高端球阀球芯表面熔覆涂层的制备方法及制备用冷却装置与流程

本发明属于阀门加工技术领域，具体涉及高端球阀球芯表面熔覆涂层的制备方法及制备用冷却装置。

背景技术：

目前随着阀门行业的快速发展，高端球阀的表面需要有比较好的表面性能。如何保证它的性能呢？我们通常采取一些先进的表面工程技术。这些技术，包括：表面镀膜、表面喷涂、表面热处理，以及一些表面强化工艺。

我们现有的这个技术的是在球芯表面先进行热喷涂，也就是火焰喷涂的方式在表面上形成一层涂层；这个涂层是火焰喷涂上去的，涂层的孔隙率比较高，附着力不够，所以这个图层，无论是在表面强度和涂层和基体的结合强度都是没有办法达到要求的；为了提高涂层的基本性能，我们通常采取的是热熔覆的方法，对表面涂层进行加强，通过把涂层加热到熔融状态，使得涂层空隙率进一步降低，同时与基体的结合力也会进一步提升，以达到很高的表面性能。

但是我们对球芯进行表面熔覆的过程中会发现一些问题，主要的问题是涂层在一些局部区域脱落，特别是流道口的地方脱落。

技术实现要素：

为了解决上述涂层的局部脱落，本发明对高端球阀的球芯表面涂层制备工艺进行了改进，并提供一种高端球阀球芯表面熔覆涂层的制备方法及制备用冷却装置。

经研究发现熔覆结束后，球芯开始冷却时，涂层外壁面因为是外表面，所以球面涂层外表面冷却速度比较快，其次是流道口内的涂层，然后才是基体，也就是说基体降温是最慢的。这就造成了球芯外壁面涂层和流道口内壁面涂层因为冷却速率不一致，造成的收缩率不一致，在流道口和球的外表面的边缘处，处于过渡区，由于外壁面的收缩和内壁收缩不一致，流道口边缘处属于尖锐区，属于应力集中区，在上述收缩不一致的情况下，而且应力集中，所以涂层在此处容易破裂和脱落。

为了解决涂层破裂和脱落的技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种高端球阀球芯表面熔覆涂层制备用冷却装置，包括：

旋转工装，所述旋转工装包括球芯固定部和旋转驱动机构，所述旋转驱动机构用于驱动所述固定部并带动球芯围绕球芯围绕流道口轴线旋转；

风枪装置，所述风枪装置包括作用在球芯外表面的热风风枪和作用在球芯流道口内壁面的冷风风枪，所述热风风枪和冷风风枪可在流道口轴向方向上来回水平移动，避免定点吹扫，还可以在竖直方向上来回移动，所述热风风枪和冷风风枪的出风流速及出风温度均可调。

进一步的，所述固定部为用于从流道口内部固定球芯的卡盘。

进一步的，所述风枪装置还包括风枪机架，所述风枪机架上设有与安装在固定部上的球芯流道口轴向平行的水平导轨，水平导轨上滑动配合有第一滑块，第一滑块上设有竖直导轨，竖直导轨上滑动配合有第二滑块，第二滑块上设有风枪支架，所述热风风枪和冷风风枪沿上下方向间隔设置在风枪支架上，且热风风枪和冷风风枪之间的距离均与球芯相配合，风枪机架上还设有第一滑块驱动机构和第二滑块驱动机构。

基于如上所述的高端球阀球芯表面熔覆涂层制备用冷却装置的高端球阀球芯表面涂层熔覆方法，包括如下步骤：

步骤1，将经喷砂处理后的球芯安装在所述旋转工装上，开启所述旋转驱动机构并分别在球芯表面和球芯流道口内喷涂涂层，喷涂完成后静置备用；

步骤2，将步骤1中喷涂涂层后的球芯置于真空炉进行熔覆，熔覆结束后，通过所述旋转工装驱动球芯旋转的同时，驱动风枪装置并使得热风风枪和冷风风枪在流道口轴向方向上来回水平移动，同时热风风枪对球芯外表面涂层进行保温，冷风风枪对球芯流道口内涂层进行冷却；

步骤1中球芯流道口内涂层的热膨胀系数＜球芯外表面涂层的热膨胀系数＜球芯的热膨胀系数，所述热风风枪的出风流速及出风温度配合球芯流道口内涂层的热膨胀系数进行调整并使球芯外表面涂层与球芯收缩一致，所述冷风风枪的出风流速及出风温度配合球芯流道口内涂层的热膨胀系数进行调整并使形成压应力涂层。

本发明所取得的技术效果为：可以有效避免球芯涂层破裂和脱落，从而增加成品率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明高端球阀球芯表面熔覆涂层冷却示意图。

图2为为本发明高端球阀球芯表面熔覆涂层冷却示意图(局部剖视图)。

图3为本发明高端球阀球芯表面熔覆涂层制备用冷却装置中风枪装置的结构示意图。

图中：1.球芯，11.球芯外表面涂层，12.球芯流道口内涂层，21.固定部，31.热风风枪，32.冷风风枪，331.水平导轨，332.第一滑块，333.竖直导轨，334.第二滑块，335风枪支架。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

