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回顾等离子堆焊机的进化史(上篇)

[ 来源:http://www.glrpt.com/   作者:阀门堆焊机厂家  修改时间:2020/5/8 9:11:20  浏览次数:269]
 

回顾等离子堆焊机的进化史(上篇)

等离子堆焊技术在我国于 20 世纪70 年代开始大规模投入工业应用,集合了等离子堆焊技术于一身的等离子堆焊机也已经走过了五十多年的岁月。等离子堆焊机主要构成为:等离子堆焊电源、等离子焊枪、送粉系统、循环供水机、集成电控系统、焊枪运动控制系统、供气系统、堆焊变位机。
在技术突飞猛进的今天,让我们回顾下等离子堆焊机的发展历程,共同来领略前辈们的智慧,重新认识我们这一代人不断勇于创新的历史使命。

等离子堆焊电源

等离子弧电源是供给等离子弧的能源装置。等离子弧电源的输出,为直流陡降外特性。早期的等离子弧电源,采用的是庞大的铜线绕组变压器和电抗器或者直流发电机结构,利用动铁芯或动绕组实现堆焊电流的调节,这种电源受电网波动影响较大,可靠性较差,极大限制了等离子堆焊技术的推广。

上世纪70年代,由于晶闸管的普及应用,磁放大器式硅整流等离子电源得以发展,它具有噪声小、损耗低、效率高制造维护容易等特点,开创了等离子技术发展的新纪元。九十年代初,国外诞生了IGBT逆变式等离子电源,但由于技术壁垒,我国的等离子堆焊设备直到本世纪初才逐渐用上这种先进电源。逆变式等离子弧电源,采用电子控制型调节,具有控制灵活、响应速度快、抗干扰能力强、电流输出稳定等优异性能。

着重介绍一下等离子堆焊电源的选用。在设计和制造电源时,应针对工艺的要求,确保电源的稳定性和抗干扰性,力保设备长时间稳定运行。所谓等离子喷焊,即是通过“高频振荡器”击穿空气,使其成为导电的高温等离子态,在产生高温等离子弧后,又要维持其稳定运行,以达成最佳工作状态。  

这样,在设计和制造过程中,就有两种喷焊电源的组合选择。其一、选用单电源结构形式,所谓单等离子电源结构,是指起弧的高频振荡电源和工作的转弧电源放置在一个机箱中,这种结构简单,高度一体化,轻巧便携。缺点是负责起弧的高频振荡器会干扰工作的转弧电源,造成喷焊工艺过程中的电弧不稳定及质量瑕疵。其二、选用双电源结构形式,所谓双电源结构,是指起弧的高频振荡电源和工作的转弧电源分别放置在两个机箱中,且两个机箱保持适当距离,确保可以分别单独电脑调节,互不干扰。从外观上看是增加了一个机箱,但是可以有效地避免高频振荡干扰,确保了喷焊工艺过程的稳定。并为实现从精细到高效率的多级别工作电源的选择,拓宽了硬件选配空间。


等离子焊枪

等离子弧焊枪是产生等离子弧的装置(等离子发生器),属于整个等离子堆焊机的核心部件。它集合了水(冷却水循环)、电(电源输出)、气(气体引入)、粉(精细送粉),对等离子弧的性能和堆焊过程的稳定性起着决定性的作用。焊枪应能保证电弧的稳定,引弧、转弧方便,电弧压缩性能良好,电极与喷嘴的对中性准确,保护性能理想和冷却可靠。

近年来,在大型轧辊、耐磨板、中部槽等实际应用中,高功率大电流等离子焊枪也得以发展起来,另外等离子堆焊精细化程度的提高,使得越来越多的特殊工件需要订制个性化的焊枪以满足堆焊需求。

送粉系统

送粉器是等离子堆焊机中的重要组成部件。送粉器的功能是定量、均匀、连续稳定的给焊枪供给合金粉末,以保持堆焊过程稳定的进行及堆焊层厚度的均匀性。

早期的送粉器主要是自重式送粉器,利用合金比重较大,借助自重能顺利从漏斗中流出的原理制成,类似于现在我们使用的埋弧焊焊剂料斗。自重式送粉器结构比较简单,均匀性较好,但存在送粉量调节不方便、可调范围小、停粉不及时等诸多缺陷。

后来,在自重式送粉器的基础之上相继发展出螺杆式送粉器和刮板式送粉器,刮板式送粉器通过在锥形送粉漏斗下方放置旋转圆盘,圆盘径向对称位置安装刮板和出粉漏斗,利用圆盘的旋转实现粉量的精准控制。它具有粉量调节范围宽的显著特点,在等离子堆焊设备中被广泛采用。

随着技术的进步,鼓轮式送粉器逐步发展起来,它和刮板式送粉器最大的不同是将水平刮板改为了圆柱状的“鼓轮”,当鼓轮转动时,粉末便从鼓轮圆柱面上漏斗流入下漏斗。

循环供水机

等离子焊枪的冷却十分重要,供给的冷却水必须保证一定的压力和一定的温度范围。循环供水箱的换热方式对冷却效果有很大的影响。早期的等离子堆焊设备由于主要是用于实验研究,基本都是用大水池和水泵当做循环供水机,采用自然冷却方式为焊枪提供冷却水,这种结构至今仍然在一些老的等离子堆焊野外房车中使用。

后来逐步发展出采用大风机强制冷却的冷却塔和恒压水泵的循环供水机,进一步提高了供水系统的稳定性,同期小型化的风机冷凝器型循环供水机也逐步发展起来。90年代后,随着小型制冷机的普遍,诞生了采用制冷剂压缩机结构的小型高效循环供水机。

入新世纪,各类传感控制元件(温控器、流量传感器、水质传感器等)的加入,使得循环供水机越来越智能化,为保证良好的等离子堆焊效果提供了可靠保障。


小结

等离子堆焊机这些部件的发展,见证了电子电气、加工、新材料、数字控制等技术领域的一次次革新与突破。在科技高速发展的今天,我们很难想象前辈们当时白手起家、默默无闻、日夜奋斗研制等离子堆焊机的场景,似乎现在眼前的一切都是理所当然。当年世界三大等离子研发中心,一是美国的哈佛大学,二是前苏联的巴顿焊接研究院(乌克兰),三是武汉的国家级研究中心。这些成就,就像当年的“二弹一星”一样,是上世纪六七十年代突破性的创造,与当时世界先进水平相比,一点也不逊色。

 
 
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