等离子堆焊修复和手工电弧堆焊修复、氩弧焊、等离子弧堆焊修复是三中常用的零件修复技术。从理论上说，每种堆焊技术各有其优缺点。
手工电弧堆焊、氩弧焊，效率高，成本低，操作灵活，是目前工厂使用***广的一种堆焊修复工艺。但这种堆焊技术也有其存在的许多问题。钢铁行业的许多零部件都是中碳高强度钢或合金钢，这些钢材的淬硬性强，用手工电弧氩弧堆焊时非常容易开裂。为了防止手工电弧堆焊修复时基体材料和堆焊层开裂，需要对基体材料进行预热，而且需要预热的温度相当高，300~500度，这就给手工电弧氩弧堆焊的操作带来了很大的困难，恶化了工作环境。由于电弧氩弧堆焊时对基体零件有大量的热量输入，会造成零件形成很大的残余拉应力，所以堆焊完后要马上进行去应力退火，这又增加了设备的投入，尤其对大型的工件来说，去应力退火是件很困难的事，要增加很大的热处理设备投入。由于反复多次的高温操作，零件经手工电弧氩弧堆焊后变形量都很大，增加了后续机械加工的难度、时间和费用。手工电弧氩弧堆焊是由人进行操作，堆焊质量易受操作人员的影响，偶然的影响因素比较多。手工电弧氩弧堆焊时的引弧和熄弧也会对堆焊质量带来影响。
等离子送粉堆焊对零部件进行修复是一项新的工艺，激光的操作灵活性不如手工电弧氩弧堆焊，如对零件小的内部或狭小的空间处。但激光修复的优点也很多：
1.基体材料在激光加工过程中仅表面微熔，微熔层为0.05-0.1mm。 基体热影响区极小，一般为0.1-0.2mm。
等离子堆焊过程中基体温升不超过280℃, 等离子堆焊后无热变形。2.堆焊层与基体均无粗大的铸造组织, 堆焊层及其界面组织致密，晶体细小，无孔洞，无夹杂裂纹等缺陷。3.等离子堆焊层组织由底层、中间层以及面层组成的各具特点的梯度功能材料，底层具有与基体浸润性好、结合强度高等特点；中间层具有一定强度和硬度、抗裂性好等优点；面层具有抗冲刷、耐磨损和耐腐蚀等性能，使修复后的设备在安全和使用性能上更加有保障。4.等离子堆焊修复在很多情况下不需要对工件进行预热，等离子堆焊后也不需要进行去应力后处理，这对很多大型零部件的修复来说是十分有利的，也间接地降低了堆焊修复的成本。5.等离子堆焊技术可控性好，能量输入可实现精确控制，操作过程易实现自动化控制，。
等离子堆焊修复和手工电弧氩弧堆焊相似，但它的自动化程度高，也是一种常用的修复技术。
各种堆焊方法的比较
1.从堆焊层的外观形貌看
从堆焊层的外观形貌看，等离子堆焊的堆焊层好，手工氩弧堆焊的质量差，表面凹凸不平，还存在气孔和微裂纹。
2. 从堆焊工件结合面形貌看
从这些结合面看，这两种种方法所得结合面均为冶金结合，结合强度是高的。但手工电弧堆焊的界面凹凸不平，说明手工电弧堆焊时能量控制不准，实际上这种方法对基体材料的影响很大，从其结合面即可断定手工电弧堆焊基体对堆焊层的西式是很大的，这会影响堆焊层的性能。同时基体材料也受到堆焊时强烈的热作用，这种热作用依据温度高低的不同，可分为这样几个区域：金属熔化区、过热区、正火区和部分相变区。在过热区，奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，故塑性、韧性降低，对易淬火钢，此区脆性更大。等离子堆焊的界面非常平整，界面清晰，可见等离子输入的能量十分精确，基体对堆焊层的影响小，堆焊层可以保持其良好的性能，基体材料受到的热冲击也非常小，堆焊对基体的影响很小。
3. 从堆焊的热影响区的宽度看
从热影响区的宽度对比可见，手工电弧堆焊的热影响区约为6mm，等离子弧堆焊的热影响区为2-3mm，激光的热影响区域为1mm，激光堆焊工艺好，其次是等离子堆焊，***差的是手工氩弧焊。
4. 从堆焊后基体材料的偏析情况看
手工电弧堆焊，基体均受到很大的影响，基体偏析严重，而等离子堆焊后对基体的影响很小，看不到明显的基体偏析区。等离子堆焊修复的好。
5. 从堆焊后堆焊层和基体的显微硬度来看
手工电弧堆焊的堆焊层硬度不高，HV300以下，激光堆焊的堆焊层硬度比较高，约HV500以下，等离子弧堆焊HV480以下。
6. 从堆焊层的耐磨性来看
虽然没有对这三种堆焊层的耐磨性进行实验研究，但从对这三种堆焊层的机械加工可知，手工电弧堆焊层的耐磨性明显不如激光堆焊层，在用钻床对拉伸试件加工小孔时，电弧堆焊的堆焊层用普通的钻头即可进行钻削加工，而对激光堆焊层则必须用合金钻头才能进行钻孔加工，等离子弧堆焊的堆焊层耐磨性比手工电弧堆焊的好，但比激光堆焊的堆焊层差。
7. 从堆焊工件的抗冲击性能看
等离子弧堆焊所得试件的抗冲击能力比较强，手工电弧堆焊其次，激光堆焊的与手工电弧堆焊的相当。
8. 从堆焊工件的拉伸性能看
手工电弧堆焊的拉伸强度高，延伸率高，激光堆焊试件的强度不如手工电弧堆焊的高，延伸率和手工电弧堆焊的相当。等离子弧堆焊的拉伸强度和激光堆焊的相当，但延伸率很低。
9. 从金相组织来看，
手工电弧堆焊和等离子弧堆焊由于加热过程比较复杂，所得到的组织也比较复杂。熔合区，因温度过高而成为热粗晶，强度、塑性和韧性都下降。过热区，奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，故塑性、韧性降低，对易淬火钢，此区脆性更大。正火区，加热时发生重结晶，转变为细小的奥氏体晶粒，冷却后为均匀而细小的铁素体和朱光体，具有较好的力学性能。部分相变区，朱光体和部分铁素体发生重结晶，转变成细小奥氏体晶粒。部分铁素体不发生相变，但晶粒有长大的趋势。冷却后，晶粒大小不匀，因而力学性能比正火区稍差。堆焊层的性能与堆焊时热影响区的大小和组织有关，而堆焊热影响区的大小和组织、性能变化的程度与堆焊方法、堆焊参数、预热温度和堆焊后热处理等因素有关。减小堆焊过程中热影响区的宽度可提高堆焊的性能。
研究所得试验数据和图表
激光熔覆 手工电弧堆焊 等离子弧堆焊
上海多木实业有限公司
周宝清
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