CN101736277A - 一种火焰喷涂机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火焰喷涂机，包括喷涂枪、送粉器、加热装置及控制箱，所述喷涂枪包括喷嘴、空气帽、空气隔套、喷嘴外壳，其中，所述喷嘴处于所述空气帽的内孔中，所述喷嘴外壳环套在所述空气帽的外侧，所述空气隔套设置在所述喷嘴外壳与所述空气帽之间，所述喷嘴上设有粉末载气出孔和环绕该粉末载气出孔的混合气环孔，粉流经所述粉末载气出孔喷出送入焰流中心，氧气和燃气的混合气从所述环孔喷出，在所述空气帽的内孔和所述喷嘴形成的喉颈腔内燃烧；冷却压缩空气从喷涂枪后方进入，贴所述喷嘴外壳内侧，穿过空气隔套顶端部，贴所述空气帽外壁流动，再经所述空气帽的尾部沿所述空气帽进入所述空气帽和喷嘴的间隙流出。

Description

一种火焰喷涂机

技术领域

本发明涉及喷涂机，特别涉及一种利用高压氧丙烷做燃料在零件表面喷涂金属或陶瓷材料的火焰喷涂机。

背景技术

目前世界上喷涂工业中使用的两种高速火焰喷涂设备为300kw氧油机型和150kw氧燃气机型。

300kw氧油机型粉末粒子飞行速度快，涂层硬度值高，但使用成本高，涂层沉积效率低，影响在使用领域的扩展。

150kw氧燃气设备使用成本低，喷枪轻巧适合机器人自动操作，用于喷涂飞机零件等复杂形状工件。因其氧燃气设计使用压力为0.9MPa，低于300kw氧油机型(1.5MPa或2.0MPa)，因此粒子飞行速度较低，涂层硬度值低。

国外氧燃气高速火焰喷涂机采用气瓶加热，外加丙烷加热器加热和管道加热三种方式加热丙烷气。由于外加加热器与丙烷气控制箱内，控制器既不能加热也无保温作用。进口设备在国内冬季使用时出现丙烷冷却液化现象，压力无法恒定。国外机型使用的温度要求在恒温状态下(20±2℃)，而国内车间往往不设采暖装置，甚至在室外使用。国产丙烷气丁烷含量超标，使按国外设备设计的产品在国内春、冬、秋三季使用均不稳定。

国外高速火焰喷枪均为水冷式喷枪，机构笨重，无法在工程现场使用。

综上分析，现有技术的喷涂机使用领域较窄，对现场环境要求比较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种喷涂机，以扩展喷涂机的使用领域，提高喷涂涂层的质量和喷涂工艺的稳定性，并降低生产成本。

为达到上述目的，本发明提供的喷涂机包括喷涂枪、送粉器、加热装置及控制箱，其特征在于，所述喷涂枪包括喷嘴、空气帽、空气隔套、喷嘴外壳，其中，所述喷嘴处于所述空气帽的内孔中，所述喷嘴外壳环套在所述空气帽的外侧，所述空气隔套设置在所述喷嘴外壳与所述空气帽之间，所述喷嘴上设有粉末载气出孔和环绕该粉末载气出孔的混合气环孔，粉流经所述粉末载气出孔喷出送入焰流中心，氧气和燃气的混合气从所述环孔喷出，在所述空气帽的内孔和所述喷嘴形成的喉颈腔内燃烧；冷却压缩空气从喷涂枪后方进入，贴所述喷嘴外壳内侧，穿过空气隔套顶端部，贴所述空气帽外壁流动，再经所述空气帽的尾部沿所述空气帽进入所述空气帽和喷嘴的间隙流出。

上述火焰喷涂机，其特征在于，所述空气帽的整体形状呈T形，所述空气帽的内孔呈锥形。

上述火焰喷涂机，其特征在于，所述喉颈腔内设有多个马赫节，采用拉瓦尔原理压缩火焰，内腔火焰温度为3000℃～3500℃，火焰速度为1500m/S～2100m/S。

上述火焰喷涂机，其特征在于，所述加热装置包括燃气瓶加热器、燃气管道绕性加热器、燃气主加热器、氧气加热器，其中所述燃气瓶加热器、燃气管道绕性加热器、氧气加热器设置于所述控制箱内，所述燃气主加热器设置于所述控制箱外。

