中國(guó)表面工程協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《高頻斬波等離子噴涂電源技術(shù)要求》編制說(shuō)明1項(xiàng)目背景1.1任務(wù)來(lái)源等離子噴涂技術(shù)與裝備已廣泛應(yīng)用于航空航天、鋼鐵工業(yè)、汽車(chē)制造、石油化工、紡織機(jī)械、船舶等領(lǐng)域，近年來(lái)等離子噴涂技術(shù)在高新技術(shù)領(lǐng)域如納米涂層材料、梯度功能材料、超導(dǎo)涂層、生物功能涂層等方面的應(yīng)用研究漸漸受到人們的重視。等離子噴涂電源作為等離子噴涂裝備的核心組成部分，其外特性、動(dòng)特性及供電參數(shù)對(duì)等離子弧穩(wěn)定性有顯著影響，進(jìn)而影響涂層的穩(wěn)定性及一致性；隨著熱噴涂技術(shù)的發(fā)展，等離子噴涂電源也進(jìn)入了高速發(fā)展期，等離子噴涂電源向高能、高穩(wěn)定性、高效率和工藝適配性強(qiáng)等方向發(fā)展，作為最先進(jìn)的高頻斬波等離子噴涂電源由于具有輸出特性穩(wěn)定、較高的電效率、大功率等特點(diǎn)，能保證良好的工藝穩(wěn)定性和等離子噴槍使用壽命，將成為該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。目前，在高頻斬波等離子噴涂電源方面尚無(wú)可供參考的國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，為保障標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，促進(jìn)行業(yè)規(guī)范快速發(fā)展，北京金輪坤天特種機(jī)械有限公司向中國(guó)表面工程協(xié)會(huì)自主申報(bào)了《高頻斬波等離子噴涂電源技術(shù)要求》（以下簡(jiǎn)稱《技術(shù)要求》）。經(jīng)標(biāo)委會(huì)組織專家審查后，予以立項(xiàng)編制，項(xiàng)目編號(hào)CSEA202304。1.2工作過(guò)程從接到標(biāo)準(zhǔn)的編寫(xiě)任務(wù)開(kāi)始，北京金輪特種機(jī)械有限公司成立標(biāo)準(zhǔn)編制組，并組織召開(kāi)了編制討論會(huì)，制訂了具體的工作計(jì)劃，明確了技術(shù)路線，并根據(jù)工作需要對(duì)組內(nèi)成員進(jìn)行任務(wù)分工。2023年12月，編制組完成了《技術(shù)要求》（初稿），在廣泛征求各方專家和生產(chǎn)企業(yè)的意見(jiàn)和建議后，編制組編寫(xiě)完成《技術(shù)要求》（征求意見(jiàn)稿），并發(fā)送相關(guān)單位進(jìn)行了意見(jiàn)征詢。根據(jù)反饋意見(jiàn)，編制組對(duì)《技術(shù)要求》（征求意見(jiàn)稿）進(jìn)行了完善，并開(kāi)展了征求意見(jiàn)。2024年X月，根據(jù)征求意見(jiàn)情況，進(jìn)一步調(diào)整完善技術(shù)條件文本，形成《技術(shù)要求》（送審稿），上報(bào)中國(guó)表面工程協(xié)會(huì)。2標(biāo)準(zhǔn)制定的必要性在等離子噴涂系統(tǒng)裝備中，等離子噴涂電源是動(dòng)力源泉，為等離子噴涂提供可控的能量輸入；等離子噴涂電源主要經(jīng)歷了磁放大器硅整流電源、可控硅（也稱為晶閘管）整流電源、絕緣柵雙極型晶體管整流逆變電源、高頻斬波電源四個(gè)階段，目前應(yīng)用規(guī)模較大的以可控硅電源和逆變電源為主；隨著航天航空產(chǎn)業(yè)的興起，對(duì)熱端部件熱障涂層加工需求日漸旺盛，等離子噴涂系統(tǒng)裝備進(jìn)入了高速發(fā)展期，作為等離子噴涂系統(tǒng)裝備的核心關(guān)鍵部件，等離子噴涂電源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)以高能、高穩(wěn)定性、高電效率為主。國(guó)外率先推出了高頻斬波電源，最新Metco公司IPS-1000電源具有150V最高輸出電壓、1000A最高輸出電源，和120kW最高輸出功率，可以實(shí)現(xiàn)在130V@800A和80V@1000A最高輸出條件下兩檔工作，通過(guò)三個(gè)獨(dú)立電源模塊并聯(lián)輸出，采用8kHz高頻斬波，實(shí)現(xiàn)低波紋率（<0.5%在<2kHz范圍內(nèi)）。