CN109930146B

CN109930146B - 一种基于低压冷喷涂技术修复埋弧焊导电嘴的方法

Info

Publication number: CN109930146B
Application number: CN201910253565.3A
Authority: CN
Inventors: 冯力; 畅继荣; 安国升; 李文生; 李洞亭
Original assignee: Lanzhou University of Technology
Current assignee: Lanzhou University of Technology
Priority date: 2019-03-30
Filing date: 2019-03-30
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2039-03-30
Also published as: CN109930146A

Abstract

本发明公开了一种基于低压冷喷涂技术修复埋弧焊导电嘴的方法，包括如下步骤：S1、喷涂前对受损的埋弧焊导电嘴进行喷砂处理；S2、采用自制的粉末材料对经喷砂处理后的受损埋弧焊喷嘴进行全方位的冷喷涂修复处理；喷涂参数为：冷喷涂工作气体为压缩空气，载气温度为450‑500℃，载气压力为0.6‑0.8MPa，喷涂距离为10‑20mm，喷涂速度为0.4‑0.6m/s；S3、将修复后的埋弧焊导电嘴放入热处理炉中，热处理2h后，随炉冷却，取出，即得修复好的导电嘴。本发明通过自制的粉末实现了埋弧焊导电嘴的磨损部位的修复，在恢复导电嘴使用功能的同时，节约了成本，提高了埋弧焊导电嘴的耐磨性，并延长了其使用寿命。

Description

一种基于低压冷喷涂技术修复埋弧焊导电嘴的方法

技术领域

本发明涉及材料修复领域，具体涉及一种基于低压冷喷涂技术修复埋弧焊导电嘴的方法。

背景技术

冷喷涂又称冷气动力学喷涂法，是基于空气动力学原理的一种喷涂技术，与其他喷涂技术相比，冷气动力喷涂具有涂层组织致密，孔隙率低，颗粒不易发生氧化、相变、脱碳和组织变化等优点。根据使用压缩气体的压力可以将冷气动力喷涂分为高压冷气动力喷涂(大于15个大气压)与低压冷气动力喷涂(小于10个大气压)。高压冷气动力喷涂与低压冷气动力喷涂相比，其制备过程具有：气体压力大，粉末沉积形成涂层的效果好、能力强，可以制备任意厚度的涂层的优点。但因为高压冷气动力喷涂对高压的需求，造成高压冷气动力喷涂设备昂贵、喷涂工装投资大、涂层制备成本高。相比之下，低压冷气动力喷涂设备小、造价低，涂层制备成本低；因此低压冷气动力喷涂技术在商业的竞争能力与发展前景中具有很大的空间。

冷喷涂技术作为一种新型的涂层制备技术，通过喷涂成形可以直接在受损部件表面进行修复。利用冷喷涂技术对受损部件进行修复具有以下优点：(1)喷涂粉末根据需要可调，修复部分与母材相容性好，可与母材同时进行后续表面处理及热处理；(2)沉积效率高，可用来修复较大面积和次表面的损伤，恢复零部件的几何性能；(3)喷涂涂层组织致密，可以保证良好的导电、导热性能，与母材间热应力小；(4)喷涂温度通常低于400℃，对母材几乎无热影响，可对温度敏感材料进行修复；(5)便携式喷涂设备可进行现场作业，工作气源为压缩空气，成本低且无污染。

埋弧焊导电嘴是埋弧焊焊接过程的一个重要部件，如图1a所示，在使用过程中，焊丝通过导电嘴与母材连接，在送丝导轨的作用下，焊丝连续不断通过导电嘴与母材在高温下发生反应，因此，在长期的高温摩擦下，导电嘴容易发生破损，如图1b所示。

在目前的埋弧焊工作领域，并没有较好的导电嘴修复技术。通常情况下，导电嘴出现磨损之后，现有的处理方法是更换新的导电嘴。造成这个现象的原因主要是，没有适合的修复技术和材料。如果使用与导电嘴相同的材料来修复，修复后的导电嘴耐磨性能差，不如加工态铜块材料加工出来的导电嘴使用性能好。如果使用目前流行的3D打印技术来修复导电嘴，设备与人工成本太高，修复导电嘴的成本比新导电嘴的价格还要高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于低压冷喷涂技术修复埋弧焊导电嘴的方法，通过自制的粉末实现了埋弧焊导电嘴的磨损部位的修复，在恢复导电嘴使用功能的同时，节约了成本，提高了埋弧焊导电嘴的耐磨性，并延长了其使用寿命。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于低压冷喷涂技术修复埋弧焊导电嘴的方法，包括如下步骤：

