[发明专利]一种直流脉冲电弧加工系统及电弧加工方法

说明书

技术领域

本发明属于表面技术领域，主要应用于电弧喷涂加工方面。具体指不同于其他快速交流和直流的脉冲小流量精确控制的电弧喷涂系统及其使用方法。

技术背景

随着表面技术领域的发展，电弧喷涂工艺已经被广泛应用于多种表面改性领域，各种生产行业对于喷涂工艺也提出了更高的要求。在有些表面工艺中经常需要给不同的金属母材喷涂上很薄的耐磨或防腐金属层，有些需要在塑料等非金属材料上喷涂工艺金属材料，有些需要在薄板金属上覆盖新的功能材料；在传统的连续喷涂方法中很难实现精确控制喷涂厚度的要求，而且在传统快速的喷涂过程中因热输出过大的问题容易导致母材发生热塑性变形，甚至使母材熔化从而影响工件的实际功能，这些都需要我们从新的设计角度考察工艺技术方法的实用性。综上所述，传统的高能量高速率喷涂技术虽然已经比较成熟，但是存在两个基本问题：1喷涂过程中由于喷涂粒子的温度过高，经常造成被加工工件过热，产生变形，严重的甚至会破坏原来材料的性能。2在某些要求很高的超精密喷涂过程中，涂层厚度过大，无法满足实际要求。简单的降低常规喷涂工艺的规范参数无法满足电弧稳定工作的要求，其原因如下：常规电弧喷涂在高速连续大能量喷涂过程中电弧有足够的能量，在高速喷涂气体的作用下可以保持电弧空间有足够的电离度，电弧可以保持稳定。但是当喷涂电流降低时，喷涂气体的强烈作用会带走大量的热量，而电弧无法提供足够的能量，电弧空间的电离度降低，则会产生断弧。此外大流量气体冲击力可能使电弧的形状发生弯曲，弧长变长，电弧的稳定性也会下降。如果在降低电流的同时降低喷涂气体流量，虽然可以实现电弧稳定，但是由于粒子速度不够，无法保证粒子和基体表面的结合强度，涂层质量也无法满足要求。

目前低能量高精度的喷涂加工领域还是空白，我们需要一种能量间歇输出的喷涂系统，能够协同在喷涂丝熔化的时间段高速送丝供气，而在低速的时候能够保持喷涂电弧的稳定性的功能。因此我们设计了新的脉冲电弧加工方法，能够有效的解决以上问题，并且可以在某些精密喷涂和加工工艺中发挥重要作用。

发明内容

传统连续电弧喷涂中，如果简单降低喷涂规范，则会在电弧喷涂过程中的小电流区间由于气体吹送力对电弧的影响造成电弧不稳定，甚至会有断弧现象发生；通过对电源能量输出进行脉冲过程控制，在每个电源输出周期的峰值时间内实现精确的电压控制，使电源输出为一个恒定的大脉冲峰值电压，保证喷涂丝的熔化，并实现弧长稳定；而在电源输出的基值时间内实现精确的电流控制，使电源输出一个稳定的基值电流，保证电弧连续。同时通过DSP数据处理，使送丝速度和压缩气体流量实现脉冲输出，并在实际喷涂过程中使三者脉冲协同工作。根据不同的喷涂丝要求，电源输出恒定峰值电压保持在18-45V范围内的某个值，而基值电流保持在20-100A范围内的某个值。

本发明采用如下技术方案：