超音速电弧喷涂

青岛博瑞热电工程设备有限公创喷涂名牌争行业领先

1

循环流化床锅炉水冷壁防磨喷涂工程

青岛博瑞热电工程设备有限公司，成立于2012年，公司座落于风光优美

的海滨城市青岛市平度工业园内，这里交通便利，北靠潍莱高速公路和沈海高

速公路，南临济青高速，40分钟就能够到达青岛国际机场和高铁站，物流便捷

顺畅。我公司是受热面热喷涂行业专业服务商，现拥有先进的超音速火焰喷涂

（焊）系统，等离子喷涂系统等10多台套，另配备有10多台机械加工设备，

最大限度帮客户解决需求；公司现有员工20多人，高级工程师2名，工程师4

名，喷涂（焊）高级技工18人，技术力量雄厚，施工能力强；经营实力不断

增强！公司为更好的为客户提供热喷涂专业服务，注册“博瑞”商标，打造喷

涂行业优质的品牌服务。

公司主要承接各种电厂锅炉热喷涂，锅炉炉膛防腐耐磨喷涂、锅炉四管（水

冷壁管、省煤器管、再热器管、过热器管）防磨喷涂、锅炉流化床耐磨热喷涂、

锅炉防磨喷涂施工等工程项目。我公司施工经验丰富，技术力量雄厚，长期和

各大电厂、各大锅炉厂（无锡华光、太原锅炉、泰山锅炉、华西能源、江联重

工、杭锅、川锅）建立了良好的合作关系。我们喷涂的范围有：流化床锅炉喷

涂、煤粉炉喷涂、生物质锅炉喷涂等。进行锅炉水冷壁、锅炉受热面防磨修复。

循环流化床锅炉由于炉型结构和设计参数等特点，投产运行后水冷壁等受

热面部位运行工况条件极为恶劣，长期遭受高速高温高含尘烟气的不均匀冲

刷、磨损和腐蚀，极易被严重磨蚀减薄，极易造成泄漏和爆管事故。为确保

锅炉安全、稳定、经济运行，采取防护措施是十分必要的。根据全国各地电

厂的防护情况，针对CFB锅炉运行的具体情况、工艺参数及失效机理，结合

青岛博瑞热电工程设备有限公创喷涂名牌争行业领先

2

我公司长期从事该行业的实际施工经验，经我公司工程技术人员认真分析，

对该部位的防护方案进行了技术设计，采用本技术进行防护能获得很好的效

果，设备的使用寿命可大大延长。

一、失效分析

管壁的磨损是与气流中固体物料浓度、烟气速度、颗粒的特性硬度和流道

几何形状等密切相关，据有关研究资料表明，冲刷磨损量大约与气流速度的3.6

次方成正比。而在CFB锅炉中，固体物料的浓度巨大，通常可达煤粉炉的几

十倍到上百倍，并且烟气流速大，颗粒硬且棱角尖锐，因而在高速烟气的带动

下，对CFB锅炉水冷壁等受热面部位的冲刷磨损极为严重；尤其在护墙顶部

水冷壁部位，由于位处密相区边缘区，不但受到严重的高速高浓度含床料、燃

料气流的强烈冲刷、磨损，而且存在严重的涡流效应、切割效应和离心作用。

涡流效应在炉膛四角部位，由于该处形成边壁流，物料汇集此处较多，由于固

体颗粒的惯性作用，局部磨损作用尤为明显，而切割效应体现在护墙根部水冷

壁处，其原因是由于防护墙的顶部提供了一个平台，当焦渣以较高的速度下降

到该平台时产生反弹，其中往水冷壁管侧反弹部分，对水冷壁管就产生了严重

的切割效应，离心作用是炉膛烟气出口由于气流的拐向，存在巨大的离心作用，

对水冷壁管产生严重的磨损。

其次还易受到高温氧化和硫酸盐及硫、硫化物的热腐蚀。水冷壁管具备了

高温氧化和高温腐蚀条件，其烟气温度高，且是富氧燃烧，实践证明，在300℃

以上，管外表温度每升高50℃，腐蚀速度增加1倍。锅炉在运行过程中受热面

管表面首先发生高温氧化，表面生成Fe2O3，其次燃料灰中的Na2O和K2O

与烟气中的SO3化合生成硫酸盐，其捕捉飞灰形成结渣和流渣，此时烟气中

青岛博瑞热电工程设备有限公创喷涂名牌争行业领先

3

