专利名称：火焰涂覆方法以及对应的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对物体进行涂覆的方法，该方法使用一种可熔融涂层材料对待涂覆物体执行涂覆，该方法包括步骤
-形成一个火焰，其具有一个最大火焰速度，且其火焰方向与火焰的轴线一致，该火焰方向被指向待涂覆物体；
-将一定量的可熔融涂层材料引入到火焰中；
-最大火焰速度以及待涂覆物体与火焰之间的距离被选定为能使可熔融涂层材料被喷射到待涂覆物体上，并使可熔融涂层材料用量中的至少一部分在撞击到待涂覆物体上时处于熔融状态。
背景技术：
本发明的方法尤其适用于在铸铁管上涂覆一层锌或Zn-Al合金。
火焰粉末涂覆方法是公知的。在这种方法中，将涂层材料以丝线的形式引入到火焰中，火焰将涂层材料熔化，从而形成涂层材料的液滴。然后，这些液滴被火焰中的燃烧气体带着而撞击到待涂覆物体上。
现有火焰粉末涂覆方法的效率约为60％。该效率是由一个关系定义的，该关系是指有效粘附到待涂覆物体上的材料量与引入到火焰中的材料量之间的关系。大约10％的材料由于蒸发而损失掉了。因而，其余约30％的材料并未粘附到待涂覆物体上，而是以残留粉末的形式堆积起来。
这些已经变质的残留粉末很难被重新利用，其只有很低的经济价值—尤其是对于非纯粉末的情况下，其中的非纯粉末例如是不同材料的混合物和/或合金(譬如Zn-Al合金)。
发明内容
本发明的目的是提供一种经济的火焰涂覆方法。
为此目的，本发明涉及一种属于上述类型的方法，其特征在于可熔融涂层材料的用量中包括由颗粒组成的粉末，且火焰的温度低到足以使粉末中的颗粒不会被完全蒸发，而且温度高到足以使粉末中的颗粒至少部分地熔化。
按照其它实施方式，根据本发明的方法可包括下列的一个或多个特征[12]-材料的用量是由粉末组成的；[13]-颗粒的最大尺寸小于1000μm，优选地是小于800μm，特别是小于500μm；[14]-颗粒的最小尺寸大于20μm，优选地是大于40μm，特别是大于60μm；[15]-材料是被按照至少一个引入方向引入到火焰中的，且引入方向包括一个径向分量，该径向分量是相对于火焰的轴线而言的；[16]-引入方向被定向在相对于火焰轴线基本处于径向的方向上；[17]-待涂覆物体沿一纵向轴线延伸，且引入方向具有一个分量，该分量的延伸方向与所述纵向轴线平行；以及[18]-引入方向基本上平行于待涂覆物体的纵向轴线进行延伸；[19]-材料是被按照至少两个引入方向引入到火焰中的，且这两个引入方向在一个平面的一侧和另一侧对称地延伸，该平面包含火焰的轴线，且与待涂覆物体的纵向轴线垂直；[20]-粉末中包含至少50％(重量比)的、熔点在400℃与500℃之间-优选地是在425℃与475℃之间的金属或合金；[21]-粉末是由一种合金组成的，该合金包含至少50％(重量比)的锌，尤其是至少为85％，优选地是至少为95％；[22]-合金的其余部分包括铝，且尤其是由铝组成的；[23]-火焰最大速度在500m/s与2000m/s之间，且优选地是在700m/s与900m/s之间；[24]-粉末的至少一个部分是废品粉末；[25]-废品粉末来源于某种通过喷射来进行涂覆的方法，特别是来源于电弧丝线涂覆(revêtement arc-fil)方法，该方法以可熔融涂层材料的丝线或索线作为镀源材料；[26]-粉末中的所述部分是通过对一定量未经处理的废品粉末执行筛滤而获得的；[27]-至少这一部分粉末在被引入到火焰中之前经过干燥或还原处理；以及[28]-火焰的最高温度在2000℃与3000℃之间，优选地是在2250℃与2750℃之间，特别是在2400℃与2600℃之间。