同時(shí)IPS-1000電源可以適配多達(dá)10幾種等離子發(fā)生器工作需求，相比于傳統(tǒng)的等離子噴涂電源，高頻斬波電源具有輸出特性穩(wěn)定（極低電流波紋率）、較高的電效率、大功率等特點(diǎn)，能保證良好的工藝穩(wěn)定性和等離子噴槍使用壽命，近年來(lái)Metco等公司將高頻斬波電源技術(shù)應(yīng)用于中、高端等離子噴涂設(shè)備中。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用的等離子噴涂電源仍以可控硅整流電源和逆變電源為主，對(duì)高頻斬波等離子噴涂電源制造技術(shù)研制起步較晚，在加上規(guī)范化不足，制約了我國(guó)等離子噴涂技術(shù)與裝備的發(fā)展；國(guó)機(jī)集團(tuán)中國(guó)農(nóng)機(jī)院，聯(lián)合航天科工三院31所、河北科技大學(xué)等單位，在國(guó)內(nèi)承擔(dān)了自主化的等離子噴涂技術(shù)與裝備研制工作，并形成了高頻斬波等離子噴涂電源產(chǎn)品，該成果成功用于航天領(lǐng)域核心部件的噴涂生產(chǎn)，與傳統(tǒng)可控硅及逆變電源相比，該電源輸出特性穩(wěn)定、紋波率低。目前，在高頻斬波等離子噴涂電源方面尚無(wú)可供參考的國(guó)際、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，在推廣過(guò)程中，部分生產(chǎn)廠家不敢輕易嘗試新技術(shù)，抑制了行業(yè)發(fā)展。此外，由于沒(méi)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)做指導(dǎo)，造成高頻斬波等離子噴涂電源穩(wěn)定性及一致性良莠不齊，嚴(yán)重影響了該行業(yè)的健康發(fā)展。因此，制定高頻斬波等離子噴涂電源技術(shù)要求的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，有利于提高等離子噴涂系統(tǒng)裝備整體水平，促進(jìn)行業(yè)規(guī)范健康快速發(fā)展，推動(dòng)熱噴涂行業(yè)制造技術(shù)進(jìn)步。3國(guó)內(nèi)外相關(guān)情況國(guó)外生產(chǎn)熱噴涂設(shè)備的廠商主要集中在歐美國(guó)家，知名廠商包括OerlikonMetco公司（下文簡(jiǎn)稱Metco）、美國(guó)Praxair-Tafa、德國(guó)GTV等，以上廠商均掌握了等離子電源設(shè)計(jì)制造技術(shù)并形成系列化產(chǎn)品，其中瑞士Metco是世界上最大的熱噴涂設(shè)備生產(chǎn)制造商，其電源發(fā)展具有典型性，經(jīng)歷了磁放大器式二極管整流、可控硅整流、高頻斬波三個(gè)典型階段，各類(lèi)典型的型號(hào)有7MR-50、10MR及PT系列和最新型的PT3XIPS-1000。磁放大器式二極管整流電源具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用、易維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)；但也存在效率低、可控性差，且體積、重量大的缺點(diǎn)；目前磁放大器式二極管整流電源基本被市場(chǎng)淘汰；性能穩(wěn)定可靠、技術(shù)成熟的可控硅整流等離子噴涂電源至今仍在市場(chǎng)上占有一定比例，如Metco的10MR系列電源仍配套于其低端的9M等離子噴涂系統(tǒng)中；而美國(guó)Praxair-Tafa的等離子噴涂設(shè)備系列現(xiàn)在仍采用可控硅整流的電源，該公司最新型的HPS-100等離子噴涂電源即采用六脈沖可控硅整流電源，電源中設(shè)計(jì)了電流的“軟啟動(dòng)”電路，并對(duì)電源的輸出進(jìn)行了特殊的平滑扼流設(shè)計(jì)，從而確保電源具有穩(wěn)定的輸出，可以大大延長(zhǎng)噴槍零部件的使用壽命。該電源現(xiàn)已配套應(yīng)用于Praxair-Tafa的3710及7700型等離子噴涂系統(tǒng)中。繼可控硅整流電源之后，Metco公司最新推出了IPS-1000型等離子噴涂電源，它采用了斬波電源原理，即將降壓整流后的直流電經(jīng)過(guò)二次斬波后得到高頻直流，然后再通過(guò)低通濾波來(lái)得到等離子噴涂所需的直流電。