專利名稱：爆炸噴涂方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出的爆炸噴涂方法及其設(shè)備屬于噴涂技術(shù)領(lǐng)域。
爆炸噴涂技術(shù)是60年代初蘇美等國為建立航空航天及導(dǎo)彈工業(yè)等而發(fā)展起來的一種新的噴涂技術(shù)。該爆炸噴涂技術(shù)是一種頻率為4～10次/秒的脈沖式的持續(xù)循環(huán)過程，在每一個脈沖中包括以下的過程1.通過管道與閥門按一定比例輸入氧氣和燃料氣體(乙炔、液化石油氣、丙烷、丁烷)，在噴槍外的管路內(nèi)混合后送入水冷噴槍;
2.向水冷噴槍腔內(nèi)輸入粉末;
3.向水冷噴槍輸入隋性清掃氣體，把噴槍以外管路內(nèi)的氧氣與燃料氣體混合物全部吹入噴槍;
4.利用水冷噴槍內(nèi)的點(diǎn)火裝置使混合氣體爆炸燃燒，并且利用該爆炸燃燒產(chǎn)生的能量對上述粉未加熱加速，該粉未以1000米/秒的速度沖出水冷噴槍后撞擊在工件表面上形成涂層;
5.然后殘留在槍外管道中的惰性氣體流向水冷噴槍內(nèi)，使之降溫、熄火，為實(shí)現(xiàn)下一次爆炸脈沖做好準(zhǔn)備。
利用這種爆炸噴涂技術(shù)能夠在工件不變形、無相變的條件下得到高質(zhì)量的工件表面涂層，適于噴涂精密零件或大型部件。后來發(fā)展起來的一些其它噴涂方法，例如等離子噴涂、超音速噴涂方法等，其涂層質(zhì)量均達(dá)不到爆炸噴涂方法所達(dá)到的水平。
為了完成上述的爆炸噴涂的持續(xù)脈沖過程，要求在準(zhǔn)確的時間內(nèi)重復(fù)完成輸入氧氣、燃料氣體和粉未、通入惰性氣體、點(diǎn)火而進(jìn)行爆炸燃燒脈沖以及熄火和清掃過程等，為此現(xiàn)有技術(shù)廣泛采用機(jī)電傳動的凸輪一閥門體系。
1987年公布的美國專利US4.687.135就是利用了這種機(jī)電傳動的凸輪一閥門體系。該體系利用電機(jī)控制的凸輪一閥門體系，保證在一定時間依次通入氧氣、燃料氣體、粉末、點(diǎn)火而進(jìn)行爆炸燃燒脈沖，以及為了避免燃燒界面向后沿進(jìn)氣通道反向傳遞，防止進(jìn)氣管過熱，還要在點(diǎn)火之前向這些進(jìn)氣管道通入惰性氣體。
現(xiàn)有技術(shù)中的這類采用機(jī)電傳動的凸輪一閥門體系和另外輸入惰性清掃氣體主要存在以下的問題1.為了以每秒4～10次的頻率在一定的時間內(nèi)依次輸入氧氣、燃料氣體、隋性氣體和粉末，就要求高精度的凸輪一閥門機(jī)械系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)還要求良好的密封性，這類系統(tǒng)裝配復(fù)雜、易磨損，增加了運(yùn)行的困難和維護(hù)的復(fù)雜程度;
2.在點(diǎn)火爆炸燃燒之前要求及時通入惰性氣體，這又增加了系統(tǒng)設(shè)備和運(yùn)行的復(fù)雜性，輸入的惰性氣體又在一定程度上稀釋了爆炸腔內(nèi)燃料氣體與氧氣混合物的濃度，因而降低了爆炸燃燒能量和涂層質(zhì)量。
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有爆炸噴涂技術(shù)中存在的上述不足而提出一種新的爆炸噴涂方法及其設(shè)備。
本發(fā)明的方法及其設(shè)備不再采用機(jī)電傳動的凸輪一閥門系統(tǒng)，而采用一種特殊的無機(jī)械運(yùn)動部件的變徑折管式進(jìn)氣門結(jié)構(gòu)，借助于爆炸瞬時壓力脈沖的產(chǎn)生和消失，自然地停止和恢復(fù)送氣及送粉過程，這樣，只按給定頻率點(diǎn)火，即可自然地實(shí)現(xiàn)持續(xù)的脈沖式爆炸噴涂過程。
附

圖1是本發(fā)明的爆炸噴涂設(shè)備的示意圖。
