CN109023213A - 超音速电弧炬喷枪及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及热喷涂技术领域，具体涉及一种超音速电弧炬喷枪及其使用方法，包括外壳，外壳的下部设置喷嘴，外壳的内部分别设置燃烧室和冷却室，外壳的上侧设置冷却室进水通道，所述冷却室进水通道与冷却室相连通，冷却室的另一侧连接着冷却室出水通道，外壳的内部侧设置阴极座架，阴极座架的中部插装阴极导丝管，阴极导丝管的下部设置阴极导电嘴，外壳的下侧设置支架，支架上固定着阳极导丝管，阳极导丝管的端部设置阳极导电嘴；本发明与传统的装置和工艺相比，通过提高电弧喷涂时粒子速度、减少涂层氧化等，来降低涂层孔隙率，提高涂层的使用寿命、结合强度、耐腐蚀耐磨损等性能。
Description
技术领域
本发明涉及热喷涂技术领域，具体涉及一种超音速电弧炬喷枪及其使用方法。
背景技术
热喷涂技术最早出现在20世纪早期的瑞士，是一种将涂层材料(粉末或丝材)送入某种热源(电弧、火焰、等离子体等)中熔化，并利用高速气流将其喷射到基体材料表面形成涂层的工艺。热喷涂涂层不但具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温和隔热等优良性能，并且能对磨损、腐蚀或加工超差引起的零件尺寸减小进行修复，在军事、航空航天、印刷、纺织、机械制造、石油化工等领域中得到了广泛的应用。随着现代工业技术的发展，机械零部件表面对高强度、高性能涂层的制备产生越来越迫切的需求。
由于传统的电弧喷涂技术只要依靠空气对金属粒子进行雾化和加速，并且粒子的雾化、加速发生在喷嘴口前段，粒子没有经过枪管、拉瓦尔管等的加速效应，因此只能获得较低的粒子速度，约为100～200m/s，同时粒子喷束较为发散，导致制备的涂层无法实现超音速热喷涂涂层那样的高致密性、高结合强度，较传统的等离子喷涂技术也有一定的差距。传统电弧喷涂涂层的孔隙率一般为5％～15％左右，结合强度仅为10～15MPa。并且电弧喷涂时，电弧温度高达3000℃，由电能转化的热能除了熔化送进的丝材外，仍有大量过剩，过剩的热能导致丝材在喷涂过程中过热，发生氧化，影响涂层质量，并有一部分丝材会蒸发，形成烟尘而损失掉。
随着机械产品对表面性能的需求不断提高，在满足防腐蚀性能的同时，还要求具有良好的耐磨性能，并且对使用寿命的要求也不断提高。仅依靠传统的电弧喷涂技术已无法实现这些机械产品对表面防护涂层提出的新要求。
发明内容
为了解决上述技术问题中的不足，本发明的目的在于：提供一种超音速电弧炬喷枪及其使用方法，通过提高电弧喷涂时粒子速度、减少涂层氧化等，来降低涂层孔隙率，提高涂层的使用寿命、结合强度、耐腐蚀耐磨损等性能。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：
所述超音速电弧炬喷枪，包括外壳，外壳的下部设置喷嘴，外壳的内部分别设置燃烧室和冷却室，所述燃烧室和冷却室通过燃烧室外壳进行间隔，外壳的上侧设置冷却室进水通道，所述冷却室进水通道与冷却室相连通，冷却室的另一侧连接着冷却室出水通道，外壳的内部侧设置阴极座架，阴极座架的中部插装阴极导丝管，阴极导丝管的下部设置阴极导电嘴，阴极导丝管的侧部分别设置混合气体输入通道和火花塞，所述混合气体输入通道通入到燃烧室内，所述阴极座架的左侧设置套管，套管位于燃烧室内，外壳的下侧设置支架，支架上固定着阳极导丝管，阳极导丝管的端部设置阳极导电嘴。
进一步优选，所述燃烧室外壳与阴极座架之间分别设置隔热垫和绝缘环，绝缘环一般采用树脂等组成，隔热垫能够防止燃烧室的热量破坏绝缘环。
