專利名稱：陶瓷條棒氧、乙炔火焰噴槍裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱噴涂工藝制備領(lǐng)域，尤其涉及一種陶瓷條棒氧、乙炔火焰噴槍裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
陶瓷條棒火焰噴槍，主要噴涂材料是合金和陶瓷類材料幾何尺寸是φ6×600毫米棒材，熱源采用氧、乙炔火焰。
陶瓷材料的普遍特點(diǎn)是熔點(diǎn)高，硬度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能低，脆性大等特點(diǎn)；采用熱噴涂技術(shù)在金屬基體上噴涂陶瓷涂層，利用金屬材料和陶瓷材料的各自優(yōu)點(diǎn)制成復(fù)合材料產(chǎn)品。
目前采用熱噴涂工藝制備陶瓷涂層有二種方法一種是氧、乙炔火焰粉末噴涂，另一種是等離子粉末噴涂。
氧、乙炔火焰粉末噴涂，其火焰溫度較低(約3000℃)，粉末在一定的粒級(jí)范圍內(nèi)，依靠火焰燃燒速度帶動(dòng)粉末粒子沉積到工件表面形成涂層。由于噴射速度低，而且粉末粒子停留火焰區(qū)域的時(shí)間無法精確控制不可能使每一個(gè)粉末粒子得到充分熔融，使噴射到工件時(shí)粒子塑性變形能力差，造成涂層本身強(qiáng)度較低氣孔率高，因此氧、乙炔火焰粉末噴涂的應(yīng)用受到一定的限制，不能應(yīng)用于耐磨場(chǎng)合，只能應(yīng)用于高溫和絕緣場(chǎng)合。而等離子噴涂其特點(diǎn)是高溫、高速其涂層綜合性能較好，因此目前制備陶瓷涂層還是以等離子噴涂為主。但等離子噴涂設(shè)備價(jià)格昂貴其次操作成本也較高，電功率在50千瓦以上，熱利用率較低，現(xiàn)場(chǎng)操作較困難，因此推廣應(yīng)用也同樣受到一定限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供了一種陶瓷條棒氧、乙炔火焰噴槍裝置及其控制方法，使之既具備等離子噴涂的涂層質(zhì)量好、結(jié)合強(qiáng)度高、空隙率低、涂層硬度高等優(yōu)點(diǎn)，又有氧、乙炔火焰粉末噴涂的“廉價(jià)”、操作方便等優(yōu)點(diǎn)為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的陶瓷條棒氧、乙炔火焰噴槍裝置包括燃燒霧化噴射單元，凸輪式總閥控制三種氣體(氧氣、乙炔氣和壓縮空氣)的分配和順序控制單元，送棒速度精確控制單元；所述的燃燒霧化噴射單元包括空氣帽、套管、噴嘴、噴嘴火孔、乙炔槽、氣體分流座、噴嘴射吸孔、氧氣槽、密封圈、空氣帽座、氣體總頭、前導(dǎo)管螺栓；所述的噴嘴徑向上開有氧氣槽和乙炔槽；在氧氣槽和乙炔槽之間有三個(gè)密封圈隔開，噴嘴火孔在其端面圓周上均布若干個(gè)孔并與軸線形成一定夾角；噴嘴火孔延伸部分是噴嘴射吸孔，它貫穿于氧氣槽和乙炔槽之間，空氣帽大端面開有使得壓縮空氣進(jìn)入氣槽經(jīng)噴嘴與空氣帽之間的錐型環(huán)隙中的多條氣槽，空氣帽和噴嘴由空氣帽座和氣體分流座用螺紋連接于一體，再由前導(dǎo)管螺栓連接于氣體總頭；所述的凸輪式總閥控制三種氣體(氧氣、乙炔氣和壓縮空氣)的分配和順序控制單元包括板手、凸輪閥桿、閥桿殼、乙炔頂頭、氧氣頂頭、空氣頂頭、密封皮膜；凸輪閥桿安裝在閥桿殼內(nèi)，在凸輪閥桿的圓柱體表面開有不同角度和深淺的凹槽，對(duì)應(yīng)凹槽上面安裝三個(gè)頂頭(氧氣頂頭、乙炔頂頭、空氣頂頭)，頂頭上面分別安裝密封皮膜，密封皮膜平面高出閥桿殼平面；閥桿殼由4個(gè)螺釘連接在氣體總頭上；所述的送棒速度精確控制單元包括基準(zhǔn)電壓、運(yùn)算放大、取樣電路、電壓調(diào)整、過電流保護(hù)電路；本發(fā)明的控制方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的三種氣體(氧氣、乙炔、壓縮空氣)分別由軟管連接在混合頭后端；通過凸輪式閥桿控制三種氣體流量的大小和先后到達(dá)各自環(huán)槽內(nèi)；
