專利名稱：多功能超音速火焰噴涂噴槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于熱噴涂技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多功能超音速火焰噴涂噴槍。
超音速火焰噴涂(HVOF)技術(shù)于1982年開發(fā)成功，1985年在工業(yè)中得到應(yīng)用，由于HVOF涂層結(jié)合強(qiáng)度高，孔隙率低，涂層硬度高，殘余應(yīng)力低，在工業(yè)中得到廣泛地應(yīng)用，已成為熱噴涂中一種非常重要的噴涂工藝。在HVOF噴涂系統(tǒng)中，最重要的設(shè)備是噴槍，噴槍的設(shè)計(jì)水平?jīng)Q定整個(gè)系統(tǒng)的性能。在本實(shí)用新型以前的現(xiàn)有技術(shù)中，有多種超音速火焰噴涂噴槍，并經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。第一代的HVOF噴涂槍以“Jet-Kote”噴槍為代表，氧氣和燃?xì)庠谌紵?垂直手柄)中燃燒，高溫氣體(約2800℃)通過一定角度的環(huán)形分布的內(nèi)孔到達(dá)槍筒。粉末沿軸向送進(jìn)槍筒內(nèi)孔中心，高溫氣體在此處加熱粉末并將其加速噴出槍筒。燃燒室和槍筒都采用水冷。粉末粒子的速度和溫度可達(dá)到450m/s和2000℃以上。第二代超音速火焰噴涂噴槍以1989年出現(xiàn)的Dimaond Jet、Top-Gun和CDS為代表。1989年Dimaond Jet噴槍由美國METCO公司研制成功，它是壓縮空氣冷卻、無燃燒室、采用收縮喉管燃燒方式的一種與火焰絲材噴槍結(jié)構(gòu)類似的高速火焰噴槍。由于無燃燒室和采用高壓氣體冷卻槍筒，使粉末粒子的加熱加速受到影響，而且空氣中氧的吸入會(huì)增加涂層的氧化而影響涂層質(zhì)量；Top-Gun噴槍，已有改進(jìn)型HV-2000，除可以使用高壓燃?xì)馔?，還可以使用壓力較低的乙炔氣體，火焰溫度較高，實(shí)現(xiàn)了高熔點(diǎn)材料如氧化物陶瓷、難熔金屬鉬等的噴涂；CDS稱為連續(xù)爆炸噴涂，是利用燃?xì)馀c氧氣燃燒后產(chǎn)生的爆震波加熱加速粉末粒子，實(shí)現(xiàn)噴涂的一種噴槍，可使用熱值高的燃?xì)?，獲得高的粒子溫度和速度；DJ1000噴槍可獲得粒子速度約為400-450m/s，溫度2000℃左右，Top-Gun噴槍獲得的粒子速度和溫度隨著噴槍結(jié)構(gòu)和燃?xì)獾牟煌?，分別在300-450m/s和2000-2500℃范圍內(nèi)變化，CDS噴槍獲得的粒子速度約為400-500m/s，粒子的溫度可達(dá)2500℃左右。第一、第二代噴槍的噴涂功率約為80KW，送粉量為2.1-3.0Kg/h，且其性能基本類似。第三代HVOF噴涂系統(tǒng)以1992年研制成功的JP-5000型噴槍開始，從1993年到1995年出現(xiàn)了數(shù)種HVOF噴涂系統(tǒng)，典型的有Diamond Jet2600、DJ2700、USOCardide Jet和Top Gun等，第三代HVOF噴涂系統(tǒng)，由于火焰功率達(dá)到100-200KW，可實(shí)現(xiàn)高效率的噴涂，其噴涂速率達(dá)到6-8Kg/h，為其它軸向送粉的2倍。同時(shí)，粒子的速度可達(dá)600-650m/s，由于高的粒子速度可使涂層中產(chǎn)生壓應(yīng)力，可制備較厚的涂層。HVOF最適宜噴涂的材料是碳化物基粉，制備的涂層有很好的耐磨、抗沖蝕性能，在工業(yè)中得到了廣泛地應(yīng)用。
現(xiàn)有的三代HVOF噴槍中，第一、二代噴槍的功率偏小，送粉量受到限制，約為3Kg/h，導(dǎo)致涂層的沉積速率低；粒子速度較低，只有400-500m/s左右，導(dǎo)致涂層的整體性能較低，結(jié)合強(qiáng)度低，孔隙率偏高，限制了它們的應(yīng)用。第三代噴槍在設(shè)計(jì)上有很大的改進(jìn)，粒子速度高，涂層質(zhì)量優(yōu)越，結(jié)合強(qiáng)度高，可達(dá)90Mpa以上，孔隙率低，約為1％左右，涂層硬度高，可達(dá)HV1490。然而，第三代噴槍在噴涂HVOF最具應(yīng)用價(jià)值的WC金屬陶瓷涂層時(shí)，噴涂粒子處于高溫焰流中，很難避免WC的分解，對噴涂工藝參數(shù)要求很嚴(yán)格，否則，導(dǎo)致過分脫碳，降低涂層的性能。而且，HVOF噴涂一些金屬和合金粉末時(shí)，涂層質(zhì)量并不是很優(yōu)越，噴涂某些氧化物粉時(shí)，涂層質(zhì)量不高。
