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等离子堆焊设备的等离子弧的产生及特点讲解
编辑:上海岑禄实业有限公司  时间:2018-12-04

等离子堆焊设备的等离子弧是利用特制的焊枪,在阴极和冷喷嘴之间或者阴极和工件之间,使气体电离形成的电弧(又称压缩电弧)。当电弧穿过水冷喷嘴小孔时,受到冷气流和水冷喷嘴孔壁的冷却作用,电弧将产生压缩效应。

1:热压缩效应

    紫铜喷嘴具有良好的导电性和导热性,由于受到水冷,喷嘴孔壁的温度很低。因此,进入喷枪气室内具有一定压力的气体离孔壁越近,其电离度越低,与孔壁贴近的冷气层基本上未电离,而是中性气体,这样使电弧和孔壁之间形成一圈既绝缘又隔热的中性气流层,电弧电流被迫集中到气体电离程度高的中心部位,电弧电流截面的收缩使电流密度增加,全部过程即为热压缩的有效反应。

2:机械压缩效应

    等离子弧柱周围的冷气层依附在喷嘴孔道的壁面。因此喷嘴孔径基本上确定了环形冷气流层的直径,也确定了等离子弧的粗细。显然喷嘴孔径及其几何尺寸除通过热压缩效应实现对电弧不同程度的压缩外,还起到对电弧的机械压缩作用。

3:自磁压缩作用

    电弧电流有一定的流向,弧柱相当于一束电流方向相同的平行导体。每根通电导体都在它周围产生磁场,在电磁力的作用下,使弧柱受到指向弧柱中心的压缩力,从而弧柱受到压缩。

这三种压缩效应使电弧弧柱的截面积缩小,带电粒子密度增大,电场强度提高,这种压缩了的电弧称为等离子弧。

 

等离子粉末堆焊具有如下特点:

1:等离子弧温度高、热量集中

由于等离子弧具有压缩作用,故其中心温度可达1000050000K,能量密度可高达1010W/cm。由于等离子弧温度高,因此被加工材料一般不受熔点的限制。

2:等离子弧热稳定性好

由于等离子弧中的气体是充分电离的,所以其电弧更稳定。等离子弧电流和电弧电压相对于弧长在一定范围内的变化不敏感,即在弧柱较长时仍能保持稳定燃烧,没有自由电弧易飘动的缺点。

3:等离子弧具有可控性

等离子弧可以在很大范围内调节热效应,除了改变输入功率外,还可以通过改变气体的种类、流量及改变喷嘴的结构尺寸来调节等离子弧的热能和温度;可以通过选择不同的工作气体来调整等离子弧工作气氛;可以通过改变电弧电流、气体流量和喷嘴压缩比来调节电弧的密度。

4等离子粉末堆焊设备中等离子弧堆焊的原理

等离子弧按电源的连接方式分为转移型和非转移型两种基本形式。转移型的电源两极分别接于电极与工件,

电弧在它们之间燃烧,水冷喷嘴起收缩作用。非转移型的电源两极分别接于电极和水冷喷嘴上,工件不接电源,喷嘴既是电极,又起收缩作用。转移型与非转移型同时存在的称为混合型等离子弧,堆焊是以混合型和转移型等离子弧为热源。

在采用联合型等离子弧堆焊时,一般采用两台独立的直流弧焊机作电源,分别供给非转移弧和转移弧。合金粉末在弧柱中被预先加热,呈熔化或半熔化状态,喷射到工件熔池里,在熔池里充分熔化,并排出气体和浮出熔渣。通过调节转移弧和非转移弧电流、送粉量和其他工艺规范参数,来控制合金粉末的熔化及传递给工件的热量。随着焊枪和工件的相对移动合金熔池逐渐凝固,在工件上获得高密度、高结合强度的堆焊组织结构。

等离子弧堆焊的特点

    与其它表面堆焊方法如氧乙炔火焰堆焊、焊条电弧堆焊等相比较,等离子堆焊具有许多优点。

1:生产率高,等离子弧堆焊过程是在自动化控制下进行的,其生产率高,熔敷率高,现在国外的大功率等离子弧堆焊电流高达500A,熔敷率可达12kg/h

2:母材对合金稀释率低,由于工艺上可调规范参数多,因此能主动控制热量输入,合金粉末在弧柱中被预先加热,呈喷射状过渡到熔池,对电弧吹力有缓冲作用,熔池受热均匀,因而可控制母材熔深,降低母材对合金的稀释率。

3:堆焊层成形较好。等离子弧堆焊一般采用氩气保护,堆焊层成形平整、光滑。通过改变工艺规范参数,可精确控制成形尺寸且尺寸范围宽。

4:喷焊层质量和工艺稳定性好。由于等离子弧稳定性好,外界因素的干扰对电参数和电弧稳定性影响较小,从而使工艺易于稳定。由于等离子弧温度高,热量集中,喷焊速度快,一次熔成,使工件热影响区小,喷焊层合金组织晶粒细,硬度和化学成分均匀,喷焊层质量好。

5:合金粉末制备简便,使用材料范围广。等离子弧区的温度高达(1。0-5。0)×l0K,因此可以堆焊各种金属。堆焊用合金粉末系熔炼后直接雾化成球状的粉末,制备简便,可按需要的配方熔炼成成分不同的合金粉末,获得不同性能的合金熔焊层,以适应不同条件下对零部件表面性能的要求。喷焊合金材料的种类多,有钴基、镍基、铁基、铜基等。一般具有高硬度、耐磨损、耐高温和耐腐蚀的合金难以制成线材并用其他工艺方法堆焊,而将这些合金制成粉末,采用等离子喷焊却是简便易行的。

6:可控性好。可以通过改变功率、改变气体的种类、流量及喷嘴的结构尺寸来调节等离子弧的气氛、温度等电弧参数,从而实现高效自动化生产。

7:被堆焊的工件温度较低,一般不易变形,为了进一步降低堆焊时工件的温度,还可以用气体对工件进行冷却。

 等离子弧堆焊的分类

按照填充材料的填充方式不同,等离子堆焊可分为:

1:冷丝等离子堆焊

冷丝等离子堆焊把焊丝作为填充材料,不经预热直接送入焊接区进行堆焊。

2:热丝等离子堆焊

热丝等离子堆焊是利用焊丝自身的电阻进行预热后,再送入等离子区进行堆焊,可采用单丝或双丝送丝。

3:预制型等离子堆焊

预制型的等离子堆焊是将堆焊合金预制成一定的形状并放置在待堆焊表面,然后将其用等离子熔化而形成堆焊层。

4:粉末等离子堆焊

粉末等离子堆焊是将合金粉末送入等离子弧区并将其熔化而获得堆焊层的一种堆焊方法。绝大多数合金都可以制成粉末,故粉末等离子堆焊的材料来源十分广泛,而不像丝材那样受到材料延展性的限制,粉末等离子弧堆焊常用的合金粉末主要有自熔性合金粉末及复合粉末。

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