编读虹桥
文章编号：１６７１－０７１１（２００８）０７－００６５－０３
第一讲装备再制造技术（
徐滨士
（装甲兵工程学院，北京１０００７２）
八）
二、材料制备与成形一体化技术
材料制备与成形一体化技术与锻造、热处理、机械加工等技术不同，它是针对装备零部件再制造，实现零件修复部位成形和修复材料制备两个过程同时完成的各种再制造技术。材料制备与成形一体化技术是再制造工程先进技术。发展材料设计、制备与成形加工一体化技术，可以实现先进材料与零部件的高效、近成形、短流程成形，是不锈钢、高温合金、钛合金、难熔金属及金属间化合物、陶瓷、复合材料、梯度功能材料零部件制备技术的研究热点。
应用于装备再制造的材料制备与成形一体化技术主要包含热喷涂技术、高能束快速成形技术、堆焊技术和电化学沉积技术等多种具体的再制造技术。
针对常用的材料制备与成形一体化技术，本节重点介绍高速电弧喷涂和激光再制造技术等。
置。由于交流电弧不稳定、效率低、涂层质量差，没有得到实际推广。后来德国改用直流电源使电弧喷涂有了实用价值。１９３８年美国研制成功了电弧线材喷枪。２０世纪５０年代后期，为了满足航空、原子能、导弹、火箭等尖端技术对于高熔点、高强度涂层的迫切要求，美国相继发明了等离子喷涂和爆炸喷涂，这使电弧喷涂的发展相对延缓。２０世纪７０年代末，粉芯丝材的出现给电弧喷涂带来了生机。粉芯丝材既克服了高合金成分带来的难以拔丝的困难，同时还使一些不能导电的颗粒材料在电弧喷涂上得以应用。由于粉芯丝材成分调节容易，生产周期短，便于优选材料且具有较低成本等特点，很大程度上促进了电弧喷涂的发展。进入２０世纪８０年代以后，电弧喷涂设备向精密化和自动化方向发展，使涂层质量得到进一步提高，应用范围也越来越广泛，使电弧喷涂又重新得到了各工业领域的重视。
近年来，随着传统电弧喷涂技术的不断完善，又涌现了许多电弧喷涂新技术，如高速电弧喷涂、高速脉冲电弧喷涂、ＨＶＯＦ－ＥＡ（ＨｉｇｈＶｅｌｏｃｉｔｙ）复合电ＯｘｙＦｕｅｌＳｐｒａｙｉｎｇ－ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＡｒｅｓｐｒａｙｉｎｇ
弧喷涂、保护气氛电弧喷涂、真空电弧喷涂及单丝电弧喷涂等新技术。这些电弧喷涂新技术的出现，不仅提高了喷涂效率，而且进一步改善了电弧喷涂
１．高速电弧喷涂技术
１９１０年瑞士Ｍ．Ｕ．Ｓｃｈｏｏｐ博士发明了第一个金属喷涂装置，即“固定式钳埚熔融喷涂装置”。１９１７年设计制造世界上第一把“电弧喷涂枪”，１９２０年逐渐发展完善并得到了实用。１９２０年金属喷涂技术
引入日本，并发明了用交流电弧为热源的喷涂装
逐项对机组进行调整处理：转子进行动平衡、更换损坏的轴承和气封、压缩机与齿轮箱同轴度进行调整、各个配合面的间隙全部调整，确保符合规定技术要求。经过２天抢修，一次试车成功。
应用艾默生公司的旋转机械状态监测与故障诊断系统（ＲＢＭ），及时发现了设备的严重缺陷。检修周期大大缩短，检修效率显著提高，检修效果明显改善。
三、小结
通过邯郸钢铁集团公司动力厂三制氧氮压机的
诊断案例可以看出，设备故障诊断技术不仅可以准确定位故障的部位，而且对故障的严重性能及时作出分析判断，减少检修的盲目性，还可以为设备的维修提供科学的依据，避免设备的过度维修和维修不足，真正实现设备的状态维修。参考文献：
［１］盛兆顺等．设备状态监测与故障诊断技术及应用［Ｍ］．北
京：化学工业出版社，２００３．
收稿日期：２００８－０２－０３
２００８年０７月中国设备工程６５编读虹桥
涂层的质量，从而更加拓宽了电弧喷涂的应用领域。
（１）电弧喷涂原理
