CN111621782A - 高频感应加热后送粉往复成形-重熔制备防护涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高频感应加热后送粉往复成形‑重熔制备防护涂层的方法：转动并移动的管道进入高频线圈被加热烧红后，在线圈刚出来仍处于红热状态下采用送粉器送粉，粉末喷到管表面后附着在管外壁表面使涂层实现过渡熔覆成形；然后，使管道反向移动重新进入高频线圈加热，完成重熔，形成防护涂层。本发明的方法可用于制备垃圾焚烧发电锅炉管的防护涂层。本发明的方法仅用一套高频感应系统，通过锅炉管相对于高频线圈的往复移动完成涂层的成形和重熔，降低了生产成本，所得涂层孔隙率低，结合强度大，性价比高，有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种高频感应加热后送粉往复成形-重熔制备防护涂层的方法，属于金属材料表面涂层技术领域。
背景技术
随着国家发展新能源战略的加快实施，国内垃圾焚烧发电产业近年发展迅速。目前制约垃圾焚烧发电的技术发展的瓶颈问题是：锅炉四管由于高温腐蚀严重，服役寿命很短，爆管现象频发，给企业造成很大的经济和安全生产压力。
一直以来，国内外普遍采用表面涂层进行防护，用得较多的是堆焊技术。虽然堆焊技术目前应用较广泛，也取得了较好的防护效果，但近年来因其稀释率较高、成本高、效率低等问题越来越突出，正在受到其它方法的挑战。热喷涂技术尽管发源较早，但涂层的孔隙率和结合强度比起堆焊仍有差距，防护寿命偏短。采用激光、等离子、电弧熔覆技术，即预先涂敷于基体表面的涂层再进行熔覆的方法也有应用，但由于其粘接剂在熔覆时挥发难免出现气孔，难以抵御腐蚀气体的进入而应用前景受限。
近年来重熔技术发展迅速，但在具体实施中，还应根据各种重熔工艺的不同特点和适用范围选择合适的方法。对垃圾焚烧锅炉水冷壁涂层制备而言，在激光重熔、高频感应重熔、火焰重熔、整体加热重熔、电子束重熔、等离子重熔和钨极氩弧重熔等多种重熔技术中，高频感应重熔在改善热喷涂层的组织和提高性能方面展现出了较大的发展潜力。
近年来江苏科环公司异军突起，在国内率先采用火焰喷涂自熔合金+高频感应重熔的复合方法在管排表面制备涂层(相关照片如图1所示)，性能明显优于堆焊，在国内影响越来越大。但该技术还有发展的空间，如有待向涂层制备质量更加稳定、工艺简单、操作简便、性价比更高的方向发展。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种高频感应加热后送粉往复成形-重熔制备防护涂层的方法，可用于制备垃圾焚烧发电锅炉管的防护涂层。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高频感应加热后送粉往复成形-重熔制备防护涂层的方法，利用高频感应重熔装置制备防护涂层，包括以下步骤：转动并移动的管道进入高频线圈被加热烧红后，在线圈刚出来仍处于红热状态下，采用送粉器送粉，粉末喷到管表面后附着在管外壁表面使涂层实现过渡熔覆成形；过渡熔覆成形后，使管道反向移动重新进入高频线圈加热，完成重熔，形成防护涂层。
进一步地，所述管道选自锅炉管，比如垃圾焚烧发电锅炉管。
所述管道的材质选自12Cr1MoVG、15CrMoG、1Cr5Mo、20G等合金结构钢材质中的任意一种。
进一步地，所述高频线圈中高频感应熔覆的工艺参数为：电源频率7～15KHZ，加热功率150～400KW，加热启动时间4～8秒。
进一步地，所述管道的移动速度为1.5～3.5mm/秒。
进一步地，所述粉选自镍基自熔合金，为现有技术中已有的产品，含有镍、铬、钼、铁、铜、硅和硼；具体地，其组分组成为：Ni 60％～70％，Cr 17％～18％，Mo 11％～13％，Cu1.7％～2％，B 1.7％～2％，Si 2.5％～3％，Fe 3％～5％(按重量百分数计)；熔点约1050℃。
进一步地，所述防护涂层的厚度为0.5mm。
本发明是在现有的火焰喷涂自熔合金+高频感应重熔技术的基础上，进行工艺改造实现的。本发明核心是：将原火焰喷涂使涂层成形改为：转动并移动的锅炉管进入高频线圈被加热烧红后，在线圈刚出来仍处于红热状态下，紧接着采用送粉器送粉(称为“高频感应加热后送粉”)，粉末被送粉器中的高压氮气喷到高温的锅炉管表面后，附着在管外壁表面使涂层实现过渡熔覆成形；最后锅炉管反向移动完成重熔。
