多功能超音速火焰喷涂方法及智能控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种多功能超音速火焰喷涂方法及智能控制系统，采取燃高压燃烧、射流雾化、火花塞点火、拉伐尔喷咀后端负压区径向载气送粉、制冷系统水冷的方式；整个控制系统包括五个子系统；各子系统之间的连接关系实行分别控制、集中安装；本发明专利技术与火焰喷涂喷枪配套，制备涂层质量优越，结合强度高，孔隙率低，硬度高，耐磨耐蚀性能好，可广泛应用在耐磨损、抗烧蚀、抗冲蚀、耐热、零部件强化等场合，有广阔的应用前景。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于热喷涂
，涉及一种多功能超音速火焰喷涂方法及智能控制系统。超音速火焰喷涂(HVOF)是80年代发展起来的一种热喷涂方法，该喷涂方法自开发以来，由于其优异的涂层性能，在工业中得到了广泛地应用，特别是在航空、航天以及其它一些对涂层性能要求较高的领域。近年来，超音速火焰喷涂发展迅速，成为热喷涂中最有活力的喷涂方法之一。在本专利技术以前的现有技术中，有多种超音速火焰喷涂方法，并经历了三个发展阶段。第一代的HVOF喷涂方法以“Jet-Kote”为代表，采用丙烷、丙烯或氢气作为燃气，氧气作为助燃剂，手柄式燃烧室燃烧，轴向送粉，喷涂效率2Kg/h左右，燃烧室和枪筒都采用水冷，粉末粒子的速度和温度可达到450m/s和2000℃左右。第二代超音速火焰喷涂方法以1989年出现的Dimaond Jet、Top-Gun和CDS为代表，使用燃气与氧气，喷涂效率3Kg/h左右，有的采用喉管式燃烧，有的采用燃烧室式燃烧，获得粒子速度约为500m/s左右，温度2500℃左右。第三代超音速火焰喷涂方法以JP-5000喷涂系统为代表，这些系统大多有高的燃烧室压力，可产生比第二代HVOF喷枪更高的粒子速度，粒子的速度可达600～650m/s，有的超过1000m/s，喷涂速率达到6～8Kg/h。同时，由于高的粒子速度可使涂层中产生压应力，可制备较厚的涂层。现有的三代HVOF喷涂方法中，第一、二代的功率偏小，送粉量受到限制，约为3Kg/h，导致涂层的沉积速率低；粒子速度较低，只有400～500m/s左右，导致涂层的整体性能偏低，结合强度偏低，孔隙率偏高，限制了它们的应用。第三代在设计上有很大的改进，粒子速度高，涂层质量优越，结合强度高，可达90Mpa以上，孔隙率低，约为1％左右，涂层硬度高，可达HV1490。但是第三代喷涂方法在制备HVOF最具应用价值的WC金属陶瓷涂层时，喷涂粒子处于高温焰流中，很难避免WC的分解，易导致过分脱碳，降低涂层的性能，而且，制备一些金属和合金粉末时，涂层质量并不是很优越，喷涂某些氧化物粉末时，涂层质量不高。此外，本专利技术以前的控制系统现有技术，实质上只是一个带监控的燃烧装置。而本专利技术需要的是一个与超音速火焰喷涂方法相对应的智能控制系统，其控制系统控制对象多，除燃料、氧气、空气、粉末外，还有送粉器用的载气，喷枪所用的冷却水；其控制过程复杂，包括燃料与助燃剂的输送调整、送粉过程、冷却过程；其监控的工艺参数多，包括煤油的流量、压力，煤油油箱的液位，氧气与压缩空气的流量、压力，冷却水的入枪与出枪水温，喷枪燃烧室的压力等。因此，对于控制对象多，过程复杂，监控参数多的本专利技术方法，现有技术的燃烧器控制系统不可能完成。针对上述超音速火焰喷涂方法及现有技术状况和不足，本专利技术的目的在于提供一种新的多功能超音速火焰喷涂方法，使之既具备第三代HVOF喷涂系统涂层质量高，结合强度高，孔隙率低，涂层硬度高，喷涂效率高等优点，又克服喷涂WC金属陶瓷粉末时的分解脱碳难题，使喷涂金属、合金和氧化物陶瓷时具备良好的涂层性能。同时，开发一种与之配套的多功能超音速火焰喷涂智能控制系统，要求该控制系统控制准确，灵敏度高，监控有效，处理措施得当。能够自动完成喷涂系统的各种控制功能。现将本专利技术构思及技术解决方案叙述如下本专利技术利用煤油为燃料，氧气和压缩空气为助燃剂，其特征在于用本专利技术智能控制系统将煤油和氧气(压缩空气，或氧气与压缩空气的混合气)以一定的流量，经高性能雾化喷咀雾化混合成可燃混合气后喷入喷枪燃烧室；混合气经火花塞点火燃烧后形成高温高压的燃气，通过喷枪中的拉伐尔喷咀将其加速到超音速；送粉系统将喷涂粉末从喷枪中拉伐尔喷咀的负压区送入超音速射流，经射流加温加速后从喷口喷出，高速喷向工件表面沉积形成涂层。