CN104372333A - 可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法及其专用夹紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法及其专用夹紧装置，夹紧装置包括外框架、配合衬板、调整衬板；配合衬板具有与煤气喷嘴表面相配合的配合面，各配合面形成一个与煤气喷嘴各表体面配合的内型腔，调整板位于外框架内表面和配合衬板的外表面之间，并通过夹紧螺栓固定固定在外框架和配合衬板上。在另一个实施例中，夹紧装置包括：夹紧体，形成有与煤气喷嘴体各表面配合的结合面，各结合面形成一个与煤气喷嘴配合的内型腔。本发明可建立冷喷涂修复涂层过渡区，从而改善气流和颗粒流流场分布均匀性，达到煤气喷嘴整体一次性修复的目的，可有效的而降低修复成本，效率高，成本低，边角夹紧专用夹紧装置结构简单、易于制造、可维护性好。

Description

可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法及其专用夹紧装置

技术领域

本发明涉及一种连铸生产中铸坯表面火焰清理方法及装置，具体说有关一种铸坯表面火焰清理用煤气喷嘴整体修复方法及边角处理专用夹紧装置。

背景技术

连铸生产中，铸坯需要进行表面清理，通常是采用煤气喷嘴的火焰进行表面清理。如图1所示，清理用的煤气喷嘴1的侧面1a易于烧损，必须进行修复。煤气喷嘴1，其材质通常是采用铜合金，如铬锆铜材料。其修复方法有堆焊和电镀等多种方法。这些方法各有优劣：电镀方法只能补镍，不能修复煤气喷嘴1的本体铬锆铜材料；以及堆焊修复过程会产生强烈的氧化问题。而冷喷涂技术有其独特的优势，适合于修复相变敏感性和温度敏感性材料，目前正应用于煤气喷嘴本体铬锆铜基体的修复当中，如图2所示，在采用冷喷涂修复煤气喷嘴1’的过程中，理想情况下是涂层能够垂直生长，如箭头所示，沿侧面1a’一直喷涂到边角处1b处，从而一次完成修复。

但是，在实际的冷喷涂过程中，直接在煤气喷嘴1”的侧面1a”上，如箭头所示进行冷喷涂修复，会产生边角处1b’倾斜问题，如图3所示；而二次边角修复处理会产生修复界面问题并且增加了修复成本，这不利于工业应用。

第CN200520044621.6号中国实用新型专利申请公开了一种冷喷涂用喷嘴；第CN200820016424.7号中国实用新型专利申请公开了一种冷喷涂用Laval喷嘴；第CN200820113255.9中国实用新型专利申请公开了一种锅炉深层管排冷喷涂枪；第CN00253384.7号公开专利申请公开了一种超音速冷喷涂装置，主要由本体、缩放喷管、混合器、抽吸泵管和进料箱组成，其中公开发明了主体设备部分，并不能完成煤气喷嘴边角处理和整体修复工作。

海恩斯和霍布斯的美国发明专利申请（优先权日：2004.12.3，在先申请号：US11/003137）公开了一种真空冷喷涂工艺，该工艺方法不涉及煤气喷嘴整体修复内容；发明人为德比卡里和海恩斯的中国专利申请第CN200510128953.7号（优先权日：2004.12.3，在先申请号：US11/003140）公开的技术方案是利用冷喷涂的超合金修补技术修补由超合金材料形成的部件的方法，其方法针对由超合金材料形成且具有要进行修补的缺陷的部件并且利用非氧化性载气将修补材料沉积到部件表面上，以使得修补材料在与表面碰撞后产生塑性变形且粘结到表面上，并由此覆盖缺陷。该专利未涉及材料整体修复时的边角问题。

冷喷涂技术修复火焰清理煤气喷嘴的技术尚未看到有文献报道，现有专利多集中在冷喷涂修复结晶器和结晶辊等的喷涂技术之上，如中国专利申请第CN200510083138.3号公开了一种冷喷涂用喷嘴及使用该冷喷涂用喷嘴的冷喷涂装置；第CN200610068242.X号中国专利申请（优先权日：2005.3.23，在先申请号：US11/088380）公开了使用冷喷涂向发动机部件施加粘合层的方法，该方法在向涡轮叶片或叶轮的翼型部分施加粘合层，或向燃烧室衬套施加粘合层方面特别有用。

