專利名稱：一種防爆變壓器電鋼片的絕緣涂層新方法
技術領域：
本發明涉及絕緣涂層領域，尤其涉及一種在變壓器的電鋼片上形成絕緣涂層的方法。
背景技術：
變壓器通上交流電時，在電鋼片上會產生交變磁場，這個交變磁場會在電鋼片周圍產生交變電場，這個交變的電場會在電鋼片內部產生交變電流，也就是渦流。為了避免或減少渦流，在生產中，將很薄的且互相絕緣的電工鋼片疊加在一起，形成一個密集絕緣的電鋼片，這樣，大回路的渦流就很難形成，而在每一片電鋼片中，由于很薄，渦流也很難形成， 即使有也極其微弱，可忽略。但是，當變壓器使用到達一定年限，電鋼片表面的絕緣層會逐漸老化，電鋼片之間的絕緣性會逐漸下降，如果電鋼片表面的絕緣完全被破壞，相當于鐵芯是采用了一整塊，渦流損耗會變的很大，鐵芯中出現較大的渦流電流，不但會造成渦流損耗浪費電力，而引起鐵芯發熱，嚴重的可能會燒紅，甚至熔掉，隨之而來的是，線圈的電流增大，以致燒毀。整個變壓器溫度上升，變壓器因上述超溫故障而造成爆炸。采用傳統絕緣材料還有一個弊病，大量的小作坊將因絕緣層損壞而報廢的變壓器進行回收再處理，他們往往使用燃燒的方式將電鋼片拆開，電鋼片在這個過程中嚴重受損。這種劣質變壓器所使用電鋼片的導磁率已經大大下降，這嚴重影響到許多工業企業用電安全，也因此埋下了隱患，這種隱患，追其根源還是變壓器鐵心絕緣性能低造成的后果。到目前為止，在變壓器鐵芯電鋼片上形成一層絕緣層的技術以及涂料的配方已經有許多。其中主要使用的是鉻酸鹽和磷酸鹽的無機材料，還有使用有機、無機兩個主要組分的混合涂層材料。盡管這些材料標注的耐熱性能夠達到變壓器的溫升要求，但是變壓器長期在滿負荷條件下運行或者短暫的超負荷運行的時候，變壓器工作電流會達到額定值或超過額定值，從而使線圈一直在高溫下運行，鐵芯中電鋼片的絕緣層受到高溫影響，慢慢老化，其絕緣性能逐漸降低，甚至于發生過熱現象導致導磁率下降從而使得變壓器的電流急劇上升，加快了溫度的上升，并最終燒毀。如果絕緣層采用耐高溫，高穩定，超薄的絕緣材料，那么即使變壓器長期在滿負荷條件下運行或者有短暫的超負荷運行，變壓器也不會因為高溫導致老化，甚至于燒毀。因此變壓器行業急需一種耐高溫，絕緣性能好的新型涂層來取代現有的絕緣涂層。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于提供一種新型變壓器電鋼片絕緣涂層的新工藝， 該工藝克服了傳統電鋼片表面絕緣層高溫易損壞，涂層不均勻，涂層較厚等問題，采用一種納米陶瓷材料作為絕緣涂層的材料，并采用等離子高溫噴涂技術，從而達到耐高溫，絕緣性能好，耐老化的能力，確保大容量防爆變壓器在滿負荷運行情況安全運行。
該流程工藝主要包括以下幾個步驟噴砂強化，激光沖擊噴丸和等離子高溫噴涂。本發明的工藝步驟所對應的設備如下噴砂設備，激光沖擊噴丸設備，等離子高溫噴涂設備三部分組成。本發明每一步工藝流程的工作原理如下一、噴砂強化，在密閉的噴砂設備中進行，主要用于去除或清理電鋼片外表面氧化物，改善電鋼片表面結構，使電鋼片表面得到強化，提高電鋼片與涂層的結合強度。噴砂的作用和原理噴砂是采用壓縮空氣作為動力，以形成高速噴射束將噴料高速噴射到需要處理的電鋼片表面，使電鋼片外表面的狀態或形狀發生變化，由于噴料對電鋼片表面的沖擊和切削作用，使電鋼片的表面獲得一定的清潔度和不同的粗糙度，使電鋼片表面的機械性能得到改善，因此提高了電鋼片的平整度，增加了它和涂層之間的附著力，延長了涂層的耐久性。