CN102443754B - 一种内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置，该装置包括抽风隔尘筒、抽风机、冷却气喷嘴、冷却气环I和支架，设在抽风隔尘筒上部一侧的圆筒通过铝箔软管与抽风机相连通；通过升降机构带动内孔喷枪和抽风隔尘筒做垂直上下运动、并对固定于旋转机构上的内孔工件的内壁进行喷涂；通过固定于圆筒上的冷却气喷嘴在外部对内孔喷枪喷射在内孔工件内壁上的射流斑点进行局部降温；通过冷却气环I上开设的开孔向该间隙内吹冷却气，实现对内孔工件的冷却和防尘。该装置可以有效的降低内孔喷涂过程中内孔喷枪和内孔工件的温度，保证了内孔喷枪长时间工作的可靠性，减小了内孔工件内壁上的涂层热应力，并降低了内孔工件中的气流干扰及粉尘污染。

Description

一种内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置

技术领域

本发明属于热喷涂技术领域，具体涉及一种内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置。

背景技术

等离子喷涂是利用等离子焰(非转移型等离子弧)将引入的喷涂粉末加热到熔融或半熔融状态，并在等离子焰的作用下，高速度地撞击到经处理过的基材表面上，然后摊平、铺展，最终形成具有层片状结构的涂层。

内孔等离子喷涂是一种在圆孔(或筒)内壁制备涂层的等离子喷涂方法。当需要喷涂的圆孔较深时，就需要采用专用内孔等离子喷枪，在内孔环境中实施喷涂。内孔等离子喷枪的等离子射束与喷枪的轴线呈90°角。上世纪七十年起Metco公司先后研制出3MBT、7MT、7MST、11MB四种内孔喷枪，随后国内外相继出现了多种内孔等离子喷枪，如作者与清华大学研制出的QZNI高能内孔等离子弧喷枪，熵科尔应用技术研究所研制出的BT-NI型大内孔喷枪，Sulzer-Metco公司研制出旋转式等离子内孔喷枪Rotaplasma500系统，以及国际上新出现的PTWA内孔喷涂系统。这些喷枪的研制，为内孔喷涂的研究与发展提供了条件，并在一些领域进行了应用研究。

但是采用内孔喷枪进行常规的工艺方法制备的涂层，涂层质量难以达到理想的程度。其中一个非常重要的原因就是内孔喷涂环境与外圆喷涂有很大差别，特别是内孔较深时尤为明显。内孔喷涂空间狭小，高温等离子焰流的热量不容易散出，造成环境温度高，基体和喷枪都容易过热；烟尘、粉尘排出困难且在排出过程中也会严重污染涂层，造成内孔涂层质量得不到保证。

为此，迫切地需要本领域技术人员开发出一款内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于降低内孔等离子喷涂过程中内孔喷枪和内孔工件的温度，保证喷枪长时间工作的可靠性以及降低内孔工件中气流干扰和粉尘污染的内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置，该装置包括抽风隔尘筒、抽风机、冷却气喷嘴和冷却气环I和支架，

所述抽风隔尘筒呈上端封闭、下端开口的筒形，位于其上部一侧的圆筒通过铝箔软管与抽风机相连通；伸入到抽风隔尘筒内部的内孔喷枪与抽风隔尘筒一起固定于升降机构的横臂上，通过升降机构带动内孔喷枪和抽风隔尘筒做垂直上下运动、并对固定于旋转机构上的内孔工件的内壁进行喷涂；

所述固定于圆筒上的冷却气喷嘴在内孔工件外部对内孔喷枪喷射在内孔工件内壁上的射流斑点进行局部降温；

所述套在抽风隔尘筒外部的冷却气环I通过支架固定于升降机构的立柱上，所述内孔工件与抽风隔尘筒之间留有间隙，通过冷却气环I上开设的开孔向该间隙内吹冷却气，以实现对内孔工件的冷却和防尘。

