[发明专利]一种超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种等离子喷涂装置上的电源，尤其涉及一种超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源。 

背景技术

等离子喷涂是采用刚性非转移型等离子弧作为热源，以喷涂粉末材料为主的热喷涂技术。其喷涂原理是通过等离子喷枪（又称等离子弧发生器）产生等离子射流电弧焰流。喷枪的钨电极（阴极）和喷嘴（阳极）分别接电源负极和正极，工件不带电，通过高频振荡器激发引燃电弧，工作气体在电弧的作用下电离成等离子体。由于热收缩效应、自磁收缩效应和机械收缩效应的联合作用，电弧被压缩，形成非转移型等离子弧。送粉器输送粉末喷涂材料进人等离子弧，并被迅速加热至熔融或半熔融状态，随等离子流高速撞击经预处理的基材表面，并在基材表面形成牢固的覆盖层（喷涂层），从而使零件被喷涂表面获得不同的硬度、耐磨、耐热、耐腐蚀、绝缘、隔热、润滑等各种特殊物理化学性能，以满足零件不同工作条件的要求。 

等离子喷涂具有生产效率高，制备的涂层质量好，喷涂的材料范围广，成本低等优点。因此，近几十年来，其技术进步和生产应用发展很快，己成为热喷涂技术的最重要组成部分。从上世纪50年代至今，其应用领域由航空、航天扩展到了钢铁工业、汽车制造、石油化工、纺织机械、船舶等领域。近年来等离子喷涂技术在高新技术领域如纳米涂层材料、梯度功能材料、超导涂层、生物功能涂层等方面的应用研究渐渐受到人们的重视。 

根据现有的等离子喷涂技术，等离子喷涂的成套设备需由等离子喷涂电源、高频振荡器引弧装置、控制系统、送粉装置、喷枪、水冷系统、气路等组成。其中，喷涂电源的作用是将电网输入的动力电变换成满足等离子弧所需特性的直流电源，并在喷枪上产生高能压缩等离子电弧，为喷涂过程提供热能，用以熔化喷涂粉末。喷涂电源是等离子喷涂系统中的关键部件，其性能决定了喷涂质量的好坏。 

现有技术中，喷涂电源主要为晶闸管整流式直流电源，体积庞大，能耗高，效率低。目前，等离子喷涂设备逐步开始采用IGBT逆变技术，正朝着大功率、小型化方向发展。 

现有技术的另一方面，通过在直流等离子喷涂中引入较高频的电流脉冲，以激发电弧超声，所激发的电弧超声对涂层质量具有明显的改进作用。但是，现有技术的电弧超声均是通过一套附加的超声激励装置导入的，受电源基本拓扑结构及控制原理的限制以及高频大电流传输技术的制约，脉冲电流较小（电流有效值一般约为10A），对涂层质量的改善效果不明显。 

发明内容

本发明根据等离子喷涂工艺的需要，提供了一种全新的超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源，不仅能够输出最高可达1000A的直流大电流，而且复合了超音频快变换脉冲大电流。所复合的脉冲电流幅值为0～250A，脉冲电流频率范围为20～100kHz，占空比调节范围10%～90%，且具有≥50A/μs快速的电流上升沿和下降沿变化速率。 

本发明的一种超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源，其电源包括有超音频快变换脉冲大电流产生电路（101）、基值电流产生电路（102）、高频引弧装置（103）； 

所述超音频快变换脉冲大电流产生电路（101）的输入端与AC380V/50Hz的动力电源连接，所述超音频快变换脉冲大电流产生电路（101）的正极输出端与等离子喷枪（3）的喷嘴连接，所述超音频快变换脉冲大电流产生电路（101）的负极输出端经高频引弧装置（103）后连接在等离子喷枪（3）的电极上； 

所述基值电流产生电路（102）的输入端与AC380V/50Hz的动力电源连接，所述基值电流产生电路（102）的正极输出端与等离子喷枪（3）的喷嘴连接，所述基值电流产生电路（102）的负极输出端经高频引弧装置（103）后连接在等离子喷枪（3）的电极上；所述基值电流产生电路（102）由四组结构相同的20kW直流电源（401）并联构成。 

所述的超音频快变换直流脉冲等离子喷涂电源用于等离子喷涂装置，为等离子喷枪提供所需特性的电源，能够在喷枪上产生高能压缩等离子电弧，为喷涂过程提供热能，以熔化喷涂粉末。 

所述的等离子喷涂电源可以输出直流电流，并且复合了超音频快变换脉冲大电流；所述的等离子喷涂电源可以输出50～1000A直流电流，最大输出功率可达80kW； 

所述的等离子喷涂电源复合的脉冲电流频率范围20kHz～100kHz，脉冲电流幅值最大可达250A，占空比调节范围10%～90%； 

所述的等离子喷涂电源具有快速的电流上升沿和下降沿变化速率（≥50A/μs）；