等离子弧堆焊工艺是表面强化技术的一个分支。它以联合型或转移型等离子弧作为热源，采用合金粉末或焊丝作为填充金属，堆焊时将工件表面及堆焊材料同时熔化，并使两种材料相互混合构成熔池，熔池经冷凝结晶形成堆焊层。
等离子堆焊技术出现于20世纪60年代。发展初期，主要用于修复损坏的零件，如恢复零件的形状尺寸等。后逐渐将恢复形状尺寸与强化表面及表面改性相结合。80年代以后，等离子堆焊技术的应用领域进一步扩大，从表面修复扩展到制造业。进入90年代以来，受先进制造技术发展的影响，对等离子堆焊设备的研究越来越深入。国外设备对堆焊过程的主要工艺参数可进行自动检测和自动模拟控制，同时对试验数据建立数据库进行微机处理，从而大大提高了堆焊自动化程度。近年来，等离子堆焊技术与智能控制技术(CAD／CAM)和精密磨削技术相结合的近净型技术(Near Net Shape)引起制造业的广泛关注，同时其应用范围也不断扩大[3]。
1  等离子弧的产生及特点
等离子弧是利用特制的等离子火炬，在阴极和冷喷嘴之间或者阴极和工件之间，使气体电离形成的电弧（又称压缩电弧）。当电弧穿过水冷喷嘴小孔时，受到冷气流和水冷喷嘴孔壁的冷却作用，电弧将产生以下三种压缩效应[1]：
(1)热压缩效应
紫铜喷嘴具有良好的导电性和导热性，由于受到水冷，喷嘴孔壁的温度很低。因此，进入火炬气室内具有一定压力的气体离孔壁越近，其电离度越低，与孔壁贴近的冷气层基本上未电离，而是中性气体，这样使电弧和孔壁之间形成一圈既绝缘又隔热的中性气流层，电弧电流被迫集中到气体电离程度高的中心部位，电弧电流截面的收缩使电流密度增加，全部过程即为热压缩的有效反应。
(2)机械压缩效应
等离子弧柱周围的冷气层依附在喷嘴孔道的壁面。因此喷嘴孔径基本上确定了环形冷气流层的直径，也确定了等离子弧的粗细。显然喷嘴孔径及其几何尺寸除通过热压缩效应实现对电弧不同程度的压缩外，还起到对电弧的机械压缩作用。
(3)自磁压缩作用
电弧电流有一定的流向，弧柱相当于一束电流方向相同的平行导体。每根通电导体都在它周围产生磁场，在电磁力的作用下，使弧柱受到指向弧柱中心的压缩力，从而弧柱受到压缩。
这三种压缩效应使电弧弧柱的截面积缩小，带电粒子密度增大，电场强度提高，这种压缩了的电弧称为等离子弧。
等离子弧具有如下特点[3]：
(1)等离子弧温度高、热量集中
由于等离子弧具有压缩作用，故其中心温度可达10000～50000K，能量密度可高达105～106W/cm2。由于等离子弧温度高，因此被加工材料一般不受熔点的限制。
(2)等离子弧热稳定性好
由于等离子弧中的气体是充分电离的，所以其电弧更稳定。等离子弧电流和电弧电压相对于弧长在一定范围内的变化不敏感，即在弧柱较长时仍能保持稳定燃烧，没有自由电弧易飘动的缺点。
(3)等离子弧具有可控性
等离子弧可以在很大范围内调节热效应，除了改变输入功率外，还可以通过改变气体的种类、流量及改变喷嘴的结构尺寸来调节等离子弧的热能和温度；可以通过选择不同的工作气体来调整等离子弧工作气氛；可以通过改变电弧电流、气体流量和喷嘴压缩比来调节电弧的刚度。