Page 82 - 机械工程材料2025年第三期

2025 年 3 月 第 49 卷 第 3 期 Vol. 49 No. 3 Mar. 2025

DOI：10. 11973/jxgccl240249

焊接电流对 Ni60/Cr C 等离子堆焊层组织及性能的影响
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张 宇 ，唐 彪 ，马 藤 ，毕力格 ，周 恒 2
（1. 佳木斯大学材料科学与工程学院，佳木斯 154007；2. 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083）
摘 要： 以Ni60合金粉末+质量分数20% Cr 3 C 2 粉末作为堆焊粉末，采用等离子堆焊技术在Q235
低碳钢表面制备单道Ni60/Cr 3 C 2 堆焊层，研究了焊接电流（110~140 A）对堆焊层宏观形貌、显微组
织、硬度及耐磨性能的影响。结果表明：Ni60/Cr 3 C 2 堆焊层与基体间形成良好的冶金结合。当焊接
电流增大至130 A，堆焊层表面变得光滑平整，成形质量变好，但当焊接电流过高（140 A）时，表面
出现氧化烧损现象，成形质量变差。随着焊接电流的增加，堆焊层的熔高、熔深、熔宽、稀释率均增大。
110 A焊接电流下的堆焊层由γ-Ni（Fe）、Cr 7 C 3 和CrB相组成，随着焊接电流的增加，铬化合物种类
增多，130，140 A焊接电流下由γ-Ni（Fe）、Cr 7 C 3 、CrB、Cr 23 C 6 和Cr 3 C 2 相组成；随着焊接电流的增加，
堆焊层组织先细化后粗化，碳化物数量先增加后减少，硬度先升后降，磨损质量损失先减后增。当
焊接电流为130 A时，堆焊层无明显缺陷，成形质量良好，堆焊层组织最细小，碳化物数量最多且出
现了以碳化铬为中心的花状形貌组织，堆焊层的硬度最高，磨损质量损失最小，磨粒磨损程度最轻。
关键词： 等离子堆焊；Ni60/Cr 3 C 2 堆焊层；焊接电流；硬度；耐磨性能
中图分类号：TG456.2；TG455 文献标志码：A 文章编号：1000-3738（2025）03-0074-07

0 引 言 行单道堆焊，研究了焊接电流对堆焊层组织、硬度和
耐磨性能的影响，以期为增强低碳钢的性能、拓宽其
近年来，焊接技术发展迅速，等离子堆焊技术
应用范围提供试验参考。
作为众多焊接技术之一，具有高效节能、稳定性好、
稀释率低、适用范围广等优势，成为研究的热点 ［1-3］ 。 1 试样制备与试验方法
在堆焊粉末中，镍基合金粉末以其耐磨性和耐高温
基体选用尺寸为120 mm×100 mm×10 mm的
性能好的特点，在国内外等离子堆焊工艺中得到广
Q235 低碳钢板。堆焊粉末选择Ni60 合金粉末和
泛应用 ［4-6］ 。为进一步提升堆焊层的硬度和耐高温
Cr 3 C 2 粉末，粒径均为 61~150 μm，其中Ni60 合金
等性能，通常会在合金粉末中添加陶瓷颗粒，常见 粉末的化学成分（质量分数/%）为0.70C，16.50Cr，
的陶瓷颗粒增强相有Cr 3 C 2 、WC、SiC等 ［7-8］ ，其中
3.00B，4.00Si，<8.00Fe，余Ni。试验前，对Q235钢
Cr 3 C 2 颗粒凭借其高熔点、高硬度的特点，在耐高温、
板表面进行机械打磨处理，然后用丙酮清洗。参考
耐摩擦磨损等方面得到了广泛使用 ［9-11］ 。等离子堆
文献［13］ 确定堆焊复合粉末中Cr 3 C 2 粉末的质量分
焊的工艺参数主要包括焊接电流、焊接电压、送粉速
数为20%，将Ni60合金粉末和Cr 3 C 2 粉末用球磨机
率和焊接速度，其中焊接电流是决定堆焊层组织及
充分混合，然后置于200 ℃烘箱中进行1.5 h的干燥
性能的一个重要因素 ［12］ 。目前，国内外对于等离子
处理。采用PTA-BX-400A型等离子堆焊机进行单
堆焊粉末体系的研究较为广泛，但在堆焊工艺参数
道堆焊试验，试验所用的保护气、离子气、送粉气均
方面，尤其是在焊接电流对Cr 3 C 2 增强镍基合金堆焊
为高纯氩气，参考前期通过正交试验获得的最佳等
层组织和性能影响上的研究较少。基于此，作者采
离子堆焊Ni60合金粉末工艺，确定焊接电压为28 V，
用Ni60合金粉末+质量分数20%Cr 3 C 2 粉末作为堆
送粉速率为400 g · h −1 ，焊接速度为1 mm · s −1 ，离
焊粉末，采用等离子堆焊工艺在Q235低碳钢表面进
子气流量为3 L · min −1 ，保护气流量为6 L · min −1 ，
收稿日期：2024-05-16；修订日期：2024-08-05 送粉气流量为5 L · min −1 。堆焊Ni60合金粉末时的

基金项目：黑龙江省教育厅基本科研业务费资助项目（2023-KYYWF-
焊接电流为120 A，堆焊复合粉末时由于Cr 3 C 2 的存
0561）
在，需要重新研究焊接电流的影响以确定最优焊接
作者简介： 张宇(2000—)，男，山东枣庄人，硕士研究生
通信作者（导师）：唐彪副教授 电流。结合前期试验将复合粉末堆焊时的焊接电流
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