一种内孔双燃料超音速火焰喷枪及喷涂方法技术

本发明专利技术公开了一种内孔双燃料超音速火焰喷枪，包括枪壳，所述枪壳分为前段、中段、后段三段，所述前段上设有混气环和煤油喷嘴，中段内设有燃烧腔室，燃烧腔室前部设有气体预混合腔室，燃烧腔室出口处设有拉瓦尔喷嘴。后段上设有喷出口，喷出口侧壁设有接口和送粉管连接。本发明专利技术中利用煤油燃烧后产生的高体积膨胀效果，燃气燃烧后将产生高能量的热焓值，通过燃烧室和混气环，可以使得煤油燃烧更充分，从而能够精确的配比助燃气氧气的含量，可以有效控制粉末的氧化状况，可以更为精准的调节喷枪出口的温度及速度。出口的温度及速度。出口的温度及速度。

【技术实现步骤摘要】
一种内孔双燃料超音速火焰喷枪及喷涂方法


[0001]本专利技术涉及喷涂设备领域，尤其涉及一种内孔双燃料超音速火焰喷枪及喷涂方法。

技术介绍

[0002]航空、航天、石油及化工领域对管道零件内表面耐磨性耐腐蚀性提出的性能要求日益提高，因此内孔表面需进行一种或多种表面处理技术进行表面强化处理来提高使用性能和寿命。目前典型的内孔表面处理方法包括电镀、化学镀层，但镀层涂层本身存在缺陷和原生裂纹，另外在日益重视的环保要求下，电镀工艺将存在被逐步禁止至淘汰等局限问题；其他的工艺包括物理/化学气相沉积、阳极化等，其存在效率低下，灵活性差，工件加工空间受限及基体温度过高等局限性行业难题，也不太适合广泛应用的内孔表面处理需求。
[0003]内孔超音速火焰喷涂技术具有成本低、效率高和灵活性好，对基材热影响小等显著优点，可以根据零件的形状、尺寸、材料种类和使用需求来进行相应的喷涂材料和工艺参数调整，能够制备出具有耐腐蚀、耐磨损、耐高温、绝缘、自润滑等一种或多种功能的涂层，因此在内孔表面处理领域具有十分广阔的应用前景。但现有超音速火焰喷涂方法难以在小直径内孔表面制备相应的涂层，限制了其广泛应用。
[0004]针对外圆或大直径内孔等零件，常规喷枪的喷嘴到零件表面需要较大的距离，可以保证常规粒径的粉末在高温火焰中飞行较长时间来进行熔化和加速，进而在零件表面沉积出质量较高的涂层。目前，热喷涂行业已经解决了大直径内孔(内径≥120mm)的HVOF热喷涂工艺问题。但小直径的内孔限制了喷嘴到孔内壁的距离，粉末在高温火焰中的飞行距离短，容易造成粉末熔化不充分以及粉末飞行速度低的问题，最终导致涂层沉积效率低、涂层组织结构疏松等缺陷，不能满足使用工况要求。使用超细粉末进行喷涂可以在较小的飞行距离内完成加速和融化，使得超小内孔的超音速火焰喷涂变为可能。
[0005]若喷涂时，火焰温度过高则会造成涂层材料过熔，如碳化钨(WC)等硬质合金粉末会出现脱碳或氧化的现象，导致沉积的涂层硬度减小，因而明显降低其耐磨性及其他力学性能。因此，在小直径内孔零部件表面制备出高质量的涂层成为航空航天等领域亟待解决的问题，需要解决该问题就需精准控制喷枪的喷出温度和喷出速度，而现有技术中的喷枪均为单燃料形，煤油因燃烧后产生的高体积膨胀效果，氢气燃烧后将产生高能量的热焓值；如仅仅用煤油燃料，速度正好，但当温度过低或过高时，调节煤油的量会导致速度变化大；如仅仅用氢燃料，温度正好，当速度过高或过低时，调节氢的用量会导致温度变化大，所以单燃料不能实现温度和速度的精准调节。
[0006]使用超细粉末进行喷涂时，由于粉末细小，粉末变得非常容易氧化，在使用煤油作为燃料进行燃烧的普通HVOF进行喷涂时，由于煤油的燃烧不充分，需要配置超过煤油燃烧需求的氧气量。粉末在火焰中加速时，容易被氧化，使用超细粉进行喷涂时氧化尤其严重。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种内孔双燃料超音速火焰喷枪。
[0008]本专利技术的创新点在于本专利技术中利用煤油因燃烧后产生的高体积膨胀效果，燃气燃烧后将产生高能量的热焓值，可以更为精准的调节喷枪出口的温度及速度，由于温度能够精准调节，所以可以利于超细粉末送粉，超细粉末在短距离内可实现熔化充分，由于速度可以精准调节，所以可以精准控制涂层的沉积效率，不易存在涂层组织结构疏松的问题。并且可以同时调节喷枪出口的温度及速度，也就是可以同时提升温度和速度也可以同时降低温度和速度，这是常见的超音速火焰喷涂喷涂枪所无法达到的；并且配合特殊的设计可以实现煤油的完全燃烧，使得氧气的含量可以精确的配比；配合超细粉末，可以在小内孔制备高性能的涂层。
[0009]为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案是：一种内孔双燃料超音速火焰喷枪，包括枪壳，所述枪壳分为前段、中段、后段三段，所述前段上设有混气环和煤油喷嘴；中段内设有燃烧腔室，燃烧腔室出口处设有拉瓦尔喷嘴；后段内设有和拉瓦尔喷嘴连通的弯头状喷嘴，后段上设有喷出口，所述弯头状喷嘴一端和拉瓦尔喷嘴连接、另一端和喷出口连接；喷出口侧壁设有接口和送粉管连接；所述中段内壁和燃烧腔室外壁之间形成冷却腔，后段内弯头状喷嘴外部的空间为冷却回流腔，冷却腔和冷却回流腔之间联通，所述前段设有和冷却腔连通的进水通道，所述后段枪壳内设有冷却回流管，所述冷却回流管一端位于冷却回流腔内、另一端伸出枪壳。