該電源具有較高的電效率，并且輸出波形較為平滑，從而使得噴涂工藝的重現(xiàn)性、電源的電效率以及噴槍的使用壽命大大提高。并且IPS-1000電源可以通過(guò)采用主從方式，將多臺(tái)電源配置為并聯(lián)工作，用以滿足如PS-PVD等高速、高功率場(chǎng)合要求，如將三臺(tái)電源配置為并行工作時(shí)，最大輸出電流可達(dá)3000A。另外同期，德國(guó)的GTV公司生產(chǎn)的PPC-2002型等離子噴涂電源也采用了斬波電源原理，并將之配套于GTVF6等離子噴涂系統(tǒng)及GTVF6-K2超音速等離子組合系統(tǒng)中。國(guó)產(chǎn)等離子噴涂電源研制最開(kāi)始是一條引進(jìn)、仿制的道路。20世紀(jì)70年代末，航空工業(yè)制造院（625所）在引進(jìn)美國(guó)Metco7M型等離子噴涂設(shè)備的基礎(chǔ)上，研制成功了GDP-80型磁放大器式二極管整流電源。20世紀(jì)90年代，625所研制成功了采用N-800可控硅整流電源的APS-2000型等離子噴涂設(shè)備。至2002年，625所又研制成功了NB-800型逆變電源應(yīng)用于APS-3000型等離子噴涂設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用的等離子電源為可控硅整流電源和逆變電源，國(guó)內(nèi)由于等離子噴涂技術(shù)研究起步較晚，在大部分的工業(yè)應(yīng)用中仍采用可控硅等離子電源，國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣的80kW的ZB-80D型等離子噴涂電源（航天振邦）就是采用硅整流式原理，該電源采用開(kāi)環(huán)控制，電流、電壓隨電網(wǎng)的波動(dòng)大，但是工作原理簡(jiǎn)單、可靠性高，將電網(wǎng)輸入的動(dòng)力電經(jīng)過(guò)降壓、整流及濾波后即直接為噴涂提供電能。國(guó)內(nèi)也相繼研制了采用逆變?cè)淼牡入x子電源，例如裝甲兵工程學(xué)院成功研制了功率80kW、電流600A的用于超音速等離子噴涂的HEPJ－Ⅱ型逆變電源，該電源成功應(yīng)用于該單位研制的超音速等離子噴涂系統(tǒng)，但該電源抗電網(wǎng)輸入電流波動(dòng)能力差，電網(wǎng)諧波嚴(yán)重時(shí)，該電源工作穩(wěn)定性較差。河北科技大學(xué)從上個(gè)世紀(jì)九十年代末期開(kāi)始從事弧焊逆變電源研究，針對(duì)傳統(tǒng)的工業(yè)用焊機(jī)效率低（≤70%），采用逆變技術(shù)后，效率可以提高到85%左右，而采用高頻軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，可以使逆變焊割設(shè)備的效率達(dá)到88%以上，大大提高了效率，節(jié)約了電能，多年來(lái)和北京惠德圣羅、成都熊谷加世合作，先后開(kāi)發(fā)了手工電弧焊、氣體保護(hù)焊、空氣等離子切割、數(shù)字化脈沖MIG/MAG焊接電源等系列產(chǎn)品，所開(kāi)發(fā)的逆變式等離子噴涂電源可完全替代原有的晶閘管式電源。國(guó)機(jī)集團(tuán)中國(guó)農(nóng)機(jī)院，聯(lián)合航天科工三院31所、河北科技大學(xué)等單位，在國(guó)內(nèi)承擔(dān)了自主化的等離子噴涂技術(shù)與裝備研制工作，并形成了高頻斬波等離子噴涂電源產(chǎn)品，研制生產(chǎn)的高頻斬波等離子噴涂電源已成功用于航天領(lǐng)域核心部件的噴涂生產(chǎn)，與傳統(tǒng)可控硅及逆變電源相比，該電源輸出特性穩(wěn)定、紋波率低等特點(diǎn)。目前，在高頻斬波等離子噴涂電源方面由于沒(méi)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)做指導(dǎo)，造成我國(guó)等離子噴涂領(lǐng)域電源技術(shù)發(fā)展存在代查，嚴(yán)重影響了行業(yè)的技術(shù)發(fā)展。因此，在國(guó)內(nèi)目前研制和應(yīng)用成果基礎(chǔ)上，制定高頻斬波等離子噴涂電源技術(shù)要求的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，將確保高頻斬波等離子噴涂電源的功能/性能穩(wěn)定性和與等離子噴涂設(shè)備的適配性，從而保障噴涂工藝穩(wěn)定性和涂層質(zhì)量，促進(jìn)行業(yè)規(guī)范健康快速發(fā)展。