高速含氧液焰噴槍及其涂層工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于高速含氧液焰噴槍，其中所述噴槍具有被設計有出口補償?shù)娜紵?，進水口朝向所述噴槍的前側；且被設置為45度或70度的狹窄穩(wěn)定器與氧氣連接口、燃料連接口和火花塞成直線。
【專利說明】高速含氧液焰噴槍及其涂層工藝

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高速含氧液焰噴槍及其涂層工藝。

【背景技術】
[0002]很多行業(yè)中的機器部件都需要耐腐蝕耐磨的表面。HV0F(高速火焰噴涂)液體燃料工藝通過生成非常厚的高密度涂層提供了這種保護。我們使用氧-煤油混合物用于高速含氧(液)焰燃料(HVOF)噴涂。我們軸向上供給粉末狀形式的涂層材料通過噴槍，通常使用氮氣作為載體氣。燃料與氧氣在噴槍內(nèi)充分地混合，接著混合物從筒管內(nèi)噴射出并在噴槍內(nèi)灼燒。灼燒的氣體通過匯聚-發(fā)散地帶進入粉末混合區(qū)域，其在這里圍繞著均勻地加熱粉末狀噴涂材料，同時其離開噴槍并被推進至工件的表面上。高速含氧液焰(HVOF)噴涂由勃朗寧(Browning)和維特菲德(Witfield)在二十世紀八十年代初研發(fā)出來。在這個工藝中，燃氣被用于在高壓下在位于擴展管下游的燃燒室中燃燒。這樣，高速氣體和顆粒可達到目的或產(chǎn)生粘結性好的稠密的低孔隙度涂層。
[0003]HVOF技術的第二代始于UTP焊接技術公司(UTP Schweibtechnik)的歐文休恩(Erwin Huhne)的頂級噴槍(Top Gun)的發(fā)展。這里，氣體不再在噴槍內(nèi)90度轉(zhuǎn)向。第二代系統(tǒng)的其它生產(chǎn)廠家還有珀金埃爾默美科公司(Perkin Elmer Metco)和等離子技術公司(Plasmatechnik)。
[0004]HVOF系統(tǒng)的第三代進一步提高了顆粒速度并在當時實現(xiàn)了可能無需熱后處理的更濃密的熱噴涂層。再次，吉姆布朗寧(Jim Browning)推出了第三代。他的系統(tǒng)設計形成了 Tafa JP5000的基礎。在隨后的年月里，蘇爾壽美科公司(SulzerMetcohGlH^POSUW械制造公司(OSU Maschinenbau)也將他們的第三代設備帶入了市場。
[0005]US 5520334公開了用于操作小直徑熱噴槍熱噴涂涂層至襯底上的方法和設備。液體燃料和再生式加熱氣體在混合室內(nèi)渦動到一起，通過限定孔板，接著傳遞至燃燒室內(nèi)以便霧化液體燃料并將液體燃料與再生式加熱氣體混合。液體燃料接著在小直徑熱噴槍的燃燒室內(nèi)被燃燒以便產(chǎn)生高能流體，涂層材料被噴射入其中。燃燒室包括橫向傳遞冷卻空氣通過的具有冷卻口的內(nèi)套管。流送噴嘴引導高能流體朝向襯底。流送噴嘴從高能流體的第一部分轉(zhuǎn)移熱流至高能流體的第二部分，并提供隔熱層以將熱保留在高能流體內(nèi)。小直徑熱噴槍可通過以可選擇的部件替換燃燒室內(nèi)套管和流送噴嘴熱轉(zhuǎn)移部件被調(diào)整以操作多種多樣的涂層材料。
[0006]US 5285967公開了用于噴涂例如熱塑性合成物、熱塑性/金屬復合物或熱塑性/陶瓷復合物的熔融粉組分至襯底上以便在其上形成涂層的高速含氧火焰噴涂(HVOF)熱噴槍。噴槍包括用于提供HVOF氣流至液體冷卻噴嘴的HVOF火焰產(chǎn)生器。氣流的一部分被轉(zhuǎn)移用于預熱粉末，經(jīng)預熱的粉末在噴嘴內(nèi)的下游位置被噴射入主氣流中。加壓氣流和真空源被提供于圍繞噴嘴的套管中用于冷卻沉積至襯底上之前的飛行中的熔融粉末。
[0007]以上引用文件都沒有公開包括具有補償設計和較小噴嘴的壓力室的噴槍。本發(fā)明的噴槍能為機械部件的具有高達150毫米間隙的內(nèi)表面涂層，并為直徑150毫米的內(nèi)圓柱部件涂層。前側的水套使噴槍能更好地冷卻。壓力室的補償設計允許在腔室內(nèi)提供高壓，從而提聞涂層質(zhì)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的主要目的是得到高速含氧液焰(HVOLF)噴槍。
[0009]本發(fā)明的另一目的是提供適用于硬合金層涂層的用于熱噴涂的高速含氧液焰(HVOLF)噴槍。本發(fā)明的噴槍高效節(jié)能且與現(xiàn)有技術中的液焰噴槍相比只利用三分之二的氧氣。