我們知道過大的沖擊力對電鋼片晶格結構是有一定影響的，但是經過反復多次實驗掌握一定的噴砂力度，經顯微檢測，電鋼片片的晶格結構沒有任何改變；由于采用石英砂粒度較小，電鋼片經處理后，其表面的微觀坑洼結構大量減少，表面更加平整。其中，噴砂過程在噴砂房內完成，噴砂房設有進氣壓力、噴砂壓力顯示等，完全實現自動化噴砂，使用過的噴料機械化自動回收。噴料優選精制石英砂(SiO2彡88-99. 8 %，Fe2O3 ( O. 1-0. 005 % )，耐火度 1450-1800°C，外觀顆粒均勻，常用粒度為O. 1-0. 3mm，粒度270-325目。噴砂所需空氣壓力固定在O. 4MPa。二、激光沖擊噴丸，在噴砂工藝處理之后進行，在密閉的激光沖擊噴丸設備中進行，對噴砂工藝的補充，對電鋼片進行特別的硬化，使電鋼片得到進一步的細致強化。激光沖擊噴丸不替代先前的噴砂工藝，這是在一般噴砂工藝已經處理后，再使用激光沖擊噴丸對電鋼片進行加工，使電鋼片表面進一步的光滑。其中，激光器優選北京雷寶光電技術有限公司生產的型號為SGR-Extra-25大能量高峰值功率固體激光器，輸出能量范圍10J-25J，重頻I-IOHz。高光束質量，超高斯均勻分布，IOns脈寬，高峰值功率，高能量，1064nm輸出能量可達25J，532nm能量可達10J，工程化設計，振蕩器采用銦鋼結構，超高穩定性和可靠性。以上兩步是對防爆變壓器電鋼片做前期初步處理，經過處理之后的電鋼片顯微表面的平整度得到了極大的改善，并且有效地提高材料的耐腐蝕性能，和材料高溫氧化性能。 以下部分是在等離子噴涂設備中對電鋼片表面進行等離子噴涂作業。三、等離子高溫噴涂，是本發明最主要的部分，主要完成電鋼片表面陶瓷涂料的噴涂O高溫噴涂室設備包括以下幾部分，它們分別是輸送帶1，等離子噴涂機2，超聲波發生器3，位置電機4，導軌5，圖像傳感器6，傳動電機7。其中，等離子噴涂機將納米陶瓷涂層均勻的噴涂在電鋼片的表面；超聲波發生器發射出超聲波作用于電鋼片，使之產生振動，有助于陶瓷顆滲入到電鋼片表面微觀狀態的微孔中；輸送電機，位置電機，三部件聯合工作，調整輸送帶的輸送速度，和超聲波發生器，等離子噴涂機的位置，使得陶瓷涂層能夠準確，均勻噴涂，附著在電鋼片表面。1，等離子噴涂的運行機理如下
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等離子噴涂是熱噴涂中的一種，它在沉積參數和原料方面相對比較靈活。等離子噴涂可采用固體，粉狀原料，固體、粉狀原料在液體載液中的分散體，或液體前體。由于可利用的火焰類型、速度和火焰溫度的多樣性，故等離子噴涂在原料的組成方面高度靈活，從而使產生的材料的組成多種多樣。等離子噴涂是一種采用剛性非轉移型等離子弧為熱源、以噴涂粉末材料為主的熱噴涂方法。等離子焰流的溫度較高，焰流速度在噴嘴出口處可達幾百m/s，但隨著離開噴嘴的距離增大等離子焰流溫度和速度迅速衰減。噴涂粉末在送粉氣推動下送入等離子焰流后，被迅速加熱熔化形成熔滴，同時也被加速，以很高的速度不斷地碰撞到基體表面，發生扁平化，并快速冷卻凝固，熔融的液滴束不斷地沉積在先前凝固的粒子上層層疊壓形成涂層。等離子噴涂，其特點是等離子焰流溫度高，能噴涂較高熔點的材料；工件不帶電， 基體材料范圍廣；基體受熱損傷小，涂層較致密，孔隙率較低，與基體有較高的結合強度等特點。可用于產品制造，零件修復；可用作整個表面的噴涂，同時對大型構件也可以實施有選擇性的局部噴涂。