专利名称：小型拉丝式电弧喷涂设备的制作方法
技术领域：
本发明属于表面工程学科喷涂技术领域，是电弧喷涂技术中的一种新式的电弧喷 涂设备。
背景技术：
表面工程是一门综合性的新型学科，喷涂技术是表面工程学科中的一门非常重要 的表面改性技术，由于具有极强的应用价值和重大的经济效益及社会效益，同时在节省能 源和资源、维修和再制造、环保和污染等方面体现出的优越性，所以有力地推动了该技术的 飞速发展。近年来在喷涂方法、设备、工艺、材料等方面创造出了很多新的成果，本发明是一 种新式的电弧喷涂设备，用于热喷涂行业制备涂层。电弧喷涂原理与焊接不同，它是将两根作为电极的丝材 经短路熔化，通过压缩空 气将熔化金属雾化并以高速喷射到工件表面形成涂层，实现良好的喷涂工艺，必须由高质 量的喷涂设备来完成。就电弧喷涂而言，适合不同种类喷涂材料、实现不同形状结构产品和 适应不同环境条件下的喷涂，首先要选择最适宜的电弧喷涂设备才能保证喷涂的质量、提 高生产效率和降低制造成本。从产品、专利成果、研究资料查询，当前电弧喷涂设备的现状 是研究资料少，产品结构单一。经分析认为，其原因是由于喷涂技术在近年来才得到广泛 应用和发展，而作为这门应用性技术，首先需要解决的问题是喷涂工艺，所以喷涂工艺的成 果远远大于设备的研究。众所周知，当前的电弧喷涂设备从结构的角度可分为“推丝式”和 “拉丝式”两种类型，但设备均存在体积大、重量重、外接缆线多等问题，所以搬运和施工不 方便，尤其在喷涂空间小或野外作业等特殊场合下施工会受到限制。另外中大型电弧喷涂 设备虽然喷涂效率高，但喷涂焰流大，对一些小型部件的喷涂或精细涂层的制备不很适宜， 同时还浪费喷涂材料。为了弥补当前电弧喷涂设备存在的不足和弥补电弧喷涂设备单一的 现状，发明一种体积小、重量轻的小型拉丝式电弧喷涂设备。
发明内容
从背景技术分析的电弧喷涂设备现状可知，当前的电弧喷涂设备均为体积大、重 量重、外接缆线多的结构类型，目前缺少微小型系列电弧喷涂设备产品。本发明的目的在于 提供一种小型拉丝式电弧喷涂设备，以满足喷涂市场的需求。1.本发明的技术关键和方案本发明的小型拉丝式电弧喷涂设备，采用逆变式喷涂电源1、拉丝式电弧喷涂枪 2、输出电缆3、电源电缆4、控制线5的结构形式组成，见附图1。1. 1逆变式喷涂电源的设计方案众所周知，逆变式电焊机具有体积小重量轻，高效节能，动特性好，操作灵活的特 点，而且技术非常成熟。对于微小型电弧喷涂设备，非常符合上述的特点，虽然方法工艺不 同，但电气原理比较接近。本发明参照了逆变电焊机的电气原理进行了喷涂电源的设计，其 技术关键和方案是
(1)保留主电路系统不变，直流输出，平特性，最大输出电流250A。(2)改制控制电路，使输出电流(0 250A)和电压(10 40V)均为无级调节，目 的是在喷涂过程中可随意调节参数(避免停机调节电压值)，从而容易获得最佳的喷涂工 艺参数。(3)改制送丝电路，①设置手动/自动喷功能开关，目的是便于选择不同的操作 方式。②设置检丝/喷涂转换开关，避免电弧烧伤操作者和损坏设备，益于安全操作。
1. 2拉丝式电弧喷涂枪的设计方案拉丝式电弧喷涂枪由拉丝装置6和喷涂枪头7组合而成(附图1)，设计的原则是 在保证送丝稳定，气体雾化效果好，喷涂焰流细小而挺拔的条件下，尽量简化拉丝装置的结 构，力求拉丝式电弧喷涂枪体积小重量轻，操作方便。2.本发明过程中涉及的主要内容2.1设备的主要性能参数电源电压3(p380V士 15%功率10KVA频率δΟΗζ喷涂丝直径Φ1. Φ1. 