表面硬化的基础是在金属表面形成一硬化层而使其具有耐磨和耐腐特性。在成本相对较低的基体上通过金属堆焊层来改善耐磨性可获得良好的经济效益,这一现实推动了表面硬化技术在过去半个世纪的发展。按定义,表面硬化工艺是指通过焊敷或热喷涂方式堆焊这样一种硬质表层。传统的硬质焊敷通过氧燃料焊(OFW)、气体钨极弧焊(GTAW)、气体金属弧焊(GMAW)、保护金属弧焊(SMAW)以及药芯弧焊(FCAW)等方法实现,而等离子转移弧(PTA)表面硬化和激光束表面硬化技术则是这一领域的新技术。过去20年,用于表面硬化的等离子转移弧工艺(PTA)是获得高冶金质量重熔堆焊层的通用方法。该工艺在开辟新的应用领域、材料以及改善硬件和软件方面发展迅速.等离子转移弧技术现在是重复性大批量表面硬化作业的首选工艺。
等离子转移弧(PTA)焊敷是气体钨极电弧焊工艺的延伸和发展,这两种工艺都应用由非消耗性钨阴极产生的气体保护弧,所不同的是等离子弧因其产生的等离子束的平行特性而具有更高的弧能密度。将等离子枪中一个非消耗性含牡钨电极作为阴极,在阴极和铜阳极之间或是在阴极和工件之间引发电弧。将具有较高离子能的一种惰性气体通入到阴极周围,并在弧内离子化、膨胀并加速,形成高能弧。离子化的等离子体起到一个二次热源的作用。要使该等离子体射流得到充分的利用,要采用一个水冷束流孔作为阴极。将该阴极插入喷嘴内,该喷嘴帮助集束等离子射流。弧的横截面基本上呈圆型,接触区域基本上不变,弧长可能稍有变化。一个PTA表面硬化系统包括三层气流。里面一层气流称为等离子气体或中央气体,儿乎都是氢气,等离子气体有助于生成等离子体并保护含牡钨电极。外面一层气体即保护气体则在焊池上提供了一层惰性防护毯,以保护其免受氧化或污染。用于PTA堆焊的保护性气体一般也是氢气。第三种气流是用于输送表面硬化用消耗材料,这种材料一般呈粉末状,消耗材料输送气体可以是氢气、氦气或者是抓和氢的混合气体。
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