本发明还涉及一种借助于火焰执行涂覆的设备，其适于执行根据上述任一项所述的方法，该设备包括[30]-一燃烧器，其可与一可燃气体源进行连接，并产生出处于一火焰轴线上的火焰；[31]-用于将一种可熔融涂层材料引入到火焰中的装置；[32]其特征在于用于引入可熔融涂层材料的装置适于将可熔融涂层材料以粉末的形式引入到火焰中。
按照其它实施方式，根据本发明的设备可包括下列的一个或多个特征[34]-引入装置包括一个喷射器，其可将涂层材料粉未/输送气体的混合物沿一引入方向送入到火焰中；[35]-引入方向相对于火焰轴线基本上指向径向方向；以及[36]-设备还包括一个混合器，其是为涂层材料粉未/输送气体而设置的，该混合器包括一个粉末入口；一输送气体入口，其可与一输送气体源进行连接；以及一出口，其用于排出涂层材料粉未/输送气体的混合物，混合器可将粉末与输送气体流混合起来，且涂层材料粉未/输送气体混合物的出口与至少一个喷射器相连接。
由于采用了上述的参数—例如气体的速度、火焰温度、以及喷射位置等，所以设备的工作是令人满意的，并能获得均匀的涂层。
通过阅读下文参照附图所作的详细描述能更加清楚地理解本发明，下文的描述仅是示例性的，在附图中 图1示意性地表示了一套设备，其带有根据本发明的涂覆设备；[40]图2示意性地表示了根据本发明的涂覆设备；[41]图3是对图2所示涂覆设备的一部分所作的纵向剖面图；以及[42]图4是图3所示涂覆设备部分的正视图。
具体实施例方式图1表示了一种根据本发明的、用于执行火焰涂覆的设备，在图中，该设备总体上由标号2指代。
设备包括一装置4，其用于回收未经处理的粉末；一主储容器6；三个供料储容器8A、8B、8C；以及三个火焰涂覆装置10A、10B、10C。
用于回收未经处理粉末的装置4适于直接回收(也就是说不进行处理)残留粉末或废品粉末，其中的废品粉末是在执行现有涂覆方法时产生的。这些现有的方法使用丝线或索线作为原材料，并形成了由残留涂层材料构成的粉末，该粉末是由一些颗粒组成的，颗粒的最大尺寸一般在0μm到2000μm之间。
该粉末通常包含一些合金颗粒，这些合金颗粒以低熔点的金属为基，其熔点在400℃与450℃之间，优选地是在425℃与475℃之间。
该合金例如是以Zn为基的合金，其包含至少50％(重量比)的Zn，但Zn含量优选地是大于85％，尤其是大于95％。
合金中的其余部分例如包含铝，优选地是由铝构成的。
设备2还包括用于输送涂层材料粉末的第一装置12，其能向主储容器6供料。
这些第一供送装置12包括一第一输送器14A，其入口与用于回收未处理粉末的装置4的出口相连，且其出口通入到主储容器6中。
设备2还包括用于输送涂层材料粉末的第二供送装置14B，其能将涂层材料粉末从主储容器6输送给各个供料储容器。
在此情况下，这些第二供送装置14B是由三个输送器16A、16B、16C构成的，每个输送器都与主储容器的出口相连，并与各个供料储容器8A、8B、8C的入口相连。
第三粉末供送装置18适于将粉末从各个供料储容器8A、8B、8C输送给各个涂覆设备10A、10B、10C。在此情况下，这些第三供送装置18是由三个螺旋杆输送器20A、20B、20C构成的。
在第一输送器14A中设置了一个用于对未经处理的粉末进行处理的装置22，该装置22将第一输送器分成了上游部分24和下游部分26。
用于对未处理粉末进行处理的装置22是由一筛滤装置28构成的。筛滤装置28可对粉末中的颗粒进行分离，使颗粒的最大尺寸和最小尺寸位于一个预定的范围内。筛滤装置28包括两个筛网-一个粗筛网29A和一个细筛网29B。粗筛网29A被布置在细筛网29B的上方。筛滤装置28还包括一入口30，来自于回收装置4的未经处理粉末通过上游部分24经入口30进入到粗筛网29A的上方。筛滤装置的第一出口32被设置在粗筛网29A与细筛网29B之间，该出口与第一输送器14A的下游部分26相连。筛滤装置上设置有另外两个出口34、36，一个位于粗筛网29A的上游，另一个位于细筛网29B的下游。这两个出口34、36是为最大尺寸大于上述限度的颗粒、以及最小尺寸小于上述限度的颗粒而设置的。