[0010]本發(fā)明的另一目的是提供具有腔室被設計有出口補償(outlet offset)的燃燒室的高速含氧液焰噴槍。
[0011]本發(fā)明的另一目的是提供具有朝向噴槍的前側的進水口的高速含氧液焰噴槍。
[0012]本發(fā)明的另一目的是提供具有較窄筒管的高速含氧液焰噴槍。
[0013]本發(fā)明的另一目的是提供筒管角度為45度或70度的高速含氧液焰(HVOLF)噴槍。
[0014]本發(fā)明的另一目的是提供高速含氧液焰噴槍，其中對于鎢鈷合金或鎢鈷鉻合金，平均顆粒大小速度超過750米/秒。
[0015]本發(fā)明的另一目的是提供高速含氧液焰噴槍，可得到高達1900攝氏度的溫度。
[0016]本發(fā)明的另一目的是提供高速含氧液焰噴槍，可實現(xiàn)高燃燒室高達11巴(壓力)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1顯示了本發(fā)明的高速含氧液焰噴槍的分解圖。

【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明涉及一種高速含氧液焰噴槍。
[0019]本發(fā)明涉及一種高速含氧液體燃料噴槍，其筒管被設置為45度或70度以便能為特別是標準噴槍不能接近的內(nèi)表面涂層，包括在筒管側具有補償設計的燃燒室。更高的燃燒室壓力和合成的更高速顆粒生成具有中性壓力或壓應力的涂層。
[0020]本發(fā)明涉及一種具有被設計以產(chǎn)生更高壓力的腔室的HVOLF(高速含氧液體燃料)噴槍。該噴槍具有較小尺寸的噴嘴。該噴槍能在普通噴槍無法達到的150毫米的狹窄區(qū)域間隙上涂層。
[0021]本發(fā)明的噴槍改進燃燒室使壓力與通常在2-8巴操作的其它HVOF系統(tǒng)相比高達11巴。這個壓力被轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚?、更高涂層硬度、更高涂層密度以及更好的整體涂層完整性。
[0022]燃料和氧氣在通過孔進入燃燒室后混合并霧化(atomize)，得到穩(wěn)定、清潔、均勻的燃燒。燃燒室壓力被監(jiān)控以確保適合的燃燒模式和恒定的壓力(顆粒速度與腔室壓力成正比)。腔室壓力監(jiān)控還提供了流速的交叉檢查，是影響涂層質(zhì)量的最重要的因素之一。燃燒室的出口筒管被設置尺寸和形狀以產(chǎn)生超音速的過膨脹噴射，以便在粉末被導入的地方保持低壓區(qū)域；該噴射在筒管的起始處被偏斜45度。在筒管中，粉末被均勻地混合并與氣流一起加速至襯底。
[0023]不同于需要嚴密控制的水溫以復制圖層的質(zhì)量的其它HVOF設計，本發(fā)明的噴槍對水溫并不敏感。這個獨特設計允許使用入口水溫華氏溫度50-70度(攝氏溫度10-21度)而不影響噴槍性能或涂層質(zhì)量。本發(fā)明的噴槍是維護最小化且生產(chǎn)最大化的堅固耐用的簡單設計。
[0024]顆粒的速度更大且因此粉末被氧化的時間更少。通過本發(fā)明的噴槍，與噴涂距離高達13英寸的普通噴槍相比，能為管內(nèi)涂層多達6英寸或150毫米。燃燒室如圖1所示具有補償設計。更高的燃燒室壓力和合成的更高速顆粒生成具有中性壓力或壓應力的涂層。氧氣連接口、燃料連接口、燃燒室壓力連接口以及火花塞被設置為與主體成直線，以便噴槍在狹窄區(qū)域內(nèi)能容易移動。
[0025]圖1顯示了本發(fā)明的高速含氧液體燃料噴槍的分解圖。部件列表如下:
[0026]部件列表:不需要涉及尺寸清單。
[0027]
部件編號I說明
?筒管保持件
2用于筒管的O形環(huán)
3進水口連接口
4內(nèi)六角螺釘
5用于筒管保持件的O形環(huán)
6Wl
7內(nèi)六角螺釘
8連接體
9輸送管總成
9a粉末輸送管
9b加粉口
9c螺母
[0028]
部件編號I說明
9d套圈(Ferrul)塑料
9^粉末加料分流器To1形環(huán)連接體(大)
TIO形環(huán)燃燒室
12燃燒室
13H
14水套
15用于燃燒室與穩(wěn)定器間隔(spacer)的O形環(huán)^
16用于穩(wěn)定器的后O形環(huán)
17用于穩(wěn)定器的前O形環(huán)
18同軸穩(wěn)定器總成18a同軸穩(wěn)定器
19?