[0010]优选地，包括燃气通道和氧气通道均设有一条，所述燃烧腔室入口处设有混气环，所述前段位于中段的端部处设有一圈一号环形凹槽，所述氧气通道出口位于一号环形凹槽内，所述混气环上设有一圈等间距布置的和混气环轴向方向平行的并和一号环形凹槽对应的一号通孔；所述前段位于中段的端部处还设有一圈二号环形凹槽，所述燃气通道出口位于二号环形凹槽内，所述混气环上设有一圈等间距布置的和混气环轴向方向平行的并和二号环形凹槽对应的二号通孔；混气环上设有煤油喷嘴插入孔。
[0011]优选地，混气环上设有氧气通道，混气环上设有环状分布的燃气通孔，混气环和前端之间设有环形燃气腔，混气环内有煤油喷嘴，煤油喷嘴上设有煤油通道，混气环和煤油喷嘴之间有环形氧气腔。
[0012]优选地，所述燃烧腔室入口处设有气体预混合腔室，所述气体预混合腔室和混气环连接，气体预混合腔室和燃烧腔室连接处设有缩颈段。
[0013]优选地，所述混气环和煤油喷嘴之间设有环形氧气腔室，所述混气环上设有氧气的入口，氧气中可以混气氮气或者单独充入氮气。设置氮气，一方面可以为燃烧腔室点火前后进行清扫，避免局爆，另一方面氮气可以调节焰流喷出温度，对温度进行二次调控，温度可以更精准的调节，防止温度过高导致所述超细粉末过熔或氧化。氧气(或者氧气混合氮气)通过混气环上的氧气入口进入混气环然后经过混气环和煤油喷嘴之间的环形氧气腔室进入燃烧腔室前端的气体预混合腔室。
[0014]优选地，所述前段上还设有和燃烧腔室连通的氮气通道，所述氮气通道出口位于一号环形凹槽内。设置氮气，一方面可以为燃烧腔室点火前后进行清扫，避免局爆，另一方面氮气可以调节焰流喷出温度，对温度进行二次调控，温度可以更精准的调节，防止温度过高导致所述超细粉末过熔或氧化。氮气通道出口和燃气通道出口均位于一号环形凹槽内既
可以提前将氮气和氧气混合，又可以缩小气体喷射环的大小，缩小枪壳的大小。
[0015]优选地，所述前段上设有和冷却回流管连通的回流通道。
[0016]优选地，所述燃烧腔室位于煤油喷嘴喷出口处设有缩颈段。可以使得煤油、氢气、氧气在此处充分混合燃烧。
[0017]优选地，混气环内有煤油喷嘴，所述混气环内设有燃气喷射孔和氧气喷射环形腔，所述煤油喷嘴中设有喷油喷射孔。
[0018]优选地，所述冷却回流管位于枪壳上和枪壳一体成型。
[0019]优选地，所述回流孔位于弯头状喷嘴处。对弯头状喷嘴处进行冷却，降低其烧蚀程度。
[0020]优选地，所述送粉管长度方向和枪壳长度方向平行，并且位于枪体靠近喷嘴的一侧。枪壳设置布局更优，充分利用喷嘴到内孔表面之间的空间来布置送粉管和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内孔双燃料超音速火焰喷枪，包括枪壳，所述枪壳分为前段、中段、后段三段，所述前段上设有混气环和煤油喷嘴；中段内设有燃烧腔室，燃烧腔室出口处设有拉瓦尔喷嘴；后段内设有和拉瓦尔喷嘴连通的弯头状喷嘴，后段上设有喷出口，所述弯头状喷嘴一端和拉瓦尔喷嘴连接、另一端和喷出口连接；喷出口侧壁设有接口和送粉管连接；所述中段内壁和燃烧腔室外壁之间形成冷却腔，后段内弯头状喷嘴外部的空间为冷却回流腔，冷却腔和冷却回流腔之间联通，所述枪壳设有和冷却腔连通的进水通道，所述后段枪壳内设有冷却回流管，所述冷却回流管一端位于冷却回流腔内、另一端伸出枪壳。2.根据权利要求1所述的内孔双燃料超音速火焰喷枪，其特征在于，包括燃气通道和氧气通道均设有一条，所述燃烧腔室入口处设有混气环，所述前段位于中段的端部处设有一圈一号环形凹槽，所述氧气通道出口位于一号环形凹槽内，所述混气环上设有一圈等间距布置的和混气环轴向方向平行的并和一号环形凹槽对应的一号通孔；所述前段位于中段的端部处还设有一圈二号环形凹槽，所述燃气通道出口位于二号环形凹槽内，所述混气环上设有一圈等间距布置的和混气环轴向方向平行的并和二号环形凹槽对应的二号通孔；混气环上设有煤油喷嘴插入孔。3.根据权利要求1所述的内孔双燃料超音速火焰喷枪，其特征在于，混气环上设有氧气通道，混气环上设有环状分布的燃气通孔，混气环和前端之间设有环形燃气腔，混气环内有煤油喷嘴，煤油喷嘴上设有煤油通道，混气环和煤油喷嘴之间有环形氧气腔。4.根据权利要求1所述的内孔双燃料超音速火焰喷枪，其特征在于，所述燃烧腔室入口处设有气体预混合腔室，所述气体预混合腔室和混气环连接，气体预混合腔室和燃烧腔室连接处设有...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐世霖，哥兹，
申请(专利权)人：中机凯博表面技术江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：