氧氣進(jìn)入噴嘴射吸孔后進(jìn)入噴嘴火孔，此時(shí)在乙炔環(huán)槽內(nèi)形成負(fù)壓區(qū)被吸入噴嘴火孔與氧混合；壓縮空氣進(jìn)入噴嘴與空氣帽之間環(huán)隙中，通過燃燒室從空氣帽口噴出；棒材不斷進(jìn)入高溫燃燒室，使霧化微粒沉積到工件表面形成涂層；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是結(jié)構(gòu)緊湊可現(xiàn)場(chǎng)操作；粒子飛行速度高、沖擊動(dòng)能高、噴涂層結(jié)合強(qiáng)度高、孔隙率低、涂層致密；以氧化鉻(Cr2O3)為例涂層結(jié)合強(qiáng)度25-30Mpa孔隙率低于4％。
涂層硬度高，耐磨性好。以氧化鉻為例硬度HRA75-80；滿足了用氧、乙炔火焰噴高熔點(diǎn)陶瓷材料；以拉絲盤為例其涂層的耐磨性能優(yōu)于等離子涂層，因此具有很高的性能價(jià)格比，可廣泛應(yīng)用于耐磨、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、絕緣等領(lǐng)域，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在各行各業(yè)中具有廣泛應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2(a)，2(b)，2(c)是本發(fā)明的凸輪式總閥控制三種氣體(氧氣、乙炔氣和壓縮空氣)的分配和順序控制單元示意圖；圖3是本發(fā)明的送棒速度精確控制單元示意圖；圖4是本發(fā)明的工作原理圖；具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述由圖1可見本發(fā)明的陶瓷條棒氧、乙炔火焰噴槍裝置包括燃燒霧化噴射單元，凸輪式總閥控制三種氣體(氧氣、乙炔氣和壓縮空氣)的分配和順序控制單元，送棒速度精確控制單元；所述的燃燒霧化噴射單元包括空氣帽1、套管2、噴嘴3、噴嘴火孔4、乙炔槽5、氣體分流座6、噴嘴射吸孔7、氧氣槽8、密封圈9、空氣帽座10、氣體總頭11、前導(dǎo)管螺栓12；所述的噴嘴3徑向上開有氧氣槽8和乙炔槽5；在氧氣槽8和乙炔槽5之間有三個(gè)密封圈9隔開，噴嘴火孔4在其端面圓周上均布若干個(gè)孔并與軸線形成一定夾角；噴嘴火孔4延伸部分是噴嘴射吸孔7，它貫穿于氧氣槽8和乙炔槽5之間，空氣帽1大端面開有使得壓縮空氣進(jìn)入氣槽經(jīng)噴嘴與空氣帽之間的錐型環(huán)隙中的多條氣槽，空氣帽1和噴嘴3由空氣帽座10和氣體分流座6用螺紋連接于一體，再由前導(dǎo)管螺栓5連接于氣體總頭11；所述的噴嘴火孔4在其端面圓周上均布若干個(gè)孔是12個(gè)孔；所述的空氣帽1孔徑(D)與噴嘴3端面之間距離(A)之關(guān)系為A＝1.5-2D；所述的噴嘴3中的射吸孔徑等于50％噴嘴火孔直徑；所述的空氣帽1內(nèi)錐角等于80％噴嘴火花夾角；所述的噴嘴套管2與棒材之間間隙在0.10-0.15毫米之間；由圖2(a)，2(b)，