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            高穩定性電弧噴涂技術
            作者:管理員    發布于:2018-05-14 21:54:15    文字:【】【】【
            摘要:電弧是在一定條件下電荷通過兩電極間氣體空間的一種導電過程,或者說是一種氣體放電現象。借助于這種特殊的氣體放電過程,電能轉換為熱能、機械能和光能。電弧噴涂也是利用電弧的能量來熔化金屬絲材,并借助于高壓空氣帶走熔化的金屬并霧化成微熔滴噴到工件表面,形成金屬涂層的。

            高穩定性電弧噴涂技術

             

            一、 電弧噴涂技術基本原理

            電弧噴涂技術由于其設備、材料的發展與更新,成為目前熱噴涂技術中最受重視的技術之一。電弧噴涂是以電弧為熱源將金屬絲熔化并用氣流霧化,使熔融顆粒高速噴到工件表面形成涂層的一種工藝。噴涂時,兩根彼此絕緣的絲材分別接噴涂電源的正負極。在兩根絲材短接前的瞬間,端部由于高電流密度產生電弧,同時,高壓氣體將電弧熔化的金屬霧化成微熔滴并將微熔滴加速噴射到工件表面,經冷卻、扁平化并沉積到基體上。而且,絲材經送絲機構連續、均勻地送進,從而實現了持續霧化、噴射、沉積并形成涂層的工藝過程。

            二、 高速電弧噴涂的電弧特性

            電弧是在一定條件下電荷通過兩電極間氣體空間的一種導電過程,或者說是一種氣體放電現象。借助于這種特殊的氣體放電過程,電能轉換為熱能、機械能和光能。電弧噴涂也是利用電弧的能量來熔化金屬絲材,并借助于高壓空氣帶走熔化的金屬并霧化成微熔滴噴到工件表面,形成金屬涂層的。在電弧噴涂過程中,電弧是在高氣壓、高速流動的氣體(氣壓可高達0.8 MPa,氣體流量可達6 m3/min,氣體流速則可高達600 m/s)中燃燒的,并且氣流方向與電弧軸向垂直,所以氣體的流動必然對電弧的穩定燃燒產生影響。噴涂時電弧的穩定燃燒,是噴涂過程穩定的體現,也是噴涂層質量穩定的重要保證。

            高速電弧噴涂工藝的電弧引燃方式是接觸引弧。當兩電極端部極小面積接觸時,在大的電流密度下產生電阻熱并快速將接觸部分熔化,在高速霧化氣流的拖拽作用下,熔化部分被吹走,于是在兩極之間產生空隙。兩極間空隙中的氣體被電離成正離子和電子;在兩電極間電場下,正離子和電子分別向兩極定向移動,形成電流。而且由于高速氣流的作用,首先被電離的離子被吹到絲材的前端,因此在絲的前端形成導電通路,從而引燃電弧。

            由于高速電弧噴涂過程中陰極和陽極熔化的不對稱性,陽極熔化速度較慢,且在陽極會形成較大的片狀液滴。當陽極金屬絲材的熔化量較多時,熔化部分在氣流的吹動下移動到金屬絲材的最前端,電弧隨之移動擴展。在表面張力、兩極間的電磁力和霧化氣流的拖拽力的作用下,這些片狀大熔滴將破碎并從絲材端部脫離,這時電弧熄滅。

            高速霧化氣流也能夠熄滅電弧。在噴涂過程的某一瞬間,電弧高溫區在高速氣流影響下被拉長,其中的帶電粒子離金屬絲端較遠,電弧的導電面積增大了。要維持電弧的穩定燃燒,則要求電源提供更大的能量。當電源的輸出無法滿足電弧燃燒所需能量時,在金屬絲端無法產生足夠的電子或使氣體電離,電弧將熄滅。

            電弧熄滅后,絲材的向前進給使兩絲材重新接觸,高的短路電流使絲材端部有迅速熔化,此時在兩極之間的最近點重新引燃電弧。同時在霧化氣流的作用下,電弧又隨之移動擴展。由此電弧重復引燃-燃燒-熄滅-再引弧的過程中。

            電弧噴涂過程中的這種引燃-燃燒-熄滅-再引弧的電弧特性,將引起電弧電壓和電弧電流的很大波動,從而導致形成的熔滴尺寸在較大范圍內變化,將直接影響到涂層的質量和性能。因此,控制電弧噴涂過程中的的電弧行為,減小電弧電壓和電弧電流的波動,是改善涂層質量、提高涂層性能的根本途徑之一。

            三、 高穩定性高速電弧噴涂設備

            1、電弧噴涂電源是電弧噴涂系統的關鍵設備之一,它為噴涂系統提供能量。電弧噴涂電源的發展主要經歷了3個階段:從普通的直流電源到具有平特性的穩壓電源,再到現在利用逆變技術開發的逆變電源。

            最早期的電弧噴涂使用直流電焊機作電源。在焊接過程中,存在不斷的燃弧-短路-燃弧的現象,電流和電壓的波動很大,要求所使用的直流電源具有徒降的外特性。而電弧噴涂與焊接存在差別,電弧噴涂過程中,電弧一經點燃,便一直處于燃燒狀態,電弧電壓和電流波動幅度不大,不要求電源具有徒降的外特性,因此,使用這種電源進行電弧噴涂時,徒降的伏安特性雖可以保證電弧的穩定燃燒,但存在送絲速度與電流難以最佳匹配,而且噴涂的電弧電壓較高(40V以上)導致涂層的碳燒損和氧化非常嚴重,使噴涂層的質量普遍不高。從防止噴涂金屬氧化的角度出發,要求噴涂電源能在較低的工作電壓下穩定工作。