本专利技术的关键是通过调节进入喷枪的煤油、助燃剂(氧气与压缩空气的混合气体)的流量来调节焰流的速度和温度，从而控制喷涂粉末的加热和加速，避免WC金属陶瓷粉末的分解脱碳，制备高性能的金属涂层，合金涂层和氧化物陶瓷涂层。本专利技术方法的方式和技术参数为燃料与助燃剂煤油与氧气(状态1)、煤油与压缩空气(状态2)燃烧方式高压燃烧室雾化方式高性能射流雾化喷嘴点火方式火花塞点火送粉方式拉伐尔喷嘴后端负压区径向送粉送粉载气氮气冷却方式制冷系统水冷燃烧室压力0.7～1.0Mpa(状态1)，0.4～0.8Mpa(状态2)氧气压力1.2～1.6Mpa氧气流量22～24g/s压缩空气压力0.6～1.0Mpa压缩空气流量22～24g/s煤油压力1.3～1.7Mpa煤油流量1～3g/s。根据上述多功能超音速火焰喷涂方法，本专利技术设计了相应的智能控制系统。控制系统的作用是按照一定的程序完成燃料与助燃剂的输送调节、冷却、点火、喷涂、监控、报警等各种控制功能，对整个喷涂过程进行有效的智能监控，并能采取相应的处理措施。要求该控制系统控制准确，灵敏度高，监控有效，处理措施得当。本专利技术控制系统，具有控制电路和控制管路，控制管路上装有各类压力表、电磁阀和泵机构，其特征在于整个系统包括煤油供给，氧气—空气供给，点火、水冷、送粉五个子系统；煤油供给子系统由油箱、液位计、泵、流量计、流量调节阀组成，液位计将油箱的液位转换为电信号，压力表和流量计分别显示煤油的压力与流量，由本专利技术智能控制系统的控制电路和管路流量调节阀实施流量调节，以完成所需煤油的输送；氧气—空气供给子系由氧气源、空气源、电磁阀、氧气调压阀、空气调压阀组成，压力表显示气源压力，流量调节阀完成流量调节，混合器完成氧气与压缩空气的混合，以完成氧气、空气的输送和混合气的形成。水冷子系统由制冷机组、泵、阀组成，制冷机组将喷枪流回的高温水降温成冷冻水，泵将冷冻水高压送至喷枪，压力表和流量调节阀分别显示水压和调节水量，以完成喷枪的冷却和进出喷枪水温的监控。送粉子系统的核心部件是送粉器，它以氮气为载气，将喷涂粉末与载气混合成流态，以一定的压力和流量送至喷枪的负压区，送粉率可调，以满足喷涂工艺的需要。点火子系统由变压器、点火器、点火线圈、火花塞组成，点火系统工作时，点火线圈的次级感应出高压电，在火花塞的两个电极间跳火，点燃可燃混合气，以完成喷枪喷涂开始阶段的点火，点火要求可靠。各子系统所用的零部件和它们之间的连接关系表明了本专利技术控制系统实行的是分别控制、集中安装于控制台的实施方案。控制台集电、油、气、水控制于一身，保证各个子系统按一定的时序正常工作，并显示监控喷涂系统工作时的工作参数。控制台电路中设计了安全报警电路，在系统工作超出正常工艺参数范围时会自动报警，并作出相应的处理，保证系统正常工作。现将本专利技术方法及控制系统结合最佳实施例附图作进一步说明附图说明图1本专利技术工作原理2；本专利技术流体管路系统控制原理3本专利技术电路系统控制原理4本专利技术控制台面板示意图上述图1、2、3、4是本专利技术最佳实施例附1中，各子系统所用的零部件和它们之间的连接关系表明了本专利技术方法的实施方案，同时也表明了本专利技术控制系统实行的是各子系统分别控制、集中安装的实施方案。图2中，1DT是吹枪电磁阀，2DT是氧气电磁阀，3DT是空气电磁阀，4DT是回油电磁阀，5DT是供油电磁阀，t为温度传感器，h为液位传感器，p为燃烧室压力传感器。各子系统通过各流体管路中的压力表、电磁阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能超音速火焰喷涂方法，利用煤油为燃料，氧气和压缩空气为助燃剂，其特征在于：用本专利技术智能控制系统将燃料和助燃剂以一定的流量，经雾化喷咀雾化混合成可燃混合气后喷入喷枪燃烧室；混合气经火花塞点火燃烧后形成高温高压的燃气，通过喷枪中的拉伐尔喷咀将其加速到超音速；送粉系统将喷涂粉末从喷枪中拉伐尔喷咀的负压区送入超音速射流，经射流加温加速后从喷口喷出，高速喷向工件表面沉积形成涂层；燃烧方式为高压燃烧；雾化方式为射流雾化；点火方式为火花塞点火；送粉方式为拉伐尔喷咀后端负压区径向载气送粉；冷却方式为制冷系统水冷。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：王汉功，查柏林，汪刘应，杨晖，苏勋家，
申请(专利权)人：中国人民解放军第二炮兵工程学院，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]