电弧热喷涂技术在活塞杆修复上的应用
崔 江,陈泽刚
新疆有色金属
摘 要：介绍了电弧热喷涂技术的原理、工艺过程及工艺要求,通过几年来的实际应用,效果较好,可有效降低使用单位的生产成本。
关键词：电弧；热喷涂http://www.sunspraying.com/kepuyuandi/repentu/20120914/1347588345484.html；活塞杆；涂层；修复；热喷涂粉末
1 概 述
在煤矿、冶金等行业中,都需要使用大量的液压机械。由于工作环境恶劣,容易造成液压缸上的活塞杆出现腐蚀、锈蚀等现象,其结果是活塞杆不能正常继续使用,频繁发生故障,影响安全生产。
新矿集团综机设备维修中心从2001年起,首先尝试用电弧热喷涂技术修复综采、综掘设备(如液压支架、采煤机、掘进机)上的活塞杆。修复后的活塞杆投入使用后,喷涂层没有出现起泡和脱落的现象,效果较好。进而又对冶金行业中的轧钢机上的活塞杆,以及工程机械(装载机、平地机等)上的活塞杆进行同样的修复。
2 电弧热喷涂技术的基本原理和构成
电弧热喷涂技术的基本原理是:燃烧于两根金属丝材端部之间的电弧将均匀送进的丝材熔化,压缩空气经拉伐尔嘴加速后把熔化的金属雾化,并将雾化的熔滴加速到超音速,喷向被修理件形成涂层。电弧热喷涂设备由电源箱、送丝机构、喷枪、送丝软管及送丝软盘组成。电源箱由主电源、控制系统和操作面板组成,主电源将380V交流电整流为34~44V的直流电供电弧喷涂使用。
送丝机构的作用是将两根金属丝同时均匀地推送到喷枪,它用直流电动机驱动,送丝速度可以连续均匀地进行调节,可送直径2~3mm的各种金属丝材。喷枪是电弧热喷涂的关键设备,均匀送进的丝材在喷枪内频繁地进行雾化—熔化以形成速度快、雾化好、粒度均匀的喷涂粒子,喷枪上装有连接送丝软管、气管的接头,丝材经导嘴送进,相交于拉伐尔喷嘴内。送丝软管传送丝材具有良好的柔性,使手持的喷枪便于灵活操作。另外,配置的压缩空气系统要保证供0. 6~0. 8MPa的压力下,供流量3~5 m3/min以上的洁净空气,保证喷涂质量。
3 电弧热喷涂维修应用的工艺过程和要求
金属喷涂层的形成,分为金属材料的熔化、液态金属颗粒的飞行、金属颗粒的粘附三个过程。金属材料的熔化取决于热源的温度,电弧热喷涂中,电弧温度可达5 000~6 000℃,这大大超过了常用金属的熔点,在高速压缩空气的气流吹动下,被熔化的金属雾化成极小的颗粒,喷射到被处理部件的表面上,为确保涂层与基本金属的强度,要求金属颗粒到达被处理金属部件表面时具有最大速度和最高温度,这样可使金属颗粒冲击工件表面所产生的塑性变形增大,扩展了金属颗粒与喷涂工件的接触面积。在喷涂过程中,工件表面温度不超过70~80℃,通过冷却、物理吸附、化学扩散等综合作用,使金属颗粒与工件表面粘附形成金属涂层。
⑴电弧热喷涂维修工艺过程(以活塞杆为例)如下:液压缸的拆卸解体—清洗—检测—分类挑出待修的活塞杆—车床加工—喷涂—磨削—液压缸的装配。⑵电弧热喷涂工艺要求:当用车床加工锈蚀的活塞杆时,应将锈蚀层完全切除,然后加工成乱扣螺纹。加工时,应选择较低的转速,刀具刃口要低于工件中心线,当工件直径为50~100 mm时,刀具刃口要低于工件中心线3~4 mm,螺距为1~1. 25 mm;当工件直径为>100 mm时,刀具刃口要低于工件中心线4~5 mm,螺距为1. 25~1. 5 mm。
喷涂时,要注意喷涂距离,这里指喷嘴到基材表面的直线距离,即喷涂过程中喷涂颗粒飞行到基材表面的距离。在这一过程中,其速度和温度会发生改变,喷涂颗粒飞行速度是先加速后减速,其温度随距离增加而降低。当喷涂距离过大时,由于喷涂颗粒打击基材表面的动能不够,温度下降较多,基材表面不能产生足够的变形,从而降低涂层的结合强度,还会由于更多喷涂颗粒反弹散失而降低沉积效率。同时由于周围空气的影响,氧化现象严重,造成涂层氧化物夹渣增多。当喷涂距离过小时,则由于喷涂颗粒在热源中停留时间过短,而未得到充分加热和加速,而且基材表面会因接触热源的高温区域而过热,都会影响到涂层的质量,所以,喷涂距离一定要根据热源、喷涂材料等具体情况来进行控制,喷涂距离一般控制在100~150 mm范围内效果较好。此外,还要注意喷涂角度,即喷涂射流轴线与基材表面切线距离之间的夹角,通常为60°~90°。
由于要喷涂的活塞杆都是圆柱形工件,工件的旋转速度和喷枪横向移动速度一定要搭配好。维修中心选用工件的旋转速度为20 r/min,喷枪的横向移动速度为7~8 m/min。在这种情况下,喷涂层厚度均匀,喷涂效果较好。此外,电弧热喷涂时,电弧电压和电弧电流决定了电弧功率,电弧电压的选择取决于喷涂材料的性质,低熔点金属应选择较低的电弧电压。电弧电流取决于喷涂消耗丝材的速度,即电弧电流越大,喷涂速度就要越高。因为维修中心使用的丝材为不锈钢丝材,故当弧电流为100A时,喷涂消耗丝材的速度为4. 1 kg/h;当弧电流为200A时,喷涂消耗丝材的速度为8. 6 kg/h;当弧电流为400A时,喷涂消耗丝材的速度为18. 6 kg/h。当采用平特性直流电源时,电弧电流有很强的自调节性能,随着送丝速度的增加或降低,电弧电流自动进行调节,使电弧功率和喷涂消耗丝材的速度处于平衡状态。
对于喷涂后的涂层的加工主要采用磨削工艺,而且要采用湿磨工艺,即使用冷却液,以降低表面粗糙度和不致损伤涂层。同时还需要定期修整砂轮,为了提高工件的表面光洁度,还需要使用砂带进行抛光。
4 电弧热喷涂工艺的使用效果
新矿集团综采设备维修中心从2001年起,使用电弧热喷涂技术对液压缸上的活塞杆进行修复,除活塞杆弯曲变形无法修复外,凡是表面锈蚀或磨损的活塞杆经修复后,再投入不同的环境使用,涂层基本无脱落或起泡的现象,效果较好。经过测算,维修费用仅相当于重购费用的40%,可以有效降低使用单位的生产成本。
参考文献略
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