SO3与M2SO4同管壁上的Fe2O3反应生成复合硫酸盐MFe（SO4）2或M3Fe

（SO4）3，此复合硫酸盐受高温又分解为疏松状氧化铁和硫酸盐沉积层，易被

飞灰气流冲蚀带走，氧化腐蚀继续向管壁纵深进行；另外燃料中硫份，经燃烧

生成的S和H2S也对管壁会产生强烈的腐蚀，与Fe反应生成FeS。

在上述多种因素作用下，导致受热面管逐渐被磨蚀减薄，当局部承受不了

管内水汽压力时即造成爆漏而失效。

失效图1（炉膛四角）失效图2

失效图3失效图4（耐火材料过渡区）

二、涂层设计

针对上述受热面部位失效机理及大多数厂家实际使用和磨损情况，我们建

议：

青岛博瑞热电工程设备有限公创喷涂名牌争行业领先

4

（1）先采取二次喷砂工艺对防磨部位进行表面糙化，即先用石英砂对表

面进行清洁，再用金刚砂对管子表面进行糙化处理。

（2）采用超音速电弧喷涂技术，并选用硬度特别高、耐冲刷磨损性能优

异，同时具备抗高温氧化和热腐蚀性能良好的HDS-88A金属合金丝材制作涂

层，涂层表面用KM型高温耐磨防腐专用封孔剂进行封孔，交界面设置过渡区

域，宽度为100-150mm，做到平滑过渡。

由此制得的复合涂层进行防护，能满足防护要求。

三、HDS-88A涂层技术指标

1、涂层HDS-88A涂层

厚度：0.6－0.8mm

粒子速度：386m/s

结合强度：≥55MPa

硬度：HRC65

抗高温氧化性：+12.16mg/cm2（750℃氧化250h）

孔隙率：≤0.9%

喷涂时基体温度：≤100℃

工件变形性：不变形，不改变母材表面金相组织及理化性能

2、高温耐磨防腐专用封孔层

工作温度：≤1000℃

结合强度：≥6MPa

厚度：0.05-0.1mm左右

四、HDS-88A金属合金丝材说明

青岛博瑞热电工程设备有限公创喷涂名牌争行业领先

5

超音速电弧喷涂采用硬度特别高、耐磨损和抗

高温氧化腐蚀性能优异的HDS-金属陶瓷丝材，

其主要成份包括Ni、Cr、Cr

3

C

2

及Ti等微量元

素，其中所含的Ni元素具有良好的延展性，使

涂层与锅炉管有着几乎相同的热膨胀系数，避免了由于热应力引起的涂层开裂

和剥落；Cr

3

C

2

是一种优良的金属陶瓷，在高温下化学性能稳定，硬度高、耐

磨性好，且具有一定的拒高温融熔玻璃体附着性能即抗结焦性能；材料中还佐

有Ti等元素，帮助进一步改进涂层性能，提高耐高温氧化、抗热腐蚀等方面

性能；所含自融性介质，较一般合金更易雾化，参与制作的涂层细腻，孔隙率

低，是所有金属陶瓷中应用于制作高温涂层的最佳选择。喷涂完后由于涂层中

还含有残留的部分自融性材料，涂层运行一段时间后，由于受热而与基材间形

成了一种亚冶金结合结构，从而结合强度更高，特别耐磨。该金属合金陶瓷材

料热膨胀系数与锅炉钢系数相近，故在冷热交变的工况下，不会出现起皮、开

裂等现象，结合牢固；其热导率与锅炉钢材料热导率相近，且厚度不超过1.0mm

左右，因此不会影响传热效果。

五、KM型高温耐磨抗蚀专用封孔剂说明

KM型高温耐磨抗蚀专用封孔剂系采用超硬新材料，合成新工艺，以及粒

子的配级等技术精心加工、配制而成，在常温下可快速固化，高温下形成坚硬

的陶瓷体。其高温耐磨性好，导热系数大，抗蚀性强，与金属表面粘结具有极

强的吸附性和热震稳定性，不脱落、不出现裂纹等特点。用其对金属热喷涂涂

层表面进行封孔，能有效渗透、浸湿涂层孔隙，并在高温下逐渐陶瓷化，使整

个涂层更致密，阻止介质中的有害成份通过微小的涂层隙进入涂层内部，能获

青岛博瑞热电工程设备有限公创喷涂名牌争行业领先

6