申请人为浦项产业科学研究院的第CN200480038778.6号中国专利申请（优先权日：2003.12.24，在先申请号：KR10-2003-0096983）公开了一种具有粉末预热装置的冷喷涂设备；第CN200510030207.4号中国专利申请公开了一种冷喷涂用，复合陶瓷拉乌尔型喷嘴；第CN200610151047.3号中国专利申请公开了一种铝合金热交换器导管和翘片复合钎料的冷喷涂方法；第CN200610172445.3号中国专利申请（优先权日：2005.12.21，在先申请号：US60/752061）公开了一种混合式等离子-冷喷涂方法和设备，

第CN201010117519.X号中国专利申请公开了一种结晶器铜板的冷喷涂修复方法，该方法主要利用超音速硬质微粒在待修复铜板表面制备出具有自然流线型凹坑的毛化形貌，从而在保证表面满足冷喷涂修复要求的前提下，大大增加了结晶器待修复面的表面积；然后利用冷气动力喷涂技术填满上述毛化坑，形成多个结合面积增大的强化点，同时改善界面处的应力分布；最后对铜板表面进行整体喷涂修复，并进行退火和尺寸复原。采用该方法能够增大喷涂修复层与铜板表面的结合面积和结合强度，并提高了铜板修复层的热传导速率和抗交变热应力能力，从而延长了铜板的使用周期。该专利申请未提及边角处理方法，而边角的处理是冷喷涂整体修复的关键技术之一，亦是煤气喷嘴修复结果是否可以应用的决定性步骤。

第CN201210043107.5号中国专利申请公开了一种制备金属复合梯度准晶涂层的冷喷涂装置及方法，该发明涉及表面涂层的制备领域，具体为一种制备金属复合梯度准晶涂层的冷喷涂装置及方法。该发明可以解决涂层脆性和相变等问题，可以制备多种系列的二元或多元合金准晶梯度涂层。同样，该发明不能直接用于解决煤气喷嘴冷喷涂修复的边角问题。

综上所述，现有技术一般针对冷喷涂技术本身及修复技术，并未涉及煤气喷嘴边角处理问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种火焰清理用煤气喷嘴的冷喷涂修复方法及专用夹紧装置，可有效避免直接修复产生的边角倾斜问题，从而做到一次修复，保证修复质量。

根据本发明一方面提供一种可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法专用夹紧装置，包括：外框架、配合衬板、调整衬板；所述配合衬板具有与煤气喷嘴表面相配合的配合面，各配合面形成一个与煤气喷嘴各表体面配合的内型腔，所述调整板位于外框架内表面和配合衬板的外表面之间，并通过夹紧螺栓固定固定在外框架和配合衬板上。

所述的外框架、配合衬板、调整衬板制成一体。

所述配合衬板的配合面与煤气喷嘴的表面间具有间隙。

所述配合衬板之间的配合间隙宽度小于0.3mm，配合衬板与煤气喷嘴表面的间隙宽度小于0.3mm，表面粗糙度达到为1.6um以下。

所述配合衬板的配合面与煤气喷嘴的表面紧密贴合。

所述配合衬板材料采用铜合金难于沉积的基体材料。

所述铜合金难于沉积的基体材料包括碳钢、不锈钢或陶瓷。

所述配合衬板材料采用铜合金易于沉积的基体材料。

所述铜合金易于沉积的基体材料包括铝、锌、锡或铜材。

根据本发明另一方面提供一种可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法专用夹紧装置，包括：夹紧体，形成有与煤气喷嘴体各表面配合的结合面，所述各结合面形成一个与煤气喷嘴配合的内型腔。

根据本发明又一方面提供一种可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法，包括：

提供一个煤气喷嘴的夹紧装置，该夹紧装置包括：外框架、配合衬板、调整衬板；所述配合衬板具有与煤气喷嘴表面相配合的配合面，各配合面形成一个与煤气喷嘴各表体面配合的内型腔；

