离子焊枪的输入端连接，所述等离子焊枪、送粉系统和输气系统均与焊机主体电性连接。
19.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s6中对环模进行熔覆的方法的步骤为：
20.s61、对所述环模设定起始点和终止点，进而形成从起始点至终止点的环模内表面熔覆轨迹；
21.s62、通过等离子焊枪按照环模内表面熔覆轨迹对环模进行单向熔覆，形成与环模冶金结合的熔覆涂层。
22.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s2中的合金粉末包括：碳化钨和镍基合金复合粉末，且所述碳化钨的重量为合金粉末总重量的25％-40％，所述合金粉末的粉的粒径为45μm-95μm。
23.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s3中计算粉末的球形率试验，其操作流程为：使用扫描电镜成像分别测量出粉末颗粒的长轴和短轴，确定颗粒长短轴之比的上限值，且标准球形率要求为：长短轴之比小于或等于1.2。
24.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s5中测量粉末的流动性能试验，其操作流程为：取45g-60g的混合粉末，利用霍尔流量计进行多次测量其流动性能，所述粉末标准流动时间为14s-16s，对应的休止角为24
°‑
26
°
，且所述粉末的流动性能测量参考为：iso4490:2001。
25.作为本发明的一种优选方案，所述环模的熔覆涂层厚度为800μm-1200μm，且所述环模的熔覆涂层稀释率为15％-25％。
26.本发明的有益效果是：在生物质燃料成型机环模表面添加熔覆材料，采用等离子熔覆方法使得所形成的熔覆涂层与环模呈冶金结合的更好，且热影响区更小，显著增强环模的耐磨性，耐腐蚀性能，延长了环模的使用寿命，提高了生物质颗粒燃料成型机的稳定性和生产效率。
附图说明：
27.为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
28.图1是本发明实施例的等离子熔覆方法流程图；
29.图2是本发明实施例的未进行等离子熔覆未处理的环模示意图；
30.图3是本发明实施例的等离子熔覆装置示意图。
31.图中：1、焊机主体；2、水冷降温循环系统；3、电气控制系统；4、等离子焊枪；5、送粉系统；6、输气系统；20、环模；21、环模内表面；22、熔覆涂层；40、工作台；41、工装夹具。
具体实施方式：
32.实施例1：
33.如图1所示：一种等离子熔覆方法，包括以下步骤：
34.s1、利用热处理设备对环模20进行热处理加工，消除其内部原有残余应力；
35.s2、将两种合金粉末置于干燥箱中烘干1h以上去除其水分；利用电子天平分别按质量分数将粉末进行称取；将称取好的粉末置于球磨机中进行混粉后，取出备用；
36.s3、利用扫描电镜使用扫描成像法测量粉末颗粒的尺寸，通过统计计算获得粉末的球形率；若球形率不满足要求，则更换一种粉末标准，并重复上述实验步骤，直至球形率符合标准要求；
37.s4、利用工装夹具41对环模20进行定位夹持；在进行等离子熔覆试验前，将混合好的合金粉末置于干燥箱中烘干1h；
38.s5、使用霍尔流量计测量粉末的流动性能，如流动性能符合试验要求，则将粉末装入等离子熔覆装置的送粉器内，若流动性能不符合要求，则继续在干燥箱中烘干，并重复上述实验步骤，直至流动性能符合标准要求；
39.s6、利用等离子熔覆装置的等离子焊枪4喷射出的等离子束，熔融合金粉末，以对环模20进行熔覆，根据环模20的形状在环模内表面21形成与环模20冶金结合的熔覆涂层22，并选择合适的熔覆工艺参数。