S1、喷涂前对受损的埋弧焊导电嘴进行喷砂处理，清除导电嘴表面的氧化皮；

S2、采用自制的粉末材料对经喷砂处理后的受损埋弧焊喷嘴进行全方位的冷喷涂修复处理；喷涂参数为：冷喷涂工作气体为压缩空气，载气温度为450-500℃，载气压力为0.6-0.8MPa，喷涂距离为10-20mm，喷涂速度为0.4-0.6m/s；

S3、将修复后的埋弧焊导电嘴放入热处理炉中热处理2h后，随炉冷却，取出，即得修复好的导电嘴，其中，所述热处理的温度为500℃。

进一步地，所述自制的粉末材料由以下质量百分比的原料制备而成：

高铝青铜粉50％-60％，纯铜粉25％-30％，Al₂O₃粉15％-20％，各组分的质量百分比之和100％。所述高铝青铜粉与纯铜粉的粒度范围均为10-40μm，Al₂O₃粉的粒度范围为20-60μm；其中，高铝青铜粉是由雾化法制备，其形状为类似球形的颗粒；纯铜粉是由电解法制备，其形状为树枝状颗粒；Al₂O₃粉是形状为多边形的α相Al₂O₃粉。所述高铝青铜粉为铝含量为12-14％的青铜合金制成的粉末。

本发明具有以下有益效果：

本发明的粉末材料具有与导电嘴本体的结合强度好、耐磨性能好的特点；由于冷喷涂增材制造技术特点与修复使用的粉体材料的特点，导致冷喷涂修复埋弧焊导电嘴使用的粉体材料可制得超厚增材修复部分(厚度≥10mm)，所以对损伤较大的埋弧焊导电嘴进行修复是可以实现的。并且因为修复使用的材料中含有耐磨性能好的高铝青铜，增材修复部分的性能在一定程度上优于修复埋弧焊导电嘴本体的性能。

本发明的粉末材料具有以下优势：(1)高铝青铜材料导致其具有优良的耐磨性能(2)纯铜粉导致其具有优良的导电性能，(3)Al₂O₃可提高修复部分内部及其与修复埋弧焊导电嘴本体结合处的结合强度。

本发明首先采用低压冷喷涂技术修复埋弧焊导电嘴，由于喷涂温度低，低压冷喷涂修复使用的粉末颗粒产生剧烈的塑性形变而沉积，未发生氧化、相变等，对修复埋弧焊导电嘴本体的热影响很小。后续的热处理环节，使得低压冷喷涂修复部分与埋弧焊导电嘴本体结合处发生一定的烧结效应，从而进一步提高低压冷喷涂修复部分与修复埋弧焊导电嘴本体之间的结合强度和其导电性能。

附图说明

图1为低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末修复导电嘴截面示意图；

图中：(a)标准导电嘴；(b)受损导电嘴；(c)修复前；(d)修复后。

图2为低压冷气动力喷涂用高铝青铜基粉末微观形貌图。

图3为低压冷喷涂用高铝青铜粉修复埋弧焊导电嘴实物图；

图中：(a)标准导电嘴；(b)受损导电嘴；(c)修补后导电嘴。

图4为低压冷喷涂用高铝青铜粉修复埋弧焊导电嘴实物图；

图中：(a)修复前；(b)修复后。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供了一种基于低压冷喷涂技术修复埋弧焊导电嘴的方法，包括如下步骤：

S1、喷涂前对受损的埋弧焊导电嘴进行喷砂处理；

S2、采用自制的粉末材料对经喷砂处理后的受损埋弧焊喷嘴进行全方位的冷喷涂修复处理；喷涂参数为：冷喷涂工作气体为压缩空气，载气温度为450-500℃，载气压力为0.6-0.8MPa，喷涂距离为10-20mm，喷涂速度为0.4-0.6m/s；所述自制的粉末材料由以下质量百分比的原料制备而成：高铝青铜粉50％-60％，纯铜粉25％-30％，Al₂O₃粉15％-20％，各组分的质量百分比之和100％。所述高铝青铜粉与纯铜粉的粒度范围均为10-40μm，Al₂O₃粉的粒度范围为20-60μm；其中，高铝青铜粉是由雾化法制备，其形状为类似球形的颗粒；纯铜粉是由电解法制备，其形状为树枝状颗粒；Al₂O₃粉是形状为多边形的α相Al₂O₃粉。所述高铝青铜粉为铝含量为12-14％的青铜合金制成的粉末。

S3、将修复后的埋弧焊导电嘴放入热处理炉中，500℃热处理2h后，随炉冷却，取出，即得修复好的导电嘴。如图1c所示为修复示意图，修复过程中冷喷涂枪管(上端小圆柱体)可全方位进行移动，以此保证损坏部位均能得到修补，采用热处理及加工技术对修复后的导电嘴进行处理，以达到使用要求尺寸，如图1d所示，黑色虚线内为修补层。

