等离子喷焊文献综述.doc

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1、1文献综述1.1等离子喷焊的概况和发展喷焊(sprayingwelding)是在热喷涂过程中同时对机体加热，使焊层在基体表面熔化，形成喷焊层的方法，又称热喷焊。喷焊包括喷涂和重熔两个过程。等离子喷焊技术是采用等离子弧作为热源加热基体，使其表面形成熔池，同时将喷焊粉末送入等离子弧中，粉末在弧柱中得到预热，呈熔化或半熔化状态，被焰流喷射至熔池后，充分熔化并排除气体和熔渣，喷枪移开后合金熔池凝固，形成喷焊层的工艺过程[4]。等离子喷焊是20世纪60年代出现的新技术，由于其具有的独特优越性，一直受到工程界人士的重视。进入70年代，等离子喷焊

2、技术进一步被接受，开拓了新的应用领域，得到了新的发展，例如，在合金粉末中添加碳化物来增加表面性能，同时也出现了许多不同形式的喷焊枪。80年代初期，许多行业认识到等离子喷焊的优越性，促进了等离子喷焊的机械化和自动化进程，以及喷焊枪操作控制设备的发展，相应地产生了许多先进的等离子喷焊设备。80年代末到90年代初，电力电子技术的发展，新型弧焊电源的出现，微机控制技术的应用，以及大功率喷焊枪的研制，推动了等离子喷焊设备和技术的进一步发展，使等离子喷焊的优点得到充分发挥，大大拓宽了等离子喷焊的应用领域和使用范围。早期的等离子喷焊系统大多由中间

3、继电器触点逻辑电路或二极管矩阵逻辑电路作为程序控制单元，系统组件的集成度不高。由于等离子喷焊系统的被控对象较多，所以设备结构复杂，故障率较高，焊接规范的调节不太方便，适应性较差。随着电子技术的发展，单片机、PLC和工控机大量应用于等离子焊接的控制系统中[5]。南昌航空工业学院的陈焕明等人利用欧姆龙的C40P型PLC实现对等离子喷焊系统的控制，所设计的系统能满足喷焊工艺要求，提高了抗高频干扰的能力[6]，济南大学的张智杰等人则使用siemens的LOGO！模块实现对等离子喷焊工艺的控制，降低了系统的研发周期；华中科技大学的王伟等人则利

4、用87C552单片机，将I2C总线引入到等离子喷焊控制系统中，简化了电路，提高了系统的抗干扰性，降低了成本；美国的RichardEthenMarques使用微机进行等离子喷焊的研究，西北工业大学的李京龙等人则成功地将PC机应用到对等离子喷焊系统的控制当中，实践证明PC机控制系统设备运行可靠故障率低，并且故障易排除[13]。1.2等离子弧对自由电弧的弧柱进行强迫“压缩”，从而使能量更加集中，弧柱中气体充分电离，这样的电弧称为等离子弧。1.2.1等离子体气体在一定条件下发生电离现象，通常把已电离气体的离子与未电离的离子总数之比成为电离度

5、。电离度越高，气体中的正离子和电子就越多。在物理学中把电离度大于0.1%的气体成为等离子体。它是继固态、液态及气态以外的物质第四态。与普通气体不同，由于等离子含有正离子和电子，因而呈现明显的导电性能。等离子体具有三个基本特点：即很强的导电性、电准中性与磁场的可作用性。等离子体的温度非常高，温度跨度也非成大。按温度的高低可以将等离子体分为高温等离子体和低温等离子体。低温等离子体又可分为热等离子体和冷等离子体。在等离子喷焊中是热等离子体其温度可达16000K。1.2.2等离子弧的产生电弧是一种气体放电现象，具有两种形态，即自由电弧和压缩

6、电弧。若气体放电现象不受任何拘束，则成为自由电弧。由于自由电弧不受任何约束，弧柱一般较粗，热量比较分散，其电离度也较低，温度大约5000~6000K。等离子弧是受到压缩作用的电弧，与自由电弧的区别见表1.1。表1.1电弧形态特征电弧特征自由电弧电弧燃烧不受任何约束，电弧温度一般在5000~6000k。压缩电弧电弧燃烧由于冷却喷嘴的拘束作用而存在机械压缩效应、热压缩效应、自磁压缩效应。1.2.3等离子压缩效应自由电弧通过冷却喷嘴时受到三重压缩作用[7]。(1)机械压缩作用等离子通过等离子喷枪的喷嘴喷射出来，由于再循环冷却水的作用下水冷

7、紫铜喷嘴孔道内壁的温度很低，喷嘴附近气体必然受到冷却，在喷嘴孔道内壁上形成一层冷气膜，从而限制等离子弧弧柱扩张，对等离子弧起到压缩作用。这种对弧柱的压缩作用成为机械压缩效应。喷嘴孔径越小、孔道越长，喷嘴对弧柱的机械压缩作用就越强。(2)热循环效应由于循环冷却水的作用而在喷嘴内壁形成的冷气膜，气体电离度很低，因而导电性很差，电流通过时阻力大，而电弧中心部位温度较高，电离度较高，因而电流通过时阻力较少。电流的绝大部分只能从电弧的中心部位通过。从而导致电弧中心部位的温度升高，电离度进一步增大，这又导致电流进一步集中，是电弧弧柱进一步压缩。

8、这种对弧柱的压缩作用成为热压缩作用。它主要取决于其他的进气方式、流量大小和喷嘴内壁的冷却效果。(3)自磁压缩效应由电磁原理可知，当一根导线中通过电流时，在导线周围就会形成磁场。当两根平行导线通以相同方向的电流时，由于磁场的相互作用，这