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熱噴塗操作安全警示

發布日期:2010/3/8 15:57:18

  熱噴塗包括準備和噴塗工藝相關的潛在的危險因素和在這些操作中采用的安全措施。建議涉及熱噴塗的所有人員,應熟悉國家和有關部門這些安全措施和標準中包含的安全條例。

  一、壓縮空氣

  壓縮空氣應標明名稱以避免與氧氣或燃氣混淆,不能用壓縮空氣來清掃衣物。同樣也不能用氧氣和燃氣清掃。

  二、噪音防護

  噴塗噪音超過了限定範圍,在工作區附近的所有人員應采取聽覺防護。

  三、呼吸保護

  噴塗操作要求操作者使用呼吸保護裝置。根據粉塵氣體的性質、類型和大小決定使用什麽樣的呼吸保護裝置,在有限或密封的空間噴塗,需要使用連續氣流通道式呼吸器。它由一個標準的連續氣流通道呼吸器,護麵罩或頭盔和防塵罩組成。加強對頭和脖子的保護,在護麵具端部,呼吸器的最大進氣量是4CFM(66M3/H),進入頭盔或防塵罩中的空氣每分鍾6CUFT(10M3/H)。鼓送新鮮空氣比壓縮空氣作為呼吸源要好。

  四、保護服

  任何噴塗或吹砂需要的適當保護服,隨工作種類、性質和環境而變化。

  當在限定區域工作時,需穿戴耐火衣和皮革或橡膠防護手套。衣服在腕處和腳裸處要紮緊以保證飛濺的物質和粉塵不濺到皮膚上。

  在敞開的環境下工作,可以使用普遍的全套工作服,但不能敞開領口,係好衣袋鈕扣。要穿上高幫鞋,褲邊也要遮到腳麵。

  在限定空間或半敞開空間噴塗鉛或其它劇毒材料時,每天和每次飯前都要更換所有衣服和呼吸保護裝置,用過的衣服和呼吸保護裝置在重新使用前應徹底清洗,清除所有鉛塵或其它毒性材料。

  五、眼部保護

  電弧噴塗采用的防輻射保護和電弧焊的保護一樣。眼睛可以用一個3號或6號遮光鏡保護,如果身體某部分直接暴露在電弧輻射中時或如果在噴塗一些特殊放射材料或反射底層時,應使用頭盔。

  六、設備維護

  要定期檢查軟管和氣路,對發現問題的設備應立即修複或更換。

  火焰噴槍應按製造商的建議維護保養。每個熱噴塗操作者應了解熟悉火焰噴槍的操作。在第一次點火之前,應認真閱讀和理解槍的操作說明書。

  控製氧氣燃氣或壓縮空氣流量的閥,應正確裝好並加上潤滑劑,這樣可以保護槍體操作自如並能完全關閉。

  如果槍有回火,應盡可能快的撲熄。如果在噴塗中點火時有爆燃或回火,應在檢查產生原因並解決好後,才能重新點火。

  火焰噴槍或它的軟管不能懸掛在調節器或氣瓶閥上,那樣可能引起起火或爆炸。

  當噴塗完後,或設備停機無人看管時,應放出調節器和軟管中的所有氣體,按下列順序操作:(1)關閉槍閥。(2)關閉氣閥。(3)打開槍閥。(4)轉動調節螺杆到自由狀態。(5)關閉槍閥。(6)關閉罐閥或調節器前的支管閥。

  在清洗火焰噴槍時,不允許油進入氣體混合室,對與氧氣或燃氣接觸的火焰噴槍零件或閥不能使用普通的油或脂潤滑。隻能使用設備製造商推薦的特種抗氧化潤滑劑。

  七、操作者請時刻牢記下麵的警示

  (1)高速、高溫的噴塗射流對人和設備都有傷害。

  (2)噴塗粉塵有害健康,注意防塵、通風。

  (3)噴塗噪音可能損壞聽力,請使用耳罩。

  (4)噴塗弧光的輻射有損視力,請戴護目鏡。

 

