CN1593782A - 一体化双头电弧喷涂设备及喷涂方法 - Google Patents

Abstract

一体化双头电弧喷涂设备及喷涂方法，它涉及一种电弧喷涂设备及喷涂工艺。本发明送丝盘(4)设在送丝机构(5)上，喷涂电源(2)与控制柜(11)之间由一号控制线(3)和一号输出电缆(12)相连接，控制柜(11)与双头喷枪(7)之间由二号空气压缩管(10)相连接，送丝机构(5)与双头喷枪(7)之间由电缆及导丝管(6)相连接。喷涂用压缩空气的压力为0.6～0.8MPa。喷涂电压为20～35V。喷涂电流为50～300A。本发明减少了换料、调节工艺参数等喷涂工序，节省了喷涂时间，提高了喷涂效率。可以同时进行制作不同材质、性能各异的嵌镶式分层涂层，如基体厚层为Ni₃Al，嵌镶薄层为WC。具有喷涂工序少、喷涂生产效率高、节省能源和资源等突出的优点。本发明的喷涂方法具有简便易操作的优点。

Description

一体化双头电弧喷涂设备及喷涂方法

技术领域：

本发明涉及一种电弧喷涂设备及喷涂工艺。

背景技术：

电弧喷涂是将两根作为电极的丝材经短路熔化，通过压缩空气将熔化金属雾化并以高速喷射到工件表面形成涂层。电弧喷涂与其他喷涂技术相比，具有明显的优点：①涂层能达到高强度和优异的涂层性能。可以不提高工件温度，不使用贵重打底材料的条件下，获得高的结合强度。喷涂铝青铜时，呈现涂层的自粘接性，使结合强度进一步提高，结合强度可达到30MPa，一般是火焰喷涂层结合强度的2.5倍。②喷涂效率高，即单位时间内喷涂金属的重量大。③喷涂节能效果十分突出，能源利用率显著高于其它方法。④喷涂经济效益好，由于能源利用率高，电能费用比气体价格低，而且设备投资较少，所以是一种综合性能较佳的工艺方法。⑤喷涂只使用电和压缩空气，不使用燃烧气体、安全性高。⑥可用两种不同材质的金属丝材喷涂，涂层可获得这两种材质的综合性能。但对于喷涂较厚的涂层或喷涂梯度涂层，以及涂层要求性能不一、材料各异的涂层还不能适应，需要多次喷涂或每次换料重新调节规范参数，才能保证涂层的质量和达到涂层性能的要求，这样不仅喷涂工序烦琐，而且浪费资源和能源，喷涂效率也非常低。

发明内容：

本发明的目的是提供一种一体化双头电弧喷涂设备及喷涂方法，喷涂设备具有能够同时喷涂两种涂层材料，喷涂效率高，节省资源和能源，一体化多功能，满足厚涂层及多功能梯度涂层一次喷涂成形的特点；喷涂工艺具有简便易操作的特点。本发明的一体化双头电弧喷涂设备由空气压缩机1、喷涂电源2、一号控制线3、送丝盘4、送丝机构5、电缆及导丝管6、双头喷枪7、二号输出电缆8、二号控制线9、二号空气压缩管10、控制柜11、一号输出电缆12、一号空气压缩管13组成；送丝机构5固定在控制柜11的上端，送丝盘4设在送丝机构5上，送丝机构5与控制柜11之间由二号输出电缆8和二号控制线9相连接，喷涂电源2与控制柜11之间由一号控制线3和一号输出电缆12相连接，空气压缩机1与控制柜11之间由一号空气压缩管13相连接，控制柜11与双头喷枪7之间由二号空气压缩管10相连接，送丝机构5与双头喷枪7之间由电缆及导丝管6相连接。本发明的喷涂方法其步骤为：首先将被喷涂工件的表面清洗干净去掉油污，用机床加工或砂轮打磨掉表面的缺陷及疲劳层，然后用喷砂机对工件表面进行粗化处理，选择喷涂所需的金属实芯或药芯丝材，丝材的直径为1～3mm，预调好雾化压缩空气压力和流量，喷涂电压，喷涂电流即送丝速度，调好喷涂角度，喷嘴与工件的距离，喷涂速度，把被喷涂工件装卡在转台或专用夹具上，即可喷涂。所述喷涂用压缩空气的压力为0.6～0.8MPa。所述喷涂电压为20～35V。所述喷涂电流为50～300A。所述喷涂角度为70～90°。所述喷嘴与工件的距离为100～200mm。所述喷涂速度为0.3～1.8m/min。本发明的一体化双头电弧喷涂设备适应范围广，只要能进行电弧喷涂的工件都可以进行喷涂。凡是能适用于电弧喷涂的丝材都能进行喷涂，能喷涂实芯或药芯丝材。对于较厚涂层的制备，可以一次喷涂成形。由于喷涂效率高，非常适合于大面积涂层的制备，比常规电弧喷涂的效率提高2倍。可一次实现双金属(如一层Al和一层Cu)梯度涂层或多功能涂层的涂层制备，从而减少了换料、调节工艺参数等喷涂工序，节省了喷涂时间，提高了喷涂效率。可以同时进行制作不同材质、性能各异的嵌镶式分层涂层，如基体厚层为Ni3Al，嵌镶薄层为WC。具有喷涂工序少、喷涂生产效率高、节省能源和资源等突出的优点。本发明的喷涂方法具有简便易操作的优点。

