高速含氧液焰喷枪及其涂层工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于高速含氧液焰喷枪，其中所述喷枪具有被设计有出口补偿的燃烧室，进水口朝向所述喷枪的前侧；且被设置为45度或70度的狭窄稳定器与氧气连接口、燃料连接口和火花塞成直线。
【专利说明】高速含氧液焰喷枪及其涂层工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高速含氧液焰喷枪及其涂层工艺。
【背景技术】
[0002]很多行业中的机器部件都需要耐腐蚀耐磨的表面。HV0F(高速火焰喷涂)液体燃料工艺通过生成非常厚的高密度涂层提供了这种保护。我们使用氧-煤油混合物用于高速含氧(液)焰燃料(HVOF)喷涂。我们轴向上供给粉末状形式的涂层材料通过喷枪，通常使用氮气作为载体气。燃料与氧气在喷枪内充分地混合，接着混合物从筒管内喷射出并在喷枪内灼烧。灼烧的气体通过汇聚-发散地带进入粉末混合区域，其在这里围绕着均匀地加热粉末状喷涂材料，同时其离开喷枪并被推进至工件的表面上。高速含氧液焰(HVOF)喷涂由勃朗宁(Browning)和维特菲德(Witfield)在二十世纪八十年代初研发出来。在这个工艺中，燃气被用于在高压下在位于扩展管下游的燃烧室中燃烧。这样，高速气体和颗粒可达到目的或产生粘结性好的稠密的低孔隙度涂层。
[0003]HVOF技术的第二代始于UTP焊接技术公司(UTP Schweibtechnik)的欧文休恩(Erwin Huhne)的顶级喷枪(Top Gun)的发展。这里，气体不再在喷枪内90度转向。第二代系统的其它生产厂家还有珀金埃尔默美科公司(Perkin Elmer Metco)和等离子技术公司(Plasmatechnik)。
[0004]HVOF系统的第三代进一步提高了颗粒速度并在当时实现了可能无需热后处理的更浓密的热喷涂层。再次，吉姆布朗宁(Jim Browning)推出了第三代。他的系统设计形成了 Tafa JP5000的基础。在随后的年月里，苏尔寿美科公司(SulzerMetcohGlH^POSUW械制造公司(OSU Maschinenbau)也将他们的第三代设备带入了市场。
[0005]US 5520334公开了用于操作小直径热喷枪热喷涂涂层至衬底上的方法和设备。液体燃料和再生式加热气体在混合室内涡动到一起，通过限定孔板，接着传递至燃烧室内以便雾化液体燃料并将液体燃料与再生式加热气体混合。液体燃料接着在小直径热喷枪的燃烧室内被燃烧以便产生高能流体，涂层材料被喷射入其中。燃烧室包括横向传递冷却空气通过的具有冷却口的内套管。流送喷嘴引导高能流体朝向衬底。流送喷嘴从高能流体的第一部分转移热流至高能流体的第二部分，并提供隔热层以将热保留在高能流体内。小直径热喷枪可通过以可选择的部件替换燃烧室内套管和流送喷嘴热转移部件被调整以操作多种多样的涂层材料。
[0006]US 5285967公开了用于喷涂例如热塑性合成物、热塑性/金属复合物或热塑性/陶瓷复合物的熔融粉组分至衬底上以便在其上形成涂层的高速含氧火焰喷涂(HVOF)热喷枪。喷枪包括用于提供HVOF气流至液体冷却喷嘴的HVOF火焰产生器。气流的一部分被转移用于预热粉末，经预热的粉末在喷嘴内的下游位置被喷射入主气流中。加压气流和真空源被提供于围绕喷嘴的套管中用于冷却沉积至衬底上之前的飞行中的熔融粉末。
[0007]以上引用文件都没有公开包括具有补偿设计和较小喷嘴的压力室的喷枪。本发明的喷枪能为机械部件的具有高达150毫米间隙的内表面涂层，并为直径150毫米的内圆柱部件涂层。前侧的水套使喷枪能更好地冷却。压力室的补偿设计允许在腔室内提供高压，从而提闻涂层质量。
【发明内容】
[0008]本发明的主要目的是得到高速含氧液焰(HVOLF)喷枪。