本发明的方法仅用一套高频感应系统，通过锅炉管相对于高频线圈的往复移动完成涂层的成形和重熔，在涂层质量不降低的前提下，不仅不用专门设置火焰喷涂生产线，而且省去了原来火焰喷涂大量消耗的氧、乙炔气费用，虽然增加了送粉器的有限开销，但相比之下，总体生产成本仍然下降很多，涂层制备的性价比明显提高。
本发明的方法可用于制备垃圾焚烧发电锅炉管的防护涂层，涂层孔隙率低，结合强度大，有较好的应用前景。
本发明所引述的所有文献，它们的全部内容通过引用并入本文，并且如果这些文献所表达的含义与本发明不一致时，以本发明的表述为准。此外，本发明使用的各种术语和短语具有本领域技术人员公知的一般含义。
附图说明
图1：高频感应重熔水冷壁管排相片。
图2：高频感应加热后送粉成形-重熔装置示意图。
图3：锅炉管高频熔覆实验原理图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。然而，本发明的范围并不限于下述实施例。本领域的专业人员能够理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行各种变化和修饰。
下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
实施例1利用高频感应加热后送粉往复成形-重熔制备锅炉管防护涂层
锅炉过热器、再热器管材料一般为12Cr1MoVG、15CrMoG、1Cr5Mo及20G等合金结构钢材质，本发明所用为12Cr1MoVG，规格为Φ60mm×10mm，涂层材料采用镍基自熔合金(其组分组成为：Ni 61％，Cr 17％，Mo 12％，Cu 1.8％，B 1.7％，Si 2.5％，Fe 4％)，熔点约1050℃。
本发明使用的装置为现有技术中的高频感应重熔装置，并在高频线圈出口端固定安装一个送粉器，可实现高频加热后送粉，如图2所示。管两头用同步夹盘固定驱动转动，装夹芯轴伸出端，以满足管壁涂层沿全长制备。管同时可沿下方的传送带向前移动，高频感应线圈位置相对固定，开始时位于管右端头部。
操作步骤如下：
(1)自动喷砂机对管壁外表面进行喷砂粗化处理；
(2)将锅炉管两头装卡好后，让管转动起来；
(3)启动感应加热电源，确定高频感应熔覆的工艺参数：电源频率7～15KHZ，加热功率150～400KW，加热启动时间4～8秒；
(4)传动链开启，带动管向右做进给运动，管移动速度1.5～3.5mm/秒；
(5)当锅炉管进入高频线圈被加热烧红(约1100℃)后从线圈右端出来，刚出来仍处于红热状态(约900℃)，随即距离高频感应线圈右端200～800mm的送粉器开始同步送粉，镍基自熔合金粉被高压氮气喷到锅炉管表面(送粉器出口与管壁表面的距离70～180mm)后，被加热附着在锅炉管表面，实现涂层的过渡熔覆成形；
(6)锅炉管继续移动直至完成全管外壁表面的高频感应过渡熔覆层成形，送粉器暂时关停；
(7)锅炉管反向(向左)移动，移动速度仍为1.5～3.5mm/秒；当管从右边进入高频线圈被加热后，从线圈左端出来完成高频重熔；
(8)锅炉管继续移动直到全管重熔完成，管壁涂层厚度约0.5mm；
(9)对重熔过程中的热变形进行矫正；
(10)对涂层质量综合测试；可以根据肉眼观察结果直接判断，当重熔完成即可看到涂层表面由原来的表面粗糙不平和呈暗灰色转变为表面光滑呈镜面特征，说明孔隙率极低和结合强度较高(半冶金结合)。
现有技术中，文献[1](基于同步送粉法的锅炉管高频感应熔覆组织性能,王云山，胡鹏，雷剑波，岑虎，顾振杰,天津工业大学学报,Vol.34,No.1,2015.2)做过对比试验，一个是锅炉管从高频线圈加热出来后，同步送粉NiCrSiB熔覆成形涂层，另一个是提前用水玻璃作为粘结剂直接将合金粉末NiCrSiB常温冷涂在管表面，厚度约为0.5mm，再经过高频线圈熔覆，试验结果表示前者的结合强度优于后者。实验原理见图3。