等離子噴塗技術的工藝特點

    等離子噴塗技術屬於表麵工程中熱噴塗技術之一,其主要特征是以等離子焰流為噴塗熱源。由於等離子焰流具有溫度高、能量集中和噴塗氣氛可控等特點,是各種難熔材料的良好熱源,而且粉末材料在焰流中的飛行速度很高,所以為獲得結合良好、結構致密的噴塗塗層提供了條件。

    等離子噴塗是氣體在電場的作用下被加速,與中性粒子產生碰撞,使中性粒子發生電離,產生離子電弧。又由於受到熱收縮、磁收縮及機械收縮三種效應的作用,使等離子電哥疋成為具有高溫高速的焰流,從而使噴塗材料被加熱到熔化或軟化狀態,高速地噴射到準備好的工件表麵。經變形、淬冷而粘結在工件表麵上,形成等離子噴塗塗層。

一、等離子噴塗的工藝特點

(1)基體受熱小、零件不變形,不改變熱處理狀態。

(2)能夠噴塗的材料廣泛,塗層種類多。

(3)工藝穩定,塗層質量高。

二、等離子噴塗技術的應用

    隨著航空發動機向高性能、高翻修壽命、高可靠性、低耗油率和低成本的方向發展,熱噴塗技術也得到了迅速發展。一台新型發動機有上千個零部件的3000多處表麵需要采用熱噴塗技術塗層,由此可見,熱噴塗技術已被廣泛地應用於航空工_業。其中,由於等離子噴塗具有成本低、效率高、操作簡單、塗層質量好以及適合規模化大批量生產等諸多優點,已經占到航空發動機所有噴塗零件的80%以上。

    航空發動機的熱噴塗塗層主要包括耐磨塗層、熱障塗層、封嚴塗層和高溫防護塗層等,如下圖所示。這些塗層幾乎全部都可以采用等離子噴塗的方法來製備。

1.耐磨塗層

    由於航空發動機零件的工作條件很惡劣(高溫、高轉速、振動及高負荷),又受到粘附、磨粒、腐蝕和疲勞等幾種類型的磨損,使發動機的性能和使用壽命受到影響。

    羅.羅公司的統計表明,1976年以前,航空發動機零件中有60%,因磨損而報廢。采用耐磨塗層後報廢率降至33%,效果很顯著。例如,鈦合金壓氣機葉片的阻尼凸台表麵(0.4cm2)受到高負荷的撞擊和微振磨損。由幹鈦合金不耐磨,壽命僅100h,而在凸台上噴塗一層0.25mm厚的碳化鎢塗層後,葉片壽命延長到上萬小時。表1所示為常用耐磨損塗層。

2.封嚴塗層

    航空燃氣渦輪發動機都有比較完整的氣路封嚴係統。係統由介於軸、鼓簡、轉動葉片葉尖、壓氣機和渦輪等各級之間的4060處封嚴裝置組成,封嚴裝置的好壞直接影響發動機的功率、推力和效率。如渦輪外環(即葉尖徑向間隙)的封業,按設計要求,葉尖間隙與葉片長度的比值每增加1%,渦輪效率損失就增加1%3%。可見,氣路封嚴是提高效率和性能的重要途徑之一。為此,在設計上常采用可磨耗封嚴塗層來達到氣路封嚴的目的。

    熱噴塗封嚴塗層分為兩大類,即主動磨削塗層和可磨耗塗層(被動)

     (1)主動磨削塗層(磨料)一般是堅硬的抗磨損灰色氧化鋁塗層,噴塗在封嚴篦齒上。隨著轉子的高速旋轉,像砂輪一樣磨削與其對應的金屬蜂窩密封團,並盡量使本身不受磨損。這就要求塗層結合強度高,硬度高,隔熱性能好。

     (2)可磨耗塗層要求塗層軟而易磨,並具有潤渭性能、抗衝擊性能、抗熱振性能,以及與基體有良好的結合性能。表2為推薦使用的塗層。

3.熱障塗層

    現在,航空渦輪發動機的發展趨勢是大推力、高效率、低油耗和長壽命。隻有提高渦輪進口的燃氣溫度,才可能提供高壓氣機的增壓比和流量比,從而提高發動機的推力,降低油耗。為了滿足不斷提高的渦輪進口溫度的要求,在進一步發展新型合金和冷卻技術的同時,應大力發展高溫防護塗層技術。許多先進國家都爭先發展熱障塗層技術。