20燃燒壓力管總成
21地腳螺釘
22穩(wěn)定器至水套的螺母
23具有O形環(huán)的同軸管
24后O形環(huán)同軸管
25前O形環(huán)同軸管
26火花塞總成
26aO形環(huán)火花塞密封
26b火花塞底座
26^點火電極
26dO形環(huán)絕緣體外徑(OD)
26^絕緣體火花塞
26f后O形環(huán)絕緣體
2?I火花塞主體
[0029]
部件編號I說明
26h支座(Standoff)
26?內(nèi)齒鎖緊墊圈
26j點火接線柱
27出口連接口
28燃料止回閥
29燃料接頭
30燃油管轉(zhuǎn)接頭
31氧氣止回閥
32氧氣接頭
33氧氣管轉(zhuǎn)接頭
[0030]連接體8連接燃燒室12和筒管6。同軸穩(wěn)定器總成18由燃燒壓力管總成20、火花塞總成26、出口連接口 27、燃料止回閥28以及氧氣止回閥31組成。止回閥28在其兩側具有接頭29且止回閥31具有接頭32和轉(zhuǎn)接頭33，這兩個止回閥通過連接止回閥31的接頭32和止回閥28的接頭29的轉(zhuǎn)接頭30被連接，被連接的止回閥接著通過止回閥28的接頭29被連接至同軸穩(wěn)定器總成18。燃燒壓力管總成20通過接頭19被連接至同軸穩(wěn)定器總成18。同軸穩(wěn)定器總成18通過螺母、穩(wěn)定器至水套的螺母22、同軸管23、地腳螺釘21以及分別在燃燒室與穩(wěn)定器間隔之間的用于燃燒室、用于穩(wěn)定器后端與用于穩(wěn)定器前端的O形環(huán)15、16與17被連接至具有外水套14的燃燒室12。具有連接的同軸穩(wěn)定器總成18的燃燒室12在一側通過用于燃燒室的O形環(huán)11和用于連接體的O形環(huán)10被連接至連接體8，連接體通過四個內(nèi)六角螺釘7被旋擰至外水套14。另一側的連接體8分別通過用于筒管的O形環(huán)2和用于筒管保持件的O形環(huán)5被連接至筒管6和筒管保持件1，筒管保持件I通過四個內(nèi)六角螺釘4被旋擰至連接體8。連接體8被進一步連接至鋼管13。鋼管13由輸送管總成9和粉末加料分流器9e組成。輸送管總成9由粉末輸送管9a、加粉口 9b、螺母管9c及套圈塑料管9d組成。
[0031]還具有火花塞總成26，其由O形環(huán)火花塞密封26a、火花塞底座26b、點火電極26c、O形環(huán)絕緣體外徑26d、絕緣體火花塞26e、后O形環(huán)絕緣體26f、火花塞主體26g、支座26h、內(nèi)齒鎖緊墊圈26i以及點火接線柱26j組成。
[0032]同軸管23由用于同軸管后端的O形環(huán)24和用于同軸管前端的O形環(huán)25組成。
[0033]本發(fā)明的噴槍的主要特征是氧氣連接口、燃料連接口、燃燒室、壓力連接口以及火花塞被設置為與噴槍主體成直線，這樣噴槍可在狹窄區(qū)域內(nèi)輕松移動。
[0034]以下是與本發(fā)明的噴槍有關的有益效果:
[0035]氧氣連接口、燃料連接口、燃燒室、壓力連接口以及火花塞被設置為與噴槍主體成直線，這樣噴槍可在狹窄區(qū)域內(nèi)輕松移動。
[0036]對于鎢鈷合金(WC-Co)或鎢鈷鉻合金(WC-Co-Cr)，實現(xiàn)了金屬的平均顆粒大小速度超過750米/秒。
[0037]可得到1900攝氏度的溫度。
[0038]可實現(xiàn)燃燒室高達11巴(的壓力)。
[0039]氧流速在15-20.4巴(壓力)下為62.3立方米/小時。本發(fā)明的系統(tǒng)與普通噴槍相比消耗三分之二的氧氣。
[0040]噴槍在運轉(zhuǎn)中消耗小于8.5gph(321ph)單位的相同煤油。
[0041]對于本領域技術人員來說顯然的修正和改變應視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明的各種特征聯(lián)系本發(fā)明的典型實施例被顯示與描述出來，然而，應理解這些特別設置僅僅為闡述性的而不限制本發(fā)明。相應地，本發(fā)明可包括落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種修改。還應理解，說明書中的詞語“包括”或“具有”表示“包括但不限于”。
【權利要求】
1.一種高速含氧液焰噴槍，其中所述噴槍具有被設計有出口補償?shù)娜紵?，進水口朝向所述噴槍的前側；且被設置為45度或70度的狹窄的穩(wěn)定器與氧氣連接口、燃料連接口火花塞成直線。
2.如權利要求1所述的噴槍，其中對于碳化物粉末，平均顆粒大小速度超過750米/秒。
3.如權利要求1所述的噴槍，其中所述噴槍可得到高達1900攝氏度的溫度。
4.如權利要求1所述的噴槍，其中高壓可實現(xiàn)高達11巴。
5.如權利要求1所述的噴槍，其可在150毫米的間隙內(nèi)涂層。
【文檔編號】B05D1/10GK104148210SQ201410214825
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權日:2013年5月20日
【發(fā)明者】斯·卡·莫迪, 蘇列斯·錢德·莫德 申請人:金屬設備有限公司