[0009]本发明的另一目的是提供适用于硬合金层涂层的用于热喷涂的高速含氧液焰(HVOLF)喷枪。本发明的喷枪高效节能且与现有技术中的液焰喷枪相比只利用三分之二的氧气。
[0010]本发明的另一目的是提供具有腔室被设计有出口补偿(outlet offset)的燃烧室的高速含氧液焰喷枪。
[0011]本发明的另一目的是提供具有朝向喷枪的前侧的进水口的高速含氧液焰喷枪。
[0012]本发明的另一目的是提供具有较窄筒管的高速含氧液焰喷枪。
[0013]本发明的另一目的是提供筒管角度为45度或70度的高速含氧液焰(HVOLF)喷枪。
[0014]本发明的另一目的是提供高速含氧液焰喷枪，其中对于钨钴合金或钨钴铬合金，平均颗粒大小速度超过750米/秒。
[0015]本发明的另一目的是提供高速含氧液焰喷枪，可得到高达1900摄氏度的温度。
[0016]本发明的另一目的是提供高速含氧液焰喷枪，可实现高燃烧室高达11巴(压力)。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1显示了本发明的高速含氧液焰喷枪的分解图。
【具体实施方式】
[0018]本发明涉及一种高速含氧液焰喷枪。
[0019]本发明涉及一种高速含氧液体燃料喷枪，其筒管被设置为45度或70度以便能为特别是标准喷枪不能接近的内表面涂层，包括在筒管侧具有补偿设计的燃烧室。更高的燃烧室压力和合成的更高速颗粒生成具有中性压力或压应力的涂层。
[0020]本发明涉及一种具有被设计以产生更高压力的腔室的HVOLF(高速含氧液体燃料)喷枪。该喷枪具有较小尺寸的喷嘴。该喷枪能在普通喷枪无法达到的150毫米的狭窄区域间隙上涂层。
[0021]本发明的喷枪改进燃烧室使压力与通常在2-8巴操作的其它HVOF系统相比高达11巴。这个压力被转变为更高速、更高涂层硬度、更高涂层密度以及更好的整体涂层完整性。
[0022]燃料和氧气在通过孔进入燃烧室后混合并雾化(atomize)，得到稳定、清洁、均匀的燃烧。燃烧室压力被监控以确保适合的燃烧模式和恒定的压力(颗粒速度与腔室压力成正比)。腔室压力监控还提供了流速的交叉检查，是影响涂层质量的最重要的因素之一。燃烧室的出口筒管被设置尺寸和形状以产生超音速的过膨胀喷射，以便在粉末被导入的地方保持低压区域；该喷射在筒管的起始处被偏斜45度。在筒管中，粉末被均匀地混合并与气流一起加速至衬底。
[0023]不同于需要严密控制的水温以复制图层的质量的其它HVOF设计，本发明的喷枪对水温并不敏感。这个独特设计允许使用入口水温华氏温度50-70度(摄氏温度10-21度)而不影响喷枪性能或涂层质量。本发明的喷枪是维护最小化且生产最大化的坚固耐用的简单设计。
[0024]颗粒的速度更大且因此粉末被氧化的时间更少。通过本发明的喷枪，与喷涂距离高达13英寸的普通喷枪相比，能为管内涂层多达6英寸或150毫米。燃烧室如图1所示具有补偿设计。更高的燃烧室压力和合成的更高速颗粒生成具有中性压力或压应力的涂层。氧气连接口、燃料连接口、燃烧室压力连接口以及火花塞被设置为与主体成直线，以便喷枪在狭窄区域内能容易移动。
[0025]图1显示了本发明的高速含氧液体燃料喷枪的分解图。部件列表如下:
[0026]部件列表:不需要涉及尺寸清单。
[0027]
部件编号I说明
?筒管保持件
2用于筒管的O形环
3进水口连接口
4内六角螺钉
5用于筒管保持件的O形环
6Wl
7内六角螺钉
8连接体
9输送管总成
9a粉末输送管
9b加粉口
9c螺母
[0028]
部件编号I说明
9d套圈(Ferrul)塑料
9^粉末加料分流器To1形环连接体(大)
TIO形环燃烧室
12燃烧室
13H
14水套
15用于燃烧室与稳定器间隔(spacer)的O形环^
16用于稳定器的后O形环
17用于稳定器的前O形环
18同轴稳定器总成18a同轴稳定器
19?