得有效封闭毛细孔的效果。

六、喷砂设备与技术说明

1、设备说明

沙贝珂PCS控制系统喷砂设备其PCS遥

控系统气动型控制系统，由RCM控制器（喷

嘴处）、RIV进气阀、ROV排气阀、OF过

滤器、控制气管和接头等组成，并配有贮沙

罐等。在非工作状态时，RCM控制器手柄被

弹簧顶起，RIV进气阀旋塞打开。工作时，

压下RCM手柄，控制气流经另一根控制气管

到达RIV进气阀和ROV排报导阀顶部，使

进气阀打开，排气阀关闭，磨料桶内压力升高，喷丸作业开始。

2、喷砂对基体表面的作用

①净化表面：去除被喷表面的各种污杂物，特别是油脂、污垢、氧化皮、

铁锈、油漆涂层等，表面显示均匀的金属光泽，以利于熔融粉末与基体表面的

粘合吸附（分子的溶解和扩散）。工作面清洁度达到GB8923-88《涂装前钢材

表面锈蚀等级和除锈等级》中规定的Sa3.0级。

②粗化表面：热喷涂涂层与基体的结合以机械结合为主，这就要求基体前

处理不仅要除油除锈，还要粗化表面，使用面具有一定的粗糙度。表面粗糙度

达到GB11373-89《热喷涂金属预处理通则》中规定的RZ50—90μm。

粗化处理的目的

a增大喷涂层与基体的接触面积，提高结合面的粘合吸附力。

青岛博瑞热电工程设备有限公创喷涂名牌争行业领先

7

b增加涂层材料与基体表面的填塞嵌合，锚合咬合作用，以加强涂层与基

体的附着力。

③活化表面

喷砂使被喷涂表面形成活化能力：如晶格缺陷、塑性变形，产生一定的应

力状态，以利于增加喷涂粒子与基体表面化吸附力，提高喷涂颗粒与基体的冶

金结合能力。活化效果分析如下：

a喷砂使工件表面在经过砂粒的反复打击后形成一定的残余压应力，尽管

该应力数值极小，但对于松驰工件在喷涂过程中涂层热应力，对提高涂层的结

合强度有利，同时也可以提高工件的抗疲劳强度。

b喷砂可除去工件表面上的有机污杂物和氧化层，并能增大金属表面晶粒

的塑性变形和造成晶格缺陷，使基体表面处于容易发生化学反应的状态，有助

于喷涂颗粒与基体表面间的物理化学结合进行。

所以工件喷涂前进行喷砂处理是极为必要的，而且喷砂后的工件应尽快进

行喷涂，时间越短表面活化效果越好，涂层质量越高。

七、超音速电弧喷涂设备与技术简介

1、设备简介

ZLP-001型电弧喷涂设备是我

公司在消化吸收普通电弧喷涂设备

的基础上自行研发生产的新一代电

弧喷涂设备，具有国际领先水平。该

设备采用拉伐尔喷嘴技术和高性能

青岛博瑞热电工程设备有限公创喷涂名牌争行业领先

8

电弧喷枪，使雾化后的喷涂粒子速度达到超音速以上，使该设备在具有普通喷

涂优点的基础上，大幅度地提高了涂层的质量。它是以各种实心丝材和特殊粉

芯丝材为原料，广泛应用于各种表面的抗腐蚀和耐磨损处理的电弧喷涂系统，

其粉芯线材经过特殊熔化，高能密度和特殊加工的电弧使ZLP-001型电弧喷涂

设备能够充分熔化金属管及其内部的粉芯。此外，我公司针对部分硬度特别高

的丝材，专门开发了大功率喷涂机，使其得到充分的熔化。ZLP-001型电弧喷

涂系统设备组成如下：

①便携式电源箱

②可以旋转的送丝装置

③喷枪

④送丝软管

2、技术简介

超音速电弧喷涂是我公司通过引进先进设备和技术开发的金属热喷涂新

技术，被美国、日本等发达国家列为二十一世纪表面工程关键技术。该喷涂技

术采用燃烧于丝材端部的电弧将均匀送进的丝材熔化，经拉伐尔喷嘴加速后的

超音速气流将熔化的丝材雾化为粒度细小、分布均匀的粒子，喷向工件形成涂

层。熔化粒子与基材主要以机械、物理和冶金等方式结合，其结合强度可达