上述火焰喷涂机，其特征在于，所述燃气瓶加热器、燃气管道绕性加热器、燃气主加热器、氧气加热器各自分别设置一套温度控制系统，以分别按需调节各自的控制温度。

上述火焰喷涂机，其特征在于，所述送粉器包括：送粉罐、送粉电机、振荡器、送粉座、送粉管，所述送粉座安装载所述送粉罐的出口并连接所述送粉管，所述振荡器装在所述送粉罐上，所述送粉电机连通所述送粉罐，用于驱动所述送粉罐内的粉末到达所述送粉座，并改变到达所述送粉座的粉末数量。

上述火焰喷涂机，其特征在于，所述送粉器的气路包括粉末载气气路和压缩空气气路，其中，粉末载气进入控制箱后分两路，其中一路控制所述送粉座粉轴中气体的压力和流量；另一路经调压后进入送粉座及粉罐中，促使气体携带粉末进入粉轴；所述压缩空气进入控制箱后分两路，其中一路通过压力调节所述振荡器的功率，使所述送粉罐内的粉末处于动态；另一路控制喷涂枪冷却空气的使用压力。

上述火焰喷涂机，其特征在于，所述喷嘴的嘴芯设齿形锥孔，所述空气帽的尾部设齿形孔。

上述火焰喷涂机，其特征在于，所述粉末载气采用惰性气体氩气，所述燃气使用丙烷气。

上述火焰喷涂机，其特征在于，所述喷涂枪的喉颈设计使用压力≥1.0MPa，燃气设计使用压力为1.6MPa～2.0MPa。

与现有技术相比，本发明的喷涂机的喷涂枪结构的设计使得该喷涂机在燃气点火前的压力达到氧、燃油超音速火焰的水平，获得比现有喷枪更高的焰流速度，更高的火焰温度；同时本发明喷涂机设计了加热装置，适应不同的环变化；有效提高了喷涂涂层的质量和喷涂工艺的稳定性。

附图说明

图1为本发明喷涂枪的工作原理简图；

图2为本发明送粉器的工作简图；

图3为本发明送粉器的气路简图；

图4为本发明加热装置的工作简图；

图5A和图5B为本发明中喷嘴嘴芯结构示意图；

图6A和图6B为本发明中空气帽结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，以进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为对本发明所附权利要求保护范围的限制。

本发明的火焰喷涂机，包括喷涂枪、送粉器、加热装置及控制箱，参考图1，喷涂枪包括喷嘴11、空气帽12、空气隔套13、喷嘴外壳14，其中，喷嘴11处于所述空气帽12的内孔中，喷嘴外壳14环套在空气帽12的外侧，空气隔套13设置在14喷嘴外壳与空气帽12之间，喷嘴11上设有粉末载气出孔11 1和环绕该粉末载气出孔的混合气环孔112。粉流载气流117经所述粉末载气出孔111喷出送入焰流中心，氧气和燃气的混合气从所述环孔112喷出，在所述空气帽的内孔和所述喷嘴形成的喉颈腔15内燃烧；冷却压缩空气113从喷涂枪后方进入，贴所述喷嘴外壳14内侧，穿过空气隔套13顶端部，贴空气帽12外壁流动，再经空气帽的尾部沿空气帽进入空气帽12和喷嘴11的间隙流出。

参考图1进一步说明该喷枪工作原理，混合气(氧+丙烷)从环孔112中喷出，在喉颈腔15燃烧。火焰随氧燃气流量增大，喉颈内压力增高，焰流速度上升超过音速。冷却压缩空气113从喷枪后方进入贴喷嘴外壳14穿过空气隔套13顶端半圆孔，旋转180°贴空气帽12外壁流动，降低空气帽12的温度。压缩空气流从空气帽12尾部旋转180°沿空气帽12和喷嘴11间隙流出。一方面为空气帽12和喷嘴11降低温度，同时锥型空气压缩火焰，使火焰进一步加速。

喷嘴外壳14尾部螺纹固定于喷枪头部，喷嘴外壳14压紧空气隔套13，其尾部压在喷嘴11壳体上。旋紧喷嘴外壳14，枪头零件处于工作位置，旋松喷嘴外壳14时其余零件可逐一拆下，方便零件检查和更换。

