線材火(huǒ)焰噴塗原理
圖1爲火(huǒ)焰噴塗方法的基本原理示意圖。噴槍通過氣閥分(fēn)别引入乙炔、氧氣和壓縮空氣，利用氧-乙炔燃燒火(huǒ)焰作爲熱源，将連續、均勻送入火(huǒ)焰中(zhōng)的噴塗絲材端部加熱到熔化狀态，借助于高壓氣體(tǐ)将熔化狀态的絲材霧化成微粒，噴射到經過預先處理的工(gōng)件表面形成塗層。
圖1 線材火(huǒ)焰噴塗基本原理圖
1－基材；2－塗層；3－噴塗束流；4－熔融材料；5－火(huǒ)焰；6－線材或棒材；
7－氧氣；8－燃料氣；9－霧化氣；10－氣體(tǐ)噴嘴。
火(huǒ)焰線材噴塗裝置簡單、操作方便；容易實現連續均勻的送料，噴塗質量穩定；噴塗效率高，耗能少。但絲材制造受到拉絲成型工(gōng)藝的限制。
線材火(huǒ)焰噴塗設備
典型火(huǒ)焰線材噴塗系統如圖2所示，主要包括有線材火(huǒ)焰噴槍、氧氣、燃氣和壓縮空氣控制裝置、送絲裝置和供氣系統四部分(fēn)組成。
1－空氣壓縮機；2－空氣幹燥器；3－儲氣罐；4－乙炔瓶；5－氧氣瓶；6－氣體(tǐ)流量表；
7－空氣淨化器；8－空氣控制器；9－空氣流量表；10－絲架；11－噴槍。
（1）噴槍
噴槍是火(huǒ)焰線材噴塗設備中(zhōng)最關鍵的部件。用于噴塗線材的火(huǒ)焰噴槍，按氧-燃氣的引進方式可分(fēn)爲射吸式和等壓式兩種，射吸式噴槍是利用氧氣氣流吸入乙炔氣，操作方便，使用安全。按送絲動力可分(fēn)爲氣渦輪送絲和電(diàn)機送絲兩種。我(wǒ)國設計的噴槍多爲射吸式。
SQP-1型氧-乙炔火(huǒ)焰線材噴槍是由上海噴塗機械廠自行設計的射吸式火(huǒ)焰線材噴槍（熱噴塗與再制造微信公衆号），主要性能見表1，是目前國内最常用的火(huǒ)焰線材噴槍，它以線材的金屬材料爲噴塗材料，以氧-乙炔火(huǒ)焰爲熱源，送絲動力氣源爲氣渦輪，可手持和機夾，該槍的外(wài)形和結構如圖3所示。
表2 SQP-1型火(huǒ)焰線材噴槍性能
序号
項目
性能和數據
序号
項目
性能和數據
1
型号
SQP-1吸射式
12
氣體(tǐ)表壓力/MPa
氧氣
0.3~0.7
2
操作方式
手持固定兩用
乙炔
0.03~0.1
3
動力源
壓縮空氣吹動汽輪
空氣
0.4~0.8
4
調速方式
離(lí)心力-離(lí)合器
13
氣體(tǐ)消耗量
氧氣
2.5
乙炔
0.7
5
質量
≤1.8kg
空氣
30
6
外(wài)形尺寸/(mm)
90×180×215
14
噴塗效率
/kgh-1
80鋼
Ф2.3
1.8
7
使用熱源
氧-乙炔火(huǒ)焰
鋁
Ф3.0
2.7
8
火(huǒ)花束角度
4°
鋅
Ф3.0
3.2
9
引力/N
≥65
A12O3
Ф2.2
0.4
10
線材直徑
/(mm)
Ф2.3、Ф3.0
低碳鋼
Ф3.3
2
11
噴射時顆粒直徑(鋼)/um
4~40
不鏽鋼
Ф2.3
1.8
銅
Ф3.0
4.3
钼
Ф2.3
0.9
圖3 SQP-1型線材火(huǒ)焰的噴槍外(wài)形和結構圖