其中，所述抽风隔尘筒的下部、与内孔喷枪的射流方向相对的部位开有一圆孔，从内孔喷枪喷射出的射流通过该圆孔对内孔工件的内壁进行喷涂。

其中，所述圆孔的直径为50～70mm。

其中，所述支架由铜管组成，所述支架的铜管与冷却气环I相连通，从支架钢管的开口端向冷却气环I中通入冷却气；所述冷却气环I上的开孔方向向下、并向内倾斜30～60°。

其中，所述冷却气环I距离内孔工件上边缘为5～20mm，所述冷却气环I的内径比抽风隔尘筒的外径大10～20mm。

其中，所述内孔工件的外部套设有固定于支架上的冷却气环II、冷却气环III和冷却气环IV，上述三个冷却气环分别与组成支架的钢管相连通，并且每个冷却气环上均开设有用于向内孔工件吹冷却气的若干开孔，所有开孔的方向均与内孔工件的外壁相对。

其中，所述冷却气环II、冷却气环III和冷却气环IV由上至下均匀固定在内孔工件外部，上述三个冷却气环的内径相等，且内径均比内孔工件的外径大10～20mm，所述抽风隔尘筒的外径比内孔工件的内径小5～10mm。

其中，所述内孔工件通过卡具固定于旋转机构上，所述卡具为上、下开口的筒形，其侧壁上开设有若干圆孔，以便于新鲜空气进入内孔工件的内部。

其中，所述冷却气喷嘴在内孔工件外部吹冷却气的部位与内孔喷枪喷射在内孔工件内壁上的射流斑点处相对应。

其中，所述冷却气喷嘴固定于冷却气喷嘴延长杆的下端，并通过悬挂组件III将冷却气喷嘴延长杆固定于抽风隔尘筒的圆筒或横臂上，从冷却气喷嘴延长杆的上端通入冷却气，以实现冷却气喷嘴在内孔工件外部对内孔工件内壁上的射流斑点处的局部降温。

其中，所述内孔喷枪固定于喷枪延长杆的下端，并通过悬挂组件I将喷枪延长杆悬挂于升降机构的横臂上。

本发明的有益效果是：

1)本发明的装置可以有效的降低内孔喷涂过程中内孔喷枪和内孔工件的温度，保证了内孔喷枪长时间工作的可靠性，减小了内孔工件内壁上的涂层热应力，以及降低了内孔工件中的气流干扰及粉尘污染。

2)本发明通过冷却气环I上的开孔向抽风隔尘筒和内孔工件内壁之间的缝隙内吹冷却气，起到对内孔工件的冷却、防尘、净化作用；本发明通过抽风机向抽风隔尘筒内抽风，强行使内孔工件内部含有大量烟气、粉尘的热气按照由下至上的方向流动，并通过抽风机排出；本发明通过冷却气喷嘴，实现了对内孔工件内壁上的射流斑点进行局部降温。

3)本发明通过在固定内孔工件的卡具侧壁上开设若干圆孔，更有利于新鲜空气进入内孔工件的内部对其进行冷却。

附图说明

图1是本发明内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置的结构示意图；

图2是本发明内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置的工作原理图；

图3、图4是采用本发明排尘、防尘、冷却装置前后涂层的截面形貌；

图中，1-横臂，2-涡轮组件，3-升降机构的立柱，4-支架，5-锁扣，6-接口I，7-冷却气环I，8-冷却气环II，9-冷却气环III，10-冷却气环IV，11-内孔喷枪，12-旋转机构，13-卡具，14-圆孔，15-卡盘爪，16-锁紧螺钉，17-冷却气喷嘴，18-抽风机座，19-抽风机，20-连接套，21-内孔工件，22-铝箔软管，23-卡箍，24-悬挂组件III，25-冷却气喷嘴延长杆，26-接口II，27-圆筒，28-抽风隔尘筒，29-悬挂组件II，30-悬挂组件I，31-接口III，32-喷枪延长杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置做进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提出了一种用于内孔等离子喷涂装置中的排尘、防尘、冷却装置，内孔等离子喷涂装置主要包括升降机构、内孔喷枪11和旋转机构12，内孔喷枪11固定在升降机构上作垂直上下运动，待喷涂的内孔工件21固定在旋转机构12上作旋转运动，内孔喷枪11伸入到工件21的内腔中，实现对内孔工件内壁的均匀涂覆；本发明的排尘、防尘、冷却装置主要由抽风隔尘筒28、冷却气喷嘴17、四个冷却气环7～10、支架4、铝箔软管22、抽风机19和卡具13组成。