6mm喷涂电压10 40V喷涂电流0 250A负载持续率100%喷涂枪重量1.5kg喷涂电源重量15kg喷涂电源外形尺寸W200 X L480 X H300mm2.2喷涂电源的设计喷涂电源的设计参照逆变电焊机电气原理，设计内容有主电路系统，电子控制系 统，送丝控制系统，电气原理方框图见附图2，喷涂电源产品照片见附图3。(1)主电路系统一设计的主电路由输入电路(输入整流、C滤波)、逆变电路 (M0SFET功率开关元件、逆变降压变压器)、输出电路(输出整流、L滤波)组成。根据喷涂 方法的要求，电源为平特性，直流输出。为满足喷涂工艺的要求，输出电流在0 250A和输 出电压在10 40V范围内均为无级调节，喷涂电流小于250A条件下作业，负载持续率为 100%，设计时参照了逆变式电焊机主电路的原理。(2)电子控制系统_设计的电路主要由驱动脉冲功率放大电路、时间比率(TRC) PWM控制电路、给定电路、反馈电路、比较放大电路和保护电路组成。采用市售的标准控制 板，在整机调节时，由于部分参数不匹配，对个别元件进行了更换，增加了无级调压控制。(3)送丝控制系统_设计的电路由送丝电机整流电路、调节送丝速度的控制电路、 程序控制电路组成。设计时采用了市售的标准PCB板，增设了喷涂/检丝和手动/自动喷 涂功能。2. 3拉丝式电弧喷枪的设计拉丝式电弧喷涂枪由拉丝装置6、喷涂枪头7、丝盘装置8组合而成(附图1)。2. 3. 1拉丝装置
拉丝装置结构见附图4，由机壳30、变速装置31、丝材压紧装置32、控制线5、导丝 管接头34、快速接头35、气阀36、送丝轮37、送丝电机38、手柄39、手动喷涂开关40组成，其 作用是将两根喷涂丝材稳定地送入喷涂枪头内。本装置的设计采用了多级绝缘安全措施， 有效地避免两根喷涂丝材在喷涂过程中造成短路连接而伤人或损坏设备。(1)机壳30-是装配拉丝装置部件、连接喷涂枪头和丝盘装置的壳体，机壳采用绝 缘材料制作，实现部件之间的绝缘作用。(2)变速装置31-变速装置起减速作用，由蜗杆41、涡轮42、传动轴43组成。涡轮 采用绝缘材料制造，实现部件之间的绝缘作用。(3)丝材压紧装置32-由压丝轮44和调节压力的弹簧手柄45组成。压丝轮采用 轴承替代，具有耐磨损、精度高、滚动性能好、容易配换等特点。压力手柄的作用是调节喷涂 丝材在送丝过程中的压力程度，适度的压力可保证送丝有力和速度稳定。
(4)气阀36-用于调节雾化气体流量的大小。(5)送丝轮37-送丝轮由外轮46和内轮47组成，外轮采用抗耐磨的钢料制造，每 套外轮均带有大小不同的导丝槽，可根据喷涂丝材规格大小配置对应的外轮来送丝。内轮 采用绝缘材料制造，起固定外轮和绝缘的作用。(6)送丝电机38-选用24V调速电机，电机轴自带蜗杆41。为了缩小拉丝式喷枪 的体积结构，电机装配在手柄39内。(7)手动喷涂开关40-安装在手柄39上，便于控制喷涂操作。2. 3. 2喷涂枪头喷涂枪头结构见附图4，主要由导电嘴51、风帽52、枪体53、气管54、导丝管55组 成，与拉丝装置装配在一起，作用是将两根喷涂丝短路产生电弧，通过压缩空气雾化形成喷 涂焰流。2. 3. 3丝盘装置丝盘装置结构见附图1，主要由固定支架61、封闭盒62组成，封闭盒内装带有喷涂 丝的小型丝盘。2. 4电源操作面板(附图1) 电源指示灯9-显示喷涂设备供电状态，指示灯亮表示喷涂设备供电。 喷涂指示灯10-显示喷涂操作供电状态，指示灯亮表示喷涂供电正常，允许喷 涂。 异常指示灯11-显示喷涂设备运行状态，指示灯亮表示设备有故障，需要检修。·电压显示表12-显示喷涂电压值。 电流显示表13-显示喷涂电流值。·电流调节钮14-调节喷涂电流值的大小。·电压调节钮15-调节喷涂电压值的大小。 