1－噴嘴部分(fēn)；2－絲材；3－挂鈎；4－送絲滾輪；5－風機部件；6-氣體(tǐ)開(kāi)關
（2）控制裝置
氣體(tǐ)燃料、氧氣、壓縮空氣的壓力與流量是影響塗層性能的重要參數，一(yī)般需要采用調壓器和流量計同時進行控制。通過調節閥調節氣體(tǐ)的壓力和流量，并通過串聯回火(huǒ)防止器确保系統安全。
（3）送絲機構
由絲材盤架和送絲驅動機構組成，送絲機構取決于槍内的驅動裝置，爲了能夠将絲材均勻地送入火(huǒ)焰中(zhōng)，一(yī)般使用可使盤狀絲材回轉送出的送絲裝置。
（4）供氣系統
火(huǒ)焰線材噴塗必須氧氣、燃氣、壓縮氣體(tǐ)三氣俱全。火(huǒ)焰線材噴槍最好選用瓶裝氧氣，乙炔氣和經幹燥、淨化處理的壓縮空氣（熱噴塗與再制造微信公衆号）。乙炔氣最低限度也要用中(zhōng)壓發生(shēng)器産生(shēng)的乙炔氣，并且要能保證足夠的供氣量。壓縮空氣壓力、流量都必須滿足噴槍說明書(shū)的要求（熱噴塗與再制造微信公衆号）。壓縮機後應接有空氣換熱排污器及油水分(fēn)離(lí)器，以除去(qù)壓縮空氣中(zhōng)所含的水分(fēn)和油。對“三氣”性能要求見表2。
表2 氧氣、乙炔、壓縮空氣的要求
名稱
分(fēn)子式
純度/%
最高壓力/MPa
最大(dà)流量/m3·h-1
備注
氧氣
O2
≥99.2
>0.7
>2.5
—
乙炔
C2H2
≥99.0
>0.1
>0.7
—
空氣
—
—
>0.7
>30
清潔幹燥
線材火(huǒ)焰噴塗工(gōng)藝
火(huǒ)焰線材噴塗層能改善基體(tǐ)材料的表面特性。塗層的質量取決于噴槍的性能和金屬絲的質量，合理的選擇噴塗工(gōng)藝方法和工(gōng)藝參數也是确保塗層質量的重要因素之一(yī)（熱噴塗與再制造微信公衆号）。噴塗工(gōng)藝參數的變化将影響塗層的噴塗效率、沉積效率、結合強度、内應力和組織狀态等。氧—乙炔線材火(huǒ)焰噴塗的工(gōng)藝如下(xià)：
（1）氧-乙炔火(huǒ)焰的選擇
火(huǒ)焰性質對塗層質量的影響，對不同材料會得出不同的效果。隻有根據噴塗材料特性，塗層工(gōng)作環境，來選用适宜的火(huǒ)焰性質，才能更好地提高噴塗效率和塗層質量。
中(zhōng)性火(huǒ)焰燃燒殘餘物(wù)少，能提高噴塗效率和噴塗質量，節約能源，是火(huǒ)焰線材噴塗時最常用的火(huǒ)焰，常用的金屬線材（如：鋅、鋁、鋼、銅、不鏽鋼等）都采用中(zhōng)性火(huǒ)焰進行噴塗作業。
氧化焰在噴塗合金鋼、不鏽鋼、鋁之類材料時，則會增加塗層材料中(zhōng)的碳和合金元素的燒損，使塗層中(zhōng)的氧化物(wù)含量增高，耐蝕性下(xià)降，因此一(yī)般不用。
還原焰中(zhōng)若乙炔含量過高，火(huǒ)焰的穩定性和剛度将下(xià)降，隻是在噴塗鋁、不鏽鋼材料時使用微還原焰可以減少塗層中(zhōng)氧化物(wù)含量和合金元素的燒損，提高塗層的耐蝕性能（熱噴塗與再制造微信公衆号）。
（2）氣體(tǐ)壓力和流量的選擇
