專利名稱:鑄鐵表面等離子弧噴焊銅合金工藝方法
本發明涉及金屬熱噴涂和焊接技術。特別是采用正極性等離子弧噴工藝，在鑄鐵(尤其是灰口鑄鐵)基體表面噴焊銅合金的工藝方法。
眾所周知，以灰口鑄鐵為基體的低壓閥門，其密封面的材料，幾乎都是采用銅合金。通常人們對低壓閥門密封面的加工制造工藝，主要采取鑲圈、氧乙炔火焰手工堆焊或機械化堆焊等方法。實踐證明這兩種工藝方法，都各自存在不同的弊端，其一由于鑲圈工藝采取“單面燕尾過盈配合”結構，導改加工車削時，銅合金材料耗量大，而且封密性能也不理想，據有關資料表明，鑲圈工藝的銅材利用率只有20～30%，由試壓造成的滲漏廢品率占廢品總數的30～38%;其二在鑄鐵上采用氧乙炔火焰手工堆焊或機械化堆焊銅合金工藝，顯然能夠提高生產效率，降低成本，但致命弱點是堆焊前必須對鑄鐵件進行700℃以上高溫予熱，而且堆焊層質量也不穩定。因此，目前國內外都在積極探索研究在鑄鐵上，采用等離子弧噴銅合金的可焊性問題，但都沒有從根本上解決問題。存在問題的主要原因是(一)電弧不穩定;(二)鑄鐵基體與銅合金相互間的濕潤性甚差;(三)堆焊層中容易產生孔和淬硬組織。在一九八四年英國公開的專利號2130242，題為《作為鑄鐵零部件的合金涂層例如模具》的資料，這項專利宣稱在鑄鐵基體上，采用等離子轉移弧噴具有最小氣孔的鎳基合金屬。由此可見，在本發明之前，還沒有人真正解決在鑄鐵上利用等離子弧噴焊銅合金的難題。
本發明的出發點十分明確，在于提供一種新的銅基合金粉末，以解決鑄鐵基體與銅合金之間濕潤性差的問題，調整電弧的形態以及加強對高溫下銅合金的保護，同時尋找一條適應在鑄鐵上采取等離子弧噴焊銅合金的工藝方法，以取代氧乙炔火焰手工堆焊或機械化堆焊銅合金的工藝，及傳統的鑲圈工藝。
為了有效地實現上述目的，本發明充分注意和考慮了對銅合金中Zn、Sn等低溶點合金元素的保護，以及鑄鐵基體與銅合金之間濕潤性差的問題。根據在等離子弧噴焊作用下物理化學的反應，本發明提供了幾組不同成份的銅基合金粉末材料，見表一、表二、表三
以上提供的幾組新的銅基合金粉末材料中，加入一定量的Si、Cr、Mn、Ni等合金元素，既能與銅形成固溶體和金屬間化合物，又能與鑄鐵形成固溶體或金屬間化合物，從而減少了銅液與鑄鐵的界面張力，提高了銅合金與鑄鐵之間的濕潤性和焊層的強度。同時在電弧的作用下，P、Mn、Si在銅液中與銅粉中與銅粉中殘存的Cu2O等氧化物發生氧化-還原反應后，在銅焊層表面形成一層復合氧化物薄膜，對銅焊層起著保護作用，并能有效地抑制Zn、Sn等合金元素的燒損蒸發，而且也提高了電弧的穩定性。等離子弧噴焊銅合金的具體工藝過程是(一)烘干銅粉噴焊前要嚴格烘干銅粉，烘干的溫度和時間應控制在150～200℃×1h～2h，烘干溫度不能太大，否則銅粉的氧化有利于形成氣孔;(二)調節工藝參數在等離子弧噴焊提制會上進行，調節采用正極性等離子弧噴焊。其具體工藝參數見表四
本發明研制的新的銅基合金粉末和工藝，在試驗中，取得了理想的效果，與傳統加工低壓閥門的工藝相比，其噴焊的密封面的各項性能指標都優于鑄造銅環密封面，而且可以節約銅材60%以上，提高工效四倍噴焊密封面的成品可達95%以上。由于本發明的工藝方法采用控制臺操作，因此，自動化程度高，重現性好，這是傳統的鑲圈工藝和氧乙炔火焰手工堆焊和機械化堆焊不能相比的。
實施本發明的最好方法是首先消除鑄鐵表面的殘留鐵銹，油漆等雜質，其次將烘干的銅合金金粉末裝入送粉器中，根據不同的焊件調整工藝參數和噴焊槍的位置，使能獲得最佳的工藝效果。
權利要求
1.一種以銅粉為主體，用于等離子弧噴焊銅合金的銅金合金粉末，其特征在于加入了一定的合金元素Zn、Sn、Mn、Ni、Cr或一定量非金屬元素P、Si。
2.一種在鑄鐵基體上，采用等離子弧噴焊銅合金的工藝方法，其特征在于采用正極性等離子弧噴焊，電流、氬氣、送粉量、噴焊速度、擺寬、擺頻、噴距等工藝參數，通過控制臺進行調節，銅基合金粉末進行烘干處理。
3.根據權利要求
1所述的合金元素和非金屬元素，其特征在于合金元素加入的量是Zn為2～10%;Sn為2～15%;Mn為2～5%;Ni為1～10%;Si為0.1～0.8%;Cr為0.2～1%。
4.根據權利要求
2所述的工藝方法，其特征在于電流(A)轉弧是100～300，非弧是40～120，氬氣(m3/n)離子氣是0.25～0.3，送粉氣是0.4～0.60，送粉量(g/min)是60～130，噴焊速度(轉/分)是0.09～0.59，擺寬(mm)是10～30;擺頻(次/分)是65～80;噴距(mm)是10～15。
5.根據權利要求
1、3所述的銅基合金粉末其特征在于，銅基合金粉末烘干的溫度和時間應控制在150～200℃×1h～2h。
專利摘要
本發明涉及金屬熱噴涂和焊接技術，特別是在鑄鐵基體上采用正極性等離子弧噴焊銅合金的工藝方法。本發明在于提供一種新的銅合金粉粉基材料，以解決鑄鐵基體與銅合金之間的濕潤性問題和可焊性問題，同間摸索出一條適應在弧噴焊過程中的工藝方法。在提供的新的銅基合金粉末料中含有一定量的合金元素如Cr、Mn、Ni等，以及非金屬元素P、Si。實踐證明本發明與傳統的鑲圈工藝和氧乙炔火焰和堆焊或機械化堆焊相比，是有顯著的效果。
文檔編號C22C9/02GK86104601SQ86104601
公開日1988年1月13日 申請日期1986年7月3日
發明者許冠, 范志虎, 張厚訓 申請人:機械工業部武漢材料保護研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan