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技術論壇

回顧等離子堆焊機的進化史(上篇)

[ 來源:http://www.805402.live/   作者:閥門堆焊機廠家  修改時間:2020/5/8 9:11:20  瀏覽次數:64]
 

回顧等離子堆焊機的進化史(上篇)

等離子堆焊技術在我國于 20 世紀70 年代開始大規模投入工業應用,集合了等離子堆焊技術于一身的等離子堆焊機,也已經走過了五十多年的歲月。等離子堆焊機主要構成為:等離子堆焊電源、等離子焊槍、送粉系統、循環供水機、集成電控系統、焊槍運動控制系統、供氣系統、堆焊變位機。
在技術突飛猛進的今天,讓我們回顧下等離子堆焊機的發展歷程,共同來領略前輩們的智慧,重新認識我們這一代人不斷勇于創新的歷史使命。

等離子堆焊電源

等離子弧電源是供給等離子弧的能源裝置。等離子弧電源的輸出,為直流陡降外特性。早期的等離子弧電源,采用的是龐大的銅線繞組變壓器和電抗器或者直流發電機結構,利用動鐵芯或動繞組實現堆焊電流的調節,這種電源受電網波動影響較大,可靠性較差,極大限制了等離子堆焊技術的推廣。

上世紀70年代,由于晶閘管的普及應用,磁放大器式硅整流等離子電源得以發展,它具有噪聲小、損耗低、效率高制造維護容易等特點,開創了等離子技術發展的新紀元。九十年代初,國外誕生了IGBT逆變式等離子電源,但由于技術壁壘,我國的等離子堆焊設備直到本世紀初才逐漸用上這種先進電源。逆變式等離子弧電源,采用電子控制型調節,具有控制靈活、響應速度快、抗干擾能力強、電流輸出穩定等優異性能。

著重介紹一下等離子堆焊電源的選用。在設計和制造電源時,應針對工藝的要求,確保電源的穩定性和抗干擾性,力保設備長時間穩定運行。所謂等離子噴焊,即是通過“高頻振蕩器”擊穿空氣,使其成為導電的高溫等離子態,在產生高溫等離子弧后,又要維持其穩定運行,以達成最佳工作狀態。  

這樣,在設計和制造過程中,就有兩種噴焊電源的組合選擇。其一、選用單電源結構形式,所謂單等離子電源結構,是指起弧的高頻振蕩電源和工作的轉弧電源放置在一個機箱中,這種結構簡單,高度一體化,輕巧便攜。缺點是負責起弧的高頻振蕩器會干擾工作的轉弧電源,造成噴焊工藝過程中的電弧不穩定及質量瑕疵。其二、選用雙電源結構形式,所謂雙電源結構,是指起弧的高頻振蕩電源和工作的轉弧電源分別放置在兩個機箱中,且兩個機箱保持適當距離,確?梢苑謩e單獨電腦調節,互不干擾。從外觀上看是增加了一個機箱,但是可以有效地避免高頻振蕩干擾,確保了噴焊工藝過程的穩定。并為實現從精細到高效率的多級別工作電源的選擇,拓寬了硬件選配空間。


等離子焊槍

等離子弧焊槍是產生等離子弧的裝置(等離子發生器),屬于整個等離子堆焊機的核心部件。它集合了水(冷卻水循環)、電(電源輸出)、氣(氣體引入)、粉(精細送粉),對等離子弧的性能和堆焊過程的穩定性起著決定性的作用。焊槍應能保證電弧的穩定,引弧、轉弧方便,電弧壓縮性能良好,電極與噴嘴的對中性準確,保護性能理想和冷卻可靠。

近年來,在大型軋輥、耐磨板、中部槽等實際應用中,高功率大電流等離子焊槍也得以發展起來,另外等離子堆焊精細化程度的提高,使得越來越多的特殊工件需要訂制個性化的焊槍以滿足堆焊需求。

送粉系統

送粉器是等離子堆焊機中的重要組成部件。送粉器的功能是定量、均勻、連續穩定的給焊槍供給合金粉末,以保持堆焊過程穩定的進行及堆焊層厚度的均勻性。

早期的送粉器主要是自重式送粉器,利用合金比重較大,借助自重能順利從漏斗中流出的原理制成,類似于現在我們使用的埋弧焊焊劑料斗。自重式送粉器結構比較簡單,均勻性較好,但存在送粉量調節不方便、可調范圍小、停粉不及時等諸多缺陷。

后來,在自重式送粉器的基礎之上相繼發展出螺桿式送粉器和刮板式送粉器,刮板式送粉器通過在錐形送粉漏斗下方放置旋轉圓盤,圓盤徑向對稱位置安裝刮板和出粉漏斗,利用圓盤的旋轉實現粉量的精準控制。它具有粉量調節范圍寬的顯著特點,在等離子堆焊設備中被廣泛采用。

隨著技術的進步,鼓輪式送粉器逐步發展起來,它和刮板式送粉器最大的不同是將水平刮板改為了圓柱狀的“鼓輪”,當鼓輪轉動時,粉末便從鼓輪圓柱面上漏斗流入下漏斗。

循環供水機

等離子焊槍的冷卻十分重要,供給的冷卻水必須保證一定的壓力和一定的溫度范圍。循環供水箱的換熱方式對冷卻效果有很大的影響。早期的等離子堆焊設備由于主要是用于實驗研究,基本都是用大水池和水泵當做循環供水機,采用自然冷卻方式為焊槍提供冷卻水,這種結構至今仍然在一些老的等離子堆焊野外房車中使用。

后來逐步發展出采用大風機強制冷卻的冷卻塔和恒壓水泵的循環供水機,進一步提高了供水系統的穩定性,同期小型化的風機冷凝器型循環供水機也逐步發展起來。90年代后,隨著小型制冷機的普遍,誕生了采用制冷劑壓縮機結構的小型高效循環供水機。

入新世紀,各類傳感控制元件(溫控器、流量傳感器、水質傳感器等)的加入,使得循環供水機越來越智能化,為保證良好的等離子堆焊效果提供了可靠保障。


小結

等離子堆焊機這些部件的發展,見證了電子電氣、加工、新材料、數字控制等技術領域的一次次革新與突破。在科技高速發展的今天,我們很難想象前輩們當時白手起家、默默無聞、日夜奮斗研制等離子堆焊機的場景,似乎現在眼前的一切都是理所當然。當年世界三大等離子研發中心,一是美國的哈佛大學,二是前蘇聯的巴頓焊接研究院(烏克蘭),三是武漢的國家級研究中心。這些成就,就像當年的“二彈一星”一樣,是上世紀六七十年代突破性的創造,與當時世界先進水平相比,一點也不遜色。

 
 
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