            基于電弧噴涂過程中金屬型材熔化-霧化過程的特殊性,在弧長高頻波動和送絲速率發生變化的情況下,為了保持電弧穩定,則要求電弧電流能跟隨弧長的微小變化迅速增減,即當弧長變小是,電流能迅速上升到足夠大,加速金屬線材的熔化而恢復弧長;當弧長變大時,電流又能迅速減小,減小金屬的熔化量而恢復弧長。根據這樣的要求,電源外特性應是平特性或略帶上升的動特性,動特性應有足夠大的電流上升速率,平特性的噴涂電源具有良好的弧長自調節性能,電弧穩定。當確定噴涂電壓以后,電流與送絲速率就會成比例改變,只需調節送絲速率就可以改變電流,維持合理的電流與生產效率的關系。因此電弧噴涂一般采用平特性的電源配合等速送絲裝置。平特性的旋轉直流發電機、硅整流、晶閘管整流器及逆變器都可以用作電弧噴涂電源。

            近年來,國內外的電弧噴涂電源主要為硅整流式電源,以硅二極管作為整流器元件,它通過改變變壓器原邊線圈的匝數來調節輸出電壓,以滿足不同噴涂材料對電源的要求。電源的外特性主要是靠變壓器本身調整電源的外特性,談不上什么閉環控制,噴涂電壓受外界影響因素很多。這種電源的效率較低、體積龐大、笨重、能耗高,電流的動特性一般通過串接電抗器來改善,還有待于進一步提高。

            目前,電弧噴涂電源正朝著大功率、小型化、高效、節能及智能化的方向發展。而逆變技術的出現和發展為這種發展趨勢提供了有效的途徑。逆變電源運用先進的功率電子器件和高頻逆變技術,比傳統的工頻整流電源材料減少80%--90%,節能20%--30%,動態反應速度提高2-3個量級,這為電弧噴涂電源的大功率、小型化、高效、節能及智能控制技術在電弧噴涂領域額應用提供了技術條件。隨著功率開關器件、微電子技術及控制技術的發展,新的技術成果和產品層出不窮,使得逆變電源進一步向高頻化、輕量化、模塊化、智能化和大容量的方向發展。特別是20世紀80年代以來你變技術在焊接領域的成功應用,為實現電弧噴涂設備的逆變化積累了豐富的經驗。

            正是在這種背景條件下,本公司集三十余年在焊接行業新產品開發的經驗,傾力推出D3-300、D3-450、D3-600型逆變式電弧噴涂機。分別針對目前國內市場上拉絲(¢2.0)噴鋅、噴鋁;推絲(¢2.0)鋼絲及粉芯絲及大面積防腐(¢3.0)鋅、鋁等。本系列電源的主要特點是:

            ? 高冗余度和高可靠性設計、允許以高暫載率持續工作,能耐受電網電壓±20%的較大波動。

            ? 能抵抗現場惡劣環境條件影響,電源內部風道獨立,三防處理,智能風機的使用,最大限度減少粉塵的吸入,過流、欠壓、過熱等完善的保護。

            ? 本電源為推拉兩用電源,方便用戶靈活組合。

            ? 噴涂電壓采取雙閉環方式,確保噴涂過程中電壓穩定。

            ? 可以在噴涂電壓很低的情況下噴涂穩定,減少氧化燒損,提高沉積率。

            ? 輸出回路動特性線性可調,可以適當調整粗、細絲的霧化效果。

            ? 氣、電、絲等一鍵設定,方便操作。

            ? 小巧靈活,各種防護骨架,方便現場移動作業。

             

            2、電弧噴槍是電弧噴涂系統的核心設備,它集直流電、霧化氣、金屬線材與一體,其作用是將輸入噴槍內的兩根金屬線材通過導電嘴與噴涂電源的正負極相連,兩根金屬線材端部相交后產生電弧,是金屬線材熔化,壓縮氣體進入槍體后經過霧化噴嘴將電弧熔融的金屬液滴霧化后噴涂在工件表面。電弧噴槍的結構和性能好壞直接影響到噴涂層的質量和性能。

            電弧噴涂技術的進步與噴槍的改進和發展是密切相關的。最早的電弧噴槍霧化頭結構比較簡單,主要由導電嘴和空氣噴射管組成,稱為敞開式噴嘴,這種結構對熔化金屬的霧化效果較差,噴出的金屬顆粒比較粗大,并且粒子速度只有100-150 m/s。后來,發展了封閉式霧化噴嘴,噴涂速度可提高到200 m/s以上,涂層質量得到了很大提高。目前國際上先進的噴槍采用二次霧化結構,加裝空氣帽,將電弧區適當封閉,并將霧化氣流分為兩路,由輔助的二次霧化氣流將電弧區適當壓縮。這種噴嘴結構增加了電弧區的壓力,提高了空氣流的噴射速度和電弧溫度,使噴施的金屬粒子速度可達到200 m/s以上,加強了對熔化金屬的霧化效果,使噴出的顆粒更加細微,同時提高了涂層與基體的結合強度。

            目前,本公司生產的電弧機D3-300型標配國產通用拉絲槍,D3-450標配(¢2.0)二次霧化噴槍,D3-600標配(¢3.0)高速電弧噴槍。也可以按客戶要求定制。

             

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