在此情况下，各个颗粒的最大尺寸小于1000μm，优选地是小于800μm，尤其是小于500μm。在筛滤装置28的第一出口32处，粉末是由这样一些颗粒组成的其最小尺寸大于20μm，优选地是大于40μm，尤其是大于60μm。
下文将示例性地介绍涂覆设备10A。另外两个涂覆设备10B、10C是相同的。
图2是根据本发明的涂覆设备10A的示意图，图中表示出了待涂覆物体。
待涂覆物体是一个管件40，其基本上是中空的圆筒形，其具有一水平的纵向轴线X-X。该管件例如是金属的，尤其是用铸铁制成的。管体40被固定到一支撑件(图中未示出)上，可使该管件绕其纵向轴线X-X旋转，并沿着该轴线相对于涂覆设备10进行平动。
涂覆设备10包括一燃烧器42，在图2中该燃烧器被部分地剖开，涂覆设备还包括一个用于将涂层材料粉末引入到火焰44中的装置46。
燃烧器42产生出位于水平火焰方向F上的火焰44，该方向F是由火焰的轴线Y-Y确定的，且其指向管件40。火焰轴线Y-Y和纵向轴线X-X一起形成了一个不等于0°的夹角。这两条轴线形成了一个平面P-P，其与轴线X-X垂直，并与轴线Y-Y重合(见图4)。
燃烧器42是由一个燃烧器头48和用于冷却并引导火焰44的装置50构成的。
燃烧器头48上设置有一个燃烧气体入口52，其通过一燃烧气体管线56和一第一阀58与一个燃烧气体源54相连，其中的燃烧气体例如是氧气，第一阀58用于控制流量和压力。
燃烧器头48上设置有一个可燃气体入口60，其通过一可燃气体管线64和一第二阀66与一个可燃气体源62相连，其中的可燃气体例如是天然气、乙炔或丙烷，第二阀66用于控制流量和压力。
在图3中，以放大的比例表示了燃烧器头48和用于引入粉末的装置46的部件，在图中，燃烧器头48被沿纵向剖开。
燃烧器头48通常绕轴线Y-Y转动。燃烧器头包括一混合器68、一可燃气体喷嘴70、以及一燃烧气体喷嘴72，这几个部件在火焰方向F上前后依次排列着。燃烧气体喷嘴72被一喷嘴支撑件74固定着。混合器68形成了燃烧器42的可燃气体入口60和燃烧气体入口52。混合器68和可燃气体喷嘴70组成了一条可燃气体通道76和多条燃烧气体通道78，通道76与轴线Y-Y同轴，多条通道78环绕着可燃气体通道76等间距地分布。这些构件在现有技术中都是公知的。
混合器68中可燃气体通道76的直径适于输送大流量的气体。
通道76直径与通道78直径之间的关系适于形成一化学恰当量的、大流量的气体混合物。
燃烧气体喷嘴的支撑件74是一个这样的构件其绕轴线Y-Y旋转，并包括一个阶梯形的通孔80，该通孔的横截面从后端向前端缩小。燃烧气体喷嘴支撑件74包括一带有螺纹的圆筒形基部82，一锥台形的外侧部分84与该基部相连。
用于冷却和引导火焰44的装置50包括一冷却套管86，燃烧器头48被设置在该套管86中。
套管86包括一进气端88和一火焰排出端90。
在进气端88一侧，套管86包括一带有螺纹的阶梯孔92，燃烧气体喷嘴支撑件74的基部82旋拧到该阶梯孔92的一部分中，锥台形部分84与阶梯孔92的阶台形成了一个环形的冷却室94，该冷却室环绕着喷嘴支撑件74的一个轴向部分。
在套管86上为冷却气体设置了一个径向进气孔96，该进气孔96通入到冷却室94中，且该进气孔与冷却气体供应装置98相连。
如图2所示，冷却气体供应装置98包括一第一空气压缩机100，其与通入到冷却室94中的压缩空气管线102相连，在其中的管线102上安装了一个第三控制阀104。
套管86还包括一些孔洞106，这些孔洞从冷却室94沿轴向延伸，它们的开口位于套管86的前表面上，该表面位于火焰排出端90一侧，且是由一个环槽108形成的，该环槽的开口方向为火焰的方向F，以便于约束火焰，且不会干扰原有的流动。