如采用不同型式的噴槍，其噴塗參數可能不同，應根據每把槍的使用說明書(shū)進行調整。采用SQP-1型噴槍時，由于是射吸式，一(yī)般氧氣壓力選用0.3~0.7 MPa；乙炔壓力選用0.03~0.10 MPa；壓縮空氣是氧-乙炔火(huǒ)焰線材噴塗中(zhōng)不可缺少的氣源之一(yī)，是線材熔化後形成微小(xiǎo)粒子并噴射到工(gōng)件表面動力的主要來源，在噴塗過程中(zhōng)，提高壓縮空氣的壓力（熱噴塗與再制造微信公衆号），既能使絲材熔滴獲得高的動能，又(yòu)能使熔滴保持高的溫度，對提高塗層與基體(tǐ)的結合強度和塗層的緻密度都非常有利，但壓力和流量過大(dà)将使火(huǒ)焰的溫度降低，造成粒子熔化不良，也會影響塗層質量（熱噴塗與再制造微信公衆号），因此，壓縮空氣的壓力與流量也要根據火(huǒ)焰的參數進行匹配選擇。一(yī)般氧-乙炔噴塗時選用壓縮空氣的壓力爲0.4~0.8 MPa。
燃氣流量和氧氣流量的大(dà)與小(xiǎo)，可決定火(huǒ)焰的長度。采用SQP-1型噴槍當火(huǒ)焰爲中(zhōng)性焰時，随着氧-燃氣流量的增加，火(huǒ)焰的長度明顯增加，焰流速度也增加，達到提高塗層的結合強度，減少塗層的孔隙率，改善塗層質量的目的。
（3）噴塗距離(lí)的選擇
選擇合适的噴塗距離(lí)，對塗層的質量影響很大(dà)，若選用過小(xiǎo)的噴塗距離(lí)，絲材的熔滴溫度就高，動能也大(dà)，有利于提高塗層與基體(tǐ)表面的結合強度。但是，氧-乙炔火(huǒ)焰傳遞給基體(tǐ)表面的溫度增高（熱噴塗與再制造微信公衆号），容易引起基體(tǐ)的熱變形，而且對加熱基體(tǐ)也會因爲塗層與基體(tǐ)間熱膨脹系數的差異而引起塗層中(zhōng)新的應力，嚴重時将導緻塗層的開(kāi)裂和剝落。噴塗距離(lí)過大(dà)時，絲材熔滴的溫度和動能下(xià)降，會降低塗層與基體(tǐ)的結合強度和塗層的緻密度（熱噴塗與再制造微信公衆号）。因此，噴塗時的理想情況是在對基體(tǐ)幾乎不産生(shēng)熱變形的條件下(xià)，盡可能選用較小(xiǎo)的噴塗距離(lí)。
粒子的最高飛行速度同噴塗時所用的燃氣、氧氣流量，壓縮氣體(tǐ)壓力的大(dà)小(xiǎo)有非常大(dà)的關系（熱噴塗與再制造微信公衆号）。當三種氣體(tǐ)都增加時，粒子的飛行速度将增加，而且最大(dà)速度的位置前移，此狀态時，噴塗距離(lí)可以選擇較大(dà)些。
在通常的工(gōng)藝參數下(xià)，絲材熔滴飛行的最大(dà)速度在噴塗距離(lí)爲100 mm左右處。因此，氧-乙炔焰絲材噴塗距離(lí)一(yī)般選爲100~150 mm，對于放(fàng)熱型複合絲材，噴塗距離(lí)可加大(dà)到150~200 mm。
（4）絲材直徑和絲材送進速度的選擇
在氧-乙炔焰絲材噴塗中(zhōng)，選用的絲材直徑越大(dà)，可以提高噴塗的效率和降低塗層的含氧量（熱噴塗與再制造微信公衆号）。但是選用大(dà)直徑的絲材進行噴塗時，受到噴槍功率的限制。國産SQP-1型氧-乙炔焰絲材噴槍選用的絲材直徑爲2.3 mm和3 mm兩種。美制12E型氧-乙炔焰絲材噴槍選用的絲材直徑一(yī)般爲3.77 mm和4.77 mm兩種。
