等离子喷焊技术方案
等离子喷焊工艺过程
等离子喷焊工艺过程
等离子喷焊（Plasma Spray Welding）是一种热喷涂技术，用于在金属、陶瓷、复合材料等基材表面涂覆保护层或修复受损表面。
以下是等离子喷焊的基本过程：
1.准备工作：首先，需要准备好待喷涂的基材表面。
这包括清洁、打磨和喷砂等步骤，以确保表面光滑、清洁，并提供良好的附着性。
2.原材料准备：合适的涂层材料通常以粉末形式提供。
这些粉末材料可以是金属、陶瓷、复合材料等。
在喷涂前，通常需要对粉末进行预处理，如筛选、干燥等。
3.等离子喷枪设置：使用等离子喷涂设备，将喷嘴与喷枪连接，并设置合适的工艺参数，如喷嘴尺寸、气体流量、电流电压等。
4.点火启动：将惰性气体（通常是氩气或氮气）通过喷枪喷射到喷嘴中，形成等离子气体。
然后，通过电弧点火，将等离子气体加热至高温状态。
5.粉末喷涂：当等离子气体达到足够高的温度时，粉末材料通过粉末供料系统送入等离子气体中心。
在高温下，粉末材料熔化或部分熔化，并形成喷涂颗粒。
6.涂层喷涂：熔化的粉末颗粒随着等离子气体喷射到基材表面，形成涂层。
在涂层形成的同时，由于等离子气体的高温作用，涂层与基材表面同时发生熔合，从而确保良好的附着性。
7.冷却固化：喷涂完成后，涂层需要进行冷却固化。
这通常涉及将基材放置在适当的环境中，让涂层自然冷却至室温，并确保涂层与基材的结合稳固。
8.表面处理：完成涂层后，可能需要进行表面处理，如打磨、抛光等，以获得所需的表面质量和光洁度。
等离子喷焊工艺具有高温、高速喷涂、涂层致密性好等优点，可应用于航空航天、汽车、能源、化工等领域的表面保护和修复。
等离子焊接工艺
等离子焊接工艺(1)焊接电流焊接电流是根据板厚或熔透要求来选定。
焊接电流过小，难于形成小孔效应：焊接电流增大，等离子弧穿透能力增大，但电流过大会造成熔池金属因小孔直径过大而坠落，难以形成合格焊缝，甚至引起双弧，损伤喷嘴并破坏焊接过程的稳定性。
因此，在喷嘴结构确定后，为了获得稳定的小孔焊接过程，焊接电流只能在某一个合适的范围内选择，而且这个范围与离子气的流量有关。
(2)焊接速度焊接速度应根据等离子气流量及焊接电流来选择。
其他条件一定时，如果焊接速度增大，焊接热输入减小，小孔直径随之减小，直至消失，失去小孔效应。
如果焊接速度太低，母材过热，小孔扩大，熔池金属容易坠落，甚至造成焊缝凹陷、熔池泄漏现象。
因此，焊接速度、离子气流量及焊接电流等这三个工艺参数应相互匹配。
(3)喷嘴离工件的距离·喷嘴离工件的距离过大，熔透能力降低：距离过小，易造成喷嘴被飞溅物堵塞，破坏喷嘴正常工作。
喷嘴离工件的距离一般取3～8mm。
与钨极氩弧焊相比，喷嘴距离变化对焊接质量的影响不太敏感。
(4)等离于气及流量等离子气及保护气体通常根据被焊金属及电流大小来选择。
大电流等离子弧焊接时，等离子气及保护气体通常采取相同的气体，否则电弧的稳定性将变差。
小电流等离子弧焊接通常采用纯氩气作等离子气。
这是因为氧气的电离电压较低，可保证电弧引燃容易。
离子气流量决定了等离子流力和熔透能力。
等离子气的流量越大，熔透能力越大。
但等离子气流量过大会使小孔直径过大而不能保证焊缝成形。
因此，应根据喷嘴直径、等离子气的种类、焊接电流及焊接速度选择适当的离子气流量。
利用熔人法焊接时，应适当降低等离子气流量，以减小等离子流力。
保护气体流量应根据焊接电流及等离子气流量来选择。
在一定的离子气流量下，保护气体流量太大，会导致气流的紊乱，影响电弧稳定性和保护效果。
而保护气体流量太小，保护效果也不好，因此，保护气体流量应与等离子气流量保持适当的比例。
小孔型焊接保护气体流量一般在15～30L／min范围内。
焊接中的等离子喷涂焊技术
焊接中的等离子喷涂焊技术等离子喷涂焊技术在焊接工业中已经被广泛使用，该技术凭借其高效、高质和低成本的特点受到越来越多生产工艺先进、焊接工艺复杂的领域的重视。