2(c)可見所述的凸輪式總閥控制三種氣體(氧氣、乙炔氣和壓縮空氣)的分配和順序控制單元包括板手13、凸輪閥桿14、閥桿殼19、乙炔頂頭15、氧氣頂頭16、空氣頂頭17、密封皮膜18；凸輪閥桿14安裝在閥桿殼19內(nèi)，在凸輪閥桿14的圓柱體表面開有不同角度和深淺的凹槽，對(duì)應(yīng)凹槽上面安裝三個(gè)頂頭(氧氣頂頭、乙炔頂頭、空氣頂頭)，頂頭上面分別安裝密封皮膜18，密封皮膜18平面高出閥桿殼19平面，閥桿殼19由4個(gè)螺釘連接在氣體總頭上；所述的密封皮膜18平面高出閥桿殼19平面是0.3毫米；使三路氣體各自獨(dú)立，保持密封互不竄氣；根據(jù)閥桿圓周上的開有不同角度和深淺的凹槽，當(dāng)板手在旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，頂頭隨著凹槽角度不同則控制了頂頭先后下沉的順序，以及凹槽深淺不同則控制三路氣體量的多少。當(dāng)扳手關(guān)閉時(shí)三個(gè)頂頭按逆序迅速向上頂住皮膜，三路氣立即關(guān)閉，停止噴射。確保正常順序點(diǎn)火，火焰形成，霧化微粒，形成火花束，一氣呵成；由圖3可見所述的送棒速度精確控制單元包括基準(zhǔn)電壓20、運(yùn)算放大21、取樣電路23、電壓調(diào)整24、過電流保護(hù)電路25；在給定量的基礎(chǔ)上當(dāng)輸出產(chǎn)生一個(gè)減少量-ΔV的變化，取樣電路將這個(gè)-ΔV的變化量送到比較放大器中和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較放大，然后將放大的信號(hào)送到調(diào)整管，使調(diào)整管的基極注入電流增大ΔIb，這時(shí)調(diào)整管的集——射極減少一個(gè)ΔVee，使輸出電壓增加；如當(dāng)輸出產(chǎn)生一個(gè)增加量+ΔV的變化，則輸出電壓減少，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的；電路的基準(zhǔn)電壓是從輔助電源中具有溫度補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)壓裝置等得到，這樣有利于提高基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定性；本發(fā)明的控制方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的三種氣體(氧氣、乙炔、壓縮空氣)分別由軟管連接在混合頭后端100；通過凸輪式閥桿控制三種氣體流量的大小和先后到達(dá)各自環(huán)槽內(nèi)101；氧氣進(jìn)入噴嘴射吸孔后進(jìn)入噴嘴火孔，此時(shí)在乙炔環(huán)槽內(nèi)形成負(fù)壓區(qū)被吸入噴嘴火孔與氧混合102；壓縮空氣進(jìn)入噴嘴與空氣帽之間環(huán)隙中，通過燃燒室從空氣帽口噴出103；棒材不斷進(jìn)入高溫燃燒室，使霧化微粒沉積到工件表面形成涂層104；其中步驟102中氧氣壓力0.4-0.5Mpa(流量計(jì)讀數(shù)2.1-2.3)；乙炔壓力0.12-0.13Mpa(流量計(jì)讀數(shù)1.3-1.4)；步驟103中壓縮空氣壓力5-6Mpa(流量1.8-2m3/s)；步驟104中送棒電機(jī)電壓10-12V。
下面對(duì)本發(fā)明的工作原理作如下描述
