电弧喷涂技术及工艺影响因素分析
蔡庆松
摘 要：热喷涂修复是金属零件表面修复的主要方式之一，能有效降低机械的维修成本，提高零件的使用寿命。通过对电弧喷涂技术主要原理和优势进行介绍，分析了电弧喷涂作业中的主要工艺影响因素，希望能够为提高电弧喷涂的工作质量提供帮助。
关键词：电弧喷涂技术；工艺；影响因素
中图分类号：TG174.4 文献标识码：A
doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.04.051
0 引言
表面磨损是机械零件使用中最常见的损坏形式，当传动零件的磨损达到影响使用功能的程度时，对其采用科学的方式进行表面修复，有利于提升零件使用性能，并延长其使用寿命。电弧喷涂技术作为热喷涂技术的一种，是表面修复工程中的一项重要技术，该技术随着多年的研究与发展，在设备技术、喷涂材料、修复工艺等方面得到了显著的发展与创新。近年来，电弧喷涂技术在工业上的应用越来越广泛，已逐渐成为热喷涂技术中最受关注的技术之一。
1 电弧喷涂技术的主要原理
电弧喷涂主要是通过使用两根金属丝作为自耗电极和喷涂材料，金属丝喷涂材料通过送丝装置被连续且均匀地送入电弧喷涂枪的导电嘴之中，导电嘴分别与电源的正负极相连接，在两金属丝到达接触位置前，二者之间保持完整的绝缘状态，当两金属丝被不断送进而到接触位置时，因电流出现短路而产生电弧，通电后在金属丝端部以产生电弧作为热源，金属丝在发热处因高温被迅速熔化，再通过压缩空气将熔化后的材料雾化成微熔滴，并以高速喷施在工件表面，从而完成热喷涂过程。
2 电弧喷涂技术的优势
（1）性能优越，技术先进。电弧喷涂技术作为新式的热喷涂修复技术，由于采用电弧技术融化金属丝，材料的熔滴温度达6000 ℃以上，加热温度显著高于火焰加热温度，在高压气流的作用下，喷涂过程金属粒子的热能与动能都比较高，有利于获得更好的结合性能与喷涂层强度。与传统热喷涂相比，电弧喷涂的优势在于结合强度较高、硬度高、气孔率低，平均情况下电弧喷涂与火焰喷涂相比，结合强度高出2.5倍，喷涂层硬度高出30%以上，且电弧喷涂涂层的孔隙率小于8%，远优于火焰喷涂。
（2）加工效率高，安全性好。与传统喷涂技术相比，电弧喷涂技术能够在单位时间内完成更多金属材料的喷涂工作，且由于在喷涂作业的过程中仅使用电源和压缩空气工作，相对于使用氧气乙炔等加热方式的喷涂技术安全性更好。
（3）节约能源，经济性好。电弧喷涂技术相对于传统火焰喷涂具有显著的能源节约优势，同样工作任务下可减少能源使用50%以上，同时电能的使用成本也远低于氧气乙炔成本，其费用仅为火焰喷涂的10%～20%，也远优于等离子等其他喷涂技术的成本，同时还具备更高的喷涂效率。
（4）结构简单，使用和维修方便。电弧喷涂的设备具有体积小、重量轻、移动方便、易损件少、维修方便、易于现场施工等优点。除对电弧喷涂操作者的施工技能要求较高外，其设备的购置成本和使用成本都具有明显的优势。
3 喷涂工艺的影响因素
3.1 喷涂结合强度影响因素
喷涂修复从微观上讲是金属氧化物和微孔隔离开的单个颗粒在被修复表面的不规则堆积，喷涂层的结合强度主要取决于颗粒之间的结合力大小，影响电弧喷涂结合强度的因素包括以下几点：（1）空气的压缩力越大，单位面积内所能释放的气流速度也就越大，随着空气流量的增大，喷涂材料的结合力就越高。（2）需修复工件表面预处理工作对结合强度影响很大，工件的表面粗糙度越高，越能够提升结合的强度。（3）在喷涂过程中，喷枪喷嘴与工件表面之间的距离，直接影响到喷涂金属粒子的速度，过远的喷涂距离还会增加金属粒子的氧化程度，应选择适合的喷涂距离以保证良好的结合强度。
3.2 喷涂层致密度的影响因素
熔融金属粒子的大小是喷涂层致密度的主要影响因素，熔融金属粒子过大会导致喷涂层疏松，熔融金属粒子过小则更易形成紧密的喷涂层。影响金属粒子大小的因素包括空气的压力、流量以及喷枪喷嘴的几何形状，当空气压缩力和流量适宜，喷枪喷嘴的形状合理，则有利于金属丝端部充分暴露在压缩空气射流之中，在最少的阻挡力下，金属融滴有利于良好的雾化，使金属粒子的体积显著缩小，能够形成紧密、光滑的喷涂层结构。
3.3 喷涂层硬度的影响因素
喷涂层硬度是修复质量的重要指標，在实际工作中可能影响喷涂硬度的工艺因素包括以下几点：（1）喷涂金属材料的化学成分和物理特性直接决定了喷涂材料冷却过程的密度与硬度；（2）空气压缩力越大，气体的流量越大，使金属雾化颗粒的运行速度更快，不仅在喷涂时的温度更高，且运动速度更快，涂层硬度增加；（3）金属丝的送丝速度增加，因电流增加引起熔化温度升高，喷涂后材料冷却时间延长，引起涂层硬度降低。
4 结语
随着电弧喷涂技术的研究和应用不断扩展，很多新式的喷涂材料及修复方法被开发和使用，这为机械零件的表面修复提供了更广阔的空间。电弧喷涂技术在性能和经济性方面存在显著优势，结合科学的工作方法，将会为零件的高质量表面修复提供更多帮助。
