电弧喷涂技术方案

水冷壁防磨喷涂技术方案1喷涂材料及主要技术指标：水冷壁防磨喷涂采用打底材料和耐磨合金材料分别为CL-302和CP-302A，再用高温耐磨CCS专用封孔剂进行封孔。1、CP-302A涂层主要技术指标：结合强度：70Mpa硬度：≥HRC55（500～1000HV0.1）内聚强度：≥260Mpa喷涂距离：200-300mm喷涂粒子速度：≥400m/s孔隙率：≤1%使用温度：1500℃导热系数：60W/M*K抗冲蚀性：1.09×10‾4cm3/h(900～400℃、1000g200目Al2O3、600s)抗高温氧化性：1.63×10-4mg/(mm2.h)(800℃、100h)热膨胀系数：12×10-6℃-1（0～800℃）耐介质性（H2SO4、HCl、NaOH、NaCl）:优喷涂工件温度：≤100℃涂层总厚度：0.5～0.6mm使用寿命：≥4年喷涂工作层丝材CP-302A化学成分序号喷涂种类喷涂材料牌号成分含量1超音速电弧喷涂CP-302ACr：15-20%；B：10-18％；Ni：3-8%；稀土少量，Fe余量喷涂打底丝材CL-302化学成分序号喷涂种类喷涂材料牌号成分含量1超音速电弧喷涂CL-302AL：4-6%；Ti：0.3-1.0％；Ni余量3、所用材料主要性能介绍：1）、打底材料CL-302:本公司采取增加结合强度的方法是用本公司自行生产的CL-302作为打底材料，该材料的特点是：a、CL-302为放热性材料，喷涂时其到达管子表面时仍为熔融状态（因打底层仅喷0.1mm，所以不会造成明显温升），这可保证其与管子之间的微冶金结合和机械咬合，结合强度可达70Mpa；b、CL-302具很高的抗高温氧化腐蚀能力，所以在使用时不会因结合面氧化腐蚀而造成涂层脱落。2）、CP-302A：本公司研发生产的CP-302A粉芯材料由Cr、B、Si、Ni、Mn、Ti组成，该材料是专门设计用于锅炉管道的防磨涂层材料，具有优异的抗高温冲蚀磨损性能，与炉管材料的匹配性好，膨胀系数相近，结合力大，硬度高，可以起到非常突出的防护效果，经多台锅炉使用效果显著。图（1）为CP-302A涂层截面金相组织照片，图（2）为CP-302A丝材，图（3）为水冷壁管经过喷砂处理后的表面形貌，图（4）为水冷壁管表面喷涂CP-302A后的形貌，图（5）为水冷壁管表面涂层经过一个周期使用后的表面形貌，图（6）为涂层与基体的结合面金相照片。（1）CP-302A，515m/s，截面，×200（2）CP-302A产品图片（3）水冷壁管喷砂后表面形貌（4）水冷壁管喷涂CP-302A后形貌（5）水冷壁涂层经过一个周期使用后的形貌（6）涂层与基体结合面形貌，×2003）、CCS封孔剂：高温耐磨抗蚀专用封孔剂是本公司研究发明的，已经过十多年几百台锅炉的应用，性能稳定，效果良好。在常温下经过12小时即可固化，经过24～48小时养护可投入使用。它具有耐磨性好、耐腐蚀能力强等特点，与喷涂层有良好的结合性能和抗热震稳定性能，绝对不会发生脱落现象。能有效渗透并浸润涂层孔隙，随着炉温的升高逐渐形成陶瓷化效果，使涂层更致密，能有效阻止介质中透过微小的涂层孔隙进入涂层内部，从而获得优良的封闭效果。2施工工艺1、待喷涂表面预处理对待喷涂表面预处理可分两步进行。首先，用14~16目刚玉砂对表面进行喷砂清理，去除表面的浮灰、硬灰、锈层，特别是小凹坑中的粘附物，直至完全露出金属光泽，要求达到GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》规定的Sa3.0级，喷砂压力为0.6-0.8MPa；然后,对经除锈的表面再次喷砂使表面粗糙化，以提高结合强度，表面粗糙度达到GB11373-89《热喷涂金属表面预处理通则》规定的Rz80～120微米，要求粗糙小坑分布均匀，密度不能过大。粗糙化处理同时能使表面产生一定的残余压应力，这对提高工件疲劳强度有利。粗糙化喷砂压力0.5~0.7MPa。喷砂处理用的压缩空气源必须是无水无油的，表面预处理后应当是洁净的。