直流等离子喷枪等离子弧稳定方面研究1

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1、万方数据第2卷第1期热喷涂技术V01．2．No．1：!!竺竺：旦!皇竺磐!iP旦!!!墅12碰坚兰：：!!!直流等离子喷枪等离子弧稳定方面的研究AndreasWank，AlexanderSchwenk，沈希华(德国GTV公司，北京100015)摘要：对传统的单阳极一阴极喷枪、新型的三阴极一单阳极喷枪和三阳极一单阴极喷枪三种不同的方案就等离子弧稳定的基本原理及其工艺特性、易损件的使用寿命以及它们在喷涂各种材料时所能达到沉积效率和喷涂效率进行解析。关键词：等离子喷枪；等离子弧；流体力学；三阴极一单阳极；三阳极一

2、单阴极中图分类号：TGl74．4文献标识码：A文章编号：1674．7127(2010)01．0035．07ArcStabilizationConceptsforDCPlasmaSprayingTorchesANDREASWank，ALEXANDERSchwenk，SHENXi．hua(GTVVerschleiss·SchutzGrnbH，Beijing100015，China)Abstract：Thispaperdescribesthebasicsofarcstabilizationforthethreed

3、ifferentapproachesbyusingtraditionalsinglecathode—singleanodegUllS，triplecathode—singleanodeaswellassinglecathode·tripleanodegunsandtherespectiveconsequencesconcemingprocesscharacteristics，componentlife-time舔well嬲resultantcapabilityconcerningdepositionrate

4、andefficiencyfordifferentcoatingmaterials．Keywords：Plasmaspraytorch；Plasmaarc；Hydrodynamics；Tricathodes--anode；Trianodes．-cathode直流等离子喷涂工艺自六十年代初期开发并投入到工业应用以来，由于它具有可采用各种材料生产高附加值的涂层及优异的涂层性能重复再现的能力，从而得到了非常广泛的应用Il。2】。随着超音速火焰(HVOF)喷涂在工业领域的广泛应用，它逐步替代了原采用真空等离子喷涂的

5、一些主要应用领域，如在飞机发动机叶片上喷涂MCrAIY涂层等，使得真空等离子喷涂的市场大大降低，但是，在如今的产品市场上还没有一种经济、性能可靠的工艺能取代大气等离子喷涂在氧化物陶瓷材料方面的应用，特别是采用等离子工艺生产耐磨、绝缘、隔热以及发动机高温段封严的氧化物陶瓷涂层方面的应用。传统的等离子喷枪采用大都是柱型的阴极和环型的阳极喷嘴的结构，如F4／F6／P2，9MB及SGl00喷枪等，在使用过程中，由于等离子弧在阳极根部与阳极内壁之间的运动而产生电压的高频率波动，同时为了避免因过热而对喷嘴造成侵蚀，特别

6、是当喷嘴内部出现磨损点时等离子弧将更加严重地重复侵蚀它，使得喷嘴在短时间内被烧损，为了避免这一现象的发生，等离子弧在阳极根部的运动是必须的，由于每种喷枪的电压波动差异很大，所以不同的喷枪在喷涂生产中的参数都是不同的【3-9]。如同因电压的变化会对等离子弧在阳极根部的轴向运动产生变化一样，当等离子弧长度发生变化时同样会对这种运动造成变化。这时，在喷枪内部形成的电功率会产生波动，因而会造成热能和动能的波动，从而影响到等离子气流并影响最终喷涂质量的好坏。从技术的层面来说，可以采用很多种有效的方作者简介：Andre

7、asWank(王安金)(1972-)，德国人，博士．Email：wang．anjin@gtv-mbh．de万方数据·36热喷涂技术2卷法来实现稳定等离子喷枪等离子弧的长度并进一步稳定等离子喷涂工艺，通常采用的方法有两类，对于使用传统的单阳极和单阴极喷枪而言，其有效且经济的方法是对阳极喷嘴内部的结构进行流体动力学方面的优化改进[10-13】。第二类方法是将等离子弧的能量进行分配Il4

8、。针对在喷枪内部电能量转换的总量相等的状况，将喷枪的其中一极等分为三部分，即使在固定的一极处形成等离子弧也不会产生局部的过热现

9、象。根据这种原理，所有的三阴极一单阳极喷枪，如TriplexI，TriplexII，Triplexpro．2003KMagnum以及三阴极一单阳极喷枪，如Delta等都能实现这一目标【I孓17J。然而经过实验证明，三阳极一三阴极喷枪却不能实现这一目标。因为像这一类型的喷枪，其等离子弧将被分成三束，每一束都具有独立的能量，然后再将它们集中起来形成一个等离子焰流。从理论上来说，相当于将三把等离子喷枪装在一起使用，这一