專(zhuān)利名稱(chēng)：液體燃料—氧氣—空氣槍內(nèi)混合助燃超音速火焰噴涂槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于熱噴涂技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種液體燃料一氧氣一 空氣槍內(nèi)混合助燃超音速火焰噴涂槍。
技術(shù)背景氣體或液體燃料一氧氣超音速火焰(HV0F)噴涂技術(shù)是一種八十年代 發(fā)明，九十年代得到發(fā)展應(yīng)用的重要熱噴涂工藝方法，其主要貢獻(xiàn)在于該 方法能夠大幅度提高熱噴涂涂層的密度、硬度和結(jié)合強(qiáng)度，改善涂層中殘 余應(yīng)力的狀態(tài)，同時(shí)還可以大大減少涂層中的氧化物含量。在HV0F噴涂系 統(tǒng)中，最重要的裝置是超音速火焰噴涂槍?zhuān)⑶以撗b置經(jīng)歷了一個(gè)相當(dāng)迅 速的發(fā)展歷程。20世紀(jì)50年代，Linde Division Union Carbide開(kāi)發(fā)了 一種軸向送粉水冷卻喉部燃燒的噴涂槍?zhuān)鋬?yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠減小燃 燒室的表面積，從而降低噴涂槍的熱損失，缺點(diǎn)是噴涂顆粒的飛行速度只 能達(dá)到焰流速度的25% 50%，因而噴涂的涂層質(zhì)量較差。為了提高涂層質(zhì)量， Meteco公司對(duì)此噴涂槍進(jìn)行了改進(jìn)，其簡(jiǎn)化了噴涂槍的結(jié)構(gòu)，并在燃燒室 的側(cè)壁與燃燒物之間設(shè)置了一個(gè)能夠冷卻燃燒室的變向流動(dòng)的空氣層，其 不但能夠減少燃燒室側(cè)壁的熱量損失，而且還對(duì)焰流進(jìn)行了壓縮。然而這 種噴涂槍的主要缺點(diǎn)是冷卻空氣向焰流中的擴(kuò)散與混合加大了噴涂焰流的 氧化性，從而導(dǎo)致涂層中氧化物含量的增高。20世紀(jì)80年代Browning等 人設(shè)計(jì)具有較大直徑燃燒室的噴涂槍?zhuān)康氖翘岣呷紵业膲毫?，進(jìn)而提 高噴涂焰流和顆粒的飛行速度。與Meteco公司設(shè)計(jì)的噴涂槍相比，這種噴 涂槍噴涂顆粒的飛行速度高而且加熱更充分。根據(jù)燃燒室形式的不同，目 前市場(chǎng)上可以見(jiàn)到7種HV0F噴涂裝置，它們分別是Jet — Kote、DiamondJet、 T叩Gun、 CDS、 HV2000、 JP5000和Aermrayo。其中Jet — Kote是最早的直
角燃燒室/軸向送粉的噴涂槍?zhuān)藝娡繕寚娡康腤C — Co涂層具有與爆炸噴 涂涂層相當(dāng)?shù)纳踔吝€高的耐磨性能，但其缺點(diǎn)是直角噴嘴增大了熱損失， 而且過(guò)高的熱梯度可能造成噴涂槍的破裂。此外，在顆粒進(jìn)入之前直角噴 管還會(huì)減弱和降低焰流的動(dòng)能與溫度，從而導(dǎo)致噴涂效率下降。1991年，HobartTAFA公司研制成具有軸向燃燒室的HV0F噴涂槍一JP5000。這種HVOF 噴涂槍是將粉末通過(guò)喉部與槍管的結(jié)合處，即超音速焰流的壓縮區(qū)(焰流 直徑最小區(qū))沿徑向送入火焰中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，徑向送粉的HVOF噴涂槍 單位能量的噴涂效率是軸向送粉HVOF噴涂槍的兩倍。