絲材送進速度取決于絲材本身的熔點和氧-乙炔焰參數的最佳條件。當氧-乙炔焰參數爲最佳條件時，由于火(huǒ)焰能量大(dà)、穩定性好，絲材也可處于最佳的加熱狀态，絲材的送進速度可以偏高些（熱噴塗與再制造微信公衆号）。但是，當絲材的送進速度過高時，會造成絲材熔滴出現熔化不均勻的現象。因此，在确保塗層質量的前提下(xià)，必須選用較高的絲材送進速度，以便提高噴塗效率。當絲材的送進速度過低時，絲材熔滴出現細密狀顆粒，造成塗層含有較多的氧化物(wù)，會降低塗層的性能和噴塗效率（熱噴塗與再制造微信公衆号）。比較合适的送絲速度，得到的金屬霧化粒子的尺寸約在20~70 μm。每一(yī)種噴塗材料其噴塗時送絲速度是不同的。使用QX-1型噴槍可以通過觀察線材在火(huǒ)焰中(zhōng)伸出空氣帽的長度判斷送絲速度是否合理（熱噴塗與再制造微信公衆号）。一(yī)般熔點高于750 ℃的金屬材料，如：碳鋼、不鏽鋼絲等，其伸出長度約在3~5 mm，而熔點低于750 ℃的鋅、錫、鉛、巴氏合金等其伸出空氣帽長度可大(dà)于5 mm以上。
國産SQP-1型氧-乙炔焰絲材噴槍具有中(zhōng)速和高速兩種送進速度。對于高熔點絲材和氧化物(wù)絲材，其直徑爲2.3 mm時，則一(yī)般選用中(zhōng)速檔（熱噴塗與再制造微信公衆号）；對熔點較低的金屬絲材，其直徑爲3 mm時，則一(yī)般用高速檔。
（5）噴槍與基體(tǐ)表面的相對移動速度的選擇
噴槍與基體(tǐ)表面的相對移動速度，對塗層質量和基體(tǐ)的熱變形有一(yī)定的影響。當相對移動速度過慢(màn)時，基體(tǐ)表面溫度升高，嚴重時出現表面氧化和熱變形。同時基體(tǐ)表面出現的熱膨脹與塗層出現的冷凝收縮，均發生(shēng)在它們之間的接觸面上，使之出現較大(dà)的拉伸應力，降低了塗層與基體(tǐ)表面之間的結合強度（熱噴塗與再制造微信公衆号）。所以，除及時冷卻塗層外(wài)，正确選擇噴槍與基體(tǐ)表面的相對移動速度是很重要的。
線材火(huǒ)焰噴塗設備
火(huǒ)焰線材噴塗可以直接、快速、方便地在鋼結構、儲罐、機械零部件表面制備耐腐蝕、抗氧化、耐磨損、導電(diàn)、屏蔽等金屬及複合材料塗層。還可以在水泥、木材、石膏等非金屬表面制備具有裝飾性的金屬塗層，目前該技術的應用已遍及各行各業（熱噴塗與再制造微信公衆号）。
爲使塗層性能達到使用要求，在應用火(huǒ)焰線材噴塗塗層時，應考慮塗層的如下(xià)特點：
（1）塗層與基體(tǐ)的結合是機械錨接形式，塗層與塗層的母材相比更脆、更硬、耐磨性更好。但它不适合在沖擊載荷下(xià)使用。
（2）塗層一(yī)般都有孔隙，在有腐蝕介質環境中(zhōng)使用，塗層必須進行封閉處理。
（3）塗層形成過程中(zhōng)，有元素燒損和氧化反應。對塗層進行熱擴散處理時，則需考慮元素燒損和氧化物(wù)的含量。
文章轉載自微信公衆号：熱噴塗與再制造
