摘 要：闡述了高速電弧噴涂技術的原理和工藝特點，指出應用高速電弧噴涂技術解決電站重磨蝕部件的延壽修復問題，具有重要的實際意義。
關鍵詞：電弧噴涂；磨蝕部件；延壽修復
Abstract：This paper explains the principle and features of highspeed arcspray technology, and points out the important practical significance of its application to restore the heavily abraded parts in a power station.
Keywords：arcspray;abraded parts;restore life prolongation
由于電力行業的生產特點及系統運行的方式，金屬部件的腐蝕與防腐蝕、磨損與防磨損已成為十分突出的矛盾。從某種意義上講，發電系統可靠性的高低取決于機組關鍵部件的抗腐蝕和抗磨損程度，防腐、抗磨問題解決得如何對電力系統的安全性、可靠性及經濟效益都具有舉足輕重的作用。長期以來，廣大科技工作者就此進行了不懈地努力，將不同的表面強化技術應用于電站設備的重磨蝕部件。表面強化技術對金屬部件表面進行改性﹑強化或修復其尺寸，不僅能使整機的壽命得以延長，降低整機的檢修費用,有時還能提高機組的功能。大量的實踐證明，電弧噴涂技術作為表面強化技術之一，是解決電站重磨蝕部件延壽修復的一種有效而經濟的先進技術，已引起電力經營部門的大力關注。所以，在對表面涂層性能沒有特殊要求的情況下，可以采用高速電弧噴涂技術，修復、強化電站重磨蝕金屬部件，延長其使用壽命，降低發電成本，對解決電站重磨蝕金屬部件的早期失效問題，具有重要的實際意義。
1 高速電弧噴涂技術原理及其特點
1.1技術原理
電弧噴涂是利用2根連續送進的金屬絲作為自耗電極，在其端部產生電弧作為熱源，用壓縮空氣將熔化了的金屬絲霧化，高速噴射到工件表面形成涂層的一種熱噴涂工藝［1］。高速電弧噴涂在普通電弧噴涂的基礎上采用拉伐爾噴嘴和計算機輔助設計，優化了噴槍的設計，將噴涂粒子的速度提高到超音速，并改變了粒子的霧化效果，提高了涂層質量。
1.2技術特點
高速電弧噴涂改善了霧化效果，增強了氣流對粒子的加速作用，產生了高溫﹑高速﹑均勻細小的噴射粒子射流，由此所得的涂層結合強度高﹑孔隙率低﹑表面粗糙度低，比普通電弧噴涂的涂層質量和噴涂效率高，使電弧噴涂技術上升到一個新階段。
與常規電弧噴涂、亞音速火焰噴涂相比，高速電弧噴涂涂層具有以下特點［2］：
a. 結合強度高噴涂不銹鋼絲時，其涂層與基體的結合強度高達60 MPa。普通電弧噴涂結合強度一般為20～40 MPa，一般火焰噴涂的結合強度小于20 MPa。
b. 孔隙率低普通電弧噴涂的孔隙率為8%～15%，亞音速火焰噴涂的孔隙率一般大于6%，而高速電弧噴涂的孔隙率僅為1%～2%。
c. 粒子細小高速電弧噴涂時，其霧化粒子直徑一般為5μm（不銹鋼），比常規電弧噴涂的粒子直徑（一般為20～40μm）小3～7倍。
d. 涂層組織均勻致密由于采用高速氣流霧化，產生了高溫﹑高速﹑均勻細小的噴涂粒子，沉積到基體表面上形成致密、均勻的涂層。
2.高速電弧噴涂技術在電站重磨蝕部件中的應用
電站設備在高溫、高壓、高轉速的惡劣條件下工作，其腐蝕和磨損損耗極為可觀，其中大部分又是昂貴的合金金屬材料。長期的統計數據表明，熱力設備在運行期間，由于腐蝕和磨損而損失的金屬約占設備原金屬質量的8%。此外，由于電力行業的生產特點及系統運行方式，除了造成設備損壞的直接損失外，給社會帶來的間接損失更是難以計算，因而電站設備的零部件的延壽修復工作顯得極為重要。
電站重磨蝕金屬部件的修復通常是在計劃停機時完成，對生產無太大影響，一般噴涂修復成本僅為更換新件的20%～40%。修復后電站金屬部件不僅可以重新使用，并且其使用壽命還可以提高到原來的幾倍以上，取得了顯著的經濟效益和社會效益，已引起電力經營部門的大力關注，因此，電站主張修復重磨蝕部件而不更換新件。
2.1超音速電弧噴涂用于電廠鋼結構長久防腐
在金屬表面采用超音速電弧噴涂鋅（或鋁及其合金）進行防腐處理，可保證40～60年不生銹，稱為長久防腐。這是目前世界上任何防腐技術所無法比擬的，美國、德國、法國等工業發達的先進國家均采用該項技術進行長久防腐。國內對鍋爐承重鋼結構、變電架構、輸電鐵塔等重要鋼結構也進行了長效防腐處理，例如秦皇島電廠、灤河電廠等單位的變電架構采用高速電弧噴涂鋅鋁合金涂層進行防護，取得了顯著的社會效益和經濟效益。