抽风隔尘筒28呈上端封闭、下端开口的筒形，其上部侧壁上固接有一圆筒27，抽风隔尘筒与该圆筒构成倒L形结构，抽风隔尘筒的圆筒27通过铝箔软管22与抽风机19相连通，抽风机通过抽风机座18进行支撑，铝箔软管22与圆筒27的连接处通过卡箍23固紧，铝箔软管与抽风机的连接处通过连接套20固紧。喷涂装置的内孔喷枪11伸入到抽风隔尘筒28中，内孔喷枪11的喷枪延长杆32、抽风隔尘筒28分别通过相对应的悬挂组件I30、悬挂组件II29一起固定于升降机构的横臂1上，升降机构的横臂1通过涡轮组件2固定于升降机构的立柱3上，以便通过升降机构带动内孔喷枪11和抽风隔尘筒28作垂直上下运动。在开始操作之前，通过喷枪延长杆32顶端的接口III31通入所需的水、工作气体和喷涂材料，并接通电源，以便喷涂时，通过内孔喷枪11进行喷涂。

抽风隔尘筒的下部伸入到内孔工件21的内部，并且在抽风隔尘筒28的下部、与内孔喷枪的射流方向相对的部位开设有一个直径为50～70mm的圆孔14(本例为60mm)，喷涂时，束流恰好能从圆孔射出，而喷涂产生的粉尘和烟气大部分被抽风隔尘筒28遮蔽，并由抽风机19吸走。

为防止锈蚀，抽风隔尘筒28选用不锈钢材料制作，其外圆直径比待喷涂的内孔工件21的内径小5mm，抽风隔尘筒探入内孔工件并进行喷涂后，与内孔工件内壁之间仅存在2.5mm左右的间隙。内孔工件21通过锁紧螺钉16固定于卡具13的上部凹槽处，卡具13的下端通过卡盘爪15固定于喷涂装置的旋转机构12(本例中的旋转机构采用立式卡盘)上；卡具13为上、下开口筒形，其侧壁上开设有若干圆孔，以便于新鲜空气流向上进入内孔工件21内部。

由铜管制成四个冷却气环7～10通过由铜管制成的支架4固定于升降机构的立柱3上，四个冷却气环7～10与抽风隔尘筒28和内孔工件21进行同轴分布，支撑支架4的铜管与四个冷却气环7～10相连通。支架4通过锁扣5固定于升降机构的立柱3上，并且从支架4端部的接口I6处向四个冷却气环7～10充入冷却气，对内孔工件21进行降温。冷却气环I7套在抽风隔尘筒28外部，冷却气环I7距内孔工件上边缘为5～20mm(本例为5mm)，其内径比抽风隔尘筒28的外径大10～20mm(本例为10mm)，使抽风隔尘筒刚好能从冷却气环I7的中间通过，冷却气环II8、冷却气环III9和冷却气环IV10由上至下均匀套在内孔工件外部，并且三个冷却气环8～10的内径相等、均比内孔工件21的外径大10～20mm(本例为12mm)。在四个冷却气环7～10上均开设有若干个开孔，冷却气环I7上的开孔方向朝下，并向内倾斜30～60°(本例为45°)；冷却气环II8、冷却气环III9和冷却气环IV10上的开孔方向均与向内，即与内孔工件的外表面相对。

喷涂时，通过冷却气环I7的小孔向抽风隔尘筒28与内孔工件21内壁之间的缝隙内吹新鲜洁净的冷却气，这种结构的设计既能对内孔工件21降温，又能顶住烟尘，以防止烟尘上窜进入抽风隔尘筒28和内孔工件21之间的缝隙内，起到防尘作用；还能够吹走刚喷涂过部位表面的浮尘，对内孔工件起到防尘、净化作用。其次，新鲜洁净的冷却气沿内孔工件21与抽风隔尘筒28之间的缝隙以及卡具13侧壁上的圆孔进入内孔工件21内部，由于抽风机19对抽风隔尘筒28内抽风的作用，强行使进入内孔工件21内部的气体按照设定的方向流动，即含有大量粉尘和烟气的高温气体由下至上被内孔工件21中部的抽风隔尘筒28吸走，从而最大程度改善了内孔工件21内部的气体紊流状态。