文献[1]与本发明的不同在于：前者用的NiCrSiB材料熔点与线圈后温度900℃很接近，靠高频感应就能一次完成涂层成形和熔覆。虽然经测试涂层结合强度尚可，而孔隙率则很难控制，这是因为冷预置法得到的熔覆层由于有粘结剂与夹渣，在熔覆高温作用下向外排出极易出现气孔，该方法用于耐磨涂层没问题。而本发明是针对防腐涂层，必须要保证涂层极低的孔隙率。镍基自熔合金涂层材料配方的熔点约1050℃，从高频线圈出来后约900℃显然无法完成熔覆，从微观机理而言其中大部分材料发生了初熔，即大部分晶体的晶核刚形成但还未开始生长，另外少部分要么还未完全熔化，要么晶体已开始生长，总体可以称之为过渡熔覆。所以完成熔覆必须要依靠第二步工艺，即锅炉管返回时涂层从高频线圈中间通过被加热到熔点之上才能完成，这一步既可以称为完全熔覆也可以称为重熔，总之这样形成的涂层才能保证孔隙率最低，结合强度最大。
给本领域技术人员提供上述实施例，以完全公开和描述如何实施和使用所主张的实施方案，而不是用于限制本文公开的范围。对于本领域技术人员而言显而易见的修饰将在所附权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种高频感应加热后送粉往复成形-重熔制备防护涂层的方法，其特征在于：转动并移动的管道进入高频线圈被加热烧红后，在线圈刚出来仍处于红热状态下送粉，粉末喷到管表面后附着在管外壁表面使涂层实现过渡熔覆成形；然后，使管道反向移动重新进入高频线圈加热，完成重熔，形成防护涂层。
2.根据权利要求1所述的高频感应加热后送粉往复成形-重熔制备防护涂层的方法，其特征在于：所述管道选自锅炉管。
3.根据权利要求2所述的高频感应加热后送粉往复成形-重熔制备防护涂层的方法，其特征在于：所述锅炉管为垃圾焚烧发电锅炉管。
4.根据权利要求1或2或3所述的高频感应加热后送粉往复成形-重熔制备防护涂层的方法，其特征在于：所述管道的材质选自12Cr1MoVG、15CrMoG、1Cr5Mo、20G等合金结构钢材质中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的高频感应加热后送粉往复成形-重熔制备防护涂层的方法，其特征在于：所用装置为高频感应重熔装置，并在高频感应重熔装置的高频线圈出口端固定安装送粉器。
6.根据权利要求1所述的高频感应加热后送粉往复成形-重熔制备防护涂层的方法，其特征在于：所述高频线圈中高频感应熔覆的工艺参数为：电源频率7～15KHZ，加热功率150～400KW，加热启动时间4～8秒。
7.根据权利要求1所述的高频感应加热后送粉往复成形-重熔制备防护涂层的方法，其特征在于：所述管道的移动速度为1.5～3.5mm/秒。
8.根据权利要求1所述的高频感应加热后送粉往复成形-重熔制备防护涂层的方法，其特征在于：所述粉选自镍基自熔合金。
9.根据权利要求1或8所述的高频感应加热后送粉往复成形-重熔制备防护涂层的方法，其特征在于：所述镍基自熔合金的组分组成为：Ni 60％～70％，Cr 17％～18％，Mo11％～13％，Cu 1.7％～2％，B 1.7％～2％，Si 2.5％～3％，Fe3％～5％。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的高频感应加热后送粉往复成形-重熔制备防护涂层的方法，其特征在于：步骤如下：
(1)自动喷砂机对管壁外表面进行喷砂粗化处理；
(2)将管两头装卡好后，让管转动起来；
(3)启动感应加热电源，确定高频感应熔覆的工艺参数：电源频率7～15KHZ，加热功率150～400KW，加热启动时间4～8秒；
(4)传动链开启，带动管向右做进给运动，管移动速度1.5～3.5mm/秒；
(5)当管进入高频线圈被加热烧红后从线圈右端出来，刚出来仍处于红热状态，随即送粉器开始同步送粉，镍基自熔合金粉被喷到管表面后，被加热附着在管表面，实现涂层的过渡熔覆成形；
(6)管继续移动直至完成全管外壁表面的高频感应过渡熔覆层成形，关停送粉器；
(7)管反向移动，当管再次进入高频线圈被加热后，从线圈左端出来完成高频重熔；
(8)管继续移动直到全管重熔完成；
(9)对重熔过程中的热变形进行矫正。
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