将所述调整衬板设置在外框架内表面和配合衬板的外表面之间，并通过夹紧螺栓固定；

将装配成的夹紧装置通过所述内型腔固定在需冷喷涂修复的煤气喷嘴的两端上；

由煤气喷嘴的一端向另一端实施冷喷涂，以对煤气喷嘴整体包括其边角处同时完成修复。

根据本发明再一方面提供一种可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法，包括：

提供一个煤气喷嘴的夹紧装置，该夹紧装置包括：夹紧体，形成有与煤气喷嘴各表面配合的结合面，各所述结合面形成一个与煤气喷嘴表面配合的内型腔；

将所述夹紧装置通过所述的内型腔固定在需冷喷涂修复的煤气喷嘴体的两端上；

由煤气喷嘴的一端向另一端实施冷喷涂，以对煤气喷嘴整体包括其边角处同时完成修复。

冷喷涂的工作压力和温度分别位于1.8MPa～10.0MPa和30～550℃之间；粉末颗粒的速度范围一般在340-1800m/s之间。

冷喷涂所使用的粉末材料为纯铜粉或铜合金粉末等，铜合金粉末包括铬锆铜粉、铝青铜、锡青铜、黄铜粉末材料；喷涂粉末颗粒的粒径范围1-50μm。

本发明采用煤气喷嘴专用夹紧装置进行冷喷涂修复，可以建立涂层修复过渡区域，改善边角修复中的气流流场和颗粒流流场分布，利于修复过程中涂层直接生长，从而有效的而解决边角倾斜问题；可以做到一次修复，保证修复质量，降低了工业生产成本。因此，本发明方法易于实施，简单可行；该装置易于制造，可维护性好；本发明适合于煤气喷嘴整体制造修复工艺，适应性强，效率高，成本低。

附图说明

图1是待修复煤气喷嘴的立体示意图；

图2是煤气喷嘴冷喷涂涂层垂直生长的理想状态的立体示意图；

图3是煤气喷嘴冷喷涂涂层边角倾斜生长的实际状况的立体示意图；

图4是本发明一个实施例的一种煤气喷嘴冷喷涂修复夹紧装置的主视图；

图5是本发明另一个实施例的一种煤气喷嘴冷喷涂修复夹紧装置的煤气喷嘴冷喷涂修复夹紧装置的立体图；以及

图6是本发明又一个实施例的一种煤气喷嘴冷喷涂修复夹紧装置的煤气喷嘴冷喷涂修复夹紧装置的立体图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述具体实施方式，本领域的技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的精神实质来作最宽泛的理解。图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。

图4示出本发明一个实施例的一种可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法专用夹紧装置，图5示出本发明另一个实施例的一种可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法专用夹紧装置；以及图6示出本发明又一个实施例的一种可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法专用夹紧装置。

现结合图4具体说明本发明一个实施例的一种可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法专用夹紧装置。如图所示，该专用夹紧装置2，包括：外框架2a、配合衬板2c、2c’、调整衬板2b，在本实施例中包括6个调整衬板，其中4个调整衬板沿喷嘴长度方向设置，而另外2个调整衬板位于煤气喷嘴两端上；配合衬板2c、2c’具有与煤气喷嘴表面相配合的配合面2e，各配合面2e形成一个与煤气喷嘴各表体面配合的内型腔（未标示），调整衬板2b位于外框架2a内表面和配合衬板2c、2c’的外表面之间，并通过夹紧螺栓2d（图中以中心线表示）固定在外框架2a和配合衬板2c、2c’上。外框架2a、调整衬板2b和配合衬板2c、2c’可制成一体。其中配合衬板2c、2c’的配合面2e与煤气喷嘴1的表面间具有间隙，或者配合衬板的配合面与煤气喷嘴的表面可紧密贴合。配合衬板2c、2c’的材料采用铜合金难于沉积的基体材料，包括碳钢、不锈钢或陶瓷，或者衬板材料采用铜合金易于沉积的基体材料，包括铝、锌、锡或铜材。较佳地，配合衬板之间的配合间隙宽度小于0.3mm，配合衬板与煤气喷嘴表面的间隙宽度小于0.3mm，表面粗糙度达到为1.6um以下。