然而這種現(xiàn)有的HVOF 噴涂槍仍存在以下難以克服的缺點(diǎn)(1)由于這種噴涂槍是以氧氣助燃， 因此其燃燒室和噴涂焰流的溫度高達(dá)3400K且無(wú)法調(diào)節(jié)，所以當(dāng)使用熔點(diǎn) 較低的噴涂粉末時(shí)就會(huì)使該粉末在槍嘴處變成融化狀態(tài)，從而粘在該處而 造成沉積堵塞，同時(shí)導(dǎo)致涂層制作成本升高；(2)噴涂材料有可能因過(guò)熱 而產(chǎn)生一定程度的氧化分解；(3)水冷卻會(huì)使噴涂槍的能源利用率較低等， 這些不利因素大大限制了其應(yīng)用和發(fā)展。雖然利用空氣代替氧氣進(jìn)行助燃 的HVAF噴涂槍能夠使燃燒室和噴涂焰流的溫度由HVOF噴涂槍的3400K降 至2400K，從而可以解決槍嘴粉末沉積堵塞問(wèn)題，但在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中卻 難以大幅度降低涂層制作成本，原因是空氣助燃會(huì)使噴涂焰流的溫度過(guò)低， 并且受環(huán)境溫度的影響上下波動(dòng)過(guò)大，最終導(dǎo)致噴涂粉末沉積率下降。 發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供-種不會(huì)出現(xiàn)粉末堵 塞槍嘴問(wèn)題，粉末沉積率較高，并且能夠降低涂層制作成本和提高涂層質(zhì) 量的液體燃料一氧氣一空氣槍內(nèi)混合助燃超音速火焰噴涂槍。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供的液體燃料一氧氣一空氣槍內(nèi)混 合助燃超音速火焰噴涂槍包括軸向后座、油噴嘴、燃燒維持器、火花塞、 后水冷外殼、燃燒室、槍喉、送粉段、槍管、后固定環(huán)、中固定環(huán)、前固定環(huán)、前水冷外殼、直角水導(dǎo)流管及直水導(dǎo)流管；其中軸向后座的中心部位 形成有一個(gè)軸向貫通孔，軸向貫通孔的上方貫通形成有一個(gè)內(nèi)部安裝有火 花塞的火花塞裝配孔，軸向貫通孔的下方依次形成有一個(gè)助燃氧氣進(jìn)口、 一個(gè)助燃空氣進(jìn)口和一個(gè)油進(jìn)口，并且助燃氧氣進(jìn)口和油進(jìn)口的后端與軸 向貫通孔的中部相連通，助燃空氣進(jìn)口的中部與軸向貫通孔的中部相連通，而其前端口處則安裝有燃燒維持器；油噴嘴安裝在軸向貫通孔的后部;燃燒 室呈管狀，其后端與軸向后座的前端相連;后水冷外殼相隔間距套在燃燒室 的外部，并且其一側(cè)圓周壁外表面上沿徑向形成有一個(gè)冷卻水進(jìn)口和一個(gè) 與其內(nèi)腔相連通的冷卻水出口；槍喉呈圓椎狀，其后端與燃燒室的前端相連; 送粉段具有夾套結(jié)構(gòu)，其后端與槍喉的前端相連，而其前端則與槍管的后 端相接，并且其圓周壁上貫通形成有兩個(gè)徑向送粉嘴;前水冷外殼相隔間距 套在槍管的外部；直角水導(dǎo)流管沿徑向連接，前水冷外殼的前端一側(cè)圓周 壁外部，并且兩者的內(nèi)部相互連通;直水導(dǎo)流管沿軸向連接在直角水導(dǎo)流管 的后端與后水冷外殼的一側(cè)圓周壁內(nèi)部，其前端口與直角水導(dǎo)流管的內(nèi)部 相連通，而其后端口則與后水冷外殼上的冷卻水進(jìn)口相接；后固定環(huán)、中 固定環(huán)及前固定環(huán)分別用于將軸向后座和后水冷外殼、后水冷外殼和送粉 段以及送粉段和前水冷外殼相互密封連接在一起。所述的燃燒維持器位于燃燒室的內(nèi)部，其在正常燃燒時(shí)可以保持一定 的溫度，因此即使由于水冷卻的原因而使燃燒室溫度很低時(shí)也能夠保證燃 燒連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行。所述的送粉段上的兩個(gè)徑向送粉嘴呈中心對(duì)稱(chēng)設(shè)置。 所述的槍喉上喉部直徑為lOrnm,喉部擴(kuò)張直徑為12mm。 本實(shí)用新型提供的液體燃料—氧氣一空氣槍內(nèi)混合助燃超音速火焰噴 涂槍可利用任意調(diào)節(jié)氧氣與空氣混合比例的方法來(lái)精確控制焰流溫度和燃 燒室壓力，從而使焰流溫度能夠在2400K 3400K的大幅度范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，