抽风隔尘筒28的圆筒27上通过悬挂组件III24固定一冷却气喷嘴延长杆25，延长杆25的下端与冷却气喷嘴17相连通，该冷却气喷嘴17的吹气冷却部位与内孔喷枪11喷射在内孔工件21内壁上的射流斑点相对应，延长杆25的上端安装一接口II26，通过该接口II充入冷却气，冷却气喷嘴17与内孔喷枪11及抽风隔尘筒28同步连动，从冷却气喷嘴喷出的冷却气体流量可根据降温的需要单独调整，强行降低内孔工件21上射流斑点处的局部高温。冷却气环II8、冷却气环III9和冷却气环IV10上的若干个开孔在多处对内孔工件21的外壁吹冷却气，使其均匀冷却。

下面以对某大功率柴油发动机的气缸套(内径Φ150mm、高200mm、壁厚5mm)内壁实施喷涂为例来说明本发明的工作原理，如图2所示：

1)按图1所示的结构制作、安装本发明装置的各部件，其中制作外圆直径为Φ145mm的抽风隔尘筒28、内径为Φ155mm的冷却气环I7以及内径均为Φ175mm的冷却气环II8、冷却气环III9和冷却气环IV10；

2)打开抽风机19；

3)从冷却气喷嘴17的接口II26、支架4的接口I6处通入冷却空气。冷却气喷嘴17对着内孔喷枪11喷射在内孔工件21内壁上的射流斑点处吹冷却空气，强行降低内孔工件21上的射流斑点处的局部高温；由于组成支架4的铜管与冷却气环I7、冷却气环II8、冷却气环III9和冷却气环IV10相连通，所以从支架4的接口I处通入的冷却空气传至上述四个冷却气环，并由各冷却气环的开孔处喷出冷却气对内孔工件21进行降温；在抽风机的作用下大量新鲜空气从卡具13的圆孔进入内孔工件21内部，并由下而上流动进入抽风隔尘筒28，对内孔工件21进行降温；

4)从喷枪延长杆32顶端的接口III31处通入所需的水、工作气体和喷涂材料，并接通电源，然后由内孔喷枪11对气缸套内壁开始实施喷涂作业，内孔喷枪11每上下运动3个来回后，停弧休息10分钟左右；停弧休息时让内孔喷枪11移动至最高点，抽风机19和立式卡盘12一直工作，且一直向冷却气喷嘴17、冷却气环I7、冷却气环II8、冷却气环III9和冷却气环IV10内通冷却气，含有大量烟气、粉尘的热气由下至上被抽入抽风隔尘筒28后，流经铝箔软管22后，由抽风机19排出；

5)达到要求的涂层厚度后，停止工作；关闭抽风机19，并停止向冷却气喷嘴1、冷却气环I7、冷却气环II8、冷却气环III9和冷却气环IV10内通冷却空气。

通过下述实验来说明本发明装置的显著效果：

对内径Φ150mm、高200mm、壁厚5mm的试验件内壁喷涂Ni45+15％Mo涂层，使内孔喷枪11垂直上下连续往返喷涂2次。当不使用本发明的装置进行喷涂时，试验件的温度从室温升高到了240℃；当使用本发明的装置改善喷涂环境后，试验件的温度仅从室温升高到了150℃，降低了90℃。

目测涂层表面的污染情况，未使用本发明的装置时，涂层呈黄褐色，表面粉尘和烟尘污染严重，并粘有浮尘；使用本发明的装置后，涂层呈灰白色，与外圆喷涂的颜色差不多，表面没有明显的烟尘。