盡管等離子噴煙溫度很高，但是經實驗室大量實驗得出結論，等離子噴涂對電鋼片的磁導率沒有任何影響。在眾多的陶瓷噴涂材料中，A1203、TiO2陶瓷的資源豐富且價格低廉，以它們為原料制備的Al2O3-TiO2涂層硬度高、摩擦系數低、化學穩定性好，最突出的是具有良好的耐高溫性能和絕緣性能，因此是被廣泛用于等離子噴涂的陶瓷材料之一，也是當今等離子噴涂納米結構涂層材料研究的重點之一。研究表明，納米結構Al2O3-TiO2復合陶瓷涂層具有優良的絕緣性能的同時，也顯示出良好的耐高溫性能、抗磨損、韌性、抗老化和吸納應力的能力。陶瓷噴涂材料按87wt. % Al2O3和13wt. % TiO2成分配料。傳統的絕緣涂層作為絕緣層的厚度約為3. 7um-5um，并且難以達到均勻一致。本發明使用等離子噴涂技術，要求的陶瓷涂層涂料的厚度控制在I. 5um左右。涂層制備采用江西九江科大熱噴涂設備有限公司生產的KD-80型SOkW等離子噴涂設備。該設備由主電源、控制柜、送粉器、水電轉接箱、等離子噴槍等組成。2，超聲波運行機理如下超聲波是物理介質中的一種彈性機械波，和電、磁、光等同樣是一種物理能量形式。超聲波是指頻率高于20kHZ的聲波。超聲波具有1，聚束、定向及反射、透射等特性； 2，傳播直進性好、方向性強；3，超聲波引起的介質微粒振動可以產生很大的速度和加速度。本發明應用的是功率超聲波。超聲發生器的機理是將220V、50Hz電能轉化為28KHz的高頻電能，輸入超聲換能器，將其變成28kHz機械振動。當超聲波振動加到電鋼片上，雖然電鋼片經噴砂處理，電鋼片仍殘存這微觀效應的縫隙和孔洞，為使涂層深入到這些縫隙和微孔中，單一靠等離子子流的力量難以達到，超聲波振動中的電鋼片噴涂粉末將會在微孔中繼續滲入，直到填平為止，從而增強了噴涂的牢固度。因而超聲波的作用僅僅是讓等離子流的噴涂效果更加完美。不存瑕疵。本發明提供一種防爆變壓器電鋼片上形成絕緣涂層的新方法，包括以下步驟，I)噴砂強化將電鋼片送入密閉的噴砂設備中，噴料形成高速噴射束噴射到需要處理的電鋼片表面，使電鋼片表面獲得一定的清潔度和粗造度；2)激光沖擊噴丸將經過步驟I)處理后的電鋼片送入密閉的激光沖擊噴丸設備中，使電鋼片表面進一步光滑；3)等離子高溫噴涂將經過步驟2)處理的電鋼片送入等離子高溫噴涂室，采用等離子高溫噴涂技術與超聲波振動相結合的方式，在電鋼片表面形成納米陶瓷材料的絕緣涂層，等離子噴涂機將納米陶瓷材料均勻噴涂在電鋼片表面，超聲波發生器使電鋼片產生振動，使納米陶瓷顆粒滲入電鋼片表面的微孔中；所述步驟3)中電鋼片被移送到等離子噴涂機的噴槍下方，開啟等離子噴涂機進行噴涂；一定時間后，開啟超聲波發生器，同時運行 0.2s ;然后，關閉等離子噴涂機，單獨運行超聲波發生器一定時間；再打開等離子噴涂機， 二者再同時運行O. 2s ;關閉超聲波發生器，單獨運行等離子噴涂機，如此反復循環，直至噴涂完成。通過調節噴嘴出口處的焰流速度來調節噴涂質量，焰流加速到150m/s的速度。所述納米陶瓷材料為87wt% Al2O3和13wt% TiO2配成。所述絕緣涂層的厚度控制在I. 5um。噴砂所需空氣壓力固定在O. 4MPa。所述噴料為SiO2彡88-99. 8 %的精制石英砂，耐火度1450-1800 °C，粒度為