如图4所示，套管86具有八个孔洞106。
燃烧器42上还设置有一个火焰点燃装置110(见图2)。该点燃装置110包括两个点火电极112，两电极的末端靠近套管86的排出端90。点火电板112通过导线114与电源116相连。在其中一条导线114上设置了一个开关118，其能对电极112实施控制。
用于将粉末引入到火焰44中的装置46包括四个现有的喷射器120A、120B、120C、120D(见图4)以及一个用于输送粉末/空气混合物的装置122，喷射器120A、120B、120C、120D与该装置122相连。
每个喷射器120A、120B、120C、120D基本上都是由一管体构成的，该管体具有一粉末出口124，且其适于沿引入方向IA-ID将涂层材料粉末引入到火焰44中。每一引入方向IA-ID基本上都指向火焰轴线Y-Y的径向方向。两个喷射器120A、120B的两引入方向LA、IB向下倾斜45°，而两个喷射器120C、120D的引入方向IC、ID却与轴线X-X平行而基本上沿水平方向延伸，且相互指向对方。因而，引入方向IA-ID都具有一个沿管件40的纵向轴线X-X延伸的分量。
引入方向IA、IB以及IC、ID被布置成相对于平面P-P对称。
由于采用了这样的设置方案，被喷射向管件40的粉末的颗粒被分布到一个虚拟的标靶(tache)上，该标靶的优先方向是沿轴线X-X延伸。因而，很少有颗粒被喷射到管件40的上方或下方。
相对于水平轴线对称布置的位置关系也能获得相同的效果，此情况下，管件40应当被布置成其轴线X-X在垂直方向上延伸。
用于输送粉末/空气混合物的装置122包括一个用于将粉末与空气混合起来的腔室126，其具有一个为涂层材料粉末设置的进料漏斗128和一个压缩空气入口130，入口130与一个用于输送压缩空气的装置相连，该装置是由一第二压缩机132和一第四控制阀134构成的。
在进料漏斗128入口的上方布置了一个计量装置140，在此情况下，该计量装置是一个振动型输送器。
计量装置140适于由螺杆型输送器20A来提供涂层材料粉末。
根据本发明的设备按照如下的过程进行工作。
首先，将铸铁管40安装到支撑体(图中未示出)上，且使其绕轴线X-X旋转。
然后，将阀58、66打开。如果是用丙烷作为可燃气体，则将可燃气体的压力调节为约3bar。如果氧气被用作燃烧气体，则燃烧气体的压力被调节为约8bar。
对可燃气体的流量进行调节，以使获得的功率能达到70kW。对于燃烧气体的流量，可将其调节为能产生化学恰当量的火焰。70kW的功率对应于天然气的流量在7Nm3/h的数量级上。
起动第一压缩机100，向冷却室94输送压缩空气，该压缩空气的压力例如约为2bar。
然后，利用点燃装置110点燃火焰44。所产生火焰44的功率在30kW-70kW之间。
火焰44的最高温度在2000℃-3000℃之间，优选地是在2250℃与2750℃之间，尤其是在2400℃-2600℃之间。
火焰44气体的最大速度在500m/s与2000m/s之间，优选地是在700m/s与900m/s之间。
然后，启动用于输送混合物的装置122，该装置将空/粉末的混合物输送给喷射器120A、120B、120C、120D。单个喷射器120A、120B、120C、120D的流量在15kg/h到50kg/h之间，优选地是，每个喷射器的流量约为35kg/h。所有喷射器的粉末流量在60kg/h与250kg/h之间。
喷射器120A、120B、120C、120D将空气/粉末混合物沿引入方向IA-ID引入到火焰44中。粉末喷射到火焰44中的速度在20m/s到50m/s之间。
粉末颗粒被沿方向F移动的火焰44带走。这些颗粒完全被火焰44熔化，并形成了熔融涂层材料的液滴。由于颗粒的尺寸在上述的范围之内，所以颗粒能完全熔化，但不会蒸发。液滴被按照一定的方式从火焰44中排出，该过程足够快，从而能防止液滴发生蒸发。
