熱噴涂技術(shù)
電弧噴涂
分類：
作者：
發(fā)布時(shí)間：
2011-11-23 00:00
工作原理
電弧噴涂是將二根金屬絲材作自耗性電極，利用其端部產(chǎn)生的電弧作熱源來(lái)熔化絲材前端，壓縮空氣氣流用以霧化金屬熔滴，并加速霧化粒子用來(lái)進(jìn)行噴涂。金屬絲在接觸瞬間短路放電，在高速氣流和送絲機(jī)構(gòu)的作用下，端部金屬發(fā)生如下過程：熔化成熔滴→熔滴被吹離母體→熔滴被吹散霧化成微?！⒘１贿M(jìn)一步加速→霧化微粒在基體上沉積為涂層，這一過程不斷發(fā)生并持續(xù)進(jìn)行形成噴涂。
設(shè)備組成
電弧噴涂設(shè)備主要由以下幾部分組成：
噴涂電源：為了保證電弧的穩(wěn)定，要求電源在電弧弧長(zhǎng)發(fā)生變化時(shí)能迅速調(diào)整。當(dāng)弧長(zhǎng)變小，電流應(yīng)迅速上升，加快絲材熔化以恢復(fù)弧長(zhǎng)；反之，則要求迅速下降減少熔化。電流變化速率要求達(dá)到104～105安/秒，因而電源應(yīng)具有相對(duì)平直的外特性。
電弧噴槍：
電弧噴槍是關(guān)鍵裝備之一，絲材經(jīng)導(dǎo)電嘴在噴槍端部交匯，有一定的相對(duì)角度的二個(gè)導(dǎo)電嘴、壓縮空氣噴口、絕緣塊和空氣帽組成了噴槍的霧化頭。新型噴槍設(shè)有二次霧化氣流。一次氣流是直接吹向電弧點(diǎn)的，二次氣流經(jīng)過空氣帽中特殊設(shè)計(jì)的氣流通道后形成了二次霧化氣流。二次霧化可使顆粒霧化更均勻，束流更集中，粒子速度更快，涂層質(zhì)量也更好。現(xiàn)代電弧噴槍在槍上設(shè)多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，可獲取槍上電壓。電流，乃至噴槍出口處的壓縮空氣壓力等多個(gè)技術(shù)參數(shù)。
送絲機(jī)構(gòu)：
拉絲式噴槍在槍上設(shè)有拉絲機(jī)構(gòu)。推絲噴槍則沒有，由送絲機(jī)推絲入槍。送絲機(jī)構(gòu)由送絲電動(dòng)機(jī)、減速裝置及送絲滾輪等組成。工藝要求雙絲應(yīng)同步進(jìn)給，速度可調(diào)。為了把絲送得更遠(yuǎn)，有的設(shè)備具有推-拉式復(fù)合送絲功能，送絲機(jī)可與槍上的拉絲裝置組合起來(lái)一起送絲，可將絲材送得更遠(yuǎn)。
拉絲式噴槍在槍上設(shè)有拉絲機(jī)構(gòu)。推絲噴槍則沒有，由送絲機(jī)推絲入槍。送絲機(jī)構(gòu)由送絲電動(dòng)機(jī)、減速裝置及送絲滾輪等組成。工藝要求雙絲應(yīng)同步進(jìn)給，速度可調(diào)。為了把絲送得更遠(yuǎn)，有的設(shè)備具有推-拉式復(fù)合送絲功能，送絲機(jī)可與槍上的拉絲裝置組合起來(lái)一起送絲，可將絲材送得更遠(yuǎn)。
控制系統(tǒng)：
控制系統(tǒng)保證了設(shè)備的可靠運(yùn)行?？刂齐p絲同步進(jìn)給，并且控制送絲速度與設(shè)定值相一致。在推拉式送絲時(shí)要控制拉絲速度與推絲速度同步。有些先進(jìn)的設(shè)備還要控制噴槍“槍頭”上壓縮空氣的壓力。從而保證設(shè)備準(zhǔn)確、可靠地運(yùn)行。
控制系統(tǒng)保證了設(shè)備的可靠運(yùn)行?？刂齐p絲同步進(jìn)給，并且控制送絲速度與設(shè)定值相一致。在推拉式送絲時(shí)要控制拉絲速度與推絲速度同步。有些先進(jìn)的設(shè)備還要控制噴槍“槍頭”上壓縮空氣的壓力。從而保證設(shè)備準(zhǔn)確、可靠地運(yùn)行。
主要特點(diǎn)
電弧噴涂主要的工藝特點(diǎn)為：
