堆焊原理与设备详解

1.原理

堆焊是采用等离子弧作为热源。图10-12所示是等离子弧堆焊示意图。在钍钨电极4和喷嘴5之间形成非转移弧，它由高频激发引燃，起着过渡形成和稳定转移弧以及预热粉末的作用。钍钨电极4和工件7之间建立的电弧称为转移弧，起着熔化粉末和形成熔池的作用。转移弧和非转移弧分别由单独的直流电源8供电。在堆焊过程中，始终存在着这两个弧。

由离子气进口1进入枪体的主气流氩气将电弧强烈地压缩，使电弧截面积减小，从而大幅提高了电弧的电流密度。在机械压缩效应和磁性收缩效应的综合作用下，部分氩气电离形成等离子弧柱，其余未电离的氩气包围和压缩着等离子弧而形成保护气膜，起保护喷嘴5的作用。

粉末由送粉器3下部出口送出以后，由氩气将粉末送至焊枪，均匀地沿着喷嘴5进入等离子弧柱，被加热到半熔化和熔化状态，最后落入熔池，随着工件的移动，熔池逐渐冷却形成堆焊层。

2.设备

（1）组成

图10-12 等离子弧堆焊原理示意图

1—离子气（氩气）进口 2—保护气体进口 3—送粉器 4—钍钨电极 5—喷嘴 6—粉和保护气体进口 7—工件 8—直流电源

等离子弧堆焊设备主要由焊接电源、电控操作台（控制箱）、接触器柜、机械部分和焊枪等部分组成。

1）焊接电源。采用两台2XG300型硅整流焊机作直流电源，焊机采用组合晶体管电流调节器。转移弧也可采用AX1—500型旋转式直流焊机，配晶闸管电流调节器。

2）控制箱（电控操作台）。控制箱内分单元安装有电流调节器、晶闸管调速装置、晶体管时间继电器、中间继电器、电磁气阀、控制变压器等；仪表面板上装有电流表、电压表和流量计，操作面板上装有控制电源开关、选择转换开关、操作按钮及开关、调节旋钮和指示灯等；箱后上部装有程序选择开关和延时调节旋钮及接线板、进出气管等。

3）接触器柜。柜内装有控制主电路通、断接触器和高频振荡器。主电路与控制电路分开安装，以避免对控制系统的干扰。

4）机械部分。由电动机、刮板式送粉器、偏心轮式摆动器、旋转工作台和防护通风罩等部分组成。机械装置的总成示意图如图10-13所示。它主要适用于公称尺寸DN500以下的阀门密封面等圆平面工件的堆焊。但机械部分的送粉器和摆动机构可作为通用部件用在不同的机架上。

5）焊枪。焊枪的设计与制造，除了要保持气、水严格密封和绝缘可靠外，还应保证喷嘴结构中钨极与喷嘴孔道的对中性。喷嘴的结构除选择合理的压缩孔道参数外，还应有良好的冷却效果，避免孔道离冷却水过远而造成局部过热现象，尤其是粉末进入压缩孔道的部位，一旦局部过热极易引起结珠。因此，应采用一体式喷嘴，再加铣三个深槽来改善喷嘴的冷却效果。钨极相对于喷嘴的对中程度，对产生双弧有较大影响。对中不好，喷嘴壁局部过热，易引起双弧和结珠。对中情况是通过观察高频火花在钨极尖周围的分布情况来判断的，即火花分布越均匀，对中性越好。这一般都是凭借机械加工来保证的。然而无论是直冷式或间冷式钨极，都有烧损的问题。若钨极烧损后仍要求由机械加工来保证对中是十分麻烦的，为此采用了简单的调心机构，该机构调整方便，可以获得均匀的高频火花。为了使喷嘴内壁和端面光洁，减少氧化膜，提高抗粘接能力，因此采用了镀铬喷嘴。这对稳定堆焊亦是有利的。

（2）特点

1）由两个独立的电源分别供给非转移弧和转移弧，两电弧的电流调节互不干扰。

2）在控制选择上设置了“调整”、“自动”两种方式。在自动挡上又设置了“手控”、“位控”和“时控”三种控制方式，使用时可根据工件的形状、大小等具体情况来选择，并具有一定的通用性。(www.xing528.com)

3）工艺动作程序设置较完善，并设置了“预调信号”，在不引弧的情况下可调整、检查动作程序。

4）各规范参数调节方便，稳定性好，并有相应的仪表监视。

5）控制电路分单元安装，维修方便。

（3）主要技术数据

电流调节范围：非转移弧200～500A，转移弧50～250A；

电流衰减时间调节范围：0～30s；

电流衰减最小值：非转移弧40A，转移弧20～30A；

直流伺服电动机晶闸管调速；

励磁电压微调范围：80～120V；

电枢电压调节范围：5～110V；

旋转工作台转速调节范围：0.5～15min/r；

堆焊枪摆动频率调节范围：0～100次/min；

送粉量调节范围：0～200g/min。

图10-13 LUP-300型等离子弧堆焊机械装置总成示意图

1—立柱 2—横臂锁紧手柄 3—横臂 4—横臂升降手轮 5—溜板移动手轮 6—立柱锁紧手柄 7—机座 8—转台电机 9—送粉器 10—溜板锁紧手柄 11—送粉电动机 12—摆动电动机 13—摆动机构 14—焊枪 15—防护通风罩 16—旋转工作台 17—变速箱 18—行程开关