参考图5A和图5B示出了喷嘴嘴芯齿形孔结构，参考图5A、5B，喷嘴11的嘴芯110设齿形孔，图中嘴芯外圆设8道通气槽，8道通气槽均分，通气槽与喷嘴壳主体形成一个近环形空间。喷出氧气和丙烷气混合气体从槽中流出被点燃形成火焰。喷枪正常工作要求混合气体流出速度等于火焰燃烧速度，如果火焰速度高于气体流出速度，火焰倒退回到枪内将烧毁喷枪。火焰速度高于供气速度，火焰将脱离喷嘴，被其它气体吹灭。因此，稳定火焰在喷嘴口位置是喷枪工作的基本要求之一。空气帽内腔对火焰起到机械压缩作用，使火焰从亚音速向超音速过渡。内腔火焰温度为3000℃～3500℃(使用金火焰改性丙烷气体)功率为150KW，压力≤1.0MPa。因此空气帽12的设计关系到焰流的速度和喷涂枪工作的稳定性。空气帽内腔火焰温度超过金属熔点，枪头点火后数秒之内将会烧毁，因此喷枪的冷却效果关系到喷涂枪的正常使用。空气冷却设计首先气体由空气隔套13外经过隔套端部冷却空气帽立面。继冷却立面后流过空气帽12外壁，绕过空气帽尾部齿形孔，参考图6A和6B，空气帽和喷嘴壳主体套装，冷却压缩空气从底部8道槽流入喷嘴与空气帽之间，冷却喷嘴和空气帽，并同时对火焰实施向中心压缩。减小焰流对空气帽口的摩擦，并从外围进一步加速焰流。锥形冷却气隔绝空气帽12和火焰的直接接触，使枪头温度控制在60℃～100℃之间。冷却气带走热量又重新进入喉颈腔15内，减轻了能量的消耗。双层循环冷却方案造成空气帽内壁温度保持低的状态，冷壁效应使火焰向中心收缩获得更高速高温的焰流。

空气隔套13使气体流动方向经过所有高温部位，高速的贴壁流动加强了冷却效果。使喷涂枪适合长时间连续工作。消除了冷却气短路冷却效果差的现象。喉颈腔15采用拉瓦尔喷嘴原理压缩火焰，使火焰速度达到1500m/S～2100m/S，出现多个马赫节。

图2和图3分别为本发明喷涂机的送粉器工作简图和气路简图，参考图2和图3，送粉器包括：送粉罐21、送粉电机22、振荡器23、送粉座24、送粉管25，送粉座24安装在送粉罐21的出口并连接送粉管25，震荡器23装在送粉罐21上，送粉电机22带动送粉螺杆转动，粉末被螺杆送至送粉座24，并通过电机调速改变到达送粉座24的粉末数量。粉末在送粉座24轴部位与气体混合并进入送粉管25，沿送粉管25流出枪口。喷涂粉末的粒度有多个级别，粉末熔点差别很大。因此低熔点粉末可以适当加大送粉量，粒度粗或熔点高应缩小送粉数量。

本发明中送粉载气选择氩气，参考图3，氩气进入控制箱后分为两路，其中P1、F1路控制送粉轴中气体的压力和流量，使送粉载气以规定的压力流量流出喷枪口，快速流动的载气造成粉轴进粉口具有需要的吸引力；P2、F2路氩气经调压后进入送粉座及送粉罐中，造成此部位压力升高，促使气体携带粉末进入粉轴，此路气压和流量均可按送粉需要加入调节。P3路压缩空气通过压力调节控制振动器功率，使罐内粉末处于动态。P4压缩空气控制喷枪冷却压缩空气的使用压力。

本发明中，燃气选用丙烷气，氧气和丙烷压力和流量保持恒定才能使火焰稳定的固定在喷嘴口上。丙烷压力随环境温度剧烈变化，冬季气瓶内压力为0.4MPa，夏季会升至1.4MPa。为稳定丙烷气供气压力，本发明的喷涂机设计了四种专用加热器，丙烷气瓶加热器、丙烷气管道绕性加热器、丙烷主加热器、氧气加热器，四种加热器分别设置各自一套温度控制系统，其中三种加热器在气体控制箱内，丙烷气瓶加热器独立在气体控制箱外面，设置在气瓶附近，(图中未示出)，因而可以分别按需要调节各自的控制温度，以适合环境温度的变化。使丙烷压力稳定在1.6MPa～2.2MPa之间，因此得到流量恒定的丙烷气体。

