CN105127023A - 小口径管内壁粉末电热爆喷涂装置 - Google Patents

Abstract

小口径管内壁粉末电热爆喷涂装置，实现对口径最小为35mm的长管进行整管的内壁喷涂，由导电枪头、低压电极（6）、高压电极（7）、导电连接体、送粉管（1）和支撑套（10）组成，导电枪头的形状为圆管形由半圆管形的低压导电体和半圆管形的高压导电体组成，低压电极（6）安装在低压导电体中，高压电极（7）安装在高压导电体中，导电连接体的形状为半圆管形并与导电枪头同轴，其一端与导电枪头相连，另一端与储能电容器的两极相连，送粉管（1）开有接粉槽，金属粉（12）铺洒在接粉槽中，送粉管（1）能伸入导电枪头、导电连接体所组成圆管中，低压电极（6）与高压电极（7）通过气体放电，使金属粉在两电极间发生爆炸。

Description

小口径管内壁粉末电热爆喷涂装置

技术领域

本发明涉及热喷涂技术领域中的电热爆喷涂装置。

背景技术

热喷涂技术由于具有成本低、涂层性能好、可现场施工等特点，在材料表面防护领域有着广泛的应用。传统热喷涂技术是在气态流体中对喷涂材料进行加热和加速，使喷涂材料完全雾化后高速撞击到基体上形成涂层（如火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂等）。而这类依靠焰流或射流雾化并加速喷涂材料的方法，必须要求具有一定的喷涂距离对喷涂材料进行完全的雾化和加速，才可得到性能良好、均匀美观的涂层。例如火焰喷涂的最佳喷涂距离在120-250mm之间，等离子喷涂的最佳喷涂距离在60-130mm之间，电弧喷涂的最佳喷涂距离在50-170mm之间。而目前，在石油、化工、军工等领域中，小于50mm的小口径管内壁防护技术的应用不断增加，例如在化工业给排水施工中小口径管内壁的防腐技术；汽车工业中发动机气缸内壁抗擦伤及抗磨损涂层的制备；军工领域中小口径火炮身管的防烧蚀磨损技术等。由于喷涂距离的限制，传统热喷涂设备很难伸入小口径管中进行喷涂作业，使得传统热喷涂技术在这些领域中的应用受到了极大的限制。而电热爆喷涂技术作为热喷涂技术的一种，它是利用金属导体瞬间通放电发生爆炸后，产生冲击波力学效应，经过快速凝固后在基体表面形成喷涂层。其最大特点在于：欧姆加热的持续作用使喷涂材料熔化及气化，并使熔融的喷涂材料破裂成液滴最终导致喷涂材料的爆炸，熔融液滴在冲击波力学效应的作用下以高达2000m/s的速度撞击到基体上形成涂层，使喷涂材料可在距基体15mm甚至更近的距离内完成喷涂作业，为电热爆喷涂装置伸入小口径管中进行内壁喷涂提供了可能，并且电热爆喷涂可使用所有金属作为喷涂材料，包括一切难熔金属（钨、钽、钼等），涂层性能较传统热喷涂方法也有明显的提高。由此可见，电热爆喷涂在用于小口径管内壁防护涂层的制备上有着独特的优势。这也使得如何设计出一套稳定、高效的小口径管内壁电热爆喷涂装置成为实现小口径管内壁涂层制备的关键因素。早在二十世纪六十年代，日本的川崎重工和本田公司利用电热爆喷涂装置在口径最小为40mm的摩托车发动机气缸内壁制备耐磨涂层；八十年代中期西德专家也利用电热爆喷涂装置，在火箭喷嘴口内壁制备抗高温气体腐蚀涂层。而我国在电热爆喷涂领域的研究起步较晚，尤其是在对小口径管内壁电热爆喷涂装置的研究和开发上还存在较多的问题。主要问题包括：（1）仅限于对零件内孔和长度较短的管内壁进行喷涂，无法使装置伸入更长的管中进行喷涂作业；（2）喷涂材料多选用金属丝或箔，对粉末电爆喷涂装置开发的较少，限制了电热爆喷涂的应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种小口径管内壁粉末电热爆喷涂装置，实现对口径最小为35mm的长管进行整管的内壁喷涂。