喷涂开关16-是喷涂/检丝的转换开关，置于喷涂位置时，喷涂电源接通，可进 行喷涂作业。置于检丝位置时，喷涂电源切断，电弧不能燃烧，但送丝系统仍正常，允许调节 和检查送丝情况，设置该开关的主要目的是为了安全操作，在安装、调节和检查喷涂丝材送 丝时，由于喷涂丝材短路而不会引弧燃烧，可有效地避免电弧伤人和短路损伤设备。·自动喷涂开关17-是自动喷涂/手动喷涂的转换开关，置于自动位置时，喷涂是连续进行的，但喷涂枪上的手动喷涂开关不起作用。置于手动位置时，操作者通过喷涂枪上 的手动喷涂开关可以喷涂(按下开关)或停止(松开开关)作业。设置该开关的主要目的 是为了喷涂作业方便，有选择性，减轻操作人员的劳动强度。 控制线接口 18-是连接拉丝式喷涂枪上的控制线5的接口。 电源输出接口 19-是用输出电缆3连接拉丝式喷涂枪的导丝管接头34(附图 4)。
总电源开关20-是喷涂设备供电的控制总开关(位置在喷涂电源后面板上)。 电源电缆4-是连接网络配电盘的电缆(位置在喷涂电源后面板上)。2. 5设备的安装(附图1) 将电源电缆4与配电盘连接，设备必须安全接地。 用输出电缆3，将喷涂电源的电源输出接口 19与拉丝式喷涂枪的导丝管接头 34(附图4)连接。 用拉丝式喷涂枪的控制线5与喷涂电源的喷控制线接口 18连接。 用高压气管，将空气压缩机与拉丝式喷涂枪的气体快速接头35(附图4)连接。2. 6设备的喷涂操作程序(附图1) 将带有喷涂丝材的小型丝盘装在封闭盒62内，并将丝头穿入拉丝式喷涂枪的 送丝轮37 (附图4)槽中并压紧。如果需要长时间连续喷涂时，可外接大丝盘，先丝盘装置8 卸掉，然后将放在地上的(或放在其它方便的位置)大丝盘上的两根喷涂丝拉出并套上尼 龙绝缘套管，随后将喷涂丝头穿入拉丝式喷涂枪的送丝轮37 (附图4)槽中并压紧。 将喷涂开关16置于检丝位置，自动喷涂开关17置于手动位置，打开喷涂设备总 电源开关4，电源指示灯9亮。按动拉丝式喷涂枪的手动喷涂开关40，将两根喷涂丝送出喷 涂枪头的导电嘴51外2mm左右为止(两根丝不许接触短路)。 将喷涂开关16置于喷涂位置，喷涂指示灯10亮，按下拉丝式喷涂枪的手动喷涂 开关40进行喷涂，松开开关停止喷涂。 喷涂工艺参数的调节可以在喷涂过程中进行，通过拉丝式喷涂枪上的气阀 36(附图4)调节雾化气体流量，通过喷涂电源上的电流调节钮14和电压调节钮15调节喷 涂电流和电压值。3.由于采用了上述技术方案，本发明取得了如下效果(1)采用了逆变喷涂电源，设备达到了体积小重量轻，高效节能，动特性好，操作灵 活方便，性能稳定，喷涂质量好的效果。(2)设计的输出电流(0 300A)和电压(10 40V)均为无级调节功能，实现了在 喷涂过程中随意调节参数而不用停机的目的，更重要的是很方便就能调节出最佳的喷涂工 艺参数，大大地提高了喷涂质量的效果。(3)本设备限定了喷涂丝材规格直径小于Φ1. 6mm的使用条件，该设备设计的负 载持续率达到100%，能满足连续喷涂作业的能力。(4)设置的手动/自动喷涂转换开关，能方便地选择操作方式，满足了连续、断续 喷涂作业方式的需要。设置了检丝/喷涂转换开关，能有效地避免操作人员在喷涂丝材安 装、调节和检查时，由于丝材短路电弧伤人和损伤设备，起到了操作安全的效果。(5)设计的拉丝式喷涂枪，具有结构简单，组合紧凑，体积小，重量轻的特点。拉丝式喷涂枪设置的枪体上装丝和外接装丝的方式，便于施工的需求和操作方便。装丝装置 均采用了封闭结构，有效地避免了喷涂烟尘落在送丝装置和喷涂丝材上，减少了导丝管阻 塞和送丝轮粘灰现象，提高了设备送丝平稳，电弧燃烧稳定的可靠性，保证了良好的喷涂质 量；同时也起到了防止其它物体飞落在喷涂丝上造成丝材短路或损伤的作用。