- 熱能利用率高?；鹧鎳娡康臒崃看蟛糠稚l(fā)到大氣中，熱能的利用率大約只有5%～15%，電弧噴涂是將電能直接轉(zhuǎn)化為熱能去熔化金屬，熱能的利用率可達(dá)60%～70%。
- 成本較低，生產(chǎn)率較高。由于是兩根金屬絲同時(shí)進(jìn)給，因而噴涂效率較高。若噴涂相同的材料，電弧噴涂是火焰絲材噴涂的3倍多。
- 涂層結(jié)合強(qiáng)度高。由于所有的顆粒都是由熔滴霧化噴涂的，因而顆粒熔化充分，涂層的結(jié)合強(qiáng)度要比火焰噴涂高出許多，有些可與等離子涂層相比，
- 工藝的適應(yīng)性好。因?yàn)榱Ｗ尤刍浞?，從而在噴涂時(shí)對(duì)噴涂距離的要求并不嚴(yán)苛，能在150～250毫米之間變化，這就給手工操作帶便利。
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但是，由于絲材是作為電極被熔化，因而材料中元素的燒損嚴(yán)重，錳、硅、碳等元素的燒損要達(dá)到20%左右。因此，絲材與涂層相比在材料成分就有較大差異。
先進(jìn)技術(shù)表征
- 先進(jìn)的電弧噴涂設(shè)備應(yīng)有以下功能的部分或全部：
- 噴槍：噴涂速率高；具備更大的壓縮空氣流量通過能力；具有二次霧化功能；拉式送絲機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；導(dǎo)電嘴使用壽命長(zhǎng)，噴槍維護(hù)方便；絲材易裝易卸，定位準(zhǔn)確、電弧穩(wěn)定；可選擇有多種噴涂束流形狀；設(shè)有多項(xiàng)參數(shù)檢測(cè)、反饋功能。目前國(guó)際上典型的先進(jìn)電弧噴槍如普萊克斯的9935。
- 電源：相對(duì)平直的特性曲線，可連續(xù)控制；輸出電流穩(wěn)定性好；電源的噪音水平低；能在較低的電弧電壓下穩(wěn)定工作；電氣參數(shù)容易控制，移動(dòng)方便。
- 控制系統(tǒng)：采用計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制，用戶友好的觸摸屏操作界面，使操作簡(jiǎn)單且可再現(xiàn)?？刂婆_(tái)能監(jiān)測(cè)并自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓和空氣壓力，使它們能與在控制臺(tái)上預(yù)置的值相一致，并且它還能監(jiān)測(cè)槍上的電壓和空氣壓力?？刂葡到y(tǒng)的一個(gè)可選功能是在槍上直接控制電弧電壓，從而使得對(duì)電源電壓實(shí)施更精確的控制時(shí)，不必考慮動(dòng)力電纜的長(zhǎng)度?？刂婆_(tái)供氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能減少壓降，使噴槍供氣的流量和控制更佳。可以控制噴槍端部壓縮空氣的壓力。這一能力為操作者提供了一個(gè)在噴涂過程中監(jiān)測(cè)噴槍性能的工具。將噴槍端部壓力的監(jiān)測(cè)與電源電流（噴涂速率）的自動(dòng)控制相結(jié)合，實(shí)施了噴涂工藝的真正閉環(huán)控制，這是電弧噴涂的革命性突破，也確保了涂層質(zhì)量的穩(wěn)定和再現(xiàn)。目前國(guó)際上典型的先進(jìn)電弧噴涂控制系統(tǒng)如普萊克斯的CoArc。
- 推絲送絲機(jī)：采用伺服電機(jī)使得送絲速度精確穩(wěn)定、且可連續(xù)調(diào)節(jié)；具有閉環(huán)控制功能；可實(shí)施遠(yuǎn)程控制。
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