电弧喷涂是以电弧为热源，将熔化的金属丝用高速气流雾化，并以高速喷射到工件表面形成涂层的一种工艺。喷涂时，两根丝状喷涂材料经送丝机构均匀、连续地送进喷枪的两个导电嘴内，导电嘴分别接喷涂电源的正、负级，并保证两根丝材端部接触前的绝缘性。当两根丝材端部接触时，由于短路产生电弧。高压空气将电弧融化的金属雾化成微熔滴，并将微溶滴加速喷射到工件表面，经冷却、沉淀过程形成涂层。图３４是电弧喷涂原理示意图。此项技术可赋予工件表面优异的耐磨、防腐、防滑、耐高温等性能，在机械制造、电力电子和修复领域中获得广泛应用。
讲座
使喷涂层中的碳烧损大为减少（约减少５０％），可以保持良好的弧长自调节作用，能有效地控制电弧电压。平特性的电源在送丝速度变化时，喷涂电流迅速变化，按正比增大或减小，维持稳定的电弧喷涂过程。该电源的操作使用也很方便。根据喷涂丝材选择一定的空载电压，改变送丝速度可以自动调节电弧喷涂电流，从而控制电弧喷涂的生产率。
②电弧喷涂枪
电弧喷涂枪是电弧喷涂设备的关键装置。将连续送进的丝材在喷涂枪前部以一定的角度相交，由于丝材各自接于直流电源的两极而产生电弧，从喷嘴喷射出的压缩空气流对熔化金属吹散形成稳定的雾化粒子流，从而形成喷涂层。
为了获得稳定的粒子流，必须设计出良好结构的雾化喷嘴。经常出现的问题是雾化粒子流的喷射发生波动，严重时会使喷涂中断。由于丝材从送丝机构出来后，存在着固有弯曲，从导电嘴伸出后不能总是相交在喷枪几何中心。当这个交点偏离气流中心时，造成雾化气流的波动。为此，电弧喷涂枪多采用使丝材端部在雾化喷嘴内的方案。该方案保证丝材的弯曲使交点偏移时，仍能在雾化喷嘴气流
图３４电弧喷涂示意图
中，从而保证稳定的雾化过程。
③送丝机构
（２）电弧喷涂系统
电弧喷涂设备系统由电弧喷枪、控制箱、电源、送丝机构和压缩空气系统组成，图３５为电弧喷涂设备系统简图。
送丝机构分为推式送丝机构和拉式送丝机构两种，目前应用较多的是推式送丝机构。该设计方案中送丝机构与喷枪分离，送丝机构的驱动可以采用普通的直流伺服电机，采用每根丝用双主动送丝轮推送。该送丝机构送丝推动较单驱动送丝力大５０％
①电弧喷涂电源
电弧喷涂电源采用平的伏安特性。过去采用直流电焊机作电弧喷涂电源，由于电焊机具有陡降的外特性，电弧工作电压在４０Ｖ以上，使喷涂过程中喷涂丝的含碳量烧损较大，降低涂层硬度。平的伏安特性的电弧喷涂电源可以在较低的电压下喷涂，
～７０％。直流电机的调速方法有两种方式，即自耦
变压器调速和可控硅调速。第一种调速方式可靠、实用、线性好；缺点是体积大、笨重。考虑设备的空间要求采用第二种可控硅调速方式，其使用性能良好，能满足设备的工作要求。
（３）电弧喷涂技术特点
①涂层性能优异。应用电弧喷涂技术，可以在
不提高工件温度、不使用贵重底材的情况下获得性能好、结合强度高的表面涂层。一般电弧喷涂涂层的结合强度是火焰喷涂涂层的２．５倍。
②喷涂效率高。电弧喷涂单位时间内喷涂金属
１．电源
２．喷枪
３．送丝机构６．储气罐
４．冷却装置７．空气压缩机
的重量大。电弧喷涂的生产效率正比于电弧电流。如：当电弧喷涂电流为３００Ａ时，喷Ｚｎ，３０ｋｇ／ｈ；
５．油水分离器
图３５电弧喷涂设备系统简图
Ａｌ，１０ｋｇ／ｈ；不锈钢，１５ｋｇ／ｈ。比火焰喷涂提高了
２～６倍。
６６中国设备工程２００８年０７月讲座
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②涂层的结合强度显著提高。高速电弧喷涂防
腐用Ａｌ涂层和耐磨用３Ｃｒ１３涂层的结合强度分别达到３５ＭＰａ和４３ＭＰａ，是普通电弧喷涂层的２．２倍和１．５倍。