本文将从等离子喷涂焊技术的实质、适用范围、优缺点与应用前景几个方面进行论述。
一、等离子喷涂焊技术的实质等离子喷涂焊技术是一种将喷涂技术和焊接技术相结合的新型加工方式。
因为等离子喷涂涂层的物理和化学特性，能够在涂层表面形成一定的结构和化学成份，这意味着在涂层表面形成一定结构以后，等离子朝向涂层、与涂层的化学成份会被改变；在涂层与基础材料的结合面形成巨大的热梯度，在高温度下能够促进结合，最终涂层与基础材料之间得以非常牢固地结合。
等离子喷涂焊技术的实质可归纳为：一方面，等离子喷涂技术受喷涂颗粒的特性影响，如粒径、结构、形状等等，是将合适的各种粉末涂料通过各种压力、气流、导体、电弧等瞬间喷涂到需要加工的部位以形成目标涂层；另一方面，则是通过等离子泄漏作用对焊接部位结合表面进行预处理，即在基础金属材料和涂层之间提高结合能力，从而提高焊接部分的强度和硬度。
二、等离子喷涂焊技术的适用范围等离子喷涂焊技术适用于各种金属材料（包括低碳钢、不锈钢、高温合金、镍基合金、铝合金、钛合金等），且无论是金属之间、金属与陶瓷、复合材料之间都能实现焊接；该焊接方式还适用于各种加工工件，包括等离子喷涂后焊接、涂层与材料间的热处理、切割和预加工等等。
三、等离子喷涂焊技术的优缺点1. 优点：（1）等离子喷涂是一种非接触式的加工方式，不会带来加工表面的变形、拉动和拉伸等等，因此适用于各种加工表面形状的加工；（2）等离子喷涂焊接技术能够满足高速焊接的要求，它能够基本保持焊接部分的形状、大小和几何无变形；（3）等离子喷涂焊接过程比传统焊接工艺更为稳定和高效，能够有效提高生产效率；（4）等离子喷涂技术喷涂过程中不会产生削减或磨损等现象；（5）等离子喷涂焊接技术制作的工件表面硬度高，具有很好的抗磨损性。
学习任务八 等离子喷焊
学习任务八等离子喷焊学习目标及技能要求1.了解等离子喷焊的原理与设备。
2.掌握等离子喷焊的操作方法。
建议学时：30学时工作情景描述：等离子喷焊可以根据零件、设备不同的使用要求采用相应的粉末，等离子喷焊常用粉末有铁基合金、镍基合金、铜基合金、钴基合金、金属陶瓷及其复合合金等。
目前，等离子喷焊已广泛应用于矿山机械、阀门、碾压机、锻造模具、农业设备、核电站设备等机械设备的制造。
等离子弧喷焊技术也可用于制备性能优良的复合材料。
通过改变金属粉末的不同配比，使复合材料层与层之间的成分达到连续变化，同时通过调节射流的速度和温度等工艺参数，使组织具有一定程度的变化，以制备性能优越的梯度功能复合材料，对生产和科研工作都具有积极意义。
工作流程：本项目以φ50mm圆钢为例，用LS-PTA-DGN300等离子堆焊机进行铁基粉末的等离子喷焊。
在工作过程中，严格按照“7S”的工作要求进行加工生产。
一、任务导入轧辊在实际生产中容易出现硬度不高，易磨损等情况，针对此种情况，采用等离子喷焊技术可以降低生产成本。
二、任务分析本项目以φ50mm圆钢为例，用LS-PTA-DGN300等离子堆焊机进行铁基粉末的等离子喷焊。
在喷焊过程中，注意喷焊层之间的搭接量和喷焊的厚度。
三、任务准备（一）知识准备1.等离子喷焊原理与特点等离子粉末堆焊是以等离子弧作为热源，应用等离子弧产生的高温将合金粉末与基体表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，等离子束离开后自激冷却，形成一层高性能的合金层，从而实现零件表面的强化与硬化的堆焊工艺，由于等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强，通过调节相关的堆焊参数，可对堆焊层的厚度、宽度、硬度在一定范围内自由调整。
等离子粉末堆焊后基体材料和堆焊材料之间形成融合界面，结合强度高；堆焊层组织致密，耐蚀及耐磨性好；基体材料与堆焊材料的稀释减少，材料特性变化小；利用粉末作为堆焊材料可提高合金设计的选择性，特别是能够顺利堆焊难熔材料，提高工件的耐磨、耐高温、耐腐蚀性。
