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粉末等離子堆焊工藝自上世紀(jì)六十年代開始研發(fā)及推廣應(yīng)用,已有四十余年的歷史,隨著工業(yè)技術(shù)特別是電子技術(shù)的進(jìn)步,粉末等離子堆焊設(shè)備系統(tǒng)也隨之更新?lián)Q代。縱觀發(fā)展過(guò)程,大體分以下幾個(gè)階段:

(1).

繼電器控制-可控硅調(diào)速階段:在上世紀(jì)六、七十年代設(shè)備系統(tǒng)處于這一階段。這一期間等離子電源多采用磁放大器式硅整流電源,驅(qū)動(dòng)電機(jī)多采用直流伺服電機(jī),先進(jìn)的采用可控硅調(diào)速,落后的采用調(diào)壓器調(diào)速。繼電器控制的設(shè)備系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性、精確性差。

(2).簡(jiǎn)易的可編程順序控制器應(yīng)用階段:

在上世紀(jì)八十年代末期至九十年代,PLC(可編程控制器)開始應(yīng)用于設(shè)備控制系統(tǒng),雖然只是順序控制,但大大簡(jiǎn)化了硬件系統(tǒng),提高了系統(tǒng)的可靠性。這一期間國(guó)外等離子電源已開始采用逆變焊機(jī),國(guó)內(nèi)仍采用硅整流焊機(jī),其他方面亦變化不大。

(3).數(shù)字化控制系統(tǒng)階段:進(jìn)入二十一世紀(jì)后,控制技術(shù)有了飛速的發(fā)展,由于PLC由開關(guān)量的順序控制發(fā)展到有特殊功能的模擬量的數(shù)字化控制,并采用了觸摸屏人機(jī)界面作操作界面,實(shí)現(xiàn)了具有智能化的直接物理量設(shè)定及顯示、工藝參數(shù)的自動(dòng)計(jì)算及儲(chǔ)存等控制功能,形成了數(shù)字化的控制系統(tǒng),使等離子堆焊設(shè)備系統(tǒng)大大提升了可靠性、穩(wěn)定性、精確性以及具有人性化的操作界面。在等離子電源上也采用了性能優(yōu)異的逆變式弧焊電源及數(shù)字化電流調(diào)節(jié)系統(tǒng);在驅(qū)動(dòng)動(dòng)力上采用了可精確調(diào)速,動(dòng)力特性更優(yōu)越的變頻調(diào)速和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);在參數(shù)控制上采用了數(shù)碼弧壓自動(dòng)控制器及數(shù)碼擺動(dòng)器;在噴槍冷卻上采用了冷凍換熱循環(huán)供水系統(tǒng);在等離子焊槍上采用了噴射式送粉及研發(fā)了大功率和精細(xì)焊槍,這一系列的技術(shù)進(jìn)步使粉末等離子堆焊設(shè)備系統(tǒng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平,并為提高工藝技術(shù)水平創(chuàng)造了條件。

(4).工業(yè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)階段:隨著粉末等離子堆焊工藝應(yīng)用范圍的擴(kuò)大,以PLC為核心的控制系統(tǒng)在某些應(yīng)用上已不能滿足要求,而采用工業(yè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),即在數(shù)控加工中心的軟件基礎(chǔ)上,進(jìn)一步開發(fā)出數(shù)控堆焊軟件，在實(shí)現(xiàn)CNC(數(shù)控)控制上優(yōu)越性更突出,為粉末等離子堆焊工藝應(yīng)用范圍的擴(kuò)大和水平的提升創(chuàng)造了條件。

3．工藝控制

3.1主要工藝參數(shù)

主要工藝參數(shù)有：

（1）非轉(zhuǎn)移弧電流

非弧首先起過(guò)渡引燃轉(zhuǎn)弧的作用，并可作為輔助熱源加以利用。非弧的陽(yáng)極在噴嘴孔道壁面上，電弧的大部分熱量傳給噴嘴，由冷卻水帶走，不利于噴嘴的冷卻，對(duì)堆焊過(guò)程穩(wěn)定性不利。因此，堆焊過(guò)程中即或保留，電流規(guī)范也不宜過(guò)大，一般在50A以下。

（2）轉(zhuǎn)移弧電流

轉(zhuǎn)弧是堆焊的主要熱源，轉(zhuǎn)弧電流是關(guān)鍵工藝參數(shù)。在其他參數(shù)不變的情況下，隨著轉(zhuǎn)弧電流的增加，電弧功率增加，加熱熔化粉末及過(guò)渡到工件的熱量增加，熔池溫度升高，合金熔化得更充分，但熔深加深，增加了母材沖淡率。在設(shè)定好熔敷率后,要視熔池狀況，調(diào)整好轉(zhuǎn)移弧電流，以獲得最佳的堆焊質(zhì)量。