2.2高溫涂層防止鍋爐“四管”爆漏
2003年發電設備運行可靠性報告指出，在全國火電300 MW機組非計劃停運事故中，鍋爐設備事故約占43.8%。在鍋爐事故中鍋爐的水冷壁管、過熱器管、再熱器管、省煤器管（鍋爐“四管”）的爆漏事故又占據一大半。鍋爐“四管”爆漏除造成設備損壞和機組停運外，還增加了電廠臨時檢修的工作量，因機組停運而造成巨大的經濟損失更是不容忽視。
電站鍋爐 “四管”在沖蝕、磨蝕和高溫同時作用下，材料表面早期失效是造成發電廠非計劃停機的主要原因，所以，鍋爐“四管”的高溫腐蝕和煙氣沖刷磨損已成為一個亟待解決的關鍵技術問題。在原有安裝系統上更換失效、損壞的管道的維修費用相當高，解決這一問題的經濟可行的途徑是使用具有良好熱導性的薄的防磨損、防氧化和防腐蝕的涂層。基于此，用高速電弧噴涂技術噴涂一種高鉻鎳基合金，對天津大港電廠#3、#4爐的水冷壁進行了大面積的防腐治理，取得了良好的經濟效果和社會效果。
在電站鍋爐設計中，為有效地清除鍋爐受熱面積灰，保證受熱面清潔，傳熱效果良好，在鍋爐的受熱面布置了不同形式、不同種類的吹灰器。華能石家莊分公司投產初期，由于在吹灰器運行期間，吹灰次數頻繁，導致受熱面管壁減薄而爆管。目前，采用高速電弧噴涂技術，對該廠4臺鍋爐高溫過熱器的吹灰器附近的管段噴涂一種高耐沖蝕的芯材，近幾年鍋爐從未發生吹灰器吹薄管壁而引起的鍋爐“四管”爆漏 ［3］。
2.3用于電站風機葉輪
金屬部件的磨損是火力發電廠除腐蝕以外的另一個較嚴重的問題。火力發電廠排粉風機和引風機常因磨損而影響出力并帶來頻繁地設備更新、維修，嚴重影響了機組運行的可靠性。為此，采取了一系列的防磨措施，如合理選型及氣動優化設計改善氣流對葉輪的不均勻磨損；加強磨損部位的表面保護，即強化處理等措施，并且也使用過多種表面強化方法，例如表面堆焊耐磨材料、粘貼陶瓷片、氧乙炔噴焊等，但效果都不十分理想。由于高速電弧噴涂涂層的結合強度可達50 MPa以上［4］，遠大于涂層克服風機離心力所需要的結合強度，因此可為排粉風機和引風機葉輪防磨做出貢獻。國內采用高速電弧噴涂技術在風機葉輪上噴涂一層13Cr系列耐磨涂層，提高了葉輪的耐磨性，延長了使用壽命，節約了檢修費用。該項技術已在江西新余電廠、遼寧鐵嶺電廠等單位推廣使用，取得了較好的經濟效益［5］［6］。
2.4用于汽輪機葉片抗水蝕耐磨
葉片是汽輪機的心臟，也是事故最多的關鍵部件。它的安全可靠直接關系到汽輪機和整個電站的安全和滿發。工作在濕蒸汽環境下的汽輪機末幾級葉片常受水質點的水擊、水蝕；水、汽合在一起又是造成腐蝕的根源。對于沖蝕、水蝕較嚴重的末幾級葉片，以往常采用釬焊硬質合金的方法進行修復。這種方法因技術難度大，工作量大而受到一定的限制。業已證明，采取表面處理方法，在葉片表面加上保護涂層，提高材質的特定的性能，達到防水蝕、耐磨、抗微振的目的，是減輕葉片損傷的有效的防護方法之一。
電站重磨蝕金屬部件的修復通常是在計劃停機時完成，對生產無太大影響，一般噴涂修復成本僅為更換新件的20%～40%。修復后電站金屬部件不僅可以重新使用，并且其使用壽命還可以提高到原來的幾倍以上，取得了顯著的經濟效益和社會效益，已引起電力經營部門的大力關注，因此，電站主張修復重磨蝕部件而不更換新件。
2.5新能源領域的應用
垃圾焚燒發電的整套裝置通常由垃圾焚燒爐、余熱鍋爐、發電或熱電聯產系統、灰渣處理和煙氣凈化系統聯合組成。由于垃圾成分的多樣性，要求垃圾發電設備具有一定的耐腐蝕性。對于垃圾發電設備的防護涂層，國外最先采用等離子堆焊Ni基自熔合金層、爆炸噴涂NiCr底層Cr表層等復合涂層對鍋爐管道進行表面防護。隨著高速電弧噴涂技術的成熟與完善，國內已開始采用此項技術對垃圾發電設備進行表面防護。
垃圾焚燒發電的社會效益遠超過其經濟價值。山東、安徽、黑龍江等省已有焚燒垃圾的熱電廠投運。在經濟發展的同時，垃圾處理問題日益嚴重，垃圾處理設備的防護問題就顯得突出起來，這無疑為高速電弧噴涂技術的應用提供了廣闊的用武之地。
此外，用熱噴涂的方法修復沖蝕、磨損的閥座、閥芯和各類軸徑已是成熟的技術。貴陽發電廠采用高速電弧噴涂技術修復發電機轉子軸徑，取得了較好的修復效果，使用壽命可提高2～8倍［8］。
3結束語
高速電弧噴涂技術作為一種解決電站重磨蝕部件延壽修復的高效而經濟的防護技術，必將為我國電力工業的防腐、抗磨做出更大的貢獻。開發高速電弧噴涂技術在我國電力行業具有重要意義和廣闊的發展前景。
參考文獻
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