O.1-0. 3mm。步驟3)中采用的等離子高溫噴涂設備包括，輸送帶，等離子噴涂機，超聲波發生器，位置電機，導軌，圖像傳感器和傳動電機，傳動電機控制輸送帶的運行和停止，使電鋼片橫向移動，位置電機帶動相鄰安裝在導軌上的等離子噴涂機和超聲波發生器縱向移動。控制計算機根據所述圖像傳感器的圖像，調整電鋼片與等離子噴涂機的相對位置。經本發明所述方法處理后的電鋼片，即使在十分惡劣的環境下，如礦井，通風條件極差，濕度大，經常移動，維護條件難以跟上的情況，也能達到耐高溫，絕緣性好，耐老化的能力，確保大容量防爆變壓器在滿負荷下也能安全運行。
圖I是防爆變壓器電鋼片絕緣涂層新工藝流程示意圖；圖2是等離子高溫噴涂設備結構示意圖，包括輸送帶I，等離子噴涂機2，超聲波發生器3,位置電機4,導軌5,圖像傳感器6,傳動電機7。
具體實施例方式以下將結合附圖及實例來詳細說明本發明的實施方式，借此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據以實施。如圖I所示，本發明的所需工藝需要經過三道工序來完成，這三道工序分別是噴砂強化，激光沖擊噴丸和等離子高溫噴涂。他們分別在以下三種設備中完成，這三種設備分別是噴砂設備，激光沖擊噴丸房設備，等尚子聞溫噴涂設備。第一步，電鋼片8被送入噴砂設備中，經過一輪噴砂，電鋼片8外表面氧化物被清理干凈，電鋼片8表面得到了強化，這極大的改善電鋼片8表面微觀結構，提高電鋼片8與涂層的結合強度。其中，噴砂過程在噴砂房內完成，噴砂房設有進氣壓力、噴砂壓力顯示等，完全實現自動化噴砂，使用過的噴料機械化自動回收。噴料為精制石英砂 (SiO2 彡 88-99. 8%,Fe2O3 ( O. 1-0. 005% )，耐火度 1450_1800°C，外觀顆粒均勻，常用粒度為O. 1-0. 3mm，粒度270-325目。噴砂所需空氣壓力固定在O. 4MPa。第二步，經過普通噴砂處理的電鋼片8，被送入激光沖擊噴丸設備，經過強化噴砂處理，電鋼片表面進一步的平滑。其中，激光器優選北京雷寶光電技術有限公司生產的型號為SGR-Extra-25大能量高峰值功率固體激光器，輸出能量范圍10J-25J，重頻1-lOHz。高光束質量，超高斯均勻分布，IOns脈寬，高峰值功率，高能量，1064nm輸出能量可達25J，532nm 能量可達10J，工程化設計，振蕩器采用銦鋼結構，超高穩定性和可靠性。第三步，電鋼片8被送入等離子高溫噴涂室，如圖2所示，一臺傳動電機7 (交流伺服電機)驅動輸送帶I運行，電鋼片8被置于輸送帶I之上。隨著輸送帶I的運行，電鋼片 8被移送置于等離子噴涂機2的噴槍下方。輸送帶停止運行。傳動電機7帶動輸送帶I慢速運動，電鋼片8在輸送帶I上橫向移動；位置電機 4 (步進電機)帶動導軌5上的絲杠轉動，從而帶動安裝在導軌5上的等離子噴涂機2和超聲波發生器3縱向移動。控制計算機根據圖像傳感器6的圖像，分析電鋼片8的位置，調整電鋼片8和等離子噴涂機2的相對位置。噴涂階段，超聲波發生器3和等離子噴涂機2間歇開啟。當等離子噴涂機2噴涂一定時間后，開啟超聲波發生器3，此時二者同時運行，時間持續O. 2s，然后等離子噴涂機2 關閉；只運行超聲波發生器3，一段時間后，打開等離子噴涂機2，二者再次同時運行，時間持續O. 2s，超聲波發生器3關閉，只運行等離子噴涂機2。如此循環往復。其中，陶瓷噴涂材料按87wt. ^Al2O3和13wt. % TiO2成分配料，厚度控制在I. 5um 左右，涂層制備采用江西九江科大熱噴涂設備有限公司生產的KD-80型SOkW等離子噴涂設備。該設備由主電源、控制柜、送粉器、水電轉接箱、等離子噴槍等組成。試驗結果條件，井下通風條件惡劣