55MPa以上。与普通电弧喷涂和火焰喷涂相比，超音速电弧喷涂具有更高的粒

子飞行速度、更强的结合强度、更低的孔隙率、涂层均匀度高、致密性好、且

喷涂工件不变形，可获得高质量的涂层。

青岛博瑞热电工程设备有限公创喷涂名牌争行业领先

9

八、施工条件

为了作好施工准备工作，其施工需要具备以下条件：

（1）电源：380V20KW三相交流电

（2）气源：气压＞5kgf流量＞5m3/min

（3）平台：长4m（最少3m）宽2m（最少1.5m）

（4）喷涂工件的位置离主机放置位置的距离不超过15m

（5）施工部位所需的脚手架

九、施工工艺流程：

编制施工技术方案

现场勘察

审查资料

工序检查

电弧喷涂原理图

青岛博瑞热电工程设备有限公创喷涂名牌争行业领先

10

合格不合格

十、施工技术规范：

1、施工准备：

①根据实际需要搭好脚手架。

②清除受热面上的大块焦、杂物等。

③对管壁需实施喷涂的部位进行全面的质量检查，如发现需要修整补强

的部位应及时向甲方提出。

④利用现场已有条件进行设备就位、电气接线、气源管线连接及磨料回

收帆布铺设工作。

2、表面预处理：表面预处理按照GB11373-89《热喷涂金属件表面预处理

通则》进行，其处理的好坏直接影响喷涂层的结合强度。

管壁测厚δ1

管壁表面检验

涂层封孔

质量验收

喷涂HDS88A丝材

涂层质量检验、测厚δ2

二次喷砂作业

粗糙度对比检验

管壁修补

青岛博瑞热电工程设备有限公创喷涂名牌争行业领先

11

①喷砂前，对非有效表面采用遮蔽带、硬木板或橡胶等物进行遮蔽保护。

并预留过渡区域，以保证涂层边缘光滑过渡。

②磨料选择及使用：喷砂材料应选用质坚有棱角的特级石英砂和金刚砂

必须净化，使用前应经筛选，砂内粘土及细粉尘含量不应大于5%,不得含有油

污。喷砂前要晾晒干燥，含水量应不大于1%,并存放干燥，防止受潮、雨淋、

砂内混入杂质。所用砂粒必须清洁、干燥，喷砂区域设围护及其它回收措施，

确保不污染周围环境，经质量工程师确认后方可进行喷砂。

③喷砂装置：采用压力式喷砂设备

④压缩空气：利用现场气源或自备空压机，空气压力范围为0.5—0.6Mpa，

气体流量控制在6m3/min左右。

⑤操作方法：喷砂距离100—300mm；喷砂角度：与基体60—80℃；每

次喷砂5-6m2。

除锈应从下至上进行，将凹凸不平的受热面打磨光滑平整后立即喷砂。表

面清理度达到Sa3.0级，即完全去除钢材表面的锈、氧化皮、油污等附着物，

并露出灰白色金属光泽，其粗糙度达到RZ50-90μm。

⑥在喷砂后应检查预处理的表面，采用TR100袖珍式表面粗糙度测试仪

进行检测，发现有锈蚀或不合格的部位应重新进行处理，合格后再用DC-2000B

型智能超声波测厚仪对管壁进行第一次测厚δ1。喷砂完工后设备表面不得受

潮、氧化及污染，在2-4小时内必须进行电弧喷涂，以保持被喷表面较高的活

化度。

除锈后经有关人员验收合格后方可进行喷涂施工。

青岛博瑞热电工程设备有限公创喷涂名牌争行业领先

12

3、喷涂：

①超音速电弧喷涂按照GB11375-1999《热喷涂操作安全》执行。

②喷涂前，在表面预处理和喷涂工序之间需中间停留时，应对经预处理的

有效表面采用干净牛皮纸或塑料膜等进行覆盖保护。

③丝材选用：φ2.0mmHDS-88A金属陶瓷丝材

④洁净气路：经冷冻式干燥机及三级过滤即可获得干燥洁净的压缩空气。

⑤喷涂设备选用：选用ZLP-001型电弧喷涂设备。

⑥喷枪选用：选用超音速电弧喷涂，其雾化气流速度大于500m/s，粒子