因此可使熔點(diǎn)較低的粉末處于半熔化狀態(tài)下進(jìn)行噴涂，所以能夠在不犧牲 噴涂沉積率的前提下解決槍嘴粉末沉積堵塞難題，而且還能夠解決單純空 氣助燃時(shí)涂層沉積率過(guò)低的問(wèn)題，從而可在提高涂層質(zhì)量的同時(shí)降低涂層 制作成本。另外，由于設(shè)置在燃燒室內(nèi)部的燃燒維持器是由散熱慢的材料 制成，因此在正常燃燒時(shí)，特別是在使用低氧含量的混合氣體或空氣助燃 時(shí)，即使因水冷卻的原因而使燃燒室的溫度降低很快，其也能夠保持較高 的溫度，從而可以保證燃燒穩(wěn)定連續(xù)地進(jìn)行，最終實(shí)現(xiàn)不同的材料在各自 的最佳溫度范圍內(nèi)進(jìn)行噴涂。此外，該噴涂槍還具體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、實(shí)用 性強(qiáng)、易于維護(hù)和保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此可廣泛應(yīng)用于航空、航天、冶金、電 力、石油化工、汽車(chē)、船舶等領(lǐng)域。

圖1為本實(shí)用新型提供的液體燃料一氧氣一空氣槍內(nèi)混合助燃超音速 火焰噴涂槍縱向結(jié)構(gòu)剖視圖。圖2為圖1中軸向后座后端結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。 圖3為圖2中A-A向剖視圖。 圖4為圖2中B-B'向剖視圖。 圖5為圖1中送粉段縱向結(jié)構(gòu)剖視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型提供的液體燃料一氧氣一空 氣槍內(nèi)混合助燃超音速火焰噴涂槍進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1 圖5所示，本實(shí)用新型提供的液體燃料一氧氣一空氣槍內(nèi)混合 助燃超音速火焰噴涂槍包括軸向后座l、油噴嘴2、燃燒維持器3、火花塞、 后水冷外殼4、燃燒室5、槍喉6、送粉段7、槍管8、后固定環(huán)9、中固定 環(huán)10、前固定環(huán)11、前水冷外殼18、直角水導(dǎo)流管19及直水導(dǎo)流管20; 其中軸向后座1的中心部位形成有一個(gè)軸向貫通孔12，軸向貫通孔12的上
方貫通形成有一個(gè)內(nèi)部安裝有圖中未示出的火花塞的火花塞裝配孔13，軸 向貫通孔12的下方依次形成有一個(gè)助燃氧氣進(jìn)口 14、 一個(gè)助燃空氣進(jìn)口15和一個(gè)油進(jìn)口 16，并且助燃氧氣進(jìn)口 14和油進(jìn)口 16的后端與軸向貫通 孔12的中部相連通，助燃空氣進(jìn)口 15的中部與軸向貫通孔12的中部相連 通，而其前端口處則安裝有燃燒維持器3;油噴嘴2安裝在軸向貫通孔12的 后部;燃燒室5呈管狀，其后端與軸向后座1的前端相連;后水冷外殼4相 隔間距套在燃燒室5的外部，并且其一側(cè)圓周壁外表面上沿徑向形成有一 個(gè)冷卻水進(jìn)口 21和一個(gè)與其內(nèi)腔相連通的冷卻水出口22;槍喉6呈圓椎狀， 其后端與燃燒室5的前端相連;送粉段7具有夾套結(jié)構(gòu)，其后端與槍喉6的 