热喷涂技术在轻型刮板输送机上的应用
李中军
矿山机械
摘要：针对煤矿用刮板输送机中部槽中板磨损严重的情况，提出了一种新的提高中部槽中板耐磨性的方法——3Crl3 粉芯丝材的热喷涂法。此方法经实践检验行之有效，可增强中板的耐磨性，大幅度提高刮板输送机中部槽的使用寿命。
关键词：刮板输送机；热喷涂；应用
轻型刮板输送机是中小型煤矿采煤工作面和巷道运煤的主要运输设备。刮板链带动刮板在中部槽中滑动运行，输送煤炭、矸石等物料，中部槽中板磨损是最主要的失效形式。尤其是相邻 2 节中部槽的联接处，往往最先被磨穿。长期以来，人们采用各种方法来提高中板的强度，以期提高其使用寿命，如用合金钢作中板，在严重磨损区域进行堆焊，采用耐磨层热喷涂技术等。实践证明，热喷涂技术可以有效地增强中部槽的耐磨性能，提高设备的使用寿命。是一种提高中部槽耐磨性能的新工艺方法。下面就中部槽的耐磨层喷涂技术进行阐述。
1 热喷涂概述
热喷涂是指采用氧-乙炔焰、电弧、等离子弧、爆炸波等提供不同热源的喷涂装置，产生高温高压焰流或超音速焰流，将要制成涂层的材料 (如各种金属、陶瓷、金属加陶瓷的复合材料、各种塑料粉末的固态喷涂材料) 瞬间加热到塑态或熔融态，高速喷涂到经过预处理 (清洁粗糙) 的零部件表面形成涂层的一种表面加工方法。热喷涂是近代各种喷涂、喷熔 (或称喷焊) 工艺的总称。热喷涂工艺既是一种表面强化工艺，也是一种修复工艺。 利用不同的热源和工艺，将不同的金属粉末喷涂或喷焊到零件的工作表面，使之与零件的金属基体形成结合牢固的覆盖层。
可以满足不同的性能要求，或恢复损伤零件的原有尺寸、几何精度和配合性质。图 1 为热喷涂原理示意图。
2 电弧喷涂原理
电弧喷涂是利用 2 根连续送进的金属作为自耗电极，在其端部产生电弧作为热源，利用压缩空气将熔化了的丝材雾化，并高速喷向工件表面形成涂层的一种热喷涂方法[1]。喷涂时，2 根丝状金属喷涂材料通过送丝装置均匀连续地分别送进电弧喷涂枪中的导电嘴内，导电嘴分别接电源的正负极并保证 2 根金属丝材在未接触前的可靠绝缘。当 2 根金属丝材端部由于送进而相互接触时，发生短路而产生电弧，使丝材端部瞬间熔化，压缩空气将熔融金属熔化成微熔滴，以很高的速度喷射到工件表面，形成电弧喷涂层。电弧喷涂按电弧电源可分为直流电弧喷涂和交流电弧喷涂 2 种：① 直流喷涂操作稳定，涂层组织致密，效率高；② 交流喷涂噪声大。电弧产生的温度与电弧气体介质、电极材料种类和电流有关 (如 Fe 料，电流 280 A，电弧温度为 6 100 K)[2]。电弧喷涂还可以方便地制造合金涂层或“伪合金”涂层。通过使用 2根不同成分的金属丝材和不同的进给速度，即可得到不同的合金成分。电弧喷涂技术具有高效节能、便于现场施工的优点。
3 特点
电弧喷涂技术是目前热喷涂技术中最受重视的技术之一，具有效率高、节能、经济和操作安全的特点。不仅能够在工厂制造过程中使用，还可以在低瓦斯矿井下维修中使用，实用性强。
(1) 涂层性能优异 电弧喷涂时，熔滴温度可达6 000 ℃ 以上，微熔滴加热温度、喷射速度都比火焰喷涂时高，因此粒子的动能和热能都比较高，从而获得较高的结合强度和涂层强度。试验证明，电弧喷涂的结合强度约是火焰喷涂层的 2.5 倍。
(2) 工艺灵活，操作程序少 可快捷修复，缩短加工时间。
(3) 喷涂效率高 电弧喷涂单位时间内喷涂金属的质量大，生产效率正比于电弧电流。
(4) 节能 电弧喷涂的能源利用率可达 57%，高于其他喷涂方法。
(5) 经济性好 电弧喷涂的能源利用率很高，加之电能的价格又远远低于氧气和乙炔，其费用通常约为火焰喷涂的 1/ 10。
(6) 设备相对简单，安全性好，便于现场施工 电弧喷涂技术仅使用电源和压缩空气，安全性高，喷涂工件不易变形。
4 工艺方法
图 2 为 SGD-420/ 22(30) 型刮板输送机的中部槽，中部槽的槽帮为轧制标准槽帮钢，中板为 16Mn钢板，厚度 8 mm，热喷涂材料为 3Crl3 粉芯丝材，喷涂在中部槽中板搭接端部的正中位置，面积为 100mm×60 mm，厚 2.5mm。
3Crl3 粉芯丝材直径 2 mm，是专用的热喷涂材料，可在低、中碳钢，低合金钢及铸钢件上，用于承受低、中等程度冲击的强磨粒磨损的易损件的制造与修复，喷涂后硬度为≥65 HRC。此处是用于耐磨层的热喷涂。
喷涂工艺步骤如下：
(1) 开启空气压缩机；
(2) 将焊接好的中板摆放平整，用机械方法对施行热喷涂的部位进行表面预处理，清除喷涂表面的水渍、锈斑等；
(3) 对喷涂表面预热，预热温度为 75℃；
(4) 在喷枪上装好粉芯丝材，调试好喷枪，开始喷涂；
(5) 喷涂时要从四周边缘喷粉，然后引向平面，多次喷粉时，后一次应和前一次施喷方向相互垂直。
在施行喷涂时，熔融的离子温度高，为避免工件表面过热，必须快速移动喷枪，根据涂层厚度、喷涂生产率等参数来确定适中的喷枪移动速度。可用对基体预热来消除残余应力。
5 喷涂后检验与后处理
涂层表面不得有龟裂、疏松和气孔等缺陷。若有缺陷，可视具体情况进行重熔或机械处理，以消除缺陷。重熔处理是将疏松多孔的涂层加热到一定的温度范围，使粉末中的硼、硅元素发生脱氧反应且润湿基体表面，形成与基体表面具有金相结合的致密涂层。
它是自熔性合金涂层的一种后处理方法，可以用氧-乙炔火焰重熔。机械处理常采用喷丸和滚压方法来封闭与表面连贯的气孔，提高表面的平滑度，消除涂层残余应力，改善涂层性能。
可用洛氏硬度机对喷涂层进行硬度检验，一般硬度值都在 65 HRC 以上。
6 结语
电弧热喷涂是一种经济、高效、实用的金属表面处理工艺。经过热喷涂，中部槽的空载运行阻力也相应提高，在无卡阻的情况下，空载功率提高了 10%左右。在实际应用过程中，由于煤的自润滑作用，在刮板输送机载煤运行时，摩擦损耗的功率并不大。
喷涂层合金可使中部槽的使用寿命提高 5～8 倍。因此，电弧热喷涂是一种简便、实用的技术，并可用于井下中部槽的磨损修复。
参 考 文 献略
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