③节约能源。电弧喷涂的能源利用率明显高于
其他喷涂方法，电弧喷涂的能源利用率达５７％，而等离子喷涂和火焰喷涂的能源利用率分别只有１２％和１３％。
④经济性好。电弧喷涂的能源利用率很高，加
之电能的价格又远远低于氧气和乙炔，其费用通常约为火焰喷涂的１／１０。设备投资一般为等离子喷涂设备的１／５以下。
③涂层的孔隙率低。高速电弧喷涂３Ｃｒ１３涂层
孔隙率小于２％，而相应的普通电弧喷涂层孔隙率大于５％。
高速电弧喷涂技术的出现，使电弧喷涂的涂层质量和性能得到进一步的提高，从而使电弧喷涂技术上升到一个新的高度。高速电弧喷涂技术经济性能好、实用性强，是一项适合我国国情、易于推广的高新技术。它对节材、节能有重大意义，特别是在船舶及其他海洋钢结构防腐、电站锅炉管道防热腐蚀和耐冲蚀、贵重零件的修复等方面，有着巨大的应用价值，高速电弧喷涂技术的开发与研究对我国经济建设有着重要的意义。
图３６为高速喷涂射流与普通电弧喷涂的对比情况（喷涂材料为直径为φ２ｍｍ的３Ｃｒ１３丝材）。可见高速电弧喷涂的粒子射流束流集中，飞行速度明显提高。
⑤安全性好。电弧喷涂技术仅使用电和压缩空
气，不用氧气、乙炔等助燃、易燃气体，安全性高。
⑥设备相对简单，便于现场施工。与超音速火
焰喷涂技术、等离子喷涂技术、爆炸喷涂技术相比，电弧喷涂设备体积小、重量轻，使用、调试非常简便，使得该设备能方便地运到现场，对不便移动的大型零部件进行处理。
由于电弧喷涂具备以上优点，在许多国家都受到了普遍的重视。电弧喷涂技术在航天、航空、能源、交通、机械、冶金、国防等领域得到了广泛的应用。全军装备维修表面工程研究中心是国内最早开发并研究该技术的单位之一，并已经将该技术应用于防腐、耐磨及设备维修等领域，成功地解决了钢结构件、舰船和锅炉水冷壁等的腐蚀以及大型贵重装备零部件的修复等问题。
（４）高速电弧喷涂技术
传统的电弧喷涂技术获得的涂层在结合强度、孔隙率及表面粗糙度等方面与等离子喷涂和超音速火焰喷涂（ＨＶＯＦ）
技术相比还有较大差距。通过
改善电弧喷涂设备和材料，可显著提高喷涂层质量和性能。研究表明，提高熔滴的飞行速度是解决电弧喷涂涂层质量的重要途径之一。因此，为了拓宽电弧喷涂技术的应用领域，提高喷涂层的质量，开发出高速电弧喷涂技术（ＨＶＡＳ）。高速射流电弧喷涂是利用新型拉乌尔喷管设计和改进喷涂枪，采用高压空气流作雾化气流，可加速熔滴的脱离，使熔滴加速度显著增加并提高电弧的稳定性。
新型高速电弧喷涂与普通电弧喷涂相比，具有以下显著的优点。
高速喷枪普通喷枪
（未完待续）
“节能减排”栏目征稿启事
党的十七大报告提出：建设生态文明，基本形成节约能源资源和保护生态环境的产业结构、增长方式、消费模式。为在全社会倡导节能减排，本刊将在２００８年加强节能减排宣传力度，特向广大读者征集“节能减排”栏目的稿件，内容包括有关节能减排的新设备、新技术等。
来稿请严格按照本刊“投稿须知”中的要求撰写，以电子邮件的形式发送至本刊邮箱，写明详细地址、电话及Ｅ－ｍａｉｌ地址，并在电子邮件“主题”一栏中写明“节能减排”。
本刊邮箱：ｚｈｇｓｈｂｇｌ＠ｐｕｂｌｉｃ３．ｂｔａ．ｎｅｔ．ｃｎ
《中国设备工程》杂志社
①熔滴速度显著提高，雾化效果明显改善。在距喷涂枪喷嘴轴向８０ｍｍ范围内的气流速度达６００ｍ／ｓ以上，而普通电弧喷涂枪仅为２００～３７５ｍ／ｓ；最
高熔滴速度达到３５０ｍ／ｓ。且熔滴平均直径为普通喷涂枪雾化粒子的１／３～１／８。
２００８年０７月中国设备工程６７
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