附图说明：

图1是本发明一体化双头电弧喷涂设备的整体结构示意图，图2是送丝机构5的结构示意图，图3是双头喷枪7的结构示意图，图4是图2的B-B剖视图，图5是图3的A向视图，图6是图3的C向视图，图7是双金属多层涂层的结构示意图，图8是软夹硬双金属涂层的结构示意图。

具体实施方式：

具体实施方式一：(参见图1-图6)本实施方式的一体化双头电弧喷涂设备由空气压缩机1、喷涂电源2、一号控制线3、送丝盘4、送丝机构5、电缆及导丝管6、双头喷枪7、二号输出电缆8、二号控制线9、二号空气压缩管10、控制柜11、一号输出电缆12、一号空气压缩管13组成；送丝机构5固定在控制柜11的上端，送丝盘4设在送丝机构5上，送丝机构5与控制柜11之间由二号输出电缆8和二号控制线9相连接，喷涂电源2与控制柜11之间由一号控制线3和一号输出电缆12相连接，空气压缩机1与控制柜11之间由一号空气压缩管13相连接，控制柜11与双头喷枪7之间由二号空气压缩管10相连接，送丝机构5与双头喷枪7之间由电缆及导丝管6相连接。送丝机构5由两个调速电机5-1、八个主动轮5-2、两个变速箱5-3、机体罩5-4、主动轮固定架5-5、压紧弹簧5-6、被动轮压杆5-7、压紧调节螺母5-8、导丝管接头5-9、导丝管兼电缆接头5-10、被动轮固定架5-11、八个被动轮5-12组成，两个调速电机5-1平行固定在机体罩5-4内的下部，两个变速箱5-3与两个调速电机5-1相连接，主动轮固定架5-5固定在机体罩5-4内变速箱5-3的两侧，每个主动轮固定架5-5上设有两个主动轮5-2，被动轮压杆5-7的下部固定在主动轮固定架5-5的两侧，被动轮固定架5-11设在被动轮压杆5-7上，每个被动轮固定架5-11上设有两个被动轮5-12，每个被动轮5-12分别与一个主动轮5-2上下对应，压紧弹簧5-6设在被动轮压杆5-7的上部，压紧调节螺母5-8设在压紧弹簧5-6上端的被动轮压杆5-7上，导丝管接头5-9固定在机体罩5-4的一侧，导丝管兼电缆接头5-10固定在机体罩5-4的另一侧，导丝管接头5-9和导丝管兼电缆接头5-10同在一条轴线5-13上，主动轮5-2和被动轮5-12的切点与轴线5-13平齐。双头喷枪7由绝缘喷枪体7-1、压缩空气罩7-2、四个导电嘴7-3、四个导丝管7-4、枪把7-5、两个压缩空气通道7-6组成，枪把7-5固定在绝缘喷枪体7-1的下部，压缩空气罩7-2固定在绝缘喷枪体7-1前开口处，两个压缩空气通道7-6平行地固定在绝缘喷枪体7-1内的中部，两个导丝管7-4固定在压缩空气通道7-6上侧的绝缘喷枪体7-1内，两个导丝管7-4固定在压缩空气通道7-6下侧的绝缘喷枪体7-1内，每个导丝管7-4的前端连接固定有导电嘴7-3，同侧的上下两个导电嘴7-3呈50～60度角设置，导电嘴7-3的出口与压缩空气罩7-2上的喷口7-7相对应。本实施方式的喷涂方法其步骤为：首先将被喷涂工件的表面清洗干净去掉油污，用机床加工或砂轮打磨掉表面的缺陷及疲劳层，然后用喷砂机对工件表面进行粗化处理，选择喷涂所需的金属实芯或药芯丝材，丝材的直径为1～3mm，预调好雾化压缩空气压力和流量，喷涂电压，喷涂电流即送丝速度，调好喷涂角度，喷嘴与工件的距离，喷涂速度，把被喷涂工件装卡在转台或专用夹具上，即可喷涂。所述喷涂用压缩空气的压力为0.6～0.8MPa。所述喷涂电压为20～35V。所述喷涂电流为50～300A。所述喷涂角度为70～90°。所述喷嘴与工件的距离为100～200mm。所述喷涂速度为0.3～1.8m/min。

