熱噴涂技術(shù)
產(chǎn)品介紹：9935型電弧噴槍
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2007-04-29 00:00
摘要：普萊克斯·大發(fā)公司的9935噴槍是CoArcR電弧噴涂系統(tǒng)中的關(guān)鍵裝備，該槍集中體現(xiàn)了近年來在電弧噴涂領(lǐng)域里取得的最新技術(shù)成果。本文從設(shè)計(jì)角度介紹了二次霧化系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)；闡述了噴槍內(nèi)壓縮空氣的閉環(huán)控制機(jī)理。
電弧噴槍是電弧噴涂系統(tǒng)的核心裝備，噴槍的性能直接影響涂層的性能和質(zhì)量。因而，研發(fā)新型的高性能電弧噴槍是世界各大熱噴涂廠商關(guān)注重點(diǎn)。
普萊克斯表面技術(shù)公司旗下的大發(fā)（TAFA）公司，開發(fā)出了一種新型的先進(jìn)的直流伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的9935噴槍。此槍是專為其先進(jìn)的CoArcR門噴涂系統(tǒng)配套而開發(fā)的，也是為精確噴涂和大負(fù)載而開發(fā)的電弧噴槍，重約9磅，可手持也可機(jī)夾，其最大電流可達(dá)350安培。該槍的設(shè)計(jì)吸收了8830/8835中可靠的送絲技術(shù)，采用了9000噴槍的大空氣流量的特性。最新設(shè)計(jì)改進(jìn)的噴嘴總成具有超級(jí)ArcJet的功能，使絲材的熔化和霧化更佳。9935噴槍集中體現(xiàn)了普萊克斯·大發(fā)公司在電弧噴涂上的三十多年來的研發(fā)能力和技術(shù)積淀?？梢院敛豢鐝埖卣f，9935噴槍中高技術(shù)含量是目前還沒有可與之相比的產(chǎn)品。9935噴槍中的高技術(shù)元素主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
一、創(chuàng)新的二次霧化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，集成式的超級(jí)ArcJet
自20世紀(jì)90年代起，現(xiàn)代電弧噴槍的霧化系統(tǒng)一般均采用二次霧化方式。所謂的“二次”霧化是指槍內(nèi)有兩股氣流對絲材熔滴進(jìn)行霧化。其中一股為軸向兩條獨(dú)立的氣路分別作一次霧化和二次霧化氣流，從而取消了繁雜的外部管線，在槍頭形成了一個(gè)集成式的超級(jí)ArcJetR。的主氣流，另一股是環(huán)形的側(cè)向氣流。在此兩股氣流的共同作用下噴槍的霧化效果能獲得較大的提高。二次霧化的原理見下圖。
電弧噴槍的二次霧化示意圖
二次霧化又分為一進(jìn)二出式和二進(jìn)二出式。前者是將一路進(jìn)入槍體的壓縮空氣分解為軸向和環(huán)形側(cè)向兩股。二進(jìn)二出式則有二路各自獨(dú)立的氣體進(jìn)入槍體，一路通過高速噴嘴直接由軸向?qū)θ廴趨^(qū)霧化，另一路進(jìn)氣體則通過二次霧化噴嘴形成側(cè)向（環(huán)狀錐形）氣流，對熔滴進(jìn)行二次霧化。二進(jìn)二出式可根據(jù)需要分別調(diào)整一次霧化氣流和二次霧化氣流的壓力或流量，來獲得理想的霧化效果。顯然，二進(jìn)二出式要更加優(yōu)越，其涂層更細(xì)密，結(jié)合強(qiáng)度更高，質(zhì)量更優(yōu)。9935噴槍是二進(jìn)二出式二次霧化式噴槍。
眾所周知，普萊克斯·大發(fā)公司是最早從事電弧噴槍二次霧化研發(fā)的，并首先取得應(yīng)用成果，其ArcJetR型電弧射流組件就是二次霧化組件。它可安裝在一次式霧化的噴槍前端，形成二進(jìn)二出式的二次霧化噴槍。著名的8835噴槍也是一把裝備的了ArcJetR電弧射流組件的噴槍。
9935噴槍在8835的基礎(chǔ)上又進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，直接在噴槍上設(shè)置了兩條獨(dú)立的氣路分別作一次霧化和二次霧化氣流，從而取消了繁雜的外部管線，在槍頭形成了一個(gè)集成式的超級(jí)ArcJet。
9935噴槍的可獲得超細(xì)的霧化，能控制霧化粒子的粒度分布。9935噴槍還配有多種噴嘴結(jié)構(gòu)組件，能生成多種不同的噴涂束流形狀。與氣流控制結(jié)合起來，就既可得到高速密集的極細(xì)束流，又能獲得超寬噴幅的束流。使不同金屬材料的涂層質(zhì)量都能優(yōu)化，都能得到最恰當(dāng)?shù)奶匦浴?br />
二、監(jiān)測槍頭壓縮空氣壓力，閉環(huán)控制槍內(nèi)氣流
普萊克斯·大發(fā)公司的新一代CoArc電弧噴涂系統(tǒng)在噴涂工藝上實(shí)現(xiàn)了數(shù)項(xiàng)新突破。其中最主要的一項(xiàng)是可以自動(dòng)地閉環(huán)控制9935噴槍端部的壓縮空氣的壓力。
9935噴槍設(shè)計(jì)時(shí)在槍頭是設(shè)有壓縮空氣壓力檢測部件，并能在槍上將壓力信號(hào)直接轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并將其反饋到CoArc控制臺(tái)。這一功能使操作者有了一個(gè)在噴涂過程中監(jiān)測噴槍壓縮空氣工作性能的工具。
