專利名稱：多功能超音速火焰噴涂噴槍的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于熱噴涂技術領域，涉及一種多功能超音速火焰噴涂噴槍。
超音速火焰噴涂(HVOF)技術于1982年開發成功，1985年在工業中得到應用，由于HVOF涂層結合強度高，孔隙率低，涂層硬度高，殘余應力低，在工業中得到廣泛地應用，已成為熱噴涂中一種非常重要的噴涂工藝。在HVOF噴涂系統中，最重要的設備是噴槍，噴槍的設計水平決定整個系統的性能。在本實用新型以前的現有技術中，有多種超音速火焰噴涂噴槍，并經歷了三個發展階段。第一代的HVOF噴涂槍以“Jet-Kote”噴槍為代表，氧氣和燃氣在燃燒室(垂直手柄)中燃燒，高溫氣體(約2800℃)通過一定角度的環形分布的內孔到達槍筒。粉末沿軸向送進槍筒內孔中心，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到450m/s和2000℃以上。第二代超音速火焰噴涂噴槍以1989年出現的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構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增加涂層的氧化而影響涂層質量；Top-Gun噴槍，已有改進型HV-2000，除可以使用高壓燃氣外，還可以使用壓力較低的乙炔氣體，火焰溫度較高，實現了高熔點材料如氧化物陶瓷、難熔金屬鉬等的噴涂；CDS稱為連續爆炸噴涂，是利用燃氣與氧氣燃燒后產生的爆震波加熱加速粉末粒子，實現噴涂的一種噴槍，可使用熱值高的燃氣，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構和燃氣的不同，分別在300-450m/s和2000-2500℃范圍內變化，CDS噴槍獲得的粒子速度約為400-500m/s，粒子的溫度可達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噴涂系統以1992年研制成功的JP-5000型噴槍開始，從1993年到1995年出現了數種HVOF噴涂系統，典型的有Diamond Jet2600、DJ2700、USOCardide Jet和Top Gun等，第三代HVOF噴涂系統，由于火焰功率達到100-200KW，可實現高效率的噴涂，其噴涂速率達到6-8Kg/h，為其它軸向送粉的2倍。同時，粒子的速度可達600-650m/s，由于高的粒子速度可使涂層中產生壓應力，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，在工業中得到了廣泛地應用。
現有的三代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，導致涂層的沉積速率低；粒子速度較低，只有400-500m/s左右，導致涂層的整體性能較低，結合強度低，孔隙率偏高，限制了它們的應用。第三代噴槍在設計上有很大的改進，粒子速度高，涂層質量優越，結合強度高，可達90Mpa以上，孔隙率低，約為1％左右，涂層硬度高，可達HV1490。然而，第三代噴槍在噴涂HVOF最具應用價值的WC金屬陶瓷涂層時，噴涂粒子處于高溫焰流中，很難避免WC的分解，對噴涂工藝參數要求很嚴格，否則，導致過分脫碳，降低涂層的性能。而且，HVOF噴涂一些金屬和合金粉末時，涂層質量并不是很優越，噴涂某些氧化物粉時，涂層質量不高。
針對上述超音速火焰噴涂的現有技術狀況和不足，本發明的目的在于設計一種新的多功能噴槍，使之既具備第三代HVOF噴槍涂層質量高，結合強度高，孔隙率低，涂層硬度高，送粉量大等優點，又克服噴涂WC金屬陶瓷粉末時的分解脫碳難題，同時在噴涂金屬、合金粉和氧化物陶瓷時具備良好的涂層性能。
現將本實用新型技術解決方案敘述如下本實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，混合氣經火花塞點火燃燒后形成高溫高壓的燃氣，通過拉伐爾噴嘴將高溫高壓的燃氣加速到超音速，噴涂粉末從拉伐爾噴嘴的負壓區送入射流，經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。本實用新型的的關鍵是通過火焰噴涂噴槍的結構及結構參數的設計使高溫高壓的燃氣達到超音速，從而達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。噴槍的工作參數在兩個不同噴涂狀態之間可調，噴涂狀態分別是煤油與氧氣噴涂狀態，煤油與壓縮空氣噴涂狀態。
煤油與氧氣噴涂狀態設計參數為燃燒室壓力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確定工作狀態后，經理論計算，設計出高性能射流霧化噴嘴，燃燒室和拉伐爾噴咀的特征尺寸，再進行結構設計，最后優化設計出多功能超音速火焰噴涂噴槍。
本實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，其特征在于在結構上采用四段兩腔式，由燃燒室頭部殼體(3)、燃燒室(11)、送粉段(15)、加長噴管(21)構成四段，段與段之間用壓緊螺帽連接；燃燒頭部殼體(3)上設計有射流霧化噴咀(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)分別構成燃氣、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)設計在燃燒室外殼(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，喉部擴張直徑9.36mm。
現將本實用新型
如下圖1本實用新型多功能超音速火焰噴涂噴槍結構剖視圖最佳實施例如附圖1所示。由該圖可知，噴槍包括28種結構部件，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)油接管咀噴槍結構科學合理，裝拆方便，易于維護保養。最佳實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)經各自的接管咀進入射流霧化噴嘴(1)，經霧化混合后噴入燃燒室(11)，火花塞(4)點火燃燒后，將噴槍的工作參數調整到所需工況，在燃燒室(11)內形成高溫高壓燃氣，經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壓區送入射流，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入冷卻腔，冷卻噴槍內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點1、噴槍性能好，通過調整超音速焰流的速度和溫度，制備的涂層性能優異，不但具備第三代超音速火焰噴槍的優點，還克服了它噴涂WC金屬陶瓷涂層時分解脫碳難題，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優異。
2、噴槍采用了專門設計的射流霧化噴嘴，霧化效果好，燃燒充分，不結焦，不回火，有效地保證了涂層的質量。
3、點火系統安全可靠。
4、采用徑向送粉方式，送粉點位置選擇合理，送粉均勻，效率高。
5、噴槍結構設計外表美觀，簡單新穎，拆裝方便，易于維護保養。
用多功能超音速火焰噴槍制備的涂層性能優異，且可制備多種高質量涂層，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，燃料助燃劑價格低廉，具有很高的性能價格比。將廣泛應用在耐磨、抗燒蝕、抗沖蝕、耐熱等場合，特別是航空航天、電力、鋼鐵、化工、汽車等領域。
權利要求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，其特征在于在結構上采用四段兩腔式，由燃燒室頭部殼體、燃燒室、送粉段、加長噴管構成四段；燃燒室頭部殼體上設計有射流霧化噴咀、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成燃氣、冷卻水兩腔；入、回水咀設計在燃燒室外殼上，且回水咀通過軟管與加長噴管外壁上的回水咀相接。
2.根據權利要求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，喉部擴張直徑9.36mm。
專利摘要本實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成燃氣、冷卻水兩腔;入、回水嘴設計在燃燒室外殼上,且回水嘴通過軟管與加長噴管外壁上的回水嘴相接。用本實用新型制備的涂層性能優異,具有很高的性能價格比。將廣泛應用在耐磨、抗燒蝕等場合,特別是航空航天、電力、鋼鐵、化工、汽車等領域。
文檔編號B05B17/04GK2494710SQ0124698
公開日2002年6月12日 申請日期2001年8月31日 優先權日2001年8月31日
發明者王漢功, 查柏林 申請人:中國人民解放軍第二炮兵工程學院