4編制原則（1）科學(xué)性原則。在制定本技術(shù)要求時(shí)，充分總結(jié)歸納等離子噴涂電源的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用情況，結(jié)合行業(yè)零件噴涂工藝，考慮理論和方法的科學(xué)性，科學(xué)制定與國(guó)內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)水平相銜接的高頻斬波等離子噴涂電源制造技術(shù)。（2）實(shí)用性原則。在制定本技術(shù)要求時(shí)，充分考慮目前我國(guó)熱噴涂行業(yè)現(xiàn)狀，確保要求中提出的高頻斬波等離子噴涂電源制造技術(shù)具有可行性。（3）兼容性原則。在制定本技術(shù)要求時(shí)，充分考慮國(guó)家對(duì)高端裝備自主可控需求，以推動(dòng)熱噴涂裝備形成產(chǎn)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化及規(guī)范化，助力航空航天等領(lǐng)域的高速發(fā)展。5主要技術(shù)內(nèi)容說(shuō)明5.1層次框架本技術(shù)條件正文由5部分組成，包括：（1）范圍（2）規(guī)范性引用文件（3）術(shù)語(yǔ)和定義（4）基本參數(shù)（5）技術(shù)要求（6）質(zhì)量保障（7）檢驗(yàn)報(bào)告此外，還包括資料性附錄A。5.2技術(shù)內(nèi)容5.2.1范圍本文件規(guī)定了高頻斬波等離子噴涂電源的通用技術(shù)要求、檢驗(yàn)方法及驗(yàn)收規(guī)則。本文件適用于為工業(yè)和專業(yè)等離子噴涂用途而設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造的由標(biāo)準(zhǔn)電壓供電的高頻斬波等離子噴涂電源（以下簡(jiǎn)稱斬波電源）的供貨、檢驗(yàn)和驗(yàn)收。5.2.2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T2423.3環(huán)境試驗(yàn)第2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)Cab：恒定濕熱試驗(yàn)GB5226.1機(jī)械電氣安全機(jī)械電氣設(shè)備第1部分：通用技術(shù)條件GB/T13165電弧焊機(jī)噪聲測(cè)定方法GB15579.1弧焊設(shè)備第1部分：焊接電源GB15579.10弧焊設(shè)備第10部分：電磁兼容性(EMC)要求GB/T16935.1低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合第1部分：原理、要求和試驗(yàn)5.2.3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T156、GB/T2423.3、JB/T4108、GB5226.1、GB/T13165、GB15579.1、GB15579.10、GB/T16935.1界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。（1）等離子噴涂電源Powersupplyforplasmaspray（2）高頻斬波電源Highfrequencychoppingpowersupply（3）噴涂電流Spraycurrent（4）斬波電源冷態(tài)Chopperpowersupplycoldstate（5）斬波電源熱態(tài)Chopperpowersupplyhotstate5.2.4基本參數(shù)（1）額定電流等級(jí)（2）最高輸出電壓（3）連續(xù)工作時(shí)間5.2.5技術(shù)要求本技術(shù)要求對(duì)斬波電源系統(tǒng)組成、技術(shù)條件、功能性驗(yàn)收及性能驗(yàn)收進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)定，其中技術(shù)條件又對(duì)對(duì)供貨條件、功能要求及性能要求進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)定，確