40.其中，熔覆工艺参数如下：扫描速度为100mm/min-120mm/min；工作电流为100a-120a；送粉速度为6r/min-9r/min；离子气流量为0.9l/h-1.3l/h；扫描搭接率为30％-40％；送粉气流量6l/h-9l/h，保护气流量3l/h-6l/h；喷嘴距基体表面距离3mm-6mm。
41.实施例2：
42.结合图2和图3所示：首先，利用热处理炉对环模20进行热处理加工，消除其内部原有残余应力。具体操作为：将环模20放入热处理炉内加热至500℃～600℃，并在热处理炉内保温2h，随后在炉内冷却至室温；然后，利用角磨机将环模内表面21的铁锈及氧化层去除；接着，用丙酮和乙醇对环模内表面21进行擦拭，本发明对擦拭环模20的溶剂不作任何限定，只需要采用本领域技术人员常用的可以去除表面油污的溶剂即可；
43.其中，本发明请求保护的等离子熔覆方法通过一种等离子熔覆装置完成，其包括：焊机主体 1、水冷降温循环系统2电气控制系统 3、等离子焊枪4、送粉系统 5、输气系统 6、工作台40以及工装夹具41等连接在一起，协同工作，使得等离子熔覆方法得以实现；
44.送粉系统5通常包括送粉器、送粉管道和粉末喷嘴，粉末喷嘴通过送粉管道与粉末容器相连，粉末喷嘴通常设置在等离子焊枪4中，以使粉末喷嘴喷射出的合金粉末与等离子
焊枪4喷射出的等离子束同轴，送粉系统5包括离子气，输气系统6包括送粉气和保护气，其中离子气、送粉气可共用一瓶气体，且气体均为氩气，本实施例利用钨极和工件之间产生的等离子弧作为热源，该等离子弧温度高、能量集中、稳定性好且在工件上引起的残余应力和变形小；工作台40用于放置工装夹具41和环模20，电气控制系统3通过提前编译好的程序，实现工作台40将合金粉末混合能够带动环模20运转，在本实施例中，等离子熔覆机装置对运转的环模20进行熔覆；
45.然后，利用扫描电镜，使用扫描成像法测量粉末颗粒的尺寸，通过统计计算，获得粉末的球形率。若球形率不满足要求，则更换一种粉末标准。具体的，使用扫描电镜成像分别测量出粉末颗粒的长轴和短轴，确定颗粒长短轴之比的上限值，以减少误判非球形粒子的风险，若颗粒的长短轴之比小于或等于1.2则符合标准要求，即视为球形。若球形率不符合标准要求，则更换一种粉末标准，并重复上述实验步骤，直至球形率符合标准要求。
46.然后，利用工装夹具41夹持环模20。具体的，如图3所示，工作台上具有一卡盘，工装夹具41通过该卡盘固定在工作台40上，工装夹具41夹持并固定环模20，工作台40在电气控制系统3程序下运转时，工装夹具41随之运转并带动夹持的环模20按拟定好的线路轨迹运转，从而使得等离子熔覆装置能够顺利给环模内表面21进行等离子熔覆，以形成与环模20冶金结合的熔覆涂层22，提高了等离子熔覆装置的工作效率。
47.接着，在进行等离子熔覆试验前，将混合好的合金粉末置于干燥箱中烘干1h。随后按照iso4490:2001标准，使用霍尔流量计多次测量45g-60g混合粉末的流动性能，如流动性能符合试验要求，则将粉末装入等离子熔覆装置的送粉器内，如果流动性能不符合要求，则继续在干燥箱中烘干，并重复上述实验步骤，直至流动性能符合标准要求，才能将粉末装入送粉器中进行实验，这样可以确保等离子熔覆试验的精确性和稳定性；
48.具体的，预热合金粉末的温度为100℃-120℃。合金粉末的成分包括碳化钨和镍基合金，其中，碳化钨的重量至少占合金粉末总重量的25％-40％，合金粉末的粉粒粒径为45μm-95μm；粉末的流动性实验的粉末流动时间为14s-16s，对应的休止角为24
°‑
26
°
；在本实施例中，镍基合金的成分主要包括ni、cr、si、b以及c等元素，合金粉末是镍基合金包裹碳化钨形成的合金颗粒，利用包含碳化钨的合金粉末作为熔覆材料，提高了后续形成的熔覆涂层22的耐腐蚀性能和耐磨性能。
49.实施例3：