權利要求
1.一種防爆變壓器電鋼片上形成絕緣涂層的新方法，包括以下步驟，1)噴砂強化將電鋼片(8)送入密閉的噴砂設備中，噴料形成高速噴射束噴射到需要處理的電鋼片表面，使電鋼片表面獲得一定的清潔度和粗造度；2)激光沖擊噴丸將經過步驟I)處理后的電鋼片(8)送入密閉的激光沖擊噴丸設備中，使電鋼片表面進一步光滑；3)等離子高溫噴涂將經過步驟2)處理的電鋼片(8)送入等離子高溫噴涂室，采用等離子高溫噴涂技術與超聲波振動相結合的方式，在電鋼片表面形成納米陶瓷材料的絕緣涂層，等離子噴涂機(2)將納米陶瓷材料均勻噴涂在電鋼片表面，超聲波發生器(3)使電鋼片 (8)產生振動，使納米陶瓷顆粒滲入電鋼片表面的微孔中；所述步驟3)中電鋼片(8)被移送到等離子噴涂機(2)的噴槍下方，開啟等離子噴涂機(2)進行噴涂；一定時間后，開啟超聲波發生器(3)，同時運行O. 2s ;然后，關閉等離子噴涂機(2)，單獨運行超聲波發生器(3) 一定時間；再打開等離子噴涂機(2)，二者再同時運行O. 2s ;關閉超聲波發生器(3)，單獨運行等離子噴涂機(2)，如此反復循環，直至噴涂完成。
2.一種如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述納米陶瓷材料為87wt. % Al2O3和 13wt. % TiO2 配成。
3.—種如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述絕緣涂層的厚度控制在1.5μπι。
4.一種如權利要求I所述的方法，其特征在于，噴砂所需空氣壓力固定在O. 4MPa。
5.—種如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述噴料為SiO2 ^ 88-99. 8%的精制石英砂，耐火度1450-180CTC,粒度為O. 1-0. 3mm。
6.一種如權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟3)中采用的等離子高溫噴涂設備包括，輸送帶(I)，等離子噴涂機(2)，超聲波發生器(3)，位置電機(4)，導軌(5)，圖像傳感器(6)和傳動電機(7)，傳動電機(7)控制輸送帶⑴的運行和停止，使電鋼片⑶橫向移動，位置電機(4)帶動相鄰安裝在導軌(5)上的等離子噴涂機(2)和超聲波發生器(3)縱向移動。
7.—種如權利要求5所述的方法，其特征在于，控制計算機根據所述圖像傳感器(6)的圖像，調整電鋼片⑶與等離子噴涂機(2)的相對位置。
全文摘要
本發明涉及一種防爆變壓器電鋼片的絕緣涂層新方法，包括噴砂強化，激光沖擊噴丸和等離子高溫噴涂。其中等離子高溫噴涂的設備又包括輸送帶，等離子噴涂機，超聲波發生器，位置電機，導軌，圖像傳感器，傳動電機。工藝克服了傳統電鋼片表面絕緣層高溫易損壞，涂層不均勻，涂層較厚等問題，采用一種納米陶瓷材料作為絕緣涂層的材料，并采用等離子高溫噴涂技術，從而達到耐高溫，絕緣性能好，耐老化的能力，確保大容量防爆變壓器在滿負荷運行情況安全運行。
文檔編號C23C4/10GK102586715SQ20111038415
公開日2012年7月18日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者季中勇, 徐龍霞, 武佩剛, 蘇成勇 申請人:江蘇中聯電氣股份有限公司