现结合图5具体说明本发明另一个实施例的一种可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法专用夹紧装置。如图所示，该专用夹紧装置3包括：夹紧体3a，形成有与煤气喷嘴1的各表面配合的结合面3e，所述各结合面3e（图中仅标示出其中1个）形成一个与煤气喷嘴配合的内型腔3b。夹紧体3a的内型腔3b采用电火花切割技术一次成型而成。夹紧体3在本实施例中呈圆柱体形，也可以呈长方体形，如图6所示。

现结合图4来说明本发明一个实施例的一种可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法，包括：

提供一个煤气喷嘴的夹紧装置2，该夹紧装置如图4所示，包括：外框架2a、配合衬板2c、2c’、调整衬板2b；配合衬板2b具有与煤气喷嘴1的表面相配合的配合面2e，各配合面2e形成一个与煤气喷嘴1的各表体面配合的内型腔（未标示）；

将调整衬板2b设置在外框架2a的内表面和配合衬板2c、2c’的外表面之间，并通过夹紧螺栓固定；

将装配成的夹紧装置2通过内型腔固定在需冷喷涂修复的煤气喷嘴1的两端上；

由煤气喷嘴1的一端向另一端实施冷喷涂，以对煤气喷嘴1整体包括其边角处1b同时完成修复。

现结合图5和图6具体说明另一个实施例的一种可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法。该方法包括：

提供一个煤气喷嘴的夹紧装置3(图5)或3’(图6)，该夹紧装置3或3’包括：夹紧体3a或3a’，形成有与煤气喷嘴1各表面配合的结合面3e，各结合面3e形成一个与煤气喷嘴1表面配合的内型腔3b；

将夹紧装置通过内型腔固定在需冷喷涂修复的煤气喷嘴1的两端上；

由煤气喷嘴1的一端向另一端实施冷喷涂，以对煤气喷嘴1整体包括其边角处1b同时完成修复。

冷喷涂的工作压力和温度分别位于1.8MPa～10.0MPa和30～550℃之间；粉末颗粒的速度范围一般在340-1800m/s之间。

冷喷涂所使用的粉末材料为纯铜粉或铜合金粉末等，铜合金粉末包括铬锆铜粉、铝青铜、锡青铜、黄铜粉末材料；喷涂粉末颗粒的粒径范围1-50μm。

以下结合具体实例进一步说明本发明的实施和优点。

实例1

采用配合型夹紧装置，即图4所示的专用夹紧装置2进行冷喷涂工艺修复煤气喷嘴1，主气体和送粉载气均为氮气，包括气体压力2.2MPa，气体温度475℃，送粉率3r/min，喷涂粉末为铬锆铜粉，平均粒径23um，喷涂修复厚度为1.5mm，配合衬板2c、2c’厚度为15mm，夹紧固定外框架2a厚度35mm，过渡衬板即调整衬板2b的宽度20mm，配合衬板之间间隙小于0.2mm，配合衬板与煤气喷嘴之间间隙小于0.2mm。冷喷涂涂层结果表明煤气喷嘴整体修复及边角处理结果良好。

实例2

采用整体型夹紧装置，进行冷喷涂工艺修复煤气喷嘴1，主气体和送粉载气均为氮气，包括气体压力2.5MPa，气体温度460℃，送粉率1.5r/min，喷涂粉末为铜粉，平均粒径28um，喷涂修复厚度为2.5mm，配合衬板厚度为20mm，夹紧固定底板及框架厚度50mm，过渡衬板宽度15mm，配合衬板之间间隙小于0.3mm，衬板与煤气喷嘴之间间隙小于0.3mm。冷喷涂涂层结果表明煤气喷嘴整体修复及边角处理结果良好。