50.如图3所示：利用等离子焊枪4喷射出的等离子束，熔融合金粉末，以对环模内表面21进行熔覆，并根据环模20的形状在环模内表面21形成与环模20冶金结合的熔覆涂层22；
51.具体的，环模20的边缘具有一定位点，在熔覆时，工作台40运转并带动环模20从初始位置运转，等离子焊枪4从定位点开始对熔融合金粉末，熔融的合金粉末覆盖在环模内表面21，当工作台40运转一周使得定位点返回初始位置时，等离子熔覆装置熔覆完成；
52.其中，在环模20运转一周的过程中，等离子熔覆机还需要对环模内表面21进行熔覆，在本实施例中，熔覆涂层22需要覆盖环模内表面21的限定区域，对环模20进行熔覆的方法包括：对环模20设定起始点和终止点，进而形成从起始点至终止点的环模内表面21熔覆轨迹，其中，熔覆轨迹是通过电气控制系统3针对具体的环模内表面21的形状进行编程设计形成的，等离子熔覆方法可以根据环模20的形状，形成的熔覆涂层22与环模20的金属基材结合更好，热影响区更小，耐腐蚀性能和耐磨性能更佳。
53.进一步的，在本发明提供的等离子熔覆方法中，环模20基材通常采用45号钢，熔覆涂层22的技术指标中，稀释率指的是基体经等离子熔覆后的融化面积占整个熔覆层的面积比，通过合理控制稀释率，可以控制熔覆涂层22中45号钢的比例，从而达到更好的熔覆效果和结合性能，在等离子熔覆过程中，控制稀释率的同时，还需要考虑熔覆涂层22的厚度、均匀性等因素，因此，本等离子熔覆方法通过合理选择材料和优化配比，可以获得更好的熔覆效果和性能。
54.在本实施例中，环模20的熔覆涂层22的厚度通常为800μm-1200μm；环模20的熔覆涂层22的稀释率为15％-25％，通过对等离子熔覆方法多次试验发现，利用本等离子熔覆方法在环模内表面21形成与环模20冶金结合的熔覆涂层22的良品率大于或者等于96％。
55.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
56.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
57.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
58.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种等离子熔覆方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、利用热处理设备对环模(20)进行热处理加工，消除其内部原有残余应力；s2、将两种合金粉末置于干燥箱中烘干1h以上去除其水分；利用电子天平分别按质量分数将粉末进行称取；将称取好的粉末置于球磨机中进行混粉后，取出备用；s3、利用扫描电镜使用扫描成像法测量粉末颗粒的尺寸，通过统计计算获得粉末的球形率；若球形率不满足要求，则更换一种粉末标准，并重复上述实验步骤，直至球形率符合标准要求；s4、利用工装夹具(41)对环模(20)进行定位夹持；在进行等离子熔覆试验前，将混合好的合金粉末置于干燥箱中烘干1h；s5、使用霍尔流量计测量粉末的流动性能，如流动性能符合试验要求，则将粉末装入等离子熔覆装置的送粉器内，若流动性能不符合要求，则继续在干燥箱中烘干，并重复上述实验步骤，直至流动性能符合标准要求；s6、利用等离子熔覆装置的等离子焊枪(4)喷射出的等离子束，熔融所述合金粉末，以对所述环模(20)进行熔覆，根据环模(20)的形状在环模内表面(21)形成与所述环模(20)冶金结合的熔覆涂层(22)，并选择合适的熔覆工艺参数。2.根据权利要求1所述的一种等离子熔覆方法，其特征在于，所述步骤s6中的熔覆工艺参数如下：扫描速度为100mm/min-120mm/min；工作电流为100a-120a；送粉速度为6r/min-9r/min；离子气流量为0.9l/h-1.3l/h；扫描搭接率为30％-40％；送粉气流量6l/h-9l/h，保护气流量3l/h-6l/h；喷嘴距基体表面距离3mm-6mm。