进一步优选，支架与阳极导丝管之间套设绝缘套管，能够起到较好的绝缘作用。
进一步优选，阴极导丝管和阳极导丝管的内部设置导丝辊，由于喷涂丝盘绕着，导丝辊中部有细孔通道，能够将喷涂丝捋直。
进一步优选，所述喷嘴与阴极导电嘴同心设置。
进一步优选，阴极座架上还分别设置阴极座架进水通道和阴极座架出水通道，阴极座架内部布置降温管道，起到降温的作用。
所述超音速电弧炬喷枪的使用方法，通过混合气体输入通道通入适量空气和可燃气体，通过火花塞点燃混合气体，待燃烧稳定后，增加空气和可燃气体气量，调节至需要的超音速气流，超音速气流稳定后，开始输送喷涂丝，两条喷涂丝汇聚形成电弧，调节送丝速度，形成稳定的超音速电弧喷涂。
进一步优选，可燃气体和空气的比例为1/20～1/25，可燃气体的压力至少比空气的压力高0.1MPa，可燃气体为甲烷、丙烷、丙烯，添加比例根据气体种类不同和涂层工艺需要进行调整，消耗空气中的氧气，避免金属被氧化或者含碳粉丝材的失碳现象，另外提高了超音速电弧炬的温度和速度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明与传统的装置和工艺相比，能够将失碳程度从40-60％降低到3-6％，失硅和锰程度从20-25％降低到1-2％，超音速电弧喷涂工艺能够用药芯粉丝生产组合物涂层，通过该装置和工艺，涂层粘结强度从20-40MPa增加到55-80MPa，孔隙率从8-15％降低到0-3％，因为快速冷却，显微硬度提高40-60％，涂层中产生的残余应力会阻碍裂缝的形成，通过提高电弧喷涂时粒子速度、减少涂层氧化等，来降低涂层孔隙率，提高涂层的使用寿命、结合强度、耐腐蚀耐磨损等性能。
附图说明
图1本发明结构示意图；
图2本发明结构俯视图。
图中：1、冷却室进水通道；2、隔热垫；3、阴极座架；4、绝缘环；5、混合气体输入通道；6、阴极导丝管；7、火花塞；8、冷却室出水通道；9、阳极接头；10、支架；11、阳极导丝管；12、导丝辊；13、绝缘套管；14、燃烧室外壳；15、燃烧室；16、阳极导电嘴；17、阴极导电嘴；18、喷嘴；19、外壳；20、冷却室；21、套管；22、阴极座架进水通道；23、阴极座架出水通道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例做进一步描述：
实施例1
如图1-2所示，本发明所述超音速电弧炬喷枪，包括外壳19，外壳19的下部设置喷嘴18，外壳19的内部分别设置燃烧室15和冷却室20，所述燃烧室15和冷却室20通过燃烧室外壳14进行间隔，外壳19的上侧设置冷却室进水通道1，所述冷却室进水通道1与冷却室20相连通，冷却室20的另一侧连接着冷却室出水通道8，冷却室出水通道8的一部分位于支架10内，外壳19的内部侧设置阴极座架3，阴极座架3与燃烧室外壳14之间的区域组成燃烧室15，阴极座架3的中部插装阴极导丝管6，阴极导丝管6的下部设置阴极导电嘴17，所述喷嘴18与阴极导电嘴17同心设置，阴极导丝管6的侧部分别设置混合气体输入通道5和火花塞7，所述混合气体输入通道5通入到燃烧室15内，所述阴极座架3的左侧设置套管21，套管21位于燃烧室15内，外壳19的下侧设置支架10，支架10上固定着阳极导丝管11，阳极导丝管11的一侧设置阳极接头9，支架10与阳极导丝管11之间设置绝缘套管13，能够起到较好的绝缘作用，阳极导丝管11的内部设置导丝辊12，由于喷涂丝盘绕着，导丝辊12中部有细孔通道，能够将喷涂丝捋直，阳极导丝管11的端部设置阳极导电嘴16，阳极导电嘴16与阴极导电嘴17相邻设置。