（3）轉(zhuǎn)移弧電壓

當(dāng)噴嘴的壓縮孔道長(zhǎng)度及鎢極內(nèi)縮長(zhǎng)度確定后，轉(zhuǎn)弧電壓隨焊槍距離工件的高度幾乎成線性增加,選擇了轉(zhuǎn)弧電壓即選擇了弧長(zhǎng)。可據(jù)工件對(duì)象和對(duì)熔敷率的要術(shù)選擇轉(zhuǎn)弧電壓,短弧堆焊利于電弧穩(wěn)定和對(duì)熔池的保護(hù);長(zhǎng)弧堆焊利于提高電弧功率,增加熔敷率。

（4）送粉量

送粉量是指單位時(shí)間內(nèi)由送粉器供給，通過(guò)焊槍送進(jìn)電弧的粉量，一般用g/min表示。正常的堆焊狀態(tài)，轉(zhuǎn)弧電流和送粉量有正比關(guān)系,從而送粉量決定了熔敷率。送粉量受到焊槍性能，電源輸出功率等因素制約。對(duì)具體的工件，送粉量有最佳的選擇范圍。

（5）工件移動(dòng)速度

工件移動(dòng)速度亦稱堆焊速度，用線速度（mm/min）或轉(zhuǎn)速（r/min）表示。在焊道成形尺寸確定的情況下，工件移動(dòng)速度和其他參數(shù)有對(duì)應(yīng)關(guān)系。在其他參數(shù)不變的情況下，提高移動(dòng)速度，焊道減薄，熔深減小。最佳堆焊狀態(tài)，應(yīng)視具體情況調(diào)整參數(shù)之間的匹配關(guān)系。

（6）擺動(dòng)參數(shù)

焊槍擺動(dòng)是為了一次獲得較寬的焊道。擺動(dòng)參數(shù)包括:

擺幅:焊槍往復(fù)移動(dòng)的寬度,mm;

擺頻:每分鐘擺動(dòng)的次數(shù),次/min;

兩端仃留的時(shí)間。

采用數(shù)碼勻速擺動(dòng)器,可設(shè)定以上參數(shù)。

（7）離子氣流量

離子氣是形成等離子弧的工作氣體，對(duì)電弧起壓縮作用。過(guò)大的離子氣流量會(huì)使電弧變“剛”，對(duì)熔池的穿透力增強(qiáng)，工件熔深增加。過(guò)小的離子氣流量，不足以維持冷氣壁效應(yīng)，對(duì)電弧壓縮不利，危及電弧的穩(wěn)定。氣流量應(yīng)取決噴嘴孔徑大小和對(duì)電弧的壓縮性。一般根據(jù)孔道的截面積，流量在12-15L/mm2.h范圍內(nèi)選取。

（8）送粉氣流量

送粉氣起輸送粉末作用，過(guò)大的送粉氣流量會(huì)對(duì)電弧干擾并造成粉末飄散；過(guò)小氣流量將造成堵粉現(xiàn)象，采用對(duì)稱噴射式送粉時(shí)，控制好送粉氣流量尤為重要，適宜的送粉氣流量可形成很好的噴射效果。

（9）保護(hù)氣流量

保護(hù)氣對(duì)熔池起保護(hù)作用，在形成良好保護(hù)氣罩的情況下減少氣耗量。

3.2工藝控制的技術(shù)進(jìn)步

隨著設(shè)備系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步,粉末等離子堆焊在工藝控制上有了大幅度提升，主要有以下方面：

（1）工藝參數(shù)設(shè)定和控制的智能化、直接物理量化。

由于采用了IGBT逆變式弧焊電源、數(shù)字化的控制系統(tǒng)及人機(jī)界面操作系統(tǒng),以及配置帶智能功能的編程軟件,實(shí)現(xiàn)只要鍵入工件堆焊面和焊道的幾何尺寸,設(shè)定熔敷率或堆焊速度,就自動(dòng)給出相匹配的工藝參數(shù),且顯示直接物理化,使工藝操作十分便捷和直觀。

（2）工藝參數(shù)設(shè)定和調(diào)節(jié)的精細(xì)化和高穩(wěn)定性。

由于單個(gè)工藝動(dòng)作都引入了數(shù)碼控制,如送粉、擺動(dòng)、轉(zhuǎn)弧弧壓控制等,因而可精細(xì)設(shè)定和調(diào)節(jié)工藝參數(shù),并可根據(jù)工藝控制的需要,增加特殊的控制功能,如為保證園環(huán)焊道搭接質(zhì)量,采用送粉遞增和遞減控制;轉(zhuǎn)弧衰減過(guò)程擺動(dòng)幅度亦配合衰減等,有效的避免了熄弧部位的縮孔。采用了轉(zhuǎn)弧電壓自動(dòng)穩(wěn)定的數(shù)碼控制,使轉(zhuǎn)弧電壓自動(dòng)穩(wěn)定,精度控制在±0.5V。這些控制功能大大提升了工藝水平。