创新性解决了电弧喷涂设备体积大、重量重的问题，弥补了电弧喷涂设备类型单 一的现状，填补小型电弧喷涂设备的空白。新颖性采用逆变式喷涂电源和拉丝式喷涂枪的设备结构，体现了设备结构简单， 重量轻，体积小，便于携带，高效节能，操作灵活，容易控制的效果。实用性由于该设备体积小、重量轻，便于携带，适宜于野外作业和喷涂空间小的 场合使用。由于使用的喷涂丝材规格小，喷涂焰流细，适宜于喷涂精小结构的部件和精细涂 层的产品。由于需要功率小，操作方便，也适宜实验室、小企业等用户使用。
附图1是本发明的小型拉丝式电弧喷涂设备示意图；附图2是本发明的小型拉丝式电弧喷涂设备的电气原理方框图；附图3是本发明的小型拉丝式电弧喷涂设备的喷涂电源产品照片；附图4是本发明的小型拉丝式电弧喷涂设备的拉丝式电弧喷涂枪示意图。附图1标记说明 附图4标记说明 具体实施方例实施例一小型石材狮子外表装饰的喷涂1.条件在石材狮子表面喷涂金属涂层作为装饰，要求外表美观和抗大气腐蚀。 根据本发明的小型拉丝式喷涂设备的特点，石狮子体形高度在500mm以下最为适宜。2.涂层的设计根据喷涂对象的使用条件，选择黄铜(其它金属材料都可以，比如 Al、Fe)作为喷涂材料，丝材直径为Φ1. 2mm，这种小功率喷涂的涂层比较均勻致密、细腻美 观，根据用户的要求，涂层厚度可为0. 10 0. 20mm。3.喷涂工艺采用本发明的小型喷涂设备，根据喷涂对象的形状，采用手工操作 喷涂作业方式，由于涂层细腻致密，喷涂后不需要再进行封孔处理。石材狮子喷涂之前虽然 表面很粗糙，但粗糙度极不均勻，而且有些石粒酥松，所以必须要对表面进行喷砂处理，使 表面尽量平整，粗糙程度均勻。根据用户要求，还可以对喷涂后的涂层进行抛光处理，使石 材狮子更加美观。4.涂层检验通过检查，涂层没有起裂、掉块、鼓包等缺陷，涂层表面均勻致密、细 腻美观，虽然石材狮子很多部位凸凹相差较大，但由于采用该设备能实现喷涂焰流细小集 中的特点，所以实现了各部位的涂层厚度均勻，而且通过破坏性检验，涂层与石材之间结合 非常牢固，其结果是石材碎裂而涂层没有剥落。实施例二 地下煤气管道阀门表面防腐涂层的野外施工喷涂1.使用现状沿海一带中小城市煤气管道的铺设，很多煤气管道阀门设置在地下 井内，空间比较小，一般高2. 5M，宽1. 5M，长2. 5M左右，阀门离井底约0. 5M，而且井底常年积 水，管道和阀门腐蚀严重，需要经常刷漆防护。采用喷涂的方法可以显著提高防护寿命，但 由于作业空间小，很难施工。采用本发明的小型喷涂设备，能方便地实现该工程的施工。2.涂层的设计根据重度潮湿腐蚀防护机理，选择了 Zn-Al喷涂丝材，众所周知，这种材料的防护寿命在水中最低可达10年以上，而且具有涂层结合强度高、涂层致密、喷 涂成本低的特点，所以能显著地提高阀门的使用寿命。选用φ 1.2mm的喷涂丝，喷涂后的涂 层厚度> 0. 15_。3.喷涂工艺采用石英砂进行管道的表面喷砂粗化处理。采用本发明的小型喷涂 设备，通过手工操作喷涂方式作业，喷涂后用油漆封孔。在作业过程中安装有排尘装置。