針對上述超音速火焰噴涂的現(xiàn)有技術(shù)狀況和不足，本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種新的多功能噴槍，使之既具備第三代HVOF噴槍涂層質(zhì)量高，結(jié)合強(qiáng)度高，孔隙率低，涂層硬度高，送粉量大等優(yōu)點(diǎn)，又克服噴涂WC金屬陶瓷粉末時(shí)的分解脫碳難題，同時(shí)在噴涂金屬、合金粉和氧化物陶瓷時(shí)具備良好的涂層性能。
現(xiàn)將本實(shí)用新型技術(shù)解決方案敘述如下本實(shí)用新型的工作原理是這樣的利用煤油為燃料，氧氣和壓縮空氣為助燃劑，將煤油和氧氣(壓縮空氣，或氧氣與壓縮空氣的混合氣)經(jīng)高性能霧化噴嘴霧化混合成可燃混合氣后噴入噴槍燃燒室，混合氣經(jīng)火花塞點(diǎn)火燃燒后形成高溫高壓的燃?xì)?，通過拉伐爾噴嘴將高溫高壓的燃?xì)饧铀俚匠羲?，噴涂粉末從拉伐爾噴嘴的?fù)壓區(qū)送入射流，經(jīng)射流加溫加速后從噴槍噴出，以超音速的速度沉積到工件表面形成涂層。本實(shí)用新型的的關(guān)鍵是通過火焰噴涂噴槍的結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)使高溫高壓的燃?xì)膺_(dá)到超音速，從而達(dá)到噴涂粉末的加熱和加速，避免WC金屬陶瓷粉末的分解脫碳，制備高性能的金屬涂層，合金涂層和陶瓷涂層。噴槍的工作參數(shù)在兩個(gè)不同噴涂狀態(tài)之間可調(diào)，噴涂狀態(tài)分別是煤油與氧氣噴涂狀態(tài)，煤油與壓縮空氣噴涂狀態(tài)。
煤油與氧氣噴涂狀態(tài)設(shè)計(jì)參數(shù)為燃燒室壓力0.9Mpa；氧氣壓力1.4Mpa氧氣流量24g/s煤油壓力1.5Mpa煤油流量8g/s煤油與壓縮空氣噴涂狀態(tài)為燃燒室壓力0.6Mpa壓縮空氣壓力0.8Mpa壓縮空氣流量24g/s煤油壓力1.5Mpa煤油流量2g/s確定工作狀態(tài)后，經(jīng)理論計(jì)算，設(shè)計(jì)出高性能射流霧化噴嘴，燃燒室和拉伐爾噴咀的特征尺寸，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后優(yōu)化設(shè)計(jì)出多功能超音速火焰噴涂噴槍。
本實(shí)用新型多功能超音速火焰噴涂噴槍具有燃燒室、冷卻管路和送粉嘴，其特征在于在結(jié)構(gòu)上采用四段兩腔式，由燃燒室頭部殼體(3)、燃燒室(11)、送粉段(15)、加長噴管(21)構(gòu)成四段，段與段之間用壓緊螺帽連接；燃燒頭部殼體(3)上設(shè)計(jì)有射流霧化噴咀(1)、油接管咀(28)和火花塞(4)；燃燒室(11)的另一端為呈陡然縮擴(kuò)形的拉伐爾噴管喉部段，通過送粉段(15)與加長噴管(21)相連；送粉段(15)上裝有兩個(gè)徑向送粉咀(24)；燃燒室(11)、燃燒室外殼(9)、送粉段(15)及加長噴管(21)、加長噴管外壁(17)分別構(gòu)成燃?xì)?、冷卻水兩腔，腔與腔之間用密封圈、密封墊相互密封，入、回水咀(6)、(8、(10)設(shè)計(jì)在燃燒室外殼(9)上，且回水咀(10)通過軟管與加長噴管外壁(17)上的出水咀(18)相接；燃燒室(11)的喉部直徑6.8mm，喉部擴(kuò)張直徑9.36mm。
現(xiàn)將本實(shí)用新型