本发明是小口径管内壁粉末电热爆喷涂装置，由导电枪头、低压电极6、高压电极7、导电连接体、送粉管1和支撑套10组成，所述导电枪头的形状为圆管形由半圆管形的低压导电体和半圆管形的高压导电体组成，低压电极6安装在低压导电体中，高压电极7安装在高压导电体中，采用卡箍连接的方式将低压导电体与高压导电体箍紧，所述导电连接体的形状为半圆管形并与导电枪头同轴，其一端与导电枪头相连，另一端与储能电容器的两极相连，所述送粉管1开有接粉槽，金属粉12铺洒在接粉槽中，送粉管1能伸入导电枪头、导电连接体所组成圆管中，低压电极6与高压电极7通过气体放电，使金属粉在两电极间发生爆炸，所述支撑套10固定在导电枪头上。

与背景技术相比，本发明的有益效果在于：所述装置采用插槽式导电连接体与导电枪头连接的方式进行导电，可使导电枪头伸入管中进行整管的喷涂作业。圆管形的导电枪头可随管径的变化改变其加工尺寸，可伸入管径最小为35mm的小口径管中。并选用支撑套作为整部设备在待喷涂管中的支撑，可随伸入长度的增加灵活调整支撑套的位置和数量,保证了装置在管中进行喷涂作业时的稳定性。送粉管的设计使金属粉经送粉管传送到两电极间，并在送粉管中完成爆炸，实现了传送过程和爆炸过程的统一，且送粉管可随时进行更换，既简化了设备，又提高了效率。接粉槽的设计实现了对爆炸产物的有效约束，保证了涂层性能优良，均匀美观。同时采用粉末作为喷涂材料，扩宽了电热爆喷涂技术的应用范围。

附图说明

图1为本发明的总装结构图，图2为导电枪头与导电连接体的俯视结构图，图3为图2的A-A向剖视图，图4为图2的B-B向剖视图；其中送粉管1，第一聚乙烯半圆管2，第二聚乙烯半圆管3，低压导电铜芯4，高压导电铜芯5，低压电极6，高压电极7，第三聚乙烯半圆管8，导电铜芯9，支撑套10，喷口保护套11，金属粉12，第一连接槽G，第二连接槽G’，第三连接槽J，爆炸喷口I，低压电极槽H，高压电极槽H’。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4所示，本发明是小口径管内壁粉末电热爆喷涂装置，由导电枪头、低压电极6、高压电极7、导电连接体、送粉管1和支撑套10组成，所述导电枪头的形状为圆管形由半圆管形的低压导电体和半圆管形的高压导电体组成，低压电极6安装在低压导电体中，高压电极7安装在高压导电体中，采用卡箍连接的方式将低压导电体与高压导电体箍紧，所述导电连接体的形状为半圆管形并与导电枪头同轴，其一端与导电枪头相连，另一端与储能电容器的两极相连，所述送粉管1开有接粉槽，金属粉12铺洒在接粉槽中，送粉管1能伸入导电枪头、导电连接体所组成圆管中，低压电极6与高压电极7通过气体放电，使金属粉在两电极间发生爆炸，所述支撑套10固定在导电枪头上。

本发明的小口径管内壁粉末电热爆喷涂装置，由低压导电体和高压导电体所组成的圆管形导电枪头可伸入管中进行内壁喷涂作业。所述低压导电体由第一聚乙烯半圆管2和低压导电铜芯4组成，低压导电铜芯4的材料为紫铜，第一聚乙烯半圆管2和低压导电铜芯4的外径可随待喷涂管孔径的变化改变其加工尺寸，第一聚乙烯半圆管2的最小外径可加工为35mm。第一聚乙烯半圆管2的一端开有第一连接槽G，低压导电铜芯4的一端加工成阶梯状，采用注塑成形的方式将低压导电铜芯4包裹在第一聚乙烯半圆管2内，低压导电铜芯4的阶梯端面与第一聚乙烯半圆管2的第一连接槽G处的端面对齐。低压电极6位于第一聚乙烯半圆管2内圆表面所预留的低压电极槽H中，与低压导电铜芯4接触。所述高压导电体由第二聚乙烯半圆管3和高压导电铜芯5组成，高压导电铜芯5的材料为紫铜，第二聚乙烯半圆管3和高压导电铜芯5的外径同样可随待喷涂管孔径的变化改变其加工尺寸，其变化范围与低压导电体中的第一聚乙烯半圆管2相同。第二聚乙烯半圆管3一端开有第二连接槽G’，高压导电铜芯5的一端加工成阶梯状，同样采用注塑成形的方式将高压导电铜芯5包裹在第二聚乙烯半圆管3内，高压导电铜芯5的阶梯端面与第二聚乙烯半圆管3的第二连接槽G’处的端面对齐。高压电极7位于第二聚乙烯半圆管3内圆表面所预留的高压电极槽H’中，与高压导电铜芯5接触。在低压电极6与高压电极7之间留有爆炸喷口I，爆炸喷口I的中垂面与低压电极6、高压电极7的中垂面对齐并与整个导电枪头的中垂面对齐，爆炸喷口I处设有喷口保护套11，喷口保护套11选用具有消融作用的聚乙烯制成，可在爆炸过程中对爆炸喷口进行保护，经多次爆炸后可对喷口保护套11进行更换，爆炸产物可随爆炸喷口I喷射到管内壁。可通过调整低压导电体与高压导电体之间的前后距离来控制两电极间距及爆炸喷口I的长度。