阴极座架3上还分别设置阴极座架进水通道22和阴极座架出水通道23，阴极座架3内部布置降温管道，起到降温的作用。
其中，所述燃烧室外壳14与阴极座架3之间分别设置隔热垫2和绝缘环4，绝缘环4一般采用树脂等组成，隔热垫2能够防止燃烧室15的热量破坏绝缘环4。
所述超音速电弧炬喷枪的使用方法，通过混合气体输入通道5通入适量空气和可燃气体，通过火花塞7点燃混合气体，待燃烧稳定后，增加空气和可燃气体气量，调节至需要的超音速气流，超音速气流稳定后，开始输送喷涂丝，两条喷涂丝汇聚形成电弧，调节送丝速度，形成稳定的超音速电弧喷涂。
其中，可燃气体和空气的比例为1/20～1/25，可燃气体的压力至少比空气的压力高0.1MPa，一般可燃气体的压力是0.7～0.8MPa，空气的压力是0.6～0.8MPa，可燃气体为甲烷、丙烷、丙烯或其它可燃烃，添加比例根据气体种类不同和涂层工艺需要进行调整，消耗空气中的氧气，避免金属被氧化或者含碳粉丝材的失碳现象，另外提高了超音速电弧炬的温度和速度。
Claims (8)
1.一种超音速电弧炬喷枪，其特征在于，包括外壳(19)，外壳(19)的下部设置喷嘴(18)，外壳(19)的内部分别设置燃烧室(15)和冷却室(20)，所述燃烧室(15)和冷却室(20)通过燃烧室外壳(14)进行间隔，外壳(19)的上侧设置冷却室进水通道(1)，所述冷却室进水通道(1)与冷却室(20)相连通，冷却室(20)的另一侧连接着冷却室出水通道(8)，外壳(19)的内部侧设置阴极座架(3)，阴极座架(3)的中部插装阴极导丝管(6)，阴极导丝管(6)的下部设置阴极导电嘴(17)，阴极导丝管(6)的侧部分别设置混合气体输入通道(5)和火花塞(7)，所述混合气体输入通道(5)通入到燃烧室(15)内，所述阴极座架(3)的左侧设置套管(21)，套管(21)位于燃烧室(15)内，外壳(19)的下侧设置支架(10)，支架(10)上固定着阳极导丝管(11)，阳极导丝管(11)的端部设置阳极导电嘴(16)。
2.根据权利要求1所述的超音速电弧炬喷枪，其特征在于，所述燃烧室外壳(14)与阴极座架(3)之间分别设置隔热垫(2)和绝缘环(4)。
3.根据权利要求1所述的超音速电弧炬喷枪，其特征在于，支架(10)与阳极导丝管(11)之间套设绝缘套管(13)。
4.根据权利要求1所述的超音速电弧炬喷枪，其特征在于，阴极导丝管(6)和阳极导丝管(11)的内部设置导丝辊(12)。
5.根据权利要求1所述的超音速电弧炬喷枪，其特征在于，所述喷嘴(18)与阴极导电嘴(17)同心设置。
6.根据权利要求1所述的超音速电弧炬喷枪，其特征在于，阴极座架(3)上还分别设置阴极座架进水通道(22)和阴极座架出水通道(23)，阴极座架(3)内部布置降温管道。
7.一种采用权利要求1-6任一项所述超音速电弧炬喷枪的使用方法，其特征在于，通过混合气体输入通道(5)通入适量空气和可燃气体，通过火花塞(7)点燃混合气体，待燃烧稳定后，增加空气和可燃气体气量，调节至需要的超音速气流，超音速气流稳定后，开使输送喷涂丝，两条喷涂丝汇聚形成电弧，调节送丝速度，形成稳定的超音速电弧喷涂。
8.根据权利要求7所述的超音速电弧炬喷枪的使用方法，其特征在于，可燃气体和空气的比例为1/20～1/25，可燃气体的压力至少比空气的压力高0.1MPa，可燃气体为甲烷、丙烷、丙烯，添加比例根据气体种类不同和涂层工艺需要进行调整。
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