见图1至图3，一种高端球阀球芯表面熔覆涂层制备用冷却装置，包括旋转工装和风枪装置，旋转工装包括球芯固定部21和旋转驱动机构，旋转驱动机构用于驱动所述固定部21并带动球芯1围绕球芯围绕流道口轴线旋转。本实施例固定部选用常州精卡机械有限公司装置生产的车床转动中空气动三爪卡盘，使用时卡爪向流道口一侧的内壁伸出进而抵住内壁，使球芯可随卡盘同步转动。旋转驱动机构可以为现有技术中常用的卡盘旋转驱动装置，如电机通过皮带或齿轮等转动驱动卡盘。

风枪装置包括作用在球芯外表面的热风风枪31和作用在球芯流道口内壁面的冷风风枪32，所述热风风枪31和冷风风枪32可在流道口轴向方向上来回水平移动，还可以在竖直方向上来回移动，所述热风风枪31和冷风风枪32的出风流速及出风温度均可调。

风枪装置还包括风枪机架，所述风枪机架上设有与安装在固定部上的球芯流道口轴向平行的水平导轨331，水平导轨331上滑动配合有第一滑块332，第一滑块上332设有竖直导轨333，竖直导轨(333)上滑动配合有第二滑块334，第二滑块334上设有风枪支架335，所述热风风枪31和冷风风枪32沿上下方向间隔设置在风枪支架335上，且热风风枪31和冷风风枪32之间的距离均与球芯1相配合，风枪机架上还设有第一滑块驱动机构和第二滑块驱动机构。第一滑块驱动机构和第二滑块驱动可以为本领域中惯用的直线驱动机构，比如电动推杆、滚珠丝杠，或者也可以是相互啮合的由电机驱动的齿轮齿条驱动机构。本实施例选用tz系列伺服滑台电动模组直线导轨滑台驱动热风风枪和冷风风枪的直线运动。本实施例热风风枪选用广州隆正机电设备有限公司生产的高温热风枪hg系列，功率功率10kw以上，出口温度大于300℃，流速可控。冷风用工业气源，压力4到5公斤，喷嘴直径6mm即可。

一种高端球阀球芯表面涂层熔覆方法，采用如上的高端球阀球芯表面熔覆涂层制备用冷却装置进行，包括如下步骤：

步骤1，将经喷砂处理后的球芯安装在所述旋转工装上，开启所述旋转驱动机构并分别在球芯表面和球芯流道口内喷涂涂层，喷涂完成后静置备用。

具体的，首先对球芯进行加工处理，预留尺寸，保证涂层加工后的尺寸满足设计要求，因此涂层涂覆之前需要进行尺寸检测；满足要求后，进行喷砂处理，达到表面的粗燥度要求，然后搁置时间不超过2小时，避免外表面的氧化或其它污染；接着加装工装放置在转动台子上进行喷涂；喷涂采用常规火焰喷枪即可；首先将球芯火焰预热到150度以上，然后进行喷涂；涂层喷涂以涂层处理表面线速度为喷枪停留基准，即线速度与停留时间为正比；涂层达到预留厚度的至少1.3倍时,将喷好的球芯进行静置处理，通常为2小时，同时观察表面有无明显缺陷，如果没有，即可进行热处理，若有问题，进行补喷或重喷；完成上述任务后，进入下一步骤，即熔覆阶段。

步骤2，将步骤1中喷涂涂层后的球芯置于真空炉进行熔覆，熔覆结束后，通过所述旋转工装驱动球芯1旋转的同时，驱动风枪装置并使得热风风枪31和冷风风枪32在流道口轴向方向上来回水平移动，同时热风风枪31对球芯外表面涂层11进行保温，冷风风枪32对球芯流道口内涂层12进行冷却；

步骤1中球芯流道口内涂层的热膨胀系数＜球芯外表面涂层的热膨胀系数＜球芯的热膨胀系数；

步骤2中所述热风风枪31的出风流速及出风温度配合球芯流道口内涂层的热膨胀系数进行调整并使球芯外表面涂层11与球芯收缩一致和避免应力集中，所述冷风风枪32的出风流速及出风温度配合球芯流道口内涂层12的热膨胀系数进行调整并使形成压应力涂层。

本实施例中，球芯材质为316不锈钢(ss316)，球芯流道口内涂层和球芯外表面涂层分别采用ni55和ni60涂层，成分见表1,球芯流道口内涂层的热膨胀系数约为ss316的1/8，球芯外表面涂层的热膨胀系数约为ss316的1/5。

表1涂层中各成分的质量百分比(余量为ni)

球芯口径为dn100，球芯转速为每分钟30转。风枪支架335带动热风风枪和冷风风枪在水平方向的来回速度为每秒30cm，其中热风风枪的出口风速为15m/s，冷风风枪的出口风速为10m/s，出口口径都是6mm；流速调节过程有变化，上下变动为30％。将热风风枪的出口风温设计在300℃左右，主要是将接近过渡区的球面温度控制在250℃左右，同时避免定点吹扫，造成局部温度不均匀。冷风风枪出口风温设计在25℃，但冷风枪的流速小，流速小，增加流道口内的冷却速度，但不可以对流道口的某一点定点吹扫。热风风枪31的流速是先小后大，维持后期外表面温度，冷风枪7流速是先大后小，迅速在前期将内壁温度降低，小流速为将出口风速降低30％，大流速为将出口风速升高30％。上述冷却量根据零件大小制定，如果零件大，相应参数需要调整，主要保证过度区温度变化的稳定性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。