具体实施方式二：本实施方式是电站设备上某配件表面抗疲劳高耐磨喷涂涂层的制备。

1.条件：该配件材料为黄铜构件，在300℃条件下使用，使用过程中有轻微的磨檫震动，要求涂层具有一定的抗疲劳和抗磨的性能，保证涂层在使用过程中不能有起层、掉块等影响使用性能的任何缺陷。所喷涂部位为矩形平面，涂层面积宽50mm，长100mm，磨削加工后的涂层总厚度为2mm。

2.涂层的设计：根据配件的使用条件、涂层的尺寸形状和对涂层的质量要求，选择软层夹硬层的多层双金属涂层结构。考虑到工作温度、涂层的结合强度和抗疲劳性能，底层和夹层材料选用Ni₅Al喷涂实芯丝材，考虑到耐磨损性能，中间强化层和表面工作层材料选用WC喷涂药芯丝材。考虑到喷涂工艺、喷涂效率和涂层质量，喷涂丝的规格尺寸全部选用Φ2mm。考虑到涂层的整体耐磨性和综合性能，Ni₅Al底层和夹层的厚度要薄些，WC中间强化层和表面工作层的厚度要厚些。考虑到磨削加工余量，喷涂后的涂层总厚度应≥2.3mm，(参见图5)。

3.喷涂工艺：采用本发明的喷涂方法，通过手工操作喷涂方式作业。

3.1对配件表面净化和粗化：由于是无污染的新产品，不需要净化处理，对喷涂部位用喷砂机进行表面粗化处理。

3.2连接设备：将喷涂电源、送丝装置、空气压缩机、喷枪进行连接，(参见图1)将四根两种材质的喷涂丝装入送丝机并分别送入喷枪内，两根同种材质的丝为一组。

3.3工艺参数的调节：预调好雾化压缩空气压力和流量，喷涂电压，喷涂电流(即送丝速度)。该工艺参数的调节与喷涂丝材的材质种类、喷涂丝材的规格直径大小有关，材质和直径的大小不同，所对应的参数也不同，这些工艺参数的确定和常规电弧喷涂完全一样。两组压缩空气的压力均为0.8MPa；压缩空气的气体流量大小以喷涂焰流的雾化效果而定，流量太大或太小，喷涂电弧焰流均会发散而不集中，分别调到各组的喷涂电弧焰流直径最小的状态为最佳；喷涂电压、电流的大小对喷涂材料熔化的速度有关，根据涂层的设计要求，希望Ni₅Al实芯丝材组的喷涂电压、电流偏低些，所以Ni₅Al实芯丝材组的喷涂电压为28V，喷涂电流为100A，WC药芯丝材组的喷涂电压为30V，喷涂电流为120A。

4.喷涂：把被喷涂工件装卡在工作台上，一切准备工作就绪后，打开压缩空气阀，启动喷涂电源，即可开机喷涂。

5.涂层的制备：采用本发明的喷涂方法，通过手工操作喷涂方式进行涂层的制备。在涂层的制备过程中，掌握好喷涂角度、枪嘴与工件的距离、喷涂速度等工艺参数，才能保证涂层的质量。喷涂角度为垂直喷涂面90°，枪嘴与工件的距离120mm，喷涂速度0.3m/min。通过三次重复喷涂，涂层厚度达到1.8mm，此时关闭Ni₅Al实芯丝材组的喷涂电源，单独进行WC药芯丝材组的喷涂，该目的是加厚表面工作涂层的厚度(参见图8)。

6.涂层检验：通过检查，没有发现涂层有起裂、掉块、鼓包的缺陷，涂层表面平整，涂层最小的厚度为2.3mm。

7.涂层表面的加工：选用碳化硅砂轮，采用平磨机床对涂层进行粗磨，然后选用金刚石砂轮对涂层进行精磨。磨削后的涂层未发现任何缺陷。

8.质量与成本：喷涂后的配件经使用考核，其寿命比黄铜构件提高10倍以上。喷涂所需成本在黄铜构件的基础上提高了1/10左右。

Claims (5)

