電火花(ESD）堆焊工藝修復抽油泵柱塞噴焊層氣孔
一、前言
柱塞是管式抽油泵的關鍵部件，系統運行過程中砂粒磨損是降低柱塞使用壽命的主要原因。為了提高柱塞使用壽命，國內多采用氧乙炔火焰噴焊工藝在柱塞基體表面上噴焊Ni60自熔合金。但噴焊過程中，氣孔等缺陷使柱塞的成品率下降，噴焊成本大大提高。針對這一問題，我所開發電火花堆焊在線修復工藝，徹底解決柱塞噴焊層后加工時，噴焊層氣孔缺陷難以修復難題，并已在多家柱塞生產廠家獲得成功應用。圖（1）是電火花堆焊設備。
圖（1） 電火花堆焊設備 圖（2）電火花堆焊工作原理圖
二、電火花堆焊工藝原理
電火花堆焊是利用電源中存儲的電能，使旋轉電極在接觸工件瞬間產生高頻火花放電，放電微波區域內產生5000~10000°C的高溫，將作為堆焊極的導電材料熔化甚至氣化。高溫及電場的作用使熔融的導電材料通過擴散進入工件表面，形成合金化的表面覆蓋層，從而實現工件表面尺寸恢復，圖（2）是電火花堆焊工作原理圖，圖（3）是電火花堆焊工作現場。
圖（3）電火花堆焊工作現場
與其它表面處理工藝相比，電火花堆焊工藝具有如下特點：
1． 攜帶方便，可現場使用，設備投資和運行費用低；
2． 可對一般幾何形狀的表面進行局部堆焊；
3． 熱輸入量小，不會使工件退火或變形；
4． 堆焊層與基體的結合為冶金結合，抗損傷和剝離性能強；
5． 電極材料選擇范圍廣，來源多，且其消耗量少。
三、堆焊材料的選擇
根據柱塞表面噴焊層材料的`可焊性及所選焊材應滿足耐磨、耐蝕并與柱塞表面噴焊層良好冶金結合的特點，選擇規格為¯3.2*6（mm）的因康鎳182及哈氏合金作為柱塞表面堆焊電極進行對比試驗。因康鎳182及哈氏合金絲材化學成分如表一。
表一 化學成分（%）
四、試樣制備
試樣母材選用柱塞常用材質：45#鋼。
試樣尺寸為：¯40*150（mm）。
在其表面噴焊Ni60（Ni-Cr-B-Si系自熔合金粉末）至尺寸¯44mm，再通過機加工至¯43mm，以便暴露噴焊層缺陷。如噴焊層無氣孔，則人工制出針孔大小缺陷進行電火花工藝修復。
五、 ESD堆焊工藝
5.1工件表面準備
用硬質合金旋轉銼將氣孔等缺陷清除干凈，再用砂紙、平銼等工具清除工件表面氧化物。然后用丙酮溶液清洗待焊部位及周圍油污。如要堆焊的凹坑比電極直徑小，用砂輪等磨銳電極端正頭。
5.2堆焊：（工藝參數可參照設備手冊）
a． 準備：將地線夾與工件連接，設置氬氣流量在6 升/分左右并調整電極的伸出長度在3mm 左右。
b． 堆焊：先以小功率堆焊，再增大功率并加大頻率，使電極始終處于熔融狀態，以獲得優質焊縫。堆焊過程中要始終避免工件氧化，以提高堆焊層與基材的結合強度，并在層間注意檢查堆焊層是否有缺陷。如有，應將缺陷清除，表面清理干凈后再進行下一層堆焊。
六、 結果及分析
采用線切割方法獲得電火花堆焊層截面，并制成金相試樣。金相試驗結果如圖（4）、（5）、（6）。
由圖（4）、（5）可知，因康鎳182堆焊層組織為細小的柱狀晶結構，且無氣孔、氧化物、裂紋等缺陷。由圖（6）是堆焊層與基體硬度比較，圖（7）是鎳元素過渡能譜測定。
綜上可知：電火花堆焊因康鎳182層與母材為良好的冶金結合，且熱影響區極窄，焊接應力可忽略不計；堆焊層材料硬度與母材接近為制造廠認可。
圖（4）ESD堆焊層金相照片 圖（5）因康鎳182堆焊層金相
圖（6）堆焊層與基體硬度比較 圖（7）鎳元素分布能譜測定。
七、現場應用
1． 預處理：首先檢查缺陷處柱塞軸徑尺寸，如仍有0.2mm的加工余量，則先用沖頭將孔壓實，用硬質合金旋轉銼將氣孔等缺陷清除干凈，再用砂紙、平銼等工具清除工件表面氧化物。然后用丙酮溶液清洗待焊部位及周圍油污。
2． 堆焊：將DZ1400型電火花堆焊機安置在軸徑待修復處，并按上述堆焊工藝進行電火花堆焊。堆焊層接近周圍軸徑尺寸時，用刃口平尺找平，以高出周圍尺寸50~70m m為宜。
3．
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