第九章等离子焊接与喷涂(1)
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第9章 等离子弧焊接与喷涂 （2）热源特性
a.等离子弧的温度和能量密度 b.等离子弧的挺度
图9-4 自由电弧和等离子弧的对比 a) 温度分布 b) 挺直度(左－自由电弧 右－等离子弧) 1－24000～50000K 2－18000～24000K 3－14000～18000K 4－10000～14000K
自由电弧200A，15V，40×28L/h，压缩电弧200A，30V，40×28L/h，压缩孔径φ2.4mm
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第9章 等离子弧焊接与喷涂
c.热源组成 普通的钨极氩弧焊，加热焊件的热量主要来源于阳极斑点 的产热，电弧电压在阳极区，弧柱区和阴极区大致平均分配。 等离子弧由于弧柱被压缩，横截面减小，弧柱电场强度 明显提高，因此等离子弧的最大压降是在弧柱区，加热金属 时利用的主要是弧柱区的热功率，即利用弧柱等离子体的热 能。这一点和钨极氩弧是明显不同的。
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第9章 等离子弧焊接与喷涂
图9-3 等离子弧静特性 a) 转移型弧 b) 联合型弧 1－等离子弧 2－钨极氩弧
I2－非转移型弧电流
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第9章 等离子弧焊接与喷涂
9.1.2 等离子弧发生器
电极 保护气 保护气喷嘴 焊接方向 工件 等离子气 气室 拘束喷嘴 焊缝金属
（1）分类： 等离子弧焊枪； 等离子割枪； 等离子弧喷（涂）枪 （2)组成：
等离子喷涂
②转移弧：电弧离开喷枪转移到被加工零件上的等离子弧。这种情况喷嘴不接电源，工件接正极，电弧飞越 喷枪的阴极和阳极（工件）之间，工作气体围绕着电弧送入，然后从喷嘴喷出。
等离子切割，等离子弧焊接，等离子弧冶炼使用的是这类等离子弧。
③联合弧:非转移弧引燃转移弧并加热金属粉末，转移弧加热工件使其表面产生熔池。这种情况喷嘴，工件均 接在正极。
喷涂原理
等粒子喷涂是利用等离子弧进行的，离子弧是压缩电弧，与自由电弧相比较，其弧柱细，电流密度大，气体 电离度高，因此具有温度高，能量集中，弧稳定性好等特点。
按接电方法不同，等离子弧有三种形式：
①非转移弧：指在阴极和喷嘴之间所产生的等离子弧。这种情况正极接在喷嘴上，工件不带电，在阴极和喷 嘴的内壁之间产生电弧，工作气体通过阴极和喷嘴之间的电弧而被加热，造成全部或部分电离，然后由喷嘴喷出 形成等离子火焰(或叫等离子射流)。
特点
等离子喷涂技术是继火焰喷涂之后大力发展起来的一种新型多用途的精密喷涂方法，它具有：①超高温特性， 便于进行高熔点材料的喷涂。②喷射粒子的速度高，涂层致密，粘结强度高。③由于使用惰性气体作为工作气体， 所以喷涂材料不易氧化。
等离子的形成
（以N2为例）： 0°k时，N2分子的两个原子呈哑铃形，仅在x,y,z方向上平动； 大于10°k时，开始旋转运动； 大于10000°k时，原子间产生振动，分子与分子间碰撞，则分子会发生离解变为单原子： N2+Ud——>N+N其中 Ud为离解能 温度再升高，原子会发生电离: N+Ui——>N++e其中 Ui为电离能 气体电离后，在空间不仅有原子，还有正离子和自由电子，这种状态就叫等离子体。 等离子体可分为三大类： ①高温高压等离子体，电离度100%，温度可达几亿度，用于核聚变的研究； ②低温低压等离子体，电离度不足1%，温度仅为50～250度； ③高温低压等离子体，约有1%以上的气体被电离，具有几万度的温度。
第五讲 等离子喷射技术
等离子体