如图1、图2所示，所述导电连接体由第三聚乙烯半圆管8、导电铜芯9组成，导电铜芯9的材料选用紫铜。第三聚乙烯半圆管8与低压导电体2、高压导电体3的形状相同且同轴，并可随低压导电体和高压导电体尺寸的变化而改变。第三聚乙烯半圆管8的一端开有第三连接槽J，导电铜芯9的两端均加工成阶梯形，采用注塑成形的方式将导电铜芯9包裹在第三聚乙烯半圆管8内，导电铜芯9一端的阶梯端面与第三聚乙烯半圆管8一端的第三连接槽J的端面对齐，导电铜芯9的另一端面突出于第三聚乙烯半圆管8的另一端面，导电连接体的突出端分别插入低压导电体和高压导电体端部的第一连接槽G和第二连接槽G’并采用绝缘卡箍将连接处箍紧，与低压导电体相连的导电连接体在第三连接槽J端与储能电容器的低压端相连，与高压导电体相连的导电连接体在第三连接槽J端与储能电容器的高压端相连。导电连接体可批量加工，将导电连接体的突出端插入另一导电连接体的第三连接槽J端，并通过卡箍连接的方式将其箍紧，可增加装置的整体长度，使装置能够伸入长管中进行喷涂作业。

如图1、图3、图4所示，所述低压电极6和高压电极7的形状均为楔形，材料选用紫铜，加工成片状，长度可随导电枪头外径尺寸的变化而改变。低压电极6插入低压电极槽H中，高压电极7插入高压电极槽H’中，通过绝缘卡箍将低压电极6与低压导电铜芯4箍紧，高压电极7与高压导电铜芯5箍紧。低压电极6和高压电极7可进行批量加工，在多次爆炸喷涂后可对低压电极6和高压电极7进行更换。

如图3、图4所示，所述送粉管1采用具有消融作用的聚乙烯圆棒制成，送粉管1上开有U形接粉槽，U形接粉槽的设计使爆炸产物在接触基体之前被有效约束在接粉槽中，可获得性能良好，表面均匀的涂层。送粉管1与导电枪头、导电连接体所组成圆管的内圆面采用间隙配合，当送粉管1在传动装置的带动下到达两电极间时，低压电极6、高压电极7位于U型接粉槽中且U型接粉槽的中垂面与低压电极6、高压电极7的中垂面对齐，低压电极6与高压电极7在U型接粉槽的正上方与金属粉12发生气体放电，使金属粉12连续爆炸，爆炸产物通过爆炸喷口I喷射到管内壁表面。

如图3、图4所示，所述支撑套10固定在导电枪头的外圆面上，可随整个装置伸入管内壁，在导电枪头与管内壁之间建立支撑。支撑套10由支撑管和支撑螺栓组成。支撑管采用内六角平端紧定螺栓将其与导电枪头固定，在支撑管的端部开有三个螺纹孔，每一螺纹孔轴线的夹角为120°，且三个螺纹孔位于同一平面。随待喷涂管口径的变化，可选用不同长度的支撑螺栓将喷涂装置支撑于待喷涂管中。并且可随管子长度的变化，灵活改变支撑套的位置和数量，保证在喷涂过程中整部设备在待喷涂管中的稳定。