由圖4可見整個(gè)陶瓷條棒火焰噴槍裝置由噴槍和棒材進(jìn)給調(diào)速控制組成；噴槍由燃燒霧化裝置，凸輪式總閥，電機(jī)和機(jī)械減速機(jī)構(gòu)，手柄等組成。氧氣、乙炔氣壓縮空氣分別接入空氣接管(氧氣接管和乙炔氣接管在空氣接管左右)；氧氣工作壓力0.4-0.5Mpa；乙炔工作壓力0.12-0.13Mpa；壓縮空氣工作壓力5-6Mpa。然后三種氣體分別進(jìn)入凸輪式總閥；當(dāng)扳手在0°時(shí)，由于凸輪閥桿處于最高位置依靠三個(gè)頂頭頂住三個(gè)皮膜，此時(shí)氣體總頭無氣輸出這是關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)扳手轉(zhuǎn)90°時(shí)(點(diǎn)火位置)此時(shí)氧氣頂頭和空氣頂頭還是處于最高位置，仍然釘住皮膜。只有乙炔頂頭微量落入閥桿凹槽中乙炔氣在一定壓力下吹開皮膜，使皮膜微凹形，乙炔氣從凹形間隙中通過氣體總頭11和氣體分流座6進(jìn)入噴嘴3的乙炔槽5中，然后進(jìn)入噴嘴的火孔4中可以點(diǎn)火。當(dāng)扳手轉(zhuǎn)到180°時(shí)三個(gè)頂頭全部下沉到閥桿凹槽最低位置，吹開各自皮膜使皮膜成凹形，使三種氣體從各自通道進(jìn)入各自位置。氧氣進(jìn)入噴嘴氧氣槽8后進(jìn)入12個(gè)射吸孔7在高速氧流的作用下，乙炔槽5產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，吸入乙炔氣使氧氣與乙炔氣混合于噴嘴的12個(gè)火孔4中噴嘴火孔直徑是噴射孔直徑的2倍，壓縮空氣進(jìn)入氣體分流座6的氣槽內(nèi)再進(jìn)入噴嘴3與空氣帽1之間的錐形環(huán)隙中，此時(shí)形成火焰產(chǎn)生熱量熔化陶瓷棒，在端頭形成熔滴再由壓縮空氣參與霧化熔點(diǎn)成霧化微粒，在空氣帽的作用下形成高速的火花束。棒材由電機(jī)通過減速裝置以穩(wěn)壓調(diào)速以一定速度不斷進(jìn)入高溫燃燒區(qū)，不斷熔化成熔滴，不斷霧化成微粒。這樣就形成穩(wěn)定連續(xù)不斷地火花束，不斷地微粒堆積達(dá)到一定厚度噴涂層。要形成穩(wěn)定連續(xù)不斷火花束必須各參數(shù)之間有一個(gè)很好的匹配?？諝饷眱?nèi)錐角等于80％噴嘴火孔夾角；噴嘴端面到空氣帽出口端面的距離A等于1.5-2倍的空氣帽孔徑。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷條棒氧、乙炔火焰噴槍裝置，包括燃燒霧化噴射單元，凸輪式總閥控制三種氣體(氧氣、乙炔氣和壓縮空氣)的分配和順序控制單元，送棒速度精確控制單元；其特征在于所述的燃燒霧化噴射單元包括空氣帽(1)、套管(2)、噴嘴(3)、噴嘴火孔(4)、乙炔槽(5)、氣體分流座(6)、噴嘴射吸孔(7)、氧氣槽(8)、密封圈(9)、空氣帽座(10)、氣體總頭(11)、前導(dǎo)管螺栓(12)；所述的噴嘴(3)徑向上開有氧氣槽(8)和乙炔槽(5)；在氧氣槽(8)和乙炔槽(5)之間有三個(gè)密封圈(9)隔開，噴嘴火孔(4)在其端面圓周上均布若干個(gè)孔并與軸線形成一定夾角；噴嘴火孔(4)延伸部分是噴嘴射吸孔(7)，它貫穿于氧氣槽(8)和乙炔槽(5)之間，空氣帽(1)大端面開有使得壓縮空氣進(jìn)入氣槽經(jīng)噴嘴與空氣帽之間的錐型環(huán)隙中的多條氣槽，空氣帽(1)和噴嘴(3)由空氣帽座(10)和氣體分流座(6)用螺紋連接于一體，再由前導(dǎo)管螺栓(5)連接于氣體總頭(11)；所述的凸輪式總閥控制三種氣體(氧氣、乙炔氣和壓縮空氣)的分配和順序控制單元包括板手(13)、凸輪閥桿(14)、閥桿殼(19)、乙炔頂頭(15