图3和图4为采用本发明排尘、防尘、冷却装置前后涂层的截面形貌。如图3所示，未使用本发明的装置时可以观察到，涂层内部的层状结构界面明显，说明涂层氧化严重，每一遍喷涂的涂层表面都被氧化，致使层状结构边界颜色发深。还可以观察到在层状结构搭接边缘存在较多的夹杂物和未熔颗粒，以及较大尺寸的微观孔洞和大量的微观裂纹，说明涂层的污染较为严重，每一遍喷涂后，在涂层表面都会粘附上大量粉尘，再次喷涂后粉尘被夹在两层涂层之间成为夹杂物和未熔颗粒，这些颗粒周围的气体在短时间内无法排除，形成气孔，并在界面氧化物、残余应力等的作用下进一步扩展形成裂纹和较大的微观孔洞。如图4所示，使用本发明的装置后可以观察到，从涂层截面形貌中看不到明显的未熔颗粒、夹杂物和微观裂纹，涂层内部的层状结构界面不明显，说明粉尘污染减小，涂层质量得到改善。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置，该装置包括抽风隔尘筒(28)、抽风机(19)、冷却气喷嘴(17)、冷却气环I(7)和支架(4)，其特征在于：

所述抽风隔尘筒(28)呈上端封闭、下端开口的筒形，位于其上部一侧的圆筒(32)通过铝箔软管(22)与抽风机(19)相连通；伸入到抽风隔尘筒(28)内部的内孔喷枪(11)与抽风隔尘筒一起固定于升降机构的横臂(1)上，通过升降机构带动内孔喷枪和抽风隔尘筒做垂直上下运动、并对固定于旋转机构上的内孔工件的内壁进行喷涂；

所述固定于圆筒(27)上的冷却气喷嘴(17)在外部对内孔喷枪喷射在内孔工件内壁上的射流斑点进行局部降温；

套在抽风隔尘筒外部的所述冷却气环I(7)通过支架(4)固定于升降机构的立柱(3)上，所述内孔工件与抽风隔尘筒之间留有间隙，通过冷却气环I上开设的开孔向该间隙内吹冷却气，以实现对内孔工件的冷却和防尘。

2.如权利要求1所述的内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置，其特征在于：所述抽风隔尘筒(28)的下部、与内孔喷枪(11)的射流方向相对的部位开有一圆孔(14)，从内孔喷枪(11)喷射出的射流通过该圆孔(14)对内孔工件的内壁进行喷涂。

3.如权利要求1所述的内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置，其特征在于：所述圆孔(14)的直径为50～70mm。

4.如权利要求1所述的内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置，其特征在于：所述支架(4)由铜管组成，所述支架的铜管与冷却气环I(7)相连通，从支架铜管的开口端向冷却气环I中通入冷却气；所述冷却气环I上的开孔方向向下、并向内倾斜30～60°。

5.如权利要求3所述的内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置，其特征在于：所述冷却气环I(7)距离内孔工件(21)上边缘为5～20mm。

6.如权利要求1、4、5任一所述的内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置，其特征在于：所述内孔工件(21)的外部套设有固定于支架(4)上的冷却气环II(8)、冷却气环III(9)和冷却气环IV(10)，上述三个冷却气环分别与组成支架(4)的铜管相连通，并且每个冷却气环上均开设有用于向内孔工件吹冷却气的若干开孔，所有开孔的方向均与内孔工件的外壁相对。

7.如权利要求5所述的内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置，其特征在于：所述冷却气环II(8)、冷却气环III(9)和冷却气环IV(10)由上至下均匀固定在内孔工件外部，上述三个冷却气环的内径相等，且内径均比内孔工件(21)的外径大10～20mm，所述抽风隔尘筒(28)的外径比内孔工件(21)的内径小5～10mm。

8.如权利要求1所述的内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置，其特征在于：所述内孔工件(21)通过卡具(13)固定于旋转机构上，所述卡具(13)为上、下开口的筒形，其侧壁上开设有若干圆孔，以便于新鲜空气进入内孔工件(21)的内部。

9.如权利要求1所述的内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置，其特征在于：所述冷却气喷嘴(17)在内孔工件外部吹冷却气的部位与内孔喷枪(11)喷射在内孔工件(21)内壁上的射流斑点处相对应。

10.如权利要求1或8所述的内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置，其特征在于：所述冷却气喷嘴(17)固定于冷却气喷嘴延长杆(25)的下端，并通过悬挂组件III(24)将冷却气喷嘴延长杆(25)固定于抽风隔尘筒的圆筒(27)或横臂(1)上，从冷却气喷嘴延长杆的上端通入冷却气，以实现冷却气喷嘴在外部对内孔工件(21)内壁上的射流斑点处的局部降温。