液滴被喷射到管件40上。对火焰44与管件40之间的距离进行选择，以使得液滴在撞击到管件上时仍处于液态。
液滴粘附到管件40上并发生固化，从而形成了涂层。
为了沿管件40的长度方向对其外表面执行涂覆，使管件40沿轴线X-X进行平动。
根据本发明的方法能以很高的流量(以粉末的质量计)在物体上涂覆一个涂层，同时还使用了从以前涂覆操作回收来的粉末。根据本发明的方法还达到了与使用丝线形式涂层材料的火焰涂覆方法类似的效率，也就是说，效率在60％的数量级上。
根据本发明的设备和工作参数使得这样的粉末可被用作涂层材料其是由低熔点(约450℃)的合金构成的，该合金例如是Zn85Al15。
一般而言，粉末中包含至少50％(重量比)的、熔点在400℃与500℃之间-优选地是在425℃与475℃之间的金属或合金。
作为一种改型，混合室126可与非空气的输送气体源相连接，例如，该气源是一个惰性气体源。
作为又一种改型，涂覆设备上设置的喷射器数目可以不是四个，例如，可以设置两个或六个喷射器。
另外，粉末处理装置可包括一个用于对粉末执行干燥和/或还原的装置，以便于提高粉末的流动性和/或涂层的质量。
权利要求
1.用于对待涂覆物体(40)进行涂覆的方法，该方法使用一可熔融涂层材料对所述待涂覆物体(40)执行涂覆，该方法包括步骤-形成一火焰(44)，其具有一最大火焰速度和一火焰方向(F)，所述火焰方向(F)与一火焰轴线(Y-Y)一致，且该火焰方向朝向所述待涂覆物体(40)；-将一定量的可熔融涂层材料引入到所述火焰(44)中；-所述最大火焰速度以及在所述待涂覆物体(40)与所述火焰(44)之间的距离被选定为能使所述可熔融涂层材料被喷射到所述待涂覆物体(40)上，并能使所述可熔融涂层材料用量中的至少一部分在撞击到所述待涂覆物体(40)上时处于熔融状态，其特征在于所述可熔融涂层材料的用量中包括由颗粒组成的粉末；且所述火焰(44)的温度低到足以使所述粉末中的颗粒不会被完全蒸发，而且温度高到足以使所述粉末中的颗粒至少部分地熔化。
2.根据权利要求1所述的涂覆方法，其特征在于所述材料的用量是由粉末组成的。
3.根据权利要求1或2所述的涂覆方法，其特征在于所述颗粒的最大尺寸小于1000μm，优选地是小于800μm，特别是小于500μm。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的涂覆方法，其特征在于所述颗粒的最小尺寸大于20μm，优选地是大于40μm，特别是大于60μm。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的涂覆方法，其特征在于所述材料按照至少一个引入方向(IA到ID)被引入到所述火焰(44)中；且所述引入方向(IA到ID)包括一相对于所述火焰的轴线(Y-Y)的径向分量。
6.根据权利要求5所述的涂覆方法，其特征在于所述引入方向(IA到ID)相对于所述火焰轴线(Y-Y)基本径向地定向。
7.根据权利要求5或6所述的涂覆方法，其特征在于所述待涂覆物体(40)沿一纵向轴线(X-X)延伸；且所述引入方向(IA到ID)具有一个分量，该分量的延伸方向与所述纵向轴线(X-X)平行。
8.根据权利要求7所述的涂覆方法，其特征在于所述引入方向(IC、ID)基本上平行于所述待涂覆物体(40)的纵向轴线(X-X)地延伸。
9.根据权利要求7或8所述的涂覆方法，其特征在于所述材料被按照至少两个引入方向(IA、IB；IC、ID)引入到所述火焰(44)中；且这两个引入方向在一平面(P-P)的一侧和另一侧对称地延伸，该平面包含所述火焰的轴线(Y-Y)，且与所述待涂覆物体的纵向轴线(X-X)垂直地延伸。
10.根据上述权利要求中任一项所述的涂覆方法，其特征在于所述粉末中包含至少50％重量比的、熔点在400℃与500℃之间-优选地是在425℃与475℃之间的金属或合金。