等离子体的特点： 1，等离子体是导电流体而又整体上保持电中性 2，组成中带电粒子间存在库仑力 3，等离子体的运动行为受到电磁场的影响和制约
普通气体由分子构成，分子之间相互作用力是短程力，仅当 分子碰撞时，分子之间的相互作用力才有明显效果，理论上 用分子运动论描述．在等离子体中，带电粒子之间的库仑力 是长程力，库仑力的作用效果远远超过带电粒子可能发生的 局部短程碰撞效果，等离子体中的带电粒子运动时，能引起 正电荷或负电荷局部集中，产生电场；电荷定向运动引起电 流，产生磁场．电场和磁场要影响其他带电粒子的运动，并 伴随着极强的热辐射和热传导；等离子体能被磁场约束作回 旋运动等．等离子体的这些特性使它区别于普通气体被称为 物质的第四态．
低真空环境下的喷涂与大气等离子喷涂相比具有以下显著特点： ① 等离子射流的速度和温度都比大气等离子喷涂明显提高，压力愈 低，射流速度和温度就越高； ② 粉末在等离子射流高温区域滞留的时间增加，受热更均匀，飞行 速度更高；可大幅度提高基体表面预热温度；还可以用反向转移 弧对基体进行溅射清洗，清除氧化物和污垢，使涂层和基体的结 合状况得以改善； ③ 粉末和基体表面完全避免了氧化，能制备各种活性金属材料涂层； ④ 由于以上原因，使得涂层结合强度大幅度提高，气孔率大幅度降 低，涂层残余应力减小，涂层质量明显改善。 ⑤ 真空等离子喷射设备复杂，价格昂贵，推广应用难度很大。
大气等离子喷涂原理图
大气等离子喷涂
设备构成 我国主要使用设备分为进口和国产两类。下面主要参照Sulzer Metco 9M设备介 绍其构成。 Sulzer Metco 9M等离子喷涂设备由喷枪、整流电源、控制系统、热交换系统、 送粉器、水电转接箱六部分组成，如图所示。辅助设备包括：压缩气体供给系统、 工作用气（氩、氢、氮）供给系统等。 涂层和工艺技术特点 ① 涂层结构特性 等离子喷涂涂层组织细密，氧化物含量和孔隙率较低，如氧化铬 涂层孔隙率可控制到3%以下。涂层与基体间的结合以及涂层离子间的结合形式 除以机械结合为主外，还可以产生微曲冶金结合和物理结合，涂层结合强度较高， 最高可达50MPa。 ② 工艺技术特点 等离子喷涂相较其他喷涂方法有其特点： a) b) c) a) b) 喷涂材料范围广泛，从低熔点的铝合金到高熔点的氧化锆都可以喷涂。 涂层结合强度高、孔隙率低、氧化物夹杂少。 设备控制精度高，可以制备精细涂层。 主要工艺参数 等离子喷涂在所在的热喷涂工艺方法中复杂程度最高，其可调控的参数多达十几 个。 等离子气体的选用 送粉量
等离子喷焊技术方案
平板密封面等离子喷焊技术方案一、技术方案1、控制平板阀密封面形状基本为圆弧组合。
大型阀板喷焊前需要预热，喷焊过程还需要外部辅助加热，移动不便，需要焊枪运动喷焊出所需形状.因此,运动系统需具备平面复杂轨迹运动控制功能。
控制内部需要增加运动控制系统,和原有的焊接参数控制系统共同完成平面复杂轨迹的喷焊。
运动控制系统预计采用专用的四轴联动焊接数控系统，分别控制焊枪的X 轴、Y轴、摆动器回转及工件的回转。
当焊枪移动方向变化时,摆动器会随焊枪移动方向回转相应角度，使焊道宽度保持不变。
四个控制轴的移动速度和距离可以单独编程，其编程方法和标准数控系统相似.焊接控制系统采用成熟的可编程控制器，完成喷焊参数的分段编程控制及储存。
焊接控制系统可以在一个工艺菜单中单独设置多段不同的工艺参数，分别控制每一段的焊接电流、摆动宽度、送粉量，可以一次喷焊出多种不同尺寸的焊道.工作时，焊接控制系统会根据运动控制系统传输的段数编号，执行预先设定好的喷焊参数。
2、电源抗网路电压波动能力强，焊接电流输出稳定,焊前可精确预置电流，每次起弧电流波动不高于5%.3、精度考虑到多道焊道搭接,搭接处的停留时间需要精确控制，摆动宽度、摆动速度、边缘停留时间可以在范围上精确设定。