速度达到386m/s以上，涂层孔隙率可控制在0.9%以内，同时涂层与基体的结

合强度也得到了明显的改善。

⑦喷涂工艺参数：

a、粒子喷涂速度：＞386m/s

b、电弧电压：32—34V；电弧电流：160—200A

c、雾化空气压力：0.5-0.6Mpa

d、喷涂距离：150—200mm；喷涂角度：＜45°

e、喷砂与喷涂每5-6m2间隔循环进行，喷涂过渡区域宽度为100-150mm，

边缘平滑过渡，无凹凸台阶。

⑧喷涂方式：采用井字型喷涂方式，分层、分区作业，每区5-6m2，涂

层喷涂3～5遍完成，每遍的喷涂厚度控制在0.2㎜左右。局部区域喷涂达到工

艺设计厚度后再移换到其他区域，确保喷涂层的厚度均匀及结合力，防止出现

漏喷现象。

青岛博瑞热电工程设备有限公创喷涂名牌争行业领先

13

喷涂完毕后，应进行涂层质量检验，并测量厚度δ2，若δ2-δ1≥0.6－0.8mm，

判定合格，可进入下一道工序，否则对不合格部位应进行补喷涂。

⑨操作注意事项：

a、分块作业，局部区域喷涂达到设计厚度后再移换到其他区域，搭接部

位设置辩认标志。操作时，层间温度不得高于80℃。

b、送丝盘及送丝情况设专人监护，以保证顺利送丝，防止丝材“打结”，

同时必须保证两丝间绝对绝缘，以免造成短路。

c、喷涂前应在试板上试喷，以便调节电压、电流、送丝速度、压缩空气

流量，检查气路的活接头及软管接头，不得有漏气现象。如发现送丝不稳、电

弧不稳定燃烧、严重漏气等特殊现场应及时检查、调整。调节电压时应断开主

回路，以免损伤主变压器。

施工前施工中施工后

十一、质量状况说明

①选用16-20目优质石英砂去除管壁表面氧化皮，直至管子表面露出金

属光泽，使表面清洁度达到GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》

规定的Sa3.0级。

②选用14-16目金刚砂进行表面粗糙化处理，以增大表面积，提高结合

青岛博瑞热电工程设备有限公创喷涂名牌争行业领先

14

强度，其表面粗糙度应达到GB11373-89《热喷涂金属表面预处理通则》规定

的RZ50—90μm。

③涂层外观：涂层表面必须是均匀的，不允许有起皮、鼓包、颗粒粗大、

裂纹、掉块、漏喷及其它影响涂层使用的缺陷。

④涂层厚度：在涂层厚度的把握上有如下措施：一是要求监督施工人员

在操作过程严格按操作规范施工；二是通过喷涂材料的消耗来控制涂层厚度；

三是依照施工前预设参数操作，喷涂代样或现场抽取实样用卡尺测量检验；四

是在对金属表面进行了喷砂处理后，先用便携式涂层测厚仪进行较大量的取点

测厚δ1，而后再在热喷涂完毕，封孔前对管壁取点测厚δ2，并对数字进行微

量修正，两平均数值之差即为涂层厚度。

⑤涂层结合强度（涂层与基体）：采用拉刀检验，使用特制拉刀，在喷

涂层上进行纵横条状况呈“#”字形拉痕，观察其是否存在片屑状剥落。安装时

与支架磨擦不得脱落、起皮。

⑥性能指标检验：现场喷涂时在同样工况条件下喷涂足够的各类试样，

以便对涂层各项性能指标进行测试。

十二、适用标准

《热喷涂涂层厚度的无损测量方法》GB11374-89

《热喷涂涂层结合强度的测定》GB8642-88

《热喷涂涂层抗拉强度的测定》GB8641-88

《金属热喷涂涂层表面洛氏硬度试验方法》GB8640-88

《热喷涂涂层空隙率试验方法》JB/T7509-94

青岛博瑞热电工程设备有限公创喷涂名牌争行业领先

15

《热喷涂金属预处理通则》GB11373-89

《涂装前表面锈蚀等级和除锈等级》GB8923-88