電弧噴涂技術(shù)及工藝影響因素分析

蔡慶松

摘 要：熱噴涂修復(fù)是金屬零件表面修復(fù)的主要方式之一，能有效降低機(jī)械的維修成本，提高零件的使用壽命。通過(guò)對(duì)電弧噴涂技術(shù)主要原理和優(yōu)勢(shì)進(jìn)行介紹，分析了電弧噴涂作業(yè)中的主要工藝影響因素，希望能夠?yàn)樘岣唠娀娡康墓ぷ髻|(zhì)量提供幫助。

關(guān)鍵詞：電弧噴涂技術(shù)；工藝；影響因素

中圖分類(lèi)號(hào)：TG174.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.04.051

0 引言

表面磨損是機(jī)械零件使用中最常見(jiàn)的損壞形式，當(dāng)傳動(dòng)零件的磨損達(dá)到影響使用功能的程度時(shí)，對(duì)其采用科學(xué)的方式進(jìn)行表面修復(fù)，有利于提升零件使用性能，并延長(zhǎng)其使用壽命。電弧噴涂技術(shù)作為熱噴涂技術(shù)的一種，是表面修復(fù)工程中的一項(xiàng)重要技術(shù)，該技術(shù)隨著多年的研究與發(fā)展，在設(shè)備技術(shù)、噴涂材料、修復(fù)工藝等方面得到了顯著的發(fā)展與創(chuàng)新。近年來(lái)，電弧噴涂技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已逐漸成為熱噴涂技術(shù)中最受關(guān)注的技術(shù)之一。

1 電弧噴涂技術(shù)的主要原理

電弧噴涂主要是通過(guò)使用兩根金屬絲作為自耗電極和噴涂材料，金屬絲噴涂材料通過(guò)送絲裝置被連續(xù)且均勻地送入電弧噴涂槍的導(dǎo)電嘴之中，導(dǎo)電嘴分別與電源的正負(fù)極相連接，在兩金屬絲到達(dá)接觸位置前，二者之間保持完整的絕緣狀態(tài)，當(dāng)兩金屬絲被不斷送進(jìn)而到接觸位置時(shí)，因電流出現(xiàn)短路而產(chǎn)生電弧，通電后在金屬絲端部以產(chǎn)生電弧作為熱源，金屬絲在發(fā)熱處因高溫被迅速熔化，再通過(guò)壓縮空氣將熔化后的材料霧化成微熔滴，并以高速?lài)娛┰诠ぜ砻妫瑥亩瓿蔁釃娡窟^(guò)程。

2 電弧噴涂技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

（1）性能優(yōu)越，技術(shù)先進(jìn)。電弧噴涂技術(shù)作為新式的熱噴涂修復(fù)技術(shù)，由于采用電弧技術(shù)融化金屬絲，材料的熔滴溫度達(dá)6000 ℃以上，加熱溫度顯著高于火焰加熱溫度，在高壓氣流的作用下，噴涂過(guò)程金屬粒子的熱能與動(dòng)能都比較高，有利于獲得更好的結(jié)合性能與噴涂層強(qiáng)度。與傳統(tǒng)熱噴涂相比，電弧噴涂的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)合強(qiáng)度較高、硬度高、氣孔率低，平均情況下電弧噴涂與火焰噴涂相比，結(jié)合強(qiáng)度高出2.5倍，噴涂層硬度高出30%以上，且電弧噴涂涂層的孔隙率小于8%，遠(yuǎn)優(yōu)于火焰噴涂。

（2）加工效率高，安全性好。與傳統(tǒng)噴涂技術(shù)相比，電弧噴涂技術(shù)能夠在單位時(shí)間內(nèi)完成更多金屬材料的噴涂工作，且由于在噴涂作業(yè)的過(guò)程中僅使用電源和壓縮空氣工作，相對(duì)于使用氧氣乙炔等加熱方式的噴涂技術(shù)安全性更好。

