一種在大尺寸彎管類工件上熱噴涂制備涂層的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及現(xiàn)代材料表面工程技術領域的熱噴涂工藝，特別是涉及一種采用熱噴 涂技術在大尺寸彎管或彎棒類工件上制備涂層的方法。
【背景技術】
[0002] 熱噴涂技術最早出現(xiàn)在20世紀早期的瑞士，隨后的一百多年中大量成果不斷涌 現(xiàn)，包括各種熱噴涂設備的研制、新的熱噴涂材料的開發(fā)及新技術的應用。熱噴涂技術是一 種將涂層材料(粉末或絲材）送入某種熱源（電弧、燃燒火焰、等離子體等）中熔化，并利用高 速氣流將其噴射到基體材料表面形成涂層的工藝。熱噴涂涂層取材范圍廣，幾乎所有的金 屬、合金、陶瓷乃至有機高分子材料均可噴涂，賦予基體耐磨損、耐腐蝕、耐高溫和隔熱等優(yōu) 良性能，并能對磨損、腐蝕或加工超差引起的零件尺寸減小進行修復，在航空航天、機械制 造、石油化工等領域中得到了廣泛的應用。
[0003] 通過選擇合適的工藝方法幾乎任何固體材料均可作為基體進行噴涂加工。既可以 是大型構件的大面積噴涂，也可以是工件的局部噴涂。但是不管熱噴涂的熱源是何種形式， 如電弧、火焰或等離子體等，均需要形成高速(幾倍音速）氣流，將材料噴射到基體表面形成 涂層。這種工藝特點決定了對可噴涂工件的形狀限制，一般來說，平板類或回旋體工件是適 于噴涂的。平板類工件一般通過夾具固定，噴槍面向需要噴涂的部位沿著預定軌跡移動進 行噴涂。回旋體工件一般通過轉臺圍繞回旋軸按一定角速度旋轉，噴槍沿著回旋軸向上下 移動進行噴涂。這樣噴涂角較大，可以保證涂層在基體上的結合力和厚度均勻性。實際上 隨著機器人技術和熱噴涂設備的發(fā)展，熱噴涂工藝通過計算機控制，編程和機器人操作能 實現(xiàn)更加復雜型面的工件如異型面葉片的噴涂。但對于大尺寸彎管類工件的噴涂還是具有 非常大的挑戰(zhàn)。
[0004] 主要難點在于：一是普通圓柱管(棒）工件噴涂時，工件圍繞中心軸旋轉，噴槍沿著 中心軸向往復移動進行噴涂即可。但彎管類工件的中心線是一段圓弧線，如果工件旋轉軸 選擇不恰當，在彎管類工件的弧長方向和外圓周向上的涂層厚度很難保證一致，涂層組織 和性能均勻性受到很大影響。二是大量彎管(棒)部件或屬于薄壁管件或是長度/直徑比很 大，這類大尺寸工件的本身剛性有限，且對溫度敏感，在進行噴涂加工過程中，容易出現(xiàn)彎 曲變形的問題，甚至會導致工件精度達不到規(guī)定要求。因此，必須嚴格控制涂層工藝對部 件的熱輸入，防止部件變形。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種在大尺寸彎管類工件上熱 噴涂制備涂層的方法，該方法采用了大尺寸彎管類工件固定和旋轉的特殊噴涂工裝、特殊 設計的噴涂軌跡和氣幕冷卻方式，確保彎管類工件的弧長方向和外圓周向上的涂層厚度、 組織和性能均勻，同時嚴格控制涂層工藝對工件的熱輸入，防止部件變形。
[0006] 本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的： 本發(fā)明所述的在大尺寸彎管類工件上熱噴涂制備涂層的方法，其特點是包括以下步 驟： 步驟一：采用常規(guī)處理工藝對大尺寸彎管類工件的表面進行清潔、非涂層部位的遮蔽 和需噴涂部位的表面粗化； 步驟二：采用特殊設計的彎管噴涂工裝對工件進行夾持固定； 步驟三：噴涂時，噴槍沿著特殊設計的軌跡運動，即沿著A軌跡線、B軌跡線和C軌跡線 分別噴涂一次為一個噴涂道次，重復多道次直到獲得需要的涂層厚度為止，噴涂的同時采 用氣.冷卻工件； 步驟四：噴涂完成后，從彎管噴涂工裝上拆卸工件，并對工件進行后續(xù)常規(guī)工藝處理 后，如清潔檢驗、封孔等，即完成大尺寸彎管類工件上涂層的制備。
[0007] 其中，上述彎管噴涂工裝主要包括支撐架、設置在支撐架頂部的工裝主體、設置在 支撐架上且位于工裝主體下方的馬達、設置在馬達轉軸上的主動鏈輪及設置在工裝主體上 的從動鏈輪、主軸和副軸，其中所述主軸與從動鏈輪固定連接并通過軸承安裝在工裝主體 的一端，所述副軸通過軸承安裝在工裝主體的另一端，所述主軸和副軸同軸設置且相對的 兩端面上分別設置有固定套，工件通過固定套和緊固螺絲固定在主軸和副軸上并在主軸的 帶動下作旋轉運動，所述工裝主體的頂部設置有帶多個出氣孔的冷卻管，壓縮空氣通過冷 卻管上的多個出氣孔吹出，形成高速流動的用于冷卻工件的氣幕，所述工裝主體的兩端還 設置有防護板。