1、一体化双头电弧喷涂设备，它由空气压缩机(1)、喷涂电源(2)、一号控制线(3)、送丝盘(4)、送丝机构(5)、电缆及导丝管(6)、双头喷枪(7)、二号输出电缆(8)、二号控制线(9)、二号空气压缩管(10)、控制柜(11)、一号输出电缆(12)、一号空气压缩管(13)组成；其特征在于送丝机构(5)固定在控制柜(11)的上端，送丝盘(4)设在送丝机构(5)上，送丝机构(5)与控制柜(11)之间由二号输出电缆(8)和二号控制线(9)相连接，喷涂电源(2)与控制柜(11)之间由一号控制线(3)和一号输出电缆(12)相连接，空气压缩机(1)与控制柜(11)之间由一号空气压缩管(13)相连接，控制柜(11)与双头喷枪(7)之间由二号空气压缩管(10)相连接，送丝机构(5)与双头喷枪(7)之间由电缆及导丝管(6)相连接。

2、根据权利要求1所述的一体化双头电弧喷涂设备，其特征在于送丝机构(5)由两个调速电机(5-1)、八个主动轮(5-2)、两个变速箱(5-3)、机体罩(5-4)、主动轮固定架(5-5)、压紧弹簧(5-6)、被动轮压杆(5-7)、压紧调节螺母(5-8)、导丝管接头(5-9)、导丝管兼电缆接头(5-10)、被动轮固定架(5-11)、八个被动轮(5-12)组成，两个调速电机(5-1)平行固定在机体罩(5-4)内的下部，两个变速箱(5-3)与两个调速电机(5-1)相连接，主动轮固定架(5-5)固定在机体罩(5-4)内变速箱(5-3)的两侧，每个主动轮固定架(5-5)上设有两个主动轮(5-2)，被动轮压杆(5-7)的下部固定在主动轮固定架(5-5)的两侧，被动轮固定架(5-11)设在被动轮压杆(5-7)上，每个被动轮固定架(5-11)上设有两个被动轮(5-12)，每个被动轮(5-12)分别与一个主动轮(5-2)上下对应，压紧弹簧(5-6)设在被动轮压杆(5-7)的上部，压紧调节螺母(5-8)设在压紧弹簧(5-6)上端的被动轮压杆(5-7)上，导丝管接头(5-9)固定在机体罩(5-4)的一侧，导丝管兼电缆接头(5-10)固定在机体罩(5-4)的另一侧，导丝管接头(5-9)和导丝管兼电缆接头(5-10)同在一条轴线(5-13)上，主动轮(5-2)和被动轮(5-12)的切点与轴线(5-13)平齐。

3、根据权利要求1所述的一体化双头电弧喷涂设备，其特征在于双头喷枪(7)由绝缘喷枪体(7-1)、压缩空气罩(7-2)、四个导电嘴(7-3)、四个导丝管(7-4)、枪把(7-5)、两个压缩空气通道(7-6)组成，枪把(7-5)固定在绝缘喷枪体(7-1)的下部，压缩空气罩(7-2)固定在绝缘喷枪体(7-1)前开口处，两个压缩空气通道(7-6)平行地固定在绝缘喷枪体(7-1)内的中部，两个导丝管(7-4)固定在压缩空气通道(7-6)上侧的绝缘喷枪体(7-1)内，两个导丝管(7-4)固定在压缩空气通道(7-6)下侧的绝缘喷枪体(7-1)内，每个导丝管(7-4)的前端连接固定有导电嘴(7-3)，同侧的上下两个导电嘴(7-3)呈50～60度角设置，导电嘴(7-3)的出口与压缩空气罩(7-2)上的喷口(7-7)相对应。

4、一体化双头电弧喷涂方法，其特征在于首先将被喷涂工件的表面清洗干净去掉油污，用机床加工或砂轮打磨掉表面的缺陷及疲劳层，然后用喷砂机对工件表面进行粗化处理，选择喷涂所需的金属实芯或药芯丝材，丝材的直径为1～3mm，预调好雾化压缩空气压力和流量、喷涂电压、喷涂电流即送丝速度，调好喷涂角度、喷嘴与工件的距离、喷涂速度，把被喷涂工件装卡在转台或专用夹具上，即可进行喷涂。

5、根据权利要求4所述的一体化双头电弧喷涂方法，其特征在于所述喷涂用压缩空气的压力为0.6～0.8MPa；所述喷涂电压为20～35V；所述喷涂电流为50～300A；所述喷涂角度为70～90°；所述喷嘴与工件的距离为100～200mm；所述喷涂速度为0.3～1.8m/min。

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