如图1所示，所述传动装置由传动轮和一个恒速电机组成。

本发明的具体实施过程为：将导电枪头伸入小口径管内，调节支撑套10中支撑螺栓与管内壁的距离，待调节完成后，将金属粉12置于送粉管1内，并调节送粉管1接粉槽的方向，使其开口方向与爆炸喷口I的方向对齐。接通电源使直流高压发生器H.V向储能电容器C充电，待充电完成后，闭合恒速电机的开关，在恒速电极的驱动下送粉管1连续、可靠的进入导电枪头与导电连接体所形成的圆管内，当金属粉12位于低压电极6和高压电极7之间时，两电极通过气体放电将大电流导入金属粉12，使金属粉12在两电极之间发生连续爆炸，爆炸产物在送粉管1接粉槽的约束下定向的喷涂到管内壁表面，从而形成涂层。

Claims (7)

1.小口径管内壁粉末电热爆喷涂装置，由导电枪头、低压电极（6）、高压电极（7）、导电连接体、送粉管（1）和支撑套（10）组成，其特征在于所述导电枪头的形状为圆管形由半圆管形的低压导电体和半圆管形的高压导电体组成，低压电极（6）安装在低压导电体中，高压电极（7）安装在高压导电体中，采用卡箍连接的方式将低压导电体与高压导电体箍紧，所述导电连接体的形状为半圆管形并与导电枪头同轴，其一端与导电枪头相连，另一端与储能电容器的两极相连，所述送粉管（1）开有接粉槽，金属粉（12）铺洒在接粉槽中，送粉管（1）能伸入导电枪头、导电连接体所组成圆管中，低压电极（6）与高压电极（7）通过气体放电，使金属粉在两电极间发生爆炸，所述支撑套（10）固定在导电枪头上。

2.根据权利要求1所述的小口径管内壁粉末电热爆喷涂装置，其特征在于低压导电体由第一聚乙烯半圆管（2）和低压导电铜芯（4）组成，第一聚乙烯半圆管（2）的一端开有第一连接槽（G），低压导电铜芯（4）的一端加工成阶梯状，低压导电铜芯（4）被包裹在第一聚乙烯半圆管（2）内，低压导电铜芯（4）的阶梯端面与第一聚乙烯半圆管（2）上的第一连接槽（G）处的端面对齐。

3.根据权利要求1所述的小口径管内壁粉末电热爆喷涂装置，其特征在于高压导电体由第二聚乙烯半圆管（3）和高压导电铜芯（5）组成，所述第二聚乙烯半圆管（3）的一端开有第二连接槽（G’），高压导电铜芯（5）的一端加工成阶梯状，高压导电铜芯（5）被包裹在第二聚乙烯半圆管（3）内，高压导电铜芯（5）的阶梯端面与第二聚乙烯半圆管（3）的第二连接槽（G’）处的端面对齐，在低压电极（6）与高压电极（7）之间留有爆炸喷口（I），爆炸喷口（I）的中垂面与低压电极（6）、高压电极（7）的中垂面对齐并与整个导电枪头的中垂面对齐。

4.根据权利要求1所述的小口径管内壁粉末电热爆喷涂装置，其特征在于导电连接体由第三聚乙烯半圆管（8）、导电铜芯（9）组成，所述第三聚乙烯半圆管（8）的一端开有第三连接槽（J），导电铜芯（9）的两端均加工成阶梯状，导电铜芯（9）被包裹在第三聚乙烯半圆管（8）内，导电铜芯（9）一端的阶梯端面与第三聚乙烯半圆管（8）一端的第三连接槽（J）的端面对齐，导电铜芯（9）的另一端面突出于第三聚乙烯半圆管（8）的另一端面。

5.根据权利要求1所述的小口径管内壁粉末电热爆喷涂装置，其特征在于低压电极（6）、高压电极（7）均为楔形铜片，低压电极（6）插入低压电极槽（H）中，高压电极（7）插入高压电极槽（H’）中，通过绝缘卡箍将低压电极（6）与低压导电铜芯（4）箍紧，高压电极（7）与高压导电铜芯（5）箍紧。

6.根据权利要求1所述的小口径管内壁粉末电热爆喷涂装置，其特征在于所述送粉管（1）与导电枪头、导电连接体所组成圆管的内圆面采用间隙配合，送粉管（1）上开有U形接粉槽，U形接粉槽的中垂面与低压电极（6）、高压电极（7）的中垂面对齐。

7.根据权利要求1所述的小口径管内壁粉末电热爆喷涂装置，其特征在于支撑套（10）由支撑管和支撑螺栓组成，所述支撑管采用内六角平端紧定螺栓将其与导电枪头固定，在支撑管的端部开有三个螺纹孔，每一螺纹孔轴线的夹角为120°，且三个螺纹孔位于同一平面。