3.根据权利要求1所述的一种等离子熔覆方法，其特征在于，所述步骤s1中热处理加工步骤为：s11、将环模(20)放入热处理炉内加热至500℃-600℃，并在热处理炉内保温2h，随后在炉内冷却至室温；s12、利用角磨机将环模内表面(21)的铁锈及氧化层去除；s13、用丙酮和乙醇对所述环模内表面(21)进行擦拭清洁，随后烘干备用。4.根据权利要求1所述的一种等离子熔覆方法，其特征在于，所述步骤s5中的等离子熔覆装置包括：焊机主体(1)、水冷降温循环系统(2)电气控制系统(3)、等离子焊枪(4)、送粉系统(5)、输气系统(6)、工作台(40)和工装夹具(41)；所述工作台(40)的顶部安装有工装夹具(41)，所述工装夹具(41)顶部可拆卸连接有等离子焊枪(4)，所述焊机主体(1)的内部设置有水冷降温循环系统(2)，所述焊机主体(1)与电气控制系统(3)之间电性连接，所述输气系统(6)的输出端通过输送管与送粉系统(5)的输入端连接，所述送粉系统(5)的输出端通过输送管与等离子焊枪(4)的输入端连接，所述等离子焊枪(4)、送粉系统(5)和输气系统(6)均与焊机主体(1)电性连接。5.根据权利要求1所述的一种等离子熔覆方法，其特征在于，所述步骤s6中对环模(20)进行熔覆的方法的步骤为：s61、对所述环模(20)设定起始点和终止点，进而形成从起始点至终止点的环模内表面(21)熔覆轨迹；s62、通过等离子焊枪(4)按照环模内表面(21)熔覆轨迹对环模(20)进行单向熔覆，形成与环模(20)冶金结合的熔覆涂层(22)。
6.根据权利要求1所述的一种等离子熔覆方法，其特征在于，所述步骤s2中的合金粉末包括：碳化钨和镍基合金复合粉末，且所述碳化钨的重量为合金粉末总重量的25％-40％，所述合金粉末的粉的粒径为45μm-95μm。7.根据权利要求1所述的一种等离子熔覆方法，其特征在于，所述步骤s3中计算粉末的球形率试验，其操作流程为：使用扫描电镜成像分别测量出粉末颗粒的长轴和短轴，确定颗粒长短轴之比得上限值，且标准球形率要求为：长短轴之比小于或等于1.2。8.根据权利要求1所述的一种等离子熔覆方法，其特征在于，所述步骤s5中测量粉末的流动性能试验，其操作流程为：取45g-60g的混合粉末，利用霍尔流量计进行多次测量其流动性能，所述粉末标准流动时间为14s-16s，对应的休止角为24
°‑
26
°
，且所述粉末的流动性能测量参考为：iso4490:2001。9.根据权利要求4所述的一种等离子熔覆方法，其特征在于，所述环模(20)的熔覆涂层(22)厚度为800μm-1200μm，且所述环模(20)的熔覆涂层(22)稀释率为15％-25％。

技术总结
本发明公开了一种等离子熔覆方法，涉及等离子熔覆技术在生物质燃料成型机环模中的应用技术领域，包括以下步骤：利用热处理设备对环模进行热处理加工，消除其内部原有残余应力；将两种合金粉末置于干燥箱中烘干1h以上去除其水分；利用电子天平分别按质量分数将粉末进行称取；将称取好的粉末置于球磨机中进行混粉后，取出备用；利用扫描电镜使用扫描成像法测量粉末颗粒的尺寸，本发明在生物质燃料成型机环模表面添加熔覆材料，采用等离子熔覆方法使得所形成的熔覆涂层与环模呈冶金结合的更好，且热影响区更小，显著增强环模的耐磨性，耐腐蚀性能，延长了环模的使用寿命，提高了生物质颗粒燃料成型机的稳定性和生产效率。质颗粒燃料成型机的稳定性和生产效率。质颗粒燃料成型机的稳定性和生产效率。


技术研发人员：白雪卫 张凤宇 闫卓宇 徐铭泽 刘玉迪 修永海 王雷 王志旭 郑硕 佟昊洋
受保护的技术使用者：四平市顺邦农机制造有限公司
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/9/16