我們知道槍內(nèi)壓縮空氣的性能取決于壓縮空氣的壓力、流量、噴嘴組件的幾何形狀和結(jié)構(gòu)等多個(gè)參數(shù)。如果槍內(nèi)壓縮空氣的流動(dòng)是一個(gè)等熵過程，那么這些參數(shù)的共同作用決定了槍內(nèi)空氣的流體動(dòng)力學(xué)特征。但是，壓縮空氣進(jìn)入噴槍后要通過噴槍的電弧區(qū)。由于電弧的放電將產(chǎn)生大量的熱能，這會(huì)使部分氣體發(fā)生電離而放熱。氣體的受熱后將產(chǎn)生急劇的體積膨脹，在槍內(nèi)生成高壓和高溫區(qū)，氣體的熱力學(xué)性能也隨之發(fā)生變化，部分空氣的焓值增加，等熵過程被破壞。由此可見，壓縮空氣在槍內(nèi)的流動(dòng)是一個(gè)較復(fù)雜的過程。只有抓住了能控制壓縮空氣流動(dòng)的關(guān)鍵參數(shù)，才能解決閉環(huán)控制的難點(diǎn)。
普萊克斯·大發(fā)公司對此開展了大量深入的研究，并根據(jù)在JP-5000和JP8000上所取得的經(jīng)驗(yàn)，確定“槍頭”壓力直接影響電弧焰流的噴射速度，從而最終將“槍頭”壓力設(shè)為唯一有效的關(guān)鍵參數(shù)。將噴槍端部壓力的監(jiān)測與電源電流（噴涂速率）的自動(dòng)控制相結(jié)合，真正實(shí)施了對電弧噴涂工藝的閉環(huán)控制。
為了直接控制槍上電弧電壓，噴槍上還設(shè)有槍上電壓測量線路，使CoArc控制系統(tǒng)能直接控制槍上的電弧電壓，而不必考慮動(dòng)力電纜的長度。
三、直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，精確的推拉式送絲
9935槍上配置的是一個(gè)可靠、精確的直流伺服馬達(dá)，由CoArc型控制臺(tái)上伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源用來驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。槍上安裝了在8830/8835噴槍上已驗(yàn)證的可靠的驅(qū)動(dòng)裝置，其中的齒輪減速器將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速降低至送絲輪的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，使Φ1.6mm的絲材能在電源允許的電流范圍內(nèi)噴涂。絲材的進(jìn)給速度能從0到1079m/hr (3540ft/hr)可調(diào)，并被閉環(huán)控制。采用直流伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)為：
- 噴涂速率精確控制；
- 具有閉環(huán)控制功能，能與推絲機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)；
- 對于絕大部分絲材能獲得穩(wěn)定的低噴涂速率，這一功能使它能比當(dāng)今這一代噴槍得到更為精確的控制。
9935噴槍象普萊克斯·大發(fā)公司設(shè)計(jì)制造的其他電弧噴槍一樣，其絲材在通過送絲輪時(shí)會(huì)在絲材的上、下兩面上生成鋸齒狀壓痕。當(dāng)絲材通過導(dǎo)電嘴時(shí)實(shí)際的電接觸（擦碰導(dǎo)電嘴壁）是發(fā)生在與鋸齒狀壓痕成90度角處的。與其他公司的噴槍相比，這種設(shè)計(jì)能大大減輕導(dǎo)電嘴的磨損，維持更穩(wěn)定的電弧電壓。
9935噴槍配備直流伺服電機(jī)的一個(gè)重要原因是與CoArc控制臺(tái)上推式送絲機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)同步送絲。從而實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離（15.2米）的推/拉式送絲。
推－拉式絲材輸送必須確保推與拉的速度完全相同?？此坪唵螌?shí)則難度很大。首先，因?yàn)榻z材是經(jīng)拉拔加工而成的，并經(jīng)過一定的表面處理，因而其表面狀況不盡相同，再加上表面粘著的油污和灰塵等，這些均會(huì)影響絲材獲得的前進(jìn)力矩及其受到阻力的大小。其次，即使絲材獲得的前進(jìn)力矩相同，但它們在導(dǎo)絲管中移動(dòng)的狀態(tài)是不同的，而且是不停變化的。因此選用直流伺服電機(jī)作為槍上的拉式送絲電機(jī)，在推/拉式送絲時(shí)，以能被精確控制的伺服電機(jī)為主導(dǎo)，推式送絲機(jī)構(gòu)提供則助推力矩，從而實(shí)現(xiàn)了同步送絲。
9935噴槍集中體現(xiàn)了普萊克斯·大發(fā)公司30多年來在電弧噴涂上的經(jīng)驗(yàn)， 9935噴槍也集中體現(xiàn)了電弧噴涂技術(shù)上的最新科技成果。它具有精確的噴涂速率和超大的噴涂負(fù)載。
9935噴槍在設(shè)計(jì)上創(chuàng)新，在槍內(nèi)設(shè)置兩條獨(dú)立的氣路分別作一次霧化和二次霧化氣流，形成了獨(dú)創(chuàng)的二進(jìn)二出式二次霧化結(jié)構(gòu)，在槍頭形成了一個(gè)集成式的超級(jí)ArcJetR。9935噴槍在技術(shù)上先進(jìn)，確立了監(jiān)測“槍頭”壓縮空氣壓力的控制模式，首次對電弧噴涂實(shí)施了噴涂工藝的閉環(huán)控制；9935噴槍注重實(shí)用性和可靠性，選用了在8830及8835噴槍已驗(yàn)證的送絲技術(shù)，結(jié)合了9000型噴槍大空氣流量的優(yōu)點(diǎn)，全面地保證了設(shè)備的可靠性和實(shí)用性。