[发明专利]在金属工件上形成耐磨表层的方法

说明书

本发明涉及一种焊接设备和在一种金属基底上熔敷一层耐磨表面材料的方法。更具体地说，本发明涉及一种用于熔敷在金属基底的狭窄表面上的一个焊道的方法和设备。

迄今，人们已经知道为在金属基底上焊敷耐磨表面材料的各类焊接技术。例如，美国专利文献3.803.380和4，122，327描述了为在一基底上熔敷一层金属粉末流而采用等离子火焰燃烧器的有关技术。又如，在某些专利，如美国专利4，142，089中所描述的，人们也知道，采用脉冲式的等离子喷枪电弧加热以在基底上涂敷一层粉末材料。在另外一些专利例如美国专利文献3，781，508中所述，人们也知道系用具有可转移弧的脉冲焊接电流，以便将可消耗的电极熔化形成涂层。

人们还从美国专利4，125，754和4，472，619中得知采用等离子转移弧在基底上形成坚硬表层的技术。在这些情况中，复盖材料的熔化与熔合是利用将一相对稳定的电流施加到基底来完成的，这样是为了产生一融熔区，而且复盖粉末能够进入此熔化区。该粉末，或者说至少该粉末的一部分会被熔化而构成熔融区的组成部分，增大了在先产生的熔化物体积。就这样，热源继续从基底的这头移到那头而这个过程也在继续进行着直到达到所需焊接长度为止。然而，一般焊接电流的变化限制在焊接电流是逐渐的增加，从某个初始电平起始，逐渐到主焊接电平，然后到终了电平。

人们也注意到受控弧焊技术是采用脉冲弧焊电流，将电极融成溶敷 金属，例如美国专利3，449，544;3，521，027;3，622，744;3，666，906和3，683，149中所述。

在基底或工件具有相当窄的边缘情况下，就很难获得适宜的焊道熔敷层了。例如，已获得的复盖层一般具有的厚度对于一次焊过的熔敷层范围为0.020英寸到0.250英寸，宽度少至0.0625英寸。通常，已知的工艺方法在基底没有有效的熔化或不用精细的致冷设备情况下，已不能在0.100英寸或更窄宽度的基底上熔敷金属。对于熔敷金属宽度小于0.125英寸的情况来说，基底宽度对熔敷金属宽度之比一般保持在2.5比1，为的是对加焊硬面材料提供适宜的基底和提供令人满意的热潭，以防止加焊硬面材料过量地搀入基底材料和防止溢出边缘。鉴此，对于这些工艺过程，熔敷宽度小于0.075英寸是不合适的。

因此，本发明的一个目的是非常精确地控制整个熔敷过程中焊道敷层的几何尺寸。

本发明的另一个目的是为在一个宽度很窄的基底上敷设一焊道敷层。

本发明的又一目的是为提供一种在基底材料上加工焊道的方法，此法减少了基底材料的熔融和流动。

本发明的又一目的是为确立一种方法，采用此方法，复盖层可以适用于窄宽度的基底而采用粉末金属，合金，高熔点硬质合金等诸如此类的材料或这些材料的混合物作为焊复层材料。

本发明的另一目的是为提供这样一种方法，采用此方法，在窄截面基底上的熔敷层能具有较大的高与宽之比。

简言之，本发明为在金属衬底上焊敷耐磨表面材料而提供一种焊接方法，特别是利用等离子转移弧技术结合转移弧的脉冲化在一块狭窄衬底的表面上敷设粉末金属的焊道敷层。

该装置包括一个焊枪，一个不熔化电极，一个引弧焊接电源，一个主弧电源和一个脉冲控制装置。

焊枪结构带有一个中央通道，用以容纳不熔化极和一定流量的惰性气体，一个围绕中央通道并与之同心的第二通道，用以容纳一定流量的粉末金属和一个围绕第二通道并与之同心的第三通道用以容纳一定流量的防护气体。

引弧焊接电源接在所述电极和焊枪之间以便在它们之间产生电弧。主弧电源接在电极和基底之间，以使电极和基底间产生电弧以及一惰性气体等离子流。

脉冲控制装置被连接到主弧电源，这是为了给主电源施以脉冲，从而控制来自主弧电源供电电流的大小和持续时间。该控制装置提供使电流周期性地在主电流电平和一个较低的辅助电流电平之间脉动。主电流电平或说主电流的大小是用来在基底上产生焊接的熔潭和熔化粉末金属。辅助电流电平（即其幅度）是用来使先前产生的熔潭固化，从而产生一连续层叠的焊接敷层。电流幅度的变化及其持续时间的变化对焊接敷层的几何尺寸以及减少进入基底材料的热量方面提供了非常精确的控制。这使得在具有狭窄截面尺寸的基底上可加工出有用的表面硬化的焊敷层。