如下圖1本實(shí)用新型多功能超音速火焰噴涂噴槍結(jié)構(gòu)剖視圖最佳實(shí)施例如附圖1所示。由該圖可知，噴槍包括28種結(jié)構(gòu)部件，其中(1)射流霧化噴咀(2)、(13)、(14)、(22)、(23)、(25)、(26)密封圈(3)頭部殼體(4)火花塞(5)壓緊螺帽(6)入水咀(7)、(19)、(20)、(27)密封墊(8)回水咀(9)燃燒室外殼(10)回水咀接頭(11)燃燒室(15)送粉段(16)壓緊螺帽(17)加長管外壁(18)回水咀接頭(21)加長管(24)送粉嘴(28)油接管咀噴槍結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，裝拆方便，易于維護(hù)保養(yǎng)。最佳實(shí)施例的工作過程為氧氣(或空氣，氧氣與空氣的混合氣體)與煤油從燃燒室的頭部殼體(3)經(jīng)各自的接管咀進(jìn)入射流霧化噴嘴(1)，經(jīng)霧化混合后噴入燃燒室(11)，火花塞(4)點(diǎn)火燃燒后，將噴槍的工作參數(shù)調(diào)整到所需工況，在燃燒室(11)內(nèi)形成高溫高壓燃?xì)猓?jīng)拉伐爾噴嘴加速到超音速，噴涂粉末從拉伐爾噴咀后端的負(fù)壓區(qū)送入射流，加溫加速后從噴槍噴出，高速噴向工件沉積形成涂層。冷卻水從噴槍頭部進(jìn)入冷卻腔，冷卻噴槍內(nèi)壁后從噴槍前端流出噴槍。
多功能超音速火焰噴槍有如下優(yōu)點(diǎn)1、噴槍性能好，通過調(diào)整超音速焰流的速度和溫度，制備的涂層性能優(yōu)異，不但具備第三代超音速火焰噴槍的優(yōu)點(diǎn)，還克服了它噴涂WC金屬陶瓷涂層時(shí)分解脫碳難題，大大降低了脫碳比例。制備的金屬、合金和氧化物陶瓷涂層性能也相當(dāng)優(yōu)異。
2、噴槍采用了專門設(shè)計(jì)的射流霧化噴嘴，霧化效果好，燃燒充分，不結(jié)焦，不回火，有效地保證了涂層的質(zhì)量。
3、點(diǎn)火系統(tǒng)安全可靠。
4、采用徑向送粉方式，送粉點(diǎn)位置選擇合理，送粉均勻，效率高。
5、噴槍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外表美觀，簡單新穎，拆裝方便，易于維護(hù)保養(yǎng)。
用多功能超音速火焰噴槍制備的涂層性能優(yōu)異，且可制備多種高質(zhì)量涂層，使用煤油為燃料，氧氣、壓縮空氣為助燃劑，與其它超音速火焰噴涂相比，燃料助燃劑價(jià)格低廉，具有很高的性能價(jià)格比。將廣泛應(yīng)用在耐磨、抗燒蝕、抗沖蝕、耐熱等場合，特別是航空航天、電力、鋼鐵、化工、汽車等領(lǐng)域。
權(quán)利要求1.一種多功能超音速火焰噴涂噴槍，具有燃燒室、冷卻管路和送粉咀，其特征在于在結(jié)構(gòu)上采用四段兩腔式，由燃燒室頭部殼體、燃燒室、送粉段、加長噴管構(gòu)成四段；燃燒室頭部殼體上設(shè)計(jì)有射流霧化噴咀、油接管咀和火花塞；燃燒室的另一端為呈陡然縮擴(kuò)形的拉伐爾噴管喉部段，與送粉段相連，送粉段與加長噴管相連；送粉段上裝有兩個(gè)徑向送粉咀；燃燒室、燃燒室外殼、送粉段及加長噴管、加長噴管外壁分別構(gòu)成燃?xì)?、冷卻水兩腔；入、回水咀設(shè)計(jì)在燃燒室外殼上，且回水咀通過軟管與加長噴管外壁上的回水咀相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能超音速火焰噴涂噴槍，其特征在于段與段之間用壓緊螺帽連接；腔與腔之間用密封圈、密封墊相互密封；燃燒室的拉伐爾噴管喉部直徑6.8mm，喉部擴(kuò)張直徑9.36mm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種多功能超音速火焰噴涂噴槍,特征在于:采用四段兩腔式,由燃燒室頭部殼體、燃燒室、送粉段、加長噴管構(gòu)成四段;燃燒室、燃燒室外殼、送粉段及加長噴管、加長噴管外壁分別構(gòu)成燃?xì)?、冷卻水兩腔;入、回水嘴設(shè)計(jì)在燃燒室外殼上,且回水嘴通過軟管與加長噴管外壁上的回水嘴相接。用本實(shí)用新型制備的涂層性能優(yōu)異,具有很高的性能價(jià)格比。將廣泛應(yīng)用在耐磨、抗燒蝕等場合,特別是航空航天、電力、鋼鐵、化工、汽車等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B05B17/04GK2494710SQ0124698
公開日2002年6月12日 申請日期2001年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月31日
發(fā)明者王漢功, 查柏林 申請人:中國人民解放軍第二炮兵工程學(xué)院