实例3

采用配合型夹紧装置进行冷喷涂工艺修复煤气喷嘴，主气体和送粉载气均为氮气，包括气体压力3.0MPa，气体温度455℃，送粉率2.5r/min，喷涂粉末为铬锆铜粉，平均粒径25um，喷涂修复厚度为2.0mm，配合衬板厚度为25mm，夹紧固定底板及框架厚度44mm，过渡衬板宽度25mm，配合衬板之间间隙小于0.1mm，衬板与煤气喷嘴之间间隙小于0.1mm。冷喷涂涂层结果表明煤气喷嘴整体修复及边角处理结果良好。

综上所述，本发明采用煤气喷嘴专用夹紧装置进行冷喷涂修复，可以建立涂层修复过渡区域，改善边角修复中的气流流场和颗粒流流场分布，利于修复过程中涂层直接生长，从而有效的而解决边角倾斜问题；可以做到一次修复，保证修复质量，降低了工业生产成本。因此，本发明方法易于实施，简单可行；该装置易于制造，可维护性好；本发明适合于煤气喷嘴整体制造修复工艺，适应性强，效率高，成本低。

应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法专用夹紧装置，其特征在于，包括：外框架、配合衬板、调整衬板；所述配合衬板具有与煤气喷嘴表面相配合的配合面，各配合面形成一个与煤气喷嘴各表体面配合的内型腔，所述调整板位于外框架内表面和配合衬板的外表面之间，并通过夹紧螺栓固定固定在外框架和配合衬板上。

2.根据权利要求1所述的可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法专用夹紧装置，其特征在于，所述的外框架、配合衬板、调整衬板制成一体。

3.根据权利要求1或2所述的可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法专用夹紧装置，其特征在于，所述配合衬板的配合面与煤气喷嘴的表面间具有间隙。

4.根据权利要求3所述的可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法专用夹紧装置，其特征在于，配合衬板之间的配合间隙宽度小于0.3mm，配合衬板与煤气喷嘴表面的间隙宽度小于0.3mm，表面粗糙度达到为1.6um以下。

5.根据权利要求1或2所述的可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法专用夹紧装置，其特征在于，所述配合衬板的配合面与煤气喷嘴的表面紧密贴合。

6.一种可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法专用夹紧装置，包括：夹紧体，形成有与煤气喷嘴体各表面配合的结合面，所述各结合面形成一个与煤气喷嘴配合的内型腔。

7.一种可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法，其特征在于，包括：

提供一个煤气喷嘴的夹紧装置，该夹紧装置包括：外框架、配合衬板、调整衬板；所述配合衬板具有与煤气喷嘴表面相配合的配合面，各配合面形成一个与煤气喷嘴各表体面配合的内型腔；

将所述调整衬板设置在外框架内表面和配合衬板的外表面之间，并通过夹紧螺栓固定；

将装配成的夹紧装置通过所述内型腔固定在需冷喷涂修复的煤气喷嘴的两端上；

由煤气喷嘴的一端向另一端实施冷喷涂，以对煤气喷嘴整体包括其边角处同时完成修复。

8.一种可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法，其特征在于，包括：

提供一个煤气喷嘴的夹紧装置，该夹紧装置包括：夹紧体，形成有与煤气喷嘴各表面配合的结合面，各所述结合面形成一个与煤气喷嘴表面配合的内型腔；

将所述夹紧装置通过所述的内型腔固定在需冷喷涂修复的煤气喷嘴体的两端上；

由煤气喷嘴的一端向另一端实施冷喷涂，以对煤气喷嘴整体包括其边角处同时完成修复。

9.根据权利要求7或8所述的可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法，其特征在于，冷喷涂的工作压力和温度分别位于1.8MPa～10.0MPa和30～550℃之间；粉末颗粒的速度范围一般在340-1800m/s之间。

10.根据权利要求7或8所述的可修复边角的煤气喷嘴冷喷涂方法，其特征在于，冷喷涂所使用的粉末材料为纯铜粉或铜合金粉末，铜合金粉末包括铬锆铜粉、铝青铜、锡青铜、黄铜粉末材料；喷涂粉末颗粒的粒径范围1-50μm。