[0008] 上述主軸與副軸的間距d為：1/2L彡d彡1/3L，其中L為工件的長度。
[0009] 上述支撐架的高度不小于工件長度的一半。
[0010] 上述防護板的上邊緣設置有螺絲卡槽，防護板左右平移到所需位置時通過穿置在 螺絲卡槽內的螺絲實現(xiàn)固定。
[0011] 上述B軌跡線位于主軸和副軸的同一軸心線上，A軌跡線和C軌跡線對稱位 于B軌跡線的上下兩側，且A軌跡線與B軌跡線及B軌跡線與C軌跡線之間的距離
【主權項】
1. 一種在大尺寸彎管類工件上熱噴涂制備涂層的方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟一：采用常規(guī)處理工藝對大尺寸彎管類工件的表面進行清潔、非涂層部位的遮蔽 和需噴涂部位的表面粗化； 步驟二：采用特殊設計的彎管噴涂工裝對工件進行夾持固定； 步驟三：噴涂時，噴槍沿著特殊設計的軌跡運動，即沿著A軌跡線、B軌跡線和C軌跡線 分別噴涂一次為一個噴涂道次，重復多道次直到獲得需要的涂層厚度為止，噴涂的同時采 用氣.冷卻工件； 步驟四：噴涂完成后，從彎管噴涂工裝上拆卸工件，并對工件進行后續(xù)常規(guī)工藝處理 后，即完成大尺寸彎管類工件上涂層的制備。
2. 根據(jù)權利要求1所述的在大尺寸彎管類工件上熱噴涂制備涂層的方法，其特征在于 上述彎管噴涂工裝主要包括支撐架（2)、設置在支撐架（2)頂部的工裝主體（1)、設置在支 撐架（2)上且位于工裝主體（1)下方的馬達（3)、設置在馬達（3)轉軸上的主動鏈輪（4)及 設置在工裝主體（1)上的從動鏈輪（5)、主軸（6)和副軸（7)，其中所述主軸（6)與從動鏈輪 (5) 固定連接并通過軸承（9)安裝在工裝主體（1)的一端，所述副軸（7)通過軸承（9)安裝 在工裝主體（1)的另一端，所述主軸（6)和副軸（7)同軸設置且相對的兩端面上分別設置有 固定套（8)，工件（11)通過固定套（8)和緊固螺絲固定在主軸（6)和副軸（7)上并在主軸 (6) 的帶動下作旋轉運動，所述工裝主體（1)的頂部設置有帶多個出氣孔的冷卻管（12)，壓 縮空氣通過冷卻管（12)上的多個出氣孔吹出，形成高速流動的用于冷卻工件的氣幕，所述 工裝主體（1)的兩端還設置有防護板（10)。
3. 根據(jù)權利要求2所述的在大尺寸彎管類工件上熱噴涂制備涂層的方法，其特征在于 上述主軸（6)與副軸（7)的間距d為：1/2L彡d彡1/3L，其中L為工件（11)的長度。
4. 根據(jù)權利要求2所述的在大尺寸彎管類工件上熱噴涂制備涂層的方法，其特征在于 上述支撐架（2)的高度不小于工件長度的一半。
5. 根據(jù)權利要求2所述的在大尺寸彎管類工件上熱噴涂制備涂層的方法，其特征在于 上述防護板（10)的上邊緣設置有螺絲卡槽，防護板（10)左右平移到所需位置時通過穿置 在螺絲卡槽內的螺絲實現(xiàn)固定。
6. 根據(jù)權利要求2所述的在大尺寸彎管類工件上熱噴涂制備涂層的方法，其特征在于上 述B軌跡線位于主軸（6)和副軸（7)的同一軸心線上，A軌跡線和C軌跡線對稱位于B軌跡 線的上下兩側，且A軌跡線與B軌跡線及B軌跡線與C軌跡線之間的距^
【專利摘要】一種在大尺寸彎管類工件上熱噴涂制備涂層的方法，先對彎管類工件的表面進行預處理，再采用特殊設計的彎管噴涂工裝進行夾持固定，該噴涂工裝主要包括工裝主體、支撐架、馬達、主動鏈輪、從動鏈輪、主軸、副軸、固定套和防護板，工件通過固定套和緊固螺絲固定在主軸和副軸上并通過馬達帶動的主動鏈輪、從動鏈輪、主軸和副軸的帶動下作旋轉運動。噴涂時，噴槍沿著A、B、C軌跡線分別噴涂一次為一個噴涂道次，重復多道次直到獲得需要的涂層厚度，同時通過高速氣幕對工件進行冷卻。本發(fā)明能夠確保彎管類工件的弧長方向和外圓周向上的涂層厚度、組織和性能均勻，能有效防止部件變形，尤其適用于曲率半徑大于或等于2m，長度小于2m，口徑在30～140mm之間的大尺寸彎管類工件的熱噴涂制備涂層。
【IPC分類】C23C4-16
【公開號】CN104611665
【申請?zhí)枴緾N201410775126
【發(fā)明人】毛杰, 鄧暢光, 黃科, 鄺子奇, 鄧春明, 劉敏, 周克崧
【申請人】廣東省工業(yè)技術研究院(廣州有色金屬研究院)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月16日