)、氧氣頂頭(16)、空氣頂頭(17)、密封皮膜(18)；凸輪閥桿(14)安裝在閥桿殼(19)內(nèi)，在凸輪閥桿(14)的圓柱體表面開有不同角度和深淺的凹槽，對(duì)應(yīng)凹槽上面安裝三個(gè)頂頭(氧氣頂頭、乙炔頂頭、空氣頂頭)，頂頭上面分別安裝密封皮膜(18)，密封皮膜(18)平面高出閥桿殼(19)平面，閥桿殼(19)由4個(gè)螺釘連接在氣體總頭上；所述的送棒速度精確控制單元包括基準(zhǔn)電壓(20)、運(yùn)算放大(21)、取樣電路(23)、電壓調(diào)整(24)、過電流保護(hù)電路(25)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷條棒氧、乙炔火焰噴槍裝置，其特征在于所述的噴嘴火孔(4)在其端面圓周上均布若干個(gè)孔是(12)個(gè)孔；所述的空氣帽(1)孔徑(D)與噴嘴(3)端面之間距離(A)之關(guān)系為A＝1.5-2D；所述的噴嘴(3)中的射吸孔徑等于50％噴嘴火孔直徑；所述的空氣帽(1)內(nèi)錐角等于80％噴嘴火花夾角；所述的噴嘴套管(2)與棒材之間間隙在0.10-0.15毫米之間；所述的密封皮膜(18)平面高出閥桿殼(19)平面是0.3毫米。
3.一種控制如權(quán)利要求1的方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的三種氣體(氧氣、乙炔、壓縮空氣)分別由軟管連接在混合頭后端(100)；通過凸輪式閥桿控制三種氣體流量的大小和先后到達(dá)各自環(huán)槽內(nèi)(101)；氧氣進(jìn)入噴嘴射吸孔后進(jìn)入噴嘴火孔，此時(shí)在乙炔環(huán)槽內(nèi)形成負(fù)壓區(qū)被吸入噴嘴火孔與氧混合(102)；壓縮空氣進(jìn)入噴嘴與空氣帽之間環(huán)隙中，通過燃燒室從空氣帽口噴出(103)；棒材不斷進(jìn)入高溫燃燒室，使霧化微粒沉積到工件表面形成涂層(104)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法其中步驟(102)中氧氣壓力0.4-0.5Mpa(流量計(jì)讀數(shù)2.1-2.3)；乙炔壓力0.12-0.13Mpa(流量計(jì)讀數(shù)1.3-1.4)；步驟(103)中壓縮空氣壓力5-6Mpa(流量1.8-2m3/s)；步驟(104)中送棒電機(jī)電壓10-12V。
全文摘要
本發(fā)明涉及陶瓷條棒氧、乙炔火焰噴槍裝置及其控制方法，采取氧、乙炔氣混合直接在噴嘴中進(jìn)行，點(diǎn)火后形成高溫火焰，棒材以一定速度進(jìn)入火焰燃燒區(qū)端頭被熔化，一股壓縮空氣氣流從噴嘴與空氣帽之間的環(huán)隙中射出，將熔化的熔滴不斷地被霧化成微粒、通過空氣帽壓縮以很高的速度噴射到工作表面形成涂層；本發(fā)明的有益效果是既具備等離子噴涂的涂層質(zhì)量好、結(jié)合強(qiáng)度高、空隙率低、涂層硬度高等優(yōu)點(diǎn)，又有氧、乙炔火焰粉末噴涂的“廉價(jià)”、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B05B7/02GK1660505SQ20041001663
公開日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2004年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月27日
發(fā)明者張關(guān)寶 申請(qǐng)人:上海瑞法噴涂機(jī)械有限公司