    熱障塗層的基本設想是利用陶瓷材料良好的耐高溫、耐腐蝕、耐磨損和絕熱性能,使其以塗層的形式與合金基體結合,從而提高金屬結構件抗高溫腐蝕環境的能力。為改善塗層和基體的物理相容性,在基體與陶瓷塗層間加一金屬粘層,並且為提高陶瓷塗層的抗熱振性,有時將其做成金屬陶瓷混合層或金屬陶瓷多層複合層。粘結層通常為0.10.2mm厚的鎳鉻、鎳鋁、鎳鉻鋁和MCrAIY合金等,其中M代表CoNiCoNiAl是生成氧化鋁保護層所必需的,Cr可促進生成AI2O3並提高抗熱腐蝕能力,Y可提高AI2O3MCrAIY間的結合強度及塗層與基體的結合強度。

    渦輪葉片使用陶瓷熱障塗層是提高發動機性能的一條重要途徑,因為0.4mm厚的氧化鋁塗層可使高溫合金表麵溫度降低100300。發動機全負荷時,實測渦輪進口燃氣溫度為1370,塗層表麵溫度為1080,葉片金屬溫度為930,同時大大節省了冷卻空氣量的消耗,提高了渦輪效率。

    有資料表明,一級渦輪葉片表麵噴塗0.25mm厚的陶瓷熱障塗層,可使冷卻空氣流量減少50%,比油耗改善1.3%,葉片壽命提高4倍。到1995年為止,全世界陶瓷塗層的總銷售額達30億美元以上,其中航空發動機應用年平均增長28%

三、等離子噴塗技術的展望

1.應用範圍的擴大

    目前用於製備TBCs的眾多工藝中,隻有等離子噴塗和EB-PVD技術最具有實用價值。在國內航空發動機技術領域中,等離子噴塗製備熱障塗層的工藝已經在某新型航空發動機的渦輪導向葉片和隔熱屏等零件上成功應用,並獲得了國防科學技術一等獎。但由於等離子噴塗塗層具有典型的板條狀結構,容易導致熱機疲勞,使塗層易剝離失效,因此這種工藝製備的塗層隻能用於靜止的工件。而渦輪工作葉片不僅承受高溫和冷熱交變,還要承受高速運轉帶來的負載,隻有EB-PVD技術製備的具有柱狀晶結構TBCs塗層,可以滿足渦輪工作葉片的使用要求。隨著近年來陸續快速發展起來的超聲速等離子噴塗、低壓等離子噴塗及水穩等離子等噴塗技術,進一步提高了等離子噴塗的質量,擴大了等離子噴塗的應用領域。相信,總有一天等離子噴塗技術會以優異的性能來填補在發動機應用上的空白。

2.製備過程的質量保證

    目前,等離子噴塗技術已趨於非常穩定和成熟階段,但日益快速發展的先進航空技術,也對產品質量提出了更高的要求。那麽如何以精確可靠的方式來保證航空發動機塗層產品的質量?伴隨著等離子噴塗技術的發展,應運而生了一種在線檢測設備,它是安裝在噴槍上的一種高速攝像裝置,在等離子噴塗過程中對各項參數起到實時、實值的監控作用,如電流、電壓、火焰各區的溫度分布、粉末粒子的速度、流量和熔化狀態等,這就能全方位地保障生產過程中塗層參數的質量。另外,利用在線檢測設備記錄下來的實際噴塗參數與塗層性能結合起來分析,就能大大節約優選噴塗參數的時間,在科研攻關中起到事半功倍的效果。

3.過程精細化

    在等離子噴塗設備方麵,向采用氣體質量流量計控製、淨能量控製、機械手數控操作和自動稱量數控送粉等方向改進;在過程檢測方麵,采用塗層厚度和應力在線無損檢測等措施來實現過程的有效控製。

通過開展焰流時值檢測監控、塗層厚度和應力在線無損檢測,以及實行熱噴塗操作的自動化和數字化控製,以保證塗層質量的可靠性和再現性。

總之,伴隨著等離子噴塗技術及相關配套係統的進一步發展,等離子噴塗技術將在航空發動機塗層產品中得到更廣泛的應用。

 

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