Page 83 - 机械工程材料2025年第三期

张 宇，等：焊接电流对Ni60/Cr3C2等离子堆焊层组织及性能的影响

调整为110，120，130，140 A。将在焊接电流120 A、 2 试验结果与讨论
其他工艺参数相同条件下制备的Ni60合金堆焊层
2.1 对宏观形貌和稀释率的影响
作为对比试样。将Ni60合金堆焊层以及110，120，
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由图2可以看出：2 堆焊层（焊接电流110 A）表
130，140 A焊接电流下制备的Ni60/Cr 3 C 2 堆焊层分
面出现了孔洞、残渣等缺陷，原因主要是焊接电流偏
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别记作1 ，2 ，3 ，4 ，5 堆焊层。
小，导致等离子弧柱不稳定且温度较低，复合粉末无
堆焊层的横截面结构如图1所示，其中L为熔宽，
法完全熔化而产生飞溅；随着焊接电流增加至120 A
h 1 为熔高， h 2 为熔深， S 1 为堆焊层的面积， S 2 为基体
（3 堆焊层），堆焊层表面较为光滑但不够平整；当焊
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被熔化的面积。堆焊层与基体之间的结合性能用稀
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接电流为130 A（4 堆焊层）时，粉末熔化充分，堆焊
释率表示，稀释率的计算公式 ［14］ 为
层表面变得光滑平整，无明显裂纹、孔洞等缺陷，成
S
η = 2 （1） 形质量良好。当焊接电流为140 A时，5 堆焊层表面
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S +S
1
2
因等离子束能量密度过高而出现了严重的氧化烧损
式中： η 为稀释率。
现象，变得十分粗糙。

图 1 单道堆焊层横截面结构示意
Fig. 1 Structure diagram of cross-section of single-pass 图 2 不同堆焊层的表面宏观形貌
surfacing layer Fig. 2 Surface macromorphology of different surfacing layers:
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用线切割方法将所得堆焊层沿与焊接方向 (a) 2 surfacing layer; (b) 3 surfacing layer; (c) 4 surfacing
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layer and (d) 5 surfacing layer
垂直的方向切开，制备金相试样，经打磨、抛光，
由图 3 可以看出，焊接电流为 120 A下制备的
用体积分数 4%硝酸乙醇溶液腐蚀后，采用Axio #
Observer 3型倒置光学显微镜观察堆焊层截面的显 Ni60合金堆焊层（1 堆焊层）的熔高、熔深、熔宽均
明显高于Ni60/Cr 3 C 2 堆焊层（3 堆焊层），这是由于
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微组织，并测量堆焊层的熔高、熔宽、熔深。采用
Ni60合金粉末的熔点低于Cr 3 C 2 粉末，在焊接过程中
D8 ADVANCE型X射线衍射仪（XRD）分析堆焊层
的物相组成，采用铜靶，K α 射线，工作电压为40 kV， 更易熔化与基体结合。当焊接电流由110 A增加到
140 A时，Ni60/Cr 3 C 2 堆焊层的熔深由0.81 mm增大
工作电流为 40 mA，扫描范围为 30°~90°，扫描速
率为 10 （°）· min − 1 。采用HR-150A型洛氏硬度计 到1.67 mm，熔高从2.28 mm增大到3.32 mm，熔宽
测堆焊层的宏观硬度，载荷为 1 471 N，保载时间 从27.31 mm增大到32.27 mm。原因在于：焊接电流
为 5 s，不同堆焊层测 5 次取平均值。使用HXD- 的增加增大了弧柱对基体的冲击力，使得更多热量
1000TMC型维氏硬度计测堆焊层的截面硬度分布， 34 熔宽
32 熔高
载荷为 2.94 N，保载时间为 15 s，距表面相同距离 30 熔深
处测3次取平均值。采用SFT-2M型销盘式摩擦磨 28
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损试验机对堆焊层进行摩擦磨损试验，试样尺寸为 尺寸/mm 6
15 mm×10 mm×10 mm，对磨副选用GCr15钢球， 4 2
试验载荷为60 N，转速为200 r · min −1 ，磨损时间为 0
0.5 h。磨损前后用超声波清洗仪清洗试样，用精度 1 # 堆焊层 2 # 堆焊层 3 # 堆焊层 4 # 堆焊层 5 # 堆焊层
为 0.000 1 g的MS204S型电子天平称取试样质量，
图 3 不同堆焊层的熔深、熔高和熔宽
计算磨损质量损失。采用JSM-6360LV型扫描电镜 Fig. 3 Melting depth, melting height and melting width of
（SEM）观察磨损形貌。 different surfacing layers
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