4.涂层检验通过检查，没有发现涂层有任何缺陷，而且涂层表面平整、光洁、致 密。采用榔头的平面敲击涂层，涂层不会被砸掉。实施例三机车轴承定位孔超差修复的现场喷涂1.使用条件火车的机车在保养维修中，经常发现轴承定位孔(在机车壳体上) 因长期使用而磨损超差，使轴承外环与定位孔不能紧密配合而打滑。如果采用焊接的方法 进行修复，由于壳体较大，不能变换位置，所以焊接操作比较困难，另外焊后加工也很难保 证尺寸精度，所以一般采用胶结的方法修复，但使用寿命短，采用喷涂的方法可以有效地解 决该难题，但由于作业空间小，很难施工。采用本发明的小型喷涂设备，能方便地实现小空 间的施工。2.涂层的设计根据使用条件，选择了 Ni-Cr-Fe喷涂丝材，这种材料具有涂层结 合强度高，抗耐磨的特点，所以能显著地提高使用寿命和降低了修复难度。由于磨损量一般 都比较小，所以选用Φ 1.2mm的喷涂丝比较容易控制涂层厚度，喷涂后的涂层厚度根据磨 损量确定。3.喷涂工艺采用棕刚玉砂进行喷涂部位的表面喷砂粗化处理。采用本发明的小 型喷涂设备，通过手工操作喷涂方式作业，喷涂后涂层的厚度控制在比磨损量大0. 05mm左 右，最后用砂纸磨削到需要尺寸即可。4.使用结果通过对修复机车运行跟踪，其结果十分理想，所以该技术一直被使用。
权利要求
一种用于热喷涂的小型拉丝式电弧喷涂设备(说明书附图1)，设备采用了逆变式喷涂电源和拉丝式喷涂枪的技术，输出电压10～40V无级调节，最大喷涂电流250A，喷涂丝材限定为Φ1.0～Φ1.6mm，负载持续率为100％，允许连续喷涂；设置了手动/自动喷涂和检丝/喷涂开关；喷涂电源重15kg，喷涂枪重1.5kg，设备具有体积小、重量轻、便于携带，设备性能安全可靠、使用方便、操作简单、喷涂质量稳定等特点，适宜于野外作业和喷涂空间小的场合使用，适宜于喷涂精小结构的部件和精细涂层的产品。
2.根据权利要求1所述的采用逆变喷涂电源，其特征在于①具有体积小重量轻，高效 节能，动特性好，操作灵活方便，性能稳定，喷涂质量好的特点；②设计的输出电压10 40V 宽范围无级调节方式，实现了在喷涂过程中随意调节参数而不用停机的功能，配合输出电 流也是无级调节的功能，很容易能调出最佳的喷涂工艺参数来提高喷涂质量；③最大喷涂 电流250A，喷涂丝材限定为01.0 01.6mm，负载持续率为100%，允许连续喷涂；④设计 的手动/自动喷涂操作开关，便于满足连续、断续喷涂作业方式的选择，来降低操作者的劳 动强度和提高喷涂效率；⑤设置的检丝/喷涂操作开关，能有效地避免喷涂丝材在安装、调 节和检查时，由于丝材短路而发生电弧伤人和损伤设备，起到了操作安全的效果。
3.根据权利要求1所述的拉丝式喷涂枪(说明书附图4)，由喷涂枪头、拉丝装置和丝 盘装置组成，其特征在于①体积小重量轻，喷涂枪重1. 5kg (不包括丝盘)，操作灵活方便， 结构简单实用性强；②丝盘装置采用了封闭结构，有效地避免了喷涂烟尘飞落在送丝装置 和喷涂丝材上，减少了导丝管阻塞和送丝轮粘灰现象，同时也起到了由于喷涂丝松散造成 丝材短路或伤害操作者的安全作用。
全文摘要
一种用于热喷涂的小型拉丝式电弧喷涂设备，见摘要附图。该设备采用了逆变式喷涂电源和拉丝式喷涂枪的技术方案，输出电压10～40V无级调节，可在喷涂过程中调节电压不用停机；设置了手动/自动喷涂和检丝/喷涂开关，便于作业方式的选择和避免喷涂丝材在安装、调节和检查时，丝材短路而发生电弧伤人和损伤设备；喷涂丝材限定为Φ1.0～Φ1.6mm，最大喷涂电流250A，伏在持续率为100％，允许连续喷涂；喷涂电源重15kg，喷涂枪重1.5kg，设备具有体积小、重量轻、便于携带，设备性能安全可靠、使用方便、操作简单、喷涂质量稳定等特点，适宜于野外作业和喷涂空间小的场合使用，适宜于喷涂精小结构的部件和精细涂层的产品。
文档编号C23C4/12GK101864549SQ20091009765
公开日2010年10月20日 申请日期2009年4月16日 优先权日2009年4月16日
发明者丁少雄, 刘爱国, 蔡林强, 郭面焕 申请人:慈溪光华金属复合材料有限公司