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１年ｌ２月第４期教学与科技

电火花微弧堆焊修复技术

夏伯才

（中国工程物理研究院工学院，四川绵阳，６２１９００）

摘要电火花微弧堆焊在电极与金属母材间瞬时高频释放电源存储的高能量电能，在母材表面产生瞬

间高温、高压微区；同时，在微电场的作用下，离子态的电极材料熔敷到基体上，高温快速凝固，形成冶金

结合堆焊层。其本质是电极材料与基体金属表面之间的一种微焊过程。该技术具有设备简单、操作方便、堆

焊层结合力强、适用材料种类广泛的特点。本文介绍了电火花微弧堆焊的技术原理、设备与焊材、工艺和铸

件修复应用。

关键词电火花沉积；堆焊；修复；铸件

常规的电火花沉积工艺（ＥｌｅｃｔｒｏｓｐａｒｋＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＥＳＤ）涂层厚度最大只能达３０－－－５０１ａｍ左右，无

法满足修补需要。近年来，经过了大量的研究开发，提高沉积设备的电源输出功率，改进电极结构与

运动方式，改变电极材料种类和成份，从而增加堆焊层厚度和熔敷效率，研制出专门用于缺陷修复的

电火花微弧堆焊设备，使之适用于零件缺陷修复，逐渐形成了电火花微弧堆焊修复技术。

电火花微弧堆焊修复工艺适用于铸（铁、钢、铝、铜）件、模具及所有导电材料制品的表面局部

缺陷，如针孔、气孔、裂纹、砂眼、疏松、缩孔、凹坑、毛边、飞边、划伤、缺角等，实现缺陷工件

的修复与挽救。修复后，零件基体保持不变形、无硬化和退火，不改变工件金相组织状态，不发生氧

化与碳化，修补层无咬边，与基体无色差，无修复痕迹，熔接强度高，可现场修复。同时，电极材料

高频放电产生的瞬间高温实现快速熔化和冷却，对铸件基体不会产生热影响，实现传统焊接修补无法

达到的无热堆焊修补。

电火花微弧堆焊ｌ原理

１．１技术原理

电火花微弧堆焊的原理是，将电源储存的高能量电能，在金属电极（阳极）与金属母材（阴极）

间瞬间高频释放，通过电极材料与母材间的空气电离，形成通道，使母材表面产生瞬时高温、高压微

区，使离子态的电极材料在微电场的作用下熔渗到母材基体，形成特殊性质的合金层或表面渗层，实

现冶金结合。此外，电火花放电的骤热骤冷作用具有表面淬火的功能。

１．２技术特点

与其他焊接修复技术相比，电火花微弧堆焊工艺修复呈现出如下特点：

Ｉ）可修复局部微小缺陷；

２）修复质量高。修复后不改变铸件、模具金属组织状态，无热变形，无色差：

３）焊材与基体实现冶金熔接，焊层致密，结合强度高；

４）一机多用，既可深度修复，也可表面强化修复，也能方位上下、左右修复；

收稿日期：２０１１－０９．１４

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电火花微弧堆焊’攻备的最基本部件是脉冲电源和电极振动和转动装置两部分，前者提供瞬时放电

能量，后者使电极振动和旋转并周期地接触工件。新型设备采用绝缘栅双极晶体管ＩＧＢＴ控制设备的

充放电过程，ＩＧＢＴ开关元件具有良好的导通特性，且容易实现向高电压、大电流和高频率扩展，以此

提高设备沉积功率及脉冲频率，改善稳定性【２】。另外，由于采用旋转电极，且每次放电的脉冲能量一

致，从而进一步提高了沉积层质量，大大提高了沉积效率【３１

表２：Ｄｅｐｏ系列配备的焊枪规格与性ｕ

用于电火花强化的设备已系列化和标准化４【】，而专门用于堆焊修复的电火花涂覆设备在２ｌ世纪初

才出现，目前仍以便携式为主，自动化程度较高的固定式堆焊设备尚处于研发阶段５Ｉ】。图１和图２分别

是美国ＡＰＡＰ公司和日本ＴｅｃｈｎｏＣｏａｔ公司生产的电火花微弧堆焊设备电源、焊枪和整机外形。表ｌ列出

了国内外几种电火花堆焊设备电源的主要技术参数，Ｄｅｐｏ系列配备的焊枪规格与性能见表２。

２．２堆焊焊材

根据使用目的不同，可以选用不同成分、现状和尺寸的电极耗材，表３是ＴｅｃｈｎｏＣｏａｔ公司堆焊修

复配备的专用电极【ｌＪ。