喷砂后表面的活度最大，一般应在4小时内喷涂，否则表面很容易再次污染、锈蚀。（特别提醒：若有老涂层做表面处理时应关注处理后的水冷壁管管壁壁厚，如处理后关闭厚度少于2/3应更换壁管，再做防磨喷涂，以免防止爆管造成不必要的损失。）2、喷涂工艺参数2.1超音速电弧喷涂第一层：喷涂打底层，CL-302，中速一遍，厚度约0.05-0.1mm，电弧电压36~37V，气压0.5~0.7MPa，喷涂颗粒宜稍粗，使结合面产生微冶金结合，提高结合力。第二层：工作层，CP-302A,电弧电压29-31V，喷涂电流由走丝速度决定，走丝越快电流越大，一般180-220A，气压0.6-0.9MPa，喷涂颗粒极细小，致密耐磨耐腐蚀层，厚度约为0.4-0.5mm。第三层：封闭层，CCS层，匀速二遍，起封孔保护作用，厚度约为0.1-0.15mm。3、注意事项1）喷涂过程中，喷枪与工件表面的距离（喷涂距离）保持在300-400mm，以使喷涂效果最佳。2）喷涂移动速度也是影响喷涂效果的关键，喷涂时喷涂移动速度保持在1m/min左右，以保证涂层的均匀，并控制喷涂温升100℃以下。4、喷砂设备与技术说明本项工程拟采用气动控制的喷砂设备进行喷砂处理，由5年以上操作经验的高级喷砂技工进行喷砂作业。喷砂机如图（8）所示。5.1喷砂作用：5.1.1净化（活化）表面：去除被喷表面的各种污染物，特别是油脂、污垢、氧化皮、锈层等，表面显示均匀的金属光泽，以利于打底材料与基体活性表面的粘附结合（机械咬合与冶金微扩散）。工作面清洁度达到Sa3级。5.1.2粗化表面：热喷涂涂层与基体的结合以机械结合为主，这就要求基体前处理不仅要除油除锈，还要粗化表面，使表面具有一定的粗糙度。表面粗糙度达到GB1031－1995《表面粗糙度参数及其数值》中规定的Rz60—120um。5.2活化目的：喷砂可提高工件表面活性，有利于增加喷涂粒子（Splat）与基体表面的吸附力，提高喷涂颗粒与基体的冶金结合力。5.2.1喷砂可除去工件表面的有机污杂物和氧化层，增大金属表层晶粒的塑性变形和增加晶格缺陷，使表面处于容易发生化学反应的状态，有助于促进喷涂颗粒与金属表面之间的物理化学结合。所以喷砂后，应尽快进行喷涂，时间越短表面活化效果越好，涂层的结合质量就越高。5.2.2工件表面经过砂粒的反复冲击后形成一定的残余压应力，这对提高工件整体的疲劳强度有利；同时也对消除喷涂过程中形成的残余热应力有益。5.3粗化目的：5.3.1增大喷涂层材料与基体的接触面积，提高结合面的粘合吸附力。5.3.2增加涂层材料与基体表面的填塞嵌合和钉扎咬合作用，以加强涂层与基体的附着力。3超音速电弧喷涂设备与技术说明本项工程采用CAS-500超音速电弧喷涂设备进行超音速喷涂处理，由5年以上操作经验的高级喷涂技工进行喷涂作业。3.1设备简介CAS-500型超音速电弧喷涂设备是一种以各种实心线材和特殊粉芯线材为原材料，广泛应用于各种表面的抗腐蚀和耐磨损处理的电弧喷涂系统。先进的控制系统和现场恶劣条件的高适应性使得CAS-500超音速电弧喷涂设备更具有优势，性能稳定可靠、连续工作能力强是CAS-500的又一大特点，为获得高性能涂层提供了强有力的保障。这个电弧喷涂系统符合CE-standard标准，并且包括以下模块：主机电源、可遥控送丝机构、超音速电弧喷枪、送丝控制系统和气源控制系统。CAS-500超音速电弧喷涂设备如图（9）所示。（8）气动控制的喷砂设备（9）CAS-500超音速电弧喷涂设备3.2技术简介超音速电弧喷涂技术是我司通过消化吸收国外先进设备与自主研发相结合的金属热喷涂新技术。该喷涂技术采用稳定送丝机构不断利用高温电弧熔化丝材端部，并经拉伐尔喷嘴加形成超音速气流，再将熔化的丝材雾化成高速雾化熔滴流（Droplet）喷向工件表面形成涂层。熔滴粒子流与基材主要以机械、物理和冶金等方式结合，其结合强度可达70MPa以上。