（3）焊槍定位系統(tǒng)采用步進(jìn)數(shù)控或三維數(shù)控。

焊槍的空間定位也是工藝控制的重耍方面,以往是由肉眼觀察或標(biāo)尺手動(dòng)調(diào)節(jié)定位,通過(guò)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)或數(shù)控(CNC)定位系統(tǒng),焊槍空間定位可以按座標(biāo)設(shè)定,實(shí)現(xiàn)精細(xì)、精確和便捷的控制。

（4）專用程序軟件的開發(fā)應(yīng)用。

先進(jìn)的編程軟件提升了工藝水平和整機(jī)性能。

（5）采用新型結(jié)構(gòu)的大功率等離子弧焊槍。

新槍型在密封性、對(duì)中性、絕緣性上有很大的提升。冷卻效果好,電弧穩(wěn)定,“剛”“柔”適中,噴嘴壽命長(zhǎng)。在粉路上采用了對(duì)稱噴射式送粉,克服了以住在粉末等離子堆焊中易出現(xiàn)的“結(jié)珠”“雙弧”等故障。

（6）增強(qiáng)焊槍冷卻效果。

由于配置冷凍式換熱系統(tǒng)，將水溫降低到室溫以下的設(shè)定溫度，再通過(guò)水泵增壓供給焊槍，這樣進(jìn)入焊槍的冷卻水總是維持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，不受環(huán)境溫度的影響，因而對(duì)焊槍有良好的冷卻效果。

4．應(yīng)用示例

4.1應(yīng)用分類

粉末等離子堆焊工藝已應(yīng)用于工業(yè)制造業(yè)的多個(gè)領(lǐng)域,主要目的在于獲得有特定性能(耐磨、耐蝕、耐溫等性能)的合金硬面層。從應(yīng)用角度有以下分類:

（1） 按工件堆焊面的幾何形狀分類。

主要分為:園平面、園錐面、園柱面、園柱螺旋面、平面線段或平面等。針對(duì)不同類型的工件,在工藝控制程序上有所區(qū)別。對(duì)于復(fù)雜的平面線段(連續(xù)或不連續(xù)的直線段或曲線段),要實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)堆焊,就要采用數(shù)控系統(tǒng)。對(duì)同一類型工件,在幾何尺寸上相差甚大者,則要選擇相適應(yīng)的機(jī)型。

（2） 按工件所屬的制造行業(yè)分類。

根據(jù)目前的應(yīng)用情況,主要有:閥門制造行業(yè)、氣門制造行業(yè)、冶金軋制工具制造行業(yè)、石油機(jī)械行業(yè)、煤礦機(jī)械行業(yè)、電力機(jī)械行業(yè)等等。隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，將會(huì)有更多的制造行業(yè)在產(chǎn)品的修造中采用粉末等離子堆焊技術(shù)。

4.2在閥門制造行業(yè)的應(yīng)用

粉末等離子堆焊工藝在我國(guó)閥門制造行業(yè)成功的推廣應(yīng)用已有四十余年的歷史，主要用于密封面堆焊鈷基、鎳基、鐵基硬面合金。對(duì)于高溫高壓閥門或耐腐蝕閥門，密封面堆焊鈷基或鎳基合金，具有優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)材、工藝穩(wěn)定、勞動(dòng)強(qiáng)度低等突出的優(yōu)越性。對(duì)于量大面廣的中溫中壓閥門（閘閥、截止閥、止回閥、旋塞閥等）,采用已研制成功有良好工藝及使用性能的鐵基合金粉末堆焊,代替手工堆焊2Cr13,使耐擦傷性能成倍提高,大大延長(zhǎng)了閥門使用壽命,而且降低了綜合的密封面制造成本,有顯著的社會(huì)效益和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。隨著我國(guó)閥門制造業(yè)的飛速發(fā)展和對(duì)品質(zhì)的不斷提升,密封面制造工藝技術(shù)及其裝備愈益顯得重要,

粉末等離子堆焊工藝技術(shù)更顯其優(yōu)越性。

用于閥門密封面堆焊的數(shù)字化控制的粉末等離子堆焊機(jī),機(jī)型有多種,可滿足不同類型和規(guī)格閥門堆焊的耍求,設(shè)備性能已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,操作便捷。

陳經(jīng)理 13651967323