前端相連，而其前端則與槍管8的后端相接，并且其圓周壁上貫通形成有 兩個(gè)徑向送粉嘴17;前水冷外殼18相隔間距套在槍管8的外部；直角水導(dǎo)流 管19沿徑向連接在前水冷外殼18的前端一側(cè)圓周壁外部，并且兩者的內(nèi) 部相互連通；直水導(dǎo)流管20沿軸向連接在直角水導(dǎo)流管19的后端與后水冷 外殼4的一側(cè)圓周壁內(nèi)部，其前端口與直角水導(dǎo)流管19的內(nèi)部相連通，而 其后端口則與后水冷外殼4上的冷卻水進(jìn)口 21相接；后固定環(huán)9、中固定 環(huán)10及前固定環(huán)11分別用于將軸向后座1和后水冷外殼4、后水冷外殼4 和送粉段7以及送粉段7和前水冷外殼18相互密封連接在一起。所述的燃 燒維持器3位于燃燒室5的內(nèi)部，其在正常燃燒時(shí)可以保持一定的溫度， 因此即使由于水冷卻的原因而使燃燒室5溫度很低時(shí)也能夠保證燃燒連續(xù) 穩(wěn)定地進(jìn)行。所述的送粉段7上的兩個(gè)徑向送粉嘴17呈中心對(duì)稱(chēng)設(shè)置。所 述的槍喉6上喉部直徑為lOmm，喉部擴(kuò)張直徑為12mm。當(dāng)利用本實(shí)用新型提供的液體燃料一氧氣一空氣槍內(nèi)混合助燃超音速 火焰噴涂槍進(jìn)行噴涂時(shí)，首先將作為燃料的航空煤油和作為助燃劑的氧氣 (空氣或氧氣與空氣的混合氣體)分別從軸向后座1上的油進(jìn)口 16和助燃 氧氣進(jìn)口 14送入設(shè)置在軸向貫通孔12內(nèi)的油噴嘴2，經(jīng)該噴嘴混合霧化后
噴入燃燒室5，同時(shí)由火花塞點(diǎn)燃后穩(wěn)定進(jìn)行燃燒；同時(shí)，按噴涂狀態(tài)工作參數(shù)從軸向后座1上的助燃空氣進(jìn)口 15和燃燒維持器3將合適比例的空氣 進(jìn)入燃燒室5，由此在燃燒室5內(nèi)形成高溫高壓燃流，然后該燃流經(jīng)槍喉6 加速到超音速。與此同時(shí)，將噴涂粉末從送粉段7上的兩個(gè)徑向送粉嘴17 送入自槍喉6前端噴出的高溫高壓燃流中，使該粉末經(jīng)燃流加熱加速后從 槍管8的前端管口處以超音速的速度噴出并沉積在工件的表面而形成涂層。 在上述噴涂過(guò)程中，將冷卻水從后水冷外殼4上的冷卻水進(jìn)口21注入，該 冷卻水將依次通過(guò)由直水導(dǎo)流管20、直角水導(dǎo)流管19、前水冷外殼18、送 粉段7的夾套及后水冷外殼4構(gòu)成的水冷卻通道而從后水冷外殼4上冷卻 水出口 22流出，從而保證噴涂過(guò)程中槍體的溫度低于50°C。
權(quán)利要求1、一種液體燃料-氧氣-空氣槍內(nèi)混合助燃超音速火焰噴涂槍?zhuān)涮卣髟谟谒龅囊后w燃料-氧氣-空氣槍內(nèi)混合助燃超音速火焰噴涂槍包括軸向后座(1)、油噴嘴(2)、燃燒維持器(3)、火花塞、后水冷外殼(4)、燃燒室(5)、槍喉(6)、送粉段(7)、槍管(8)、后固定環(huán)(9)、中固定環(huán)(10)、前固定環(huán)(11)、前水冷外殼(18)、直角水導(dǎo)流管(19)及直水導(dǎo)流管(20)；其中軸向后座(1)的中心部位形成有一個(gè)軸向貫通孔(12)，軸向貫通孔(12)的上方貫通形成有一個(gè)內(nèi)部安裝有火花塞的火花塞裝配孔(13)，軸向貫通孔(12)的下方依次形成有一個(gè)助燃氧氣進(jìn)口(14)、一個(gè)助燃空氣進(jìn)口(15)和一個(gè)油進(jìn)口(16)，并且助燃氧氣進(jìn)口(14)和油進(jìn)口(16)的后端與軸向貫通孔(12)的中部相連通，助燃空氣進(jìn)口(15)的中部與軸向貫通孔(12)的中部相連通，而其前端口處則安裝有燃燒維持器(3)；油噴嘴(2)安裝在軸向