参考图4，进一步说明加热装置的工作原理，设备采用气瓶加热装置将瓶体加热至60℃左右。输出软管外壁附有绕性加热带，可将气管加热至40～50℃。气管温度由加热装置简图中温度控制器43控温。丙烷气进入气体控制器中丙烷主加热器41，该丙烷主加热器用电加热，专用防火油间接加热丙烷气体，可充分预热气体。42为氧气加热器，采用电加热Al₂O₃粉末间接预热氧气盘管，给氧气与燃气混合前提供加热。可以保证两气混合后压力不下降，温度不下降。

图4中，44、45为两台Φ240直径吸风机，起到排除丙烷气、氧气聚积和降低箱内电器工作温度的作用。因而本发明的喷涂机设备适合长时间连续工作。

本发明中，喷涂枪喉颈设计使用压力≥1.0MPa，燃气设计使用压力为1.6MPa～2.0MPa。丙烷气国标规定38.7℃时压力为1.43MPa，因此气瓶温度应保证在60℃左右。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种火焰喷涂机，包括喷涂枪、送粉器、加热装置及控制箱，其特征在于，所述喷涂枪包括喷嘴、空气帽、空气隔套、喷嘴外壳，其中，所述喷嘴处于所述空气帽的内孔中，所述喷嘴外壳环套在所述空气帽的外侧，所述空气隔套设置在所述喷嘴外壳与所述空气帽之间，所述喷嘴上设有粉末载气出孔和环绕该粉末载气出孔的混合气环孔，粉流经所述粉末载气出孔喷出送入焰流中心，氧气和燃气的混合气从所述环孔喷出，在所述空气帽的内孔和所述喷嘴形成的喉颈腔内燃烧；冷却压缩空气从喷涂枪后方进入，贴所述喷嘴外壳内侧，穿过空气隔套顶端部，贴所述空气帽外壁流动，再经所述空气帽的尾部沿所述空气帽进入所述空气帽和喷嘴的间隙流出。

2.根据权利要求1所述的火焰喷涂机，其特征在于，所述空气帽的整体形状呈T形，所述空气帽的内孔呈锥形。

3.根据权利要求1或2所述的火焰喷涂机，其特征在于，所述喉颈腔内设有多个马赫节，采用拉瓦尔原理压缩火焰，内腔火焰温度为3000℃～3500℃，火焰速度为1500m/S～2100m/S。

4.根据权利要求1所述的火焰喷涂机，其特征在于，所述加热装置包括燃气瓶加热器、燃气管道绕性加热器、燃气主加热器、氧气加热器，其中所述燃气瓶加热器、燃气管道绕性加热器、氧气加热器设置于所述控制箱内，所述燃气主加热器设置于所述控制箱外。

5.根据权利要求4所述的火焰喷涂机，其特征在于，所述燃气瓶加热器、燃气管道绕性加热器、燃气主加热器、氧气加热器各自分别设置一套温度控制系统，以分别按需调节各自的控制温度。

6.根据权利要求1所述的火焰喷涂机，其特征在于，所述送粉器包括：送粉罐、送粉电机、振荡器、送粉座、送粉管，所述送粉座安装载所述送粉罐的出口并连接所述送粉管，所述振荡器装在所述送粉罐上，所述送粉电机连通所述送粉罐，用于驱动所述送粉罐内的粉末到达所述送粉座，并改变到达所述送粉座的粉末数量。

7.根据权利要求6所述的火焰喷涂机，其特征在于，所述送粉器的气路包括粉末载气气路和压缩空气气路，其中，粉末载气进入控制箱后分两路，其中一路控制所述送粉座粉轴中气体的压力和流量；另一路经调压后进入送粉座及粉罐中，促使气体携带粉末进入粉轴；所述压缩空气进入控制箱后分两路，其中一路通过压力调节所述振荡器的功率，使所述送粉罐内的粉末处于动态；另一路控制喷涂枪冷却空气的使用压力。

8.根据权利要求1所述的火焰喷涂机，其特征在于，所述喷嘴的嘴芯设齿形孔，所述空气帽的尾部设齿形孔。

9.根据权利要求1所述的火焰喷涂机，其特征在于，所述粉末载气采用惰性气体氩气，所述燃气使用丙烷气。

10.根据权利要求1所述的火焰喷涂机，其特征在于，所述喷涂枪的喉颈设计使用压力≥1.0MPa，燃气设计使用压力为1.6MPa～2.0MPa。

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