与普通电弧喷涂和火焰喷涂相比，超音速电弧喷涂具有更高的粒子飞行速度、更大的结合强度、更低的孔隙率、涂层均匀性高、致密性好，可获得高质量的涂层。且能做到喷涂粒子到达工作表面时工件温升不超过100℃，所以工件不会变形。4．施工技术规范4.1超音速电弧喷涂4.1.1施工准备：4.1.1.1检查脚手架是否搭好，是否牢固。4.1.1.2清除管壁表面上灰尘，杂物等。4.1.1.3对管壁需实施喷涂的部位进行全面的质量检查，包括管壁厚度、焊缝、浇筑料等，对于CFB锅炉要特别注意检查焊缝是否达到平整度要求。4.1.1.4利用现场已有条件进行设备就位，电汽接线，气管连接及磨料清理帆布铺设工作。4.1.2表面预处理：表面预处理按照GB11373-89《热喷涂金属件表面预处理通则》进行，其处理的好坏直接影响喷涂层的结合强度。4.1.2.1喷砂前，对非喷涂表面采用遮蔽带、挡板等物件进行遮蔽保护。并在防护层边缘预留过渡区200mm，以保证光滑过渡。4.1.2.2喷砂材料的选择及使用：选用14-16目刚玉砂对工件表面进行粗喷，使其表面清洁度达到Sa3.0级，然后再进行针对性的糙化处理，表面粗糙度达Rz60-120um。喷砂区域设围护及其它回收措施，确保不污染周围环境，经质量工程师确认后方可进行喷吵。对达不到预处理要求的部位需进行重新喷砂，在进行重新喷吵时要注意对合格部位的保护。4.1.2.3压缩空气：喷砂和喷涂所用的压缩空气必须清洁、干燥且温度较低，以免污染待喷涂的工件表面。压缩空气可由6立方米以上螺杆式空压机提供或由建设单位供给，压力范围0.6-0.8MPa，气体流量达到6m3/min以上。4.1.2.4喷砂装置：采用压力式气动喷砂设备4.1.2.5操作参数：喷砂距离200-300mm；喷砂角度与基体45-90°。4.1.2.5喷砂时，由于水冷壁管是弧面，故喷枪沿管子轴向管壁行走，喷枪可稍微倾斜于管壁轴线。喷砂后管壁表面应干燥，无灰尘、无油污、无氧化皮、无锈斑及其它杂物，呈现均匀的灰白色金属外观。4.1.3喷涂：4.1.3.1喷涂前，应对非喷涂工件表面采用挡板等进行覆盖保护。4.1.3.2丝材选用：φ2.0mm，CL-302、CP-302A合金丝材。4.1.3.3喷涂设备选用：选用CAS-500型超音速电弧喷涂设备及配套送丝装置。其雾化气流速度大于500m/s，粒子速度达到400m/s以上，涂层孔隙率可控制在0.5%以内。同时涂层与基体的结合强度≥70MPa。4.1.3.4喷涂工艺参数：1）．粒子喷涂速度400m/s2）．电弧电压：28-34V：电弧电流：160-200A3）．雾化空气压力：0.6-0.8MPa4）．喷涂距离：200-300mm；喷涂角度：45-75°5）．涂层总厚度：0.5-0.6mm4.1.3.5喷涂方式：采用“井”字型喷涂方式，分层、分区作业，局部区域达到工艺设计厚度后再移换到其他区域，确保喷涂层的厚度均匀，防止出现漏喷现象。4.1.3.6操作注意事项：1）．分块作业，局部区域喷涂达到设计厚度后再移换到其他区域，搭接部位设置辩认标志。工件喷涂温升≤100℃。2）．在涂层边缘200-400mm过渡区域，喷涂层厚度从喷涂区至非喷涂区采用从设计规定厚度逐渐减薄，特别对于CFB锅炉要求达到“0”过渡。3）．送丝机构设专人监护，以保证顺利送丝，防止丝材“打结“，同时保证两丝间绝对绝缘，以免造成短路。4）．喷涂前应在试板上试喷，以便调节电压、电流、送丝速度、压缩空气流量，检查气路的活接头及软管接头，不得有漏气现象，如发现电弧不稳、送丝不稳、严重漏气等现场应及时检查、修理。调节电压时应断开主回路，以免损伤主变压器。5）．喷涂过程中若发现送丝不稳、熔丝爆断、电弧断续等现象，应先检查导电嘴状况，再检查导丝管安装是否牢固，若有松动应及时拧紧。喷涂过程中烧损的导电嘴应及时更换，加工精度超标的导电嘴禁止使用。4.1.4涂层封孔：喷涂结束后4-8小时内，进行高温抗蚀耐磨专用封孔剂CCS喷涂封孔，封闭毛细孔隙，与金属涂层一起形成复合涂层，厚度0.1-0.15mm左右。注意搭接区域的封闭，也应平缓过渡