在修复过程中，使用的修复材料中的高铝青铜粉是形状为类似球形的雾化粉。这种形状的高绿青铜粉末颗粒，在低压冷喷涂的气流中能获得较大的飞行速度，让高铝青铜粉末颗粒具有更高的动能、更容易沉积在埋弧焊导电嘴的待修复表面。此外较大的动能，让高铝青铜粉末颗粒在沉积过程中对已沉积部分具有较好的夯实效果。这是选择球状和类球状高铝青铜粉体材料为原料的原因。

使用的修复材料中的铜粉是形状为类似树枝状的电解铜粉，与球形的铜粉相比，类似树枝状的铜粉颗粒所制备的涂层具有较低的孔隙度，而且粘结强度也高于球形铜粉制备涂层。此外，在使用的修复材料中有一定含量的纯铜，可以保障修复后埋弧焊导电嘴的导电性能。

使用的修复材料中的α相Al₂O₃粉末是多边形的颗粒。多边形的α相Al₂O₃粉末颗粒由于其形状，在喷涂过程中，可以使粉末颗粒沉积界面保持较大的粗糙度，这可以使高铝青铜和纯铜粉体颗粒与沉积表面产生良好的机械结合，提高修复部分沉积的厚度。同时，多边形的α相Al₂O₃粉末颗粒由于其硬度大于高铝青铜与纯铜粉体颗粒，在低压冷气动力喷涂过程中，可以促进高铝青铜和纯铜粉体颗粒的塑性变形，减少修复部位中的孔隙，提高修复部位内部的结合强度。

在500℃的条件下进行热处理，能充分消除修复部位内部的应力；消除修复部分内部金属粉末颗粒之间的界面，使金属粉末颗粒之间形成冶金结合；提高修复部位内部的结合强度和导电性能。

图3是采用本发明提供的方法和材料修复得到的埋弧焊导电嘴与标准导电嘴的对比图，图3(a)为标准导电嘴，焊丝由中间的孔洞窜出，导致导电嘴磨损；采用机加工方法将磨损部位切除，如图3(b)所示，这相当于对导电嘴进行了一个扩口加工。采用低压冷喷涂技术，以本发明提供的喷涂粉末对受损的导电嘴进行修补，对修补后的导电嘴进行热处理，随后进行简单的打磨处理，直至与原导电嘴尺寸及表面光洁度相接近为止，如图3(c)所示。可以看出，修复后的导电嘴其修复部分与导电嘴本体结合良好，修复部分表面光亮、平整，未出现脱落、裂缝等缺陷。

图4是使用平切的方法对导电嘴磨损部位切割后修复的样品图。图4(a)中，右侧为标准导电嘴，左侧为受损导电嘴；采用线切割将磨损导电嘴的磨损部分切除，如图4(a)中左侧所示，通过线切割切掉了整个导电嘴的上层，使得整体高度降低。采用低压冷喷涂技术，以本发明提供的喷涂粉末对受损的导电嘴进行修补，对修补后的导电嘴进行热处理，随后进行简单的打磨处理，直至与原导电嘴尺寸及表面光洁度相接近为止，如图4(b)右侧所示。可以看出，修复后的导电嘴其修复部分与导电嘴本体结合良好，修复部分表面光亮、平整，未出现脱落、裂缝等缺陷。

以此可见，无论何种程度受损的导电嘴，采用本发明提供的材料与方法均可以进行修复。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims

1.一种基于低压冷喷涂技术修复埋弧焊导电嘴的方法，其特征在于：包括如下步骤：

S2、采用自制的粉末材料对经喷砂处理后的受损埋弧焊喷嘴进行全方位的冷喷涂修复处理；喷涂参数为：冷喷涂工作气体为压缩空气，载气温度为450-500℃，载气压力为0.6-0.8MPa，喷涂距离为10-20mm，喷涂速度为0.4-0.6m/s；所述自制的粉末材料由以下质量百分比的原料制备而成：高铝青铜粉50％-60％，纯铜粉25％-30％，Al₂O₃粉15％-20％，各组分的质量百分比之和100％；

S3、将修复后的埋弧焊导电嘴放入热处理炉中热处理2h后，随炉冷却，取出，即得修复好的导电嘴；所述热处理的温度为500℃。

2.如权利要求1所述的一种基于低压冷喷涂技术修复埋弧焊导电嘴的方法，其特征在于：所述高铝青铜粉与纯铜粉的粒度范围均为10-40μm，Al₂O₃粉的粒度范围为20-60μm；其中，高铝青铜粉是由雾化法制备，其形状为类似球形的颗粒；纯铜粉是由电解法制备，其形状为树枝状颗粒；Al₂O₃粉是形状为多边形的α相Al₂O₃粉。

3.如权利要求1所述的一种基于低压冷喷涂技术修复埋弧焊导电嘴的方法，其特征在于：所述高铝青铜粉为铝含量为12-14％的青铜合金制成的粉末。