4、送粉送粉送粉均匀,重复误差不高于10％.工作稳定，粉桶容量为5公斤以上，可以连续完成阀板喷焊而不用中间加粉。
送粉器具有快速换粉及无粉报警功能.5、喷焊枪管路顶端装有水冷套，防止长时间工作后铜管温度上升损坏塑料管线。
枪夹板位于焊枪焊枪上部，防止工作过程中受热变形，焊枪下压盖和保护气罩采用水冷结构，以提高预热环境下使用的工作稳定性及使用寿命。
6、水冷机为保证焊枪长时间大电流稳定工作，焊枪配备一台制冷循环水箱，提供压力及温度稳定的冷却水，提高焊枪工作的稳定性。
7、焊接操作机为保证顺利喷焊813x300尺寸的阀板,预计采用三轴数控操作机.操作机采用立臂－横臂结构，立臂可前后移动，横臂可在立臂上上下升降。
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平板密封面等离子喷焊技术方案
一、技术方案
1、控制
平板阀密封面形状基本为圆弧组合。
大型阀板喷焊前需要预热，喷焊过程还需要外部辅助加热，移动不便，需要焊枪运动喷焊出所需形状。
因此，运动系统需具备平面复杂轨迹运动控制功能。
控制内部需要增加运动控制系统，和原有的焊接参数控制系统共同完成平面复杂轨迹的喷焊。
运动控制系统预计采用专用的四轴联动焊接数控系统，分别控制焊枪的X 轴、Y轴、摆动器回转及工件的回转。
当焊枪移动方向变化时，摆动器会随焊枪移动方向回转相应角度，使焊道宽度保持不变。
四个控制轴的移动速度和距离可以单独编程，其编程方法和标准数控系统相似。
焊接控制系统采用成熟的可编程控制器，完成喷焊参数的分段编程控制及储存。
焊接控制系统可以在一个工艺菜单中单独设置多段不同的工艺参数，分别控制每一段的焊接电流、摆动宽度、送粉量，可以一次喷焊出多种不同尺寸的焊道。
工作时，焊接控制系统会根据运动控制系统传输的段数编号，执行预先设定好的喷焊参数。
2、电源
抗网路电压波动能力强，焊接电流输出稳定，焊前可精确预置电流，每次起弧电流波动不高于5％。
3、精度
考虑到多道焊道搭接，搭接处的停留时间需要精确控制，摆动宽度、摆动速度、边缘停留时间可以在范围上精确设定。
4、送粉
送粉送粉均匀，重复误差不高于10%。
工作稳定，粉桶容量为5公斤以上，可以连续完成阀板喷焊而不用中间加粉。
送粉器具有快速换粉及无粉报警功能。
5、喷焊枪
管路顶端装有水冷套，防止长时间工作后铜管温度上升损坏塑料管线。
枪夹板位于焊枪焊枪上部，防止工作过程中受热变形，焊枪下压盖和保护气罩采用水冷结构，以提高预热环境下使用的工作稳定性及使用寿命。
6、水冷机
为保证焊枪长时间大电流稳定工作，焊枪配备一台制冷循环水箱，提供压力及温度稳定的冷却水，提高焊枪工作的稳定性。
7、焊接操作机
为保证顺利喷焊813x300尺寸的阀板，预计采用三轴数控操作机。
操作机采用立臂－横臂结构，立臂可前后移动，横臂可在立臂上上下升降。
拖板在横臂上电动左右移动，实现平面复杂轨迹喷焊。
拖板上装有手动十字调节滑块，便于精确调整焊枪位置。
拖板上装有数控摆动回转机构，控制焊枪摆动方向和焊枪运动方向垂直，喷焊平面复杂形状焊道时保持焊道宽度始终不变。
9、变位机及工作平台
对于普通圆形焊道，预计配置盘面直径Φ850，额定载荷200kg以上的变位机，交流伺服电机驱动，电动翻转，用于喷焊直径Φ500以内的阀座圈。
不使用变位机时，可配备一台工作平台，上面放置加热底座，用于喷焊阀板。
10、水冷板
为防止工作时高温对摆动器可能产生的损坏，摆动器外部装有水冷隔热板，将摆动器罩在隔热板内。
隔板采用组合结构，可以拆卸，方便维修。
11、加热底座
为保证大型阀板在喷焊过程中温度不迅速下降导致开裂，需要配置加热底座。
底座采用陶瓷电加热板形式加热，加热温度300－500℃，带温度显示及控制。
二、售后服务
提供培训我公司人员喷焊工艺和使用操作。
整套设备包含现场安装、调试及技术培训。
验收标准为购置方操作人员按购置方技术要求喷焊出合格产品。
设备提供终身技术支持。