CO2浸渍器磨损面的修复

2011-01-16谢少龙

烟草科技 2011年7期

谢少龙

广东中烟工业有限责任公司广州卷烟二厂，广州市中山七路333号510145

CO2浸渍器是英国BAT公司567 kg/h干冰膨胀烟丝生产线中的关键设备，主要由罐体、上下活动门盖和锁环组成，罐体与上下活动门盖之间采用O型橡胶密封圈和锁环的机械压力密封［1］。CO2浸渍器是中压压力容器，工作温度从室温至－17℃，工作压力从常压到3.51 MPa。工作环境温度和压力的急剧变化、工作介质CO2对金属的腐蚀以及门盖和锁环的频繁开合，使CO2浸渍器门盖和锁环容易磨损，磨损产生的间隙造成浸渍器密封性能下降，发生CO2泄漏现象，为生产带来不安全因素。目前对于浸渍器磨损及其修复进行研究和改进的文献较少［1-2］，为此采用冷焊和超声速喷涂技术对浸渍器磨损面进行修复，旨在为浸渍器的修复提供参考。

1 存在问题

当CO2浸渍器的锁环与门盖、锁环与罐体之间的接触面磨损产生间隙时，罐体内CO2气体的压力使顶门向上产生漂移，顶门上的O型密封圈失去密封效果，造成CO2泄漏。考虑到罐体材质及修复难度，确定了3个磨损修复面，分别是锁环与门盖的接触面以及锁环与罐体的接触面，见图1。

2 解决方法

针对CO2浸渍器锁环和门盖的磨损情况，通过全寿命成本分析法［3］分析，选用了冷焊堆焊和超声速热喷涂(High Velocity Oxyfuel Spraying，HVOF)技术对磨损面进行局部修复。

2.1 冷焊堆焊技术

冷焊堆焊技术是利用高频电火花放电原理，对工件进行无热堆焊，从而修补金属工件的表面缺陷与磨损，保证工件的完好性;或对工件进行强化处理，实现工件的耐磨性、耐热性、耐蚀性等。冷焊堆焊的优点是工件修补后不变形、不退火、溶接强度高、耐磨，同时焊材与基体的冶金结合保证了焊接的牢固性［4］。

2.2 超声速热喷涂(HVOF)技术

超声速热喷涂是利用某种燃料，以高压氧气为助燃剂，控制系统将燃料和氧气以一定的压力和流量输送到喷枪，经过电火花点燃后形成高温高压燃气，通过Laval喷嘴将其加速到6倍音速以上。送粉系统将喷涂粉末从Laval喷嘴的低压区送入焰流，经焰流加热成熔融或半熔融状态后以超音速喷向工件表面，沉积形成致密、均匀、低氧化物含量的高硬度、高结合力涂层［5］。超声速热喷涂的最大特点是不需将工件加热，喷涂过程中机体材料升温小(控制在70℃以下)，因此工件不易产生应力和变形。

2.3 材料的选取

2.3.1 底层材料的选取

采用德国特种低温耐磨材料UTP34N作为底层材料，堆焊在磨损面上作为耐磨损层，利用其熔敷金属的移滑特性，对磨损面进行修复。UTP34N常温下熔敷金属的力学特性见表1，UTP34熔敷金属的成分见表2。

2.3.2 外层喷涂材料的选取

图1 浸渍器罐体、锁环和门盖局部剖面图

表1 UTP34N常温下熔敷金属的力学特性

表2 UTP34熔敷金属的成分(%)

根据喷涂工件对硬度的要求，选用以难溶金属的碳化物为硬质相、以钢为粘结剂、用粉末冶金方法制得的合金为外层喷涂材料(Co-WC)［6］。Co-WC合金钢具有较高的强度与韧性，也具有硬质合金的高硬度与耐磨性，Co-WC常温材料的硬度约为600 HB。Co-WC熔敷金属的成分见表3。

2.4 修复过程

2.4.1 修复工艺及加工量

①测量图1所示的D，E，G，H(每齿分别取3组数据，共10齿)，取其平均值并填入表4;②上立式机床，去除门盖和锁环要修复表面的氧化层和疲劳层后，冷焊熔合底层，堆焊UTP34N约1.5 mm;③完全去除步骤②冷焊熔合的底层;④测量图1所示的A1，B1，C1，I1，取其平均值并填入表4;⑤冷焊熔合填充机加工层。由I2=H，得I2－I1=H－I1。锁环与罐体的接触面先堆焊UTP34N至所需加工尺寸I2，锁环与门盖的接触面先堆焊UTP34N约1.5 mm;⑥机加工。根据门盖和罐体之间密封间隙F(图1)修复前实测值2.1 mm及修复目标值0.8 mm之差1.3 mm确定总修复尺寸，由A1－A2≤0.60 mm，C2－C1≤0.70 mm，A2=C2+D+F+E+G，确定A2和C2，然后机加工到所需尺寸A2，C2和I2;⑦喷砂、粗化处理;⑧超声速喷涂碳化钨［2］。在锁环及门盖配合的机加工面上喷涂一层约0.15 mm的Co-WC，所有修复面的熔合厚度误差不超过±0.05 mm;⑨精磨与抛光。对每个修复面人工进行精加工打磨与抛光，保证尺寸统一。

2.4.2 修复工艺流程及质量控制

修复工艺流程及质量控制见图2。修复过程中应注意的问题有:①选好基准面，并保持机加工面与基准面平行;②喷涂过程中的定位基准和装夹方法始终保持一致;③喷涂应连续进行，不可间断;④喷涂工件的温度不超过70℃;⑤喷涂的金属射流要尽量垂直于被喷涂表面;⑥注意原锁环的椭圆度。

3 应用效果

选用德国特种低温耐磨材料UTP34N作为底层冷焊堆焊材料，以难熔金属的碳化物为硬质相、以钢为粘接剂、用粉末冶金方法制得的合金作为外层喷涂材料，利用冷焊堆焊技术和超声速热喷涂技术对CO2浸渍器门盖和锁环共3个磨损面(门盖1个磨损面，锁环2个磨损面)进行了局部修复。修复后的浸渍器门盖和罐体之间密封间隙由2.1 mm减少到0.8 mm，达到了原设计要求。使用超过1.25倍压力的水压进行试验，密封效果良好，达到了安全和工艺要求。