（3）節(jié)約能源，經(jīng)濟(jì)性好。電弧噴涂技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)火焰噴涂具有顯著的能源節(jié)約優(yōu)勢(shì)，同樣工作任務(wù)下可減少能源使用50%以上，同時(shí)電能的使用成本也遠(yuǎn)低于氧氣乙炔成本，其費(fèi)用僅為火焰噴涂的10%～20%，也遠(yuǎn)優(yōu)于等離子等其他噴涂技術(shù)的成本，同時(shí)還具備更高的噴涂效率。

（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用和維修方便。電弧噴涂的設(shè)備具有體積小、重量輕、移動(dòng)方便、易損件少、維修方便、易于現(xiàn)場(chǎng)施工等優(yōu)點(diǎn)。除對(duì)電弧噴涂操作者的施工技能要求較高外，其設(shè)備的購(gòu)置成本和使用成本都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

3 噴涂工藝的影響因素

3.1 噴涂結(jié)合強(qiáng)度影響因素

噴涂修復(fù)從微觀上講是金屬氧化物和微孔隔離開(kāi)的單個(gè)顆粒在被修復(fù)表面的不規(guī)則堆積，噴涂層的結(jié)合強(qiáng)度主要取決于顆粒之間的結(jié)合力大小，影響電弧噴涂結(jié)合強(qiáng)度的因素包括以下幾點(diǎn)：（1）空氣的壓縮力越大，單位面積內(nèi)所能釋放的氣流速度也就越大，隨著空氣流量的增大，噴涂材料的結(jié)合力就越高。（2）需修復(fù)工件表面預(yù)處理工作對(duì)結(jié)合強(qiáng)度影響很大，工件的表面粗糙度越高，越能夠提升結(jié)合的強(qiáng)度。（3）在噴涂過(guò)程中，噴槍噴嘴與工件表面之間的距離，直接影響到噴涂金屬粒子的速度，過(guò)遠(yuǎn)的噴涂距離還會(huì)增加金屬粒子的氧化程度，應(yīng)選擇適合的噴涂距離以保證良好的結(jié)合強(qiáng)度。

3.2 噴涂層致密度的影響因素

熔融金屬粒子的大小是噴涂層致密度的主要影響因素，熔融金屬粒子過(guò)大會(huì)導(dǎo)致噴涂層疏松，熔融金屬粒子過(guò)小則更易形成緊密的噴涂層。影響金屬粒子大小的因素包括空氣的壓力、流量以及噴槍噴嘴的幾何形狀，當(dāng)空氣壓縮力和流量適宜，噴槍噴嘴的形狀合理，則有利于金屬絲端部充分暴露在壓縮空氣射流之中，在最少的阻擋力下，金屬融滴有利于良好的霧化，使金屬粒子的體積顯著縮小，能夠形成緊密、光滑的噴涂層結(jié)構(gòu)。

3.3 噴涂層硬度的影響因素

噴涂層硬度是修復(fù)質(zhì)量的重要指標(biāo)，在實(shí)際工作中可能影響噴涂硬度的工藝因素包括以下幾點(diǎn)：（1）噴涂金屬材料的化學(xué)成分和物理特性直接決定了噴涂材料冷卻過(guò)程的密度與硬度；（2）空氣壓縮力越大，氣體的流量越大，使金屬霧化顆粒的運(yùn)行速度更快，不僅在噴涂時(shí)的溫度更高，且運(yùn)動(dòng)速度更快，涂層硬度增加；（3）金屬絲的送絲速度增加，因電流增加引起熔化溫度升高，噴涂后材料冷卻時(shí)間延長(zhǎng)，引起涂層硬度降低。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著電弧噴涂技術(shù)的研究和應(yīng)用不斷擴(kuò)展，很多新式的噴涂材料及修復(fù)方法被開(kāi)發(fā)和使用，這為機(jī)械零件的表面修復(fù)提供了更廣闊的空間。電弧噴涂技術(shù)在性能和經(jīng)濟(jì)性方面存在顯著優(yōu)勢(shì)，結(jié)合科學(xué)的工作方法，將會(huì)為零件的高質(zhì)量表面修復(fù)提供更多幫助。