11.根据权利要求10所述的涂覆方法，其特征在于所述粉末是由一合金组成的，该合金包含至少50％重量比的锌，尤其是至少为85％重量比，优选地是至少为95％重量比。
12.根据权利要求11所述的涂覆方法，其特征在于所述合金的其余部分包括铝，且尤其是由铝组成的。
13.根据上述权利要求中任一项所述的涂覆方法，其特征在于所述火焰最大速度在500m/s与2000m/s之间，且优选地是在700m/s与900m/s之间。
14.根据权利要求13所述的涂覆方法，其特征在于所述粉末的至少一个部分是废品粉末。
15.根据权利要求14所述的涂覆方法，其特征在于所述废品粉末来源于一种通过喷射来进行涂覆的方法，特别是来源于电弧丝线涂覆方法，该方法以可熔融涂层材料的丝线或索线作为镀源材料。
16.根据权利要求14或15所述的涂覆方法，其特征在于粉末中的所述部分是通过对一定量未经处理的废品粉末执行筛滤而获得的。
17.根据权利要求16所述的涂覆方法，其特征在于至少这一部分粉末在被引入到所述火焰(44)中之前经过干燥或还原处理。
18.根据上述权利要求中任一项所述的涂覆方法，其特征在于所述火焰的最高温度在2000℃与3000℃之间，优选地是在2250℃与2750℃之间，特别是在2400℃与2600℃之间。
19.借助于火焰执行涂覆的设备，其适于执行根据上述权利要求1至18中任一项所述的方法，该设备包括-一燃烧器(42)，其适用于与一可燃气体源(62)进行连接，并适用于产生出沿着一火焰轴线(Y-Y)的火焰(44)；-用于将一可熔融涂层材料引入到火焰中的引入装置(46)；其特征在于所述用于引入所述可熔融涂层材料的引入装置(46)适于将所述可熔融涂层材料以粉末的形式引入到所述火焰(44)中。
20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于所述引入装置(46)包括一喷射器(120A，120B，120C，120D)，所述喷射器适用于将涂层材料粉未/输送气体的混合物沿一引入方向(IA，IB，IC，ID)引入到所述火焰(44)中。
21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于所述引入方向(IA，IB，IC，ID)相对于所述火焰轴线(Y-Y)基本径向地定向。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的设备，其特征在于所述设备还包括一混合器(120)，所述混合器是为涂层材料粉未/输送气体而设置的，该混合器包括一粉末入口(128)，一输送气体入口(130)——其适用于与一输送气体源(132)进行连接，以及一出口——其用于排出涂层材料粉未/输送气体的混合物；所述混合器(120)适用于将粉末与输送气体流混合起来；且涂层材料粉未/输送气体混合物的出口与至少一个喷射器(120A，120B，120C，120D)相连接。
全文摘要
使用可熔融涂层材料对待涂覆物体(40)执行涂覆的方法，该方法包括如下步骤形成一个火焰(44)，该火焰的方向(F)被指向待涂覆物体；将一定量的可熔融涂层材料引入到火焰中。火焰的温度高到足以使粉末中的颗粒至少部分地熔化。火焰的速度被选定为能使熔化后的可熔融涂层材料被喷射到待涂覆物体上。可熔融涂层材料量中的至少一部分在撞击到待涂覆物体上时处于熔融状态。可熔融涂层材料的用量中包括粉末。本发明可被用来涂覆铸铁管件。
文档编号C23C4/04GK1798859SQ200480014952
公开日2006年7月5日 申请日期2004年4月16日 优先权日2003年4月23日
发明者阿兰·图尼耶, 丹尼斯·吉拉尔丹, 米歇尔·谢佐, 阿兰·塞孔迪 申请人:圣-戈班Pam集团公司