貫通孔(12)的后部；燃燒室(5)呈管狀，其后端與軸向后座(1)的前端相連；后水冷外殼(4)相隔間距套在燃燒室(5)的外部，并且其一側(cè)圓周壁外表面上沿徑向形成有一個(gè)冷卻水進(jìn)口(21)和一個(gè)與其內(nèi)腔相連通的冷卻水出口(22)；槍喉(6)呈圓椎狀，其后端與燃燒室(5)的前端相連；送粉段(7)具有夾套結(jié)構(gòu)，其后端與槍喉(6)的前端相連，而其前端則與槍管(8)的后端相接，并且其圓周壁上貫通形成有兩個(gè)徑向送粉嘴(17)；前水冷外殼(18)相隔間距套在槍管(8)的外部；直角水導(dǎo)流管(19)沿徑向連接在前水冷外殼(18)的前端一側(cè)圓周壁外部，并且兩者的內(nèi)部相互連通；直水導(dǎo)流管(20)沿軸向連接在直角水導(dǎo)流管(19)的后端與后水冷外殼(4)的一側(cè)圓周壁內(nèi)部，其前端口與直角水導(dǎo)流管(19)的內(nèi)部相連通，而其后端口則與后水冷外殼(4)上的冷卻水進(jìn)口(21)相接；后固定環(huán)(9)、中固定環(huán)(10)及前固定環(huán)(11)分別用于將軸向后座(1)和后水冷外殼(4)、后水冷外殼(4)和送粉段(7)以及送粉段(7)和前水冷外殼(18)相互密封連接在一起。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體燃料一氧氣一空氣槍內(nèi)混合助燃超音速火焰噴涂槍?zhuān)涮卣髟谟谒龅娜紵S持器(3)位于燃燒室(5)的內(nèi)部，其在正常燃燒時(shí)可以保持一定的溫度，因此即使由于水冷卻的原因而使燃燒室(5)溫度很低時(shí)也能夠保證燃燒連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體燃料一氧氣一空氣槍內(nèi)混合助燃超音速 火焰噴涂槍?zhuān)涮卣髟谟谒龅乃头鄱?7)上的兩個(gè)徑向送粉嘴(17)呈中心對(duì)稱(chēng)設(shè)置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體燃料—氧氣一空氣槍內(nèi)混合助燃超音速 火焰噴涂槍?zhuān)涮卣髟谟谒龅臉尯?6)上喉部直徑為10mm，喉部擴(kuò) 張直徑為12mm。
專(zhuān)利摘要一種液體燃料—氧氣—空氣槍內(nèi)混合助燃超音速火焰噴涂槍。其包括軸向后座、油噴嘴、燃燒維持器、火花塞、后水冷外殼、燃燒室、槍喉、送粉段、槍管、后固定環(huán)、中固定環(huán)、前固定環(huán)、前水冷外殼、直角水導(dǎo)流管及直水導(dǎo)流管。本實(shí)用新型提供的超音速火焰噴涂槍能夠調(diào)節(jié)焰流溫度，所以可在不犧牲噴涂沉積率的前提下解決槍嘴粉末沉積堵塞難題，而且還能解決涂層沉積率過(guò)低問(wèn)題，從而可在提高涂層質(zhì)量的同時(shí)降低涂層制作成本。另外，在使用低氧含量的混合氣體或空氣助燃時(shí)，即使因水冷卻的原因而使燃燒室的溫度降低很快，燃燒維持器也能夠保持較高的溫度，從而可以保證燃燒穩(wěn)定連續(xù)地進(jìn)行，最終實(shí)現(xiàn)不同的材料在各自的最佳溫度范圍內(nèi)進(jìn)行噴涂。
文檔編號(hào)C23C4/00GK201043190SQ200720096390
公開(kāi)日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2007年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月14日
發(fā)明者丁坤英, 馮日寶, 娜 李, 王志平, 紀(jì)朝輝, 鵬 賈, 陳亞軍 申請(qǐng)人:中國(guó)民航大學(xué)