20燃烧压力管总成
21地脚螺钉
22稳定器至水套的螺母
23具有O形环的同轴管
24后O形环同轴管
25前O形环同轴管
26火花塞总成
26aO形环火花塞密封
26b火花塞底座
26^点火电极
26dO形环绝缘体外径(OD)
26^绝缘体火花塞
26f后O形环绝缘体
2?I火花塞主体
[0029]
部件编号I说明
26h支座(Standoff)
26?内齿锁紧垫圈
26j点火接线柱
27出口连接口
28燃料止回阀
29燃料接头
30燃油管转接头
31氧气止回阀
32氧气接头
33氧气管转接头
[0030]连接体8连接燃烧室12和筒管6。同轴稳定器总成18由燃烧压力管总成20、火花塞总成26、出口连接口 27、燃料止回阀28以及氧气止回阀31组成。止回阀28在其两侧具有接头29且止回阀31具有接头32和转接头33，这两个止回阀通过连接止回阀31的接头32和止回阀28的接头29的转接头30被连接，被连接的止回阀接着通过止回阀28的接头29被连接至同轴稳定器总成18。燃烧压力管总成20通过接头19被连接至同轴稳定器总成18。同轴稳定器总成18通过螺母、稳定器至水套的螺母22、同轴管23、地脚螺钉21以及分别在燃烧室与稳定器间隔之间的用于燃烧室、用于稳定器后端与用于稳定器前端的O形环15、16与17被连接至具有外水套14的燃烧室12。具有连接的同轴稳定器总成18的燃烧室12在一侧通过用于燃烧室的O形环11和用于连接体的O形环10被连接至连接体8，连接体通过四个内六角螺钉7被旋拧至外水套14。另一侧的连接体8分别通过用于筒管的O形环2和用于筒管保持件的O形环5被连接至筒管6和筒管保持件1，筒管保持件I通过四个内六角螺钉4被旋拧至连接体8。连接体8被进一步连接至钢管13。钢管13由输送管总成9和粉末加料分流器9e组成。输送管总成9由粉末输送管9a、加粉口 9b、螺母管9c及套圈塑料管9d组成。
[0031]还具有火花塞总成26，其由O形环火花塞密封26a、火花塞底座26b、点火电极26c、O形环绝缘体外径26d、绝缘体火花塞26e、后O形环绝缘体26f、火花塞主体26g、支座26h、内齿锁紧垫圈26i以及点火接线柱26j组成。
[0032]同轴管23由用于同轴管后端的O形环24和用于同轴管前端的O形环25组成。
[0033]本发明的喷枪的主要特征是氧气连接口、燃料连接口、燃烧室、压力连接口以及火花塞被设置为与喷枪主体成直线，这样喷枪可在狭窄区域内轻松移动。
[0034]以下是与本发明的喷枪有关的有益效果:
[0035]氧气连接口、燃料连接口、燃烧室、压力连接口以及火花塞被设置为与喷枪主体成直线，这样喷枪可在狭窄区域内轻松移动。
[0036]对于钨钴合金(WC-Co)或钨钴铬合金(WC-Co-Cr)，实现了金属的平均颗粒大小速度超过750米/秒。
[0037]可得到1900摄氏度的温度。
[0038]可实现燃烧室高达11巴(的压力)。
[0039]氧流速在15-20.4巴(压力)下为62.3立方米/小时。本发明的系统与普通喷枪相比消耗三分之二的氧气。
[0040]喷枪在运转中消耗小于8.5gph(321ph)单位的相同煤油。
[0041]对于本领域技术人员来说显然的修正和改变应视为在本发明的范围内。本发明的各种特征联系本发明的典型实施例被显示与描述出来，然而，应理解这些特别设置仅仅为阐述性的而不限制本发明。相应地，本发明可包括落入本发明的精神和范围内的各种修改。还应理解，说明书中的词语“包括”或“具有”表示“包括但不限于”。
【权利要求】
1.一种高速含氧液焰喷枪，其中所述喷枪具有被设计有出口补偿的燃烧室，进水口朝向所述喷枪的前侧；且被设置为45度或70度的狭窄的稳定器与氧气连接口、燃料连接口火花塞成直线。
2.如权利要求1所述的喷枪，其中对于碳化物粉末，平均颗粒大小速度超过750米/秒。
3.如权利要求1所述的喷枪，其中所述喷枪可得到高达1900摄氏度的温度。
4.如权利要求1所述的喷枪，其中高压可实现高达11巴。
5.如权利要求1所述的喷枪，其可在150毫米的间隙内涂层。
【文档编号】B05D1/10GK104148210SQ201410214825
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2013年5月20日
【发明者】斯·卡·莫迪, 苏列斯·钱德·莫德 申请人:金属设备有限公司