該設(shè)備主要包括水冷噴槍(1)、點(diǎn)火裝置(2)、粉倉(3)、變徑折管式進(jìn)氣門(4)、燃料流通孔道(5)、氧氣流通孔道(6)、加速段(7)、爆炸腔(8)、送粉管(9)、定量送粉機(jī)構(gòu)(10)、附加進(jìn)氣管道(11)、過濾段(12)、氧氣氣源(13)、流通孔道(14、15、16、17)、涂層(18)、工件(19)、供氣系統(tǒng)(20)、團(tuán)霧狀粉末云(21)、壓縮氣體管道(22)、脈沖電源(23)、燃料氣源(24)、管道(25、26)。
下面結(jié)合附圖1說明本發(fā)明提出的爆炸噴涂方法。
本發(fā)明提出的爆炸噴涂方法主要包括1)持續(xù)脈沖式爆炸噴涂的每一個脈沖包括以下的過程A)氧氣由氣源(13)通過管道(26)及進(jìn)氣門(4)內(nèi)的流通孔道(15、14、6)送入爆炸腔(8);
同時燃料氣體(液化石油氣、丙烷、丁烷)則由氣源(24)通過管道(25)及進(jìn)氣門(4)內(nèi)部的流通孔道(17、16、5)送入爆炸腔(8)，二者在爆炸腔(8)之內(nèi)進(jìn)行混合;
B)利用供氣系統(tǒng)(20)提供的壓縮氣體，通過管道將粉末由粉侖(3)經(jīng)定量送粉機(jī)構(gòu)(10)及送粉管(9)輸入爆炸腔(8)之內(nèi);
C)利用脈沖電源(23)和點(diǎn)火裝置(2)進(jìn)行點(diǎn)火，產(chǎn)生的爆炸燃燒界面從爆炸腔(8)開始，沿加速段(7)向水冷噴槍(1)的開口端傳遞。在此過程中，分散成團(tuán)霧狀的粉末被加熱至半熔化狀態(tài)，并被爆炸沖擊波加速至1000米/秒，經(jīng)加速段(7)的開口端射向工件(19)，與其表面撞擊并形成涂層;
氧氣、燃料氣體及送粉的壓縮氣體，只以略高于常壓的壓力送入水冷噴槍(1)，但在爆炸腔內(nèi)點(diǎn)火后形成的爆燃壓力脈沖峰值可高達(dá)6MPa。因而在出現(xiàn)瞬時壓力脈沖時，自然地停止了向水冷噴槍的送氣與送粉過程，而當(dāng)短暫的爆燃壓力脈沖消失后，又自然地恢復(fù)向水冷噴槍(1)的送氣及送粉過程;
D)利用爆炸腔(8)內(nèi)爆炸時產(chǎn)生的瞬時壓力脈沖，同時使一定數(shù)量的燃燒產(chǎn)物反向由爆炸腔(8)進(jìn)入變徑折管式進(jìn)氣門(4)的燃料流通孔道(5)、氧氣流通孔道(6)和流通孔道(14、15、16、17)中，并且在其中得到冷卻;當(dāng)上述的瞬時壓力脈沖消失后，在氧氣氣源(13)、燃料氣源(24)和供氣系統(tǒng)(20)的氣壓作用下，這部分燃燒產(chǎn)物又返回到爆炸腔(8)內(nèi)，完成降溫、熄火及清掃未燃燒氣體的作用，為下一個爆炸脈沖自然地做好準(zhǔn)備。
2)根據(jù)爆炸噴涂要求的功率不同，可在水冷噴槍(1)的周圍設(shè)置1～12個變徑折管式進(jìn)氣門(4)，功率越大，設(shè)置的變徑折管式進(jìn)氣門(4)的數(shù)量越多;
3)設(shè)計的變徑折管式進(jìn)氣門(4)內(nèi)各段流通孔道直徑及其長度以及各段之間的折彎角和相應(yīng)的折彎次數(shù)，應(yīng)當(dāng)使在瞬時壓力脈沖作用下產(chǎn)生的反向運(yùn)行的爆炸產(chǎn)物僅僅返回到上述流道的適當(dāng)?shù)奈恢?，以便?dāng)該瞬時壓力脈沖消失后，首先這部分被冷卻的燃燒產(chǎn)物返回水冷噴槍(1)，完成清掃氣體功能，繼而氧氣和燃料氣體能按一定的比例及時地送入爆炸腔(8)并在其中進(jìn)行混合;
本發(fā)明的方法還包括通過設(shè)置在變徑折管式進(jìn)氣門(4)中的直徑不變的附加進(jìn)氣管道(11)輸入完成某些化學(xué)反應(yīng)所必需的氣體或惰性氣體。
還有在變徑折管式進(jìn)氣門(4)的管道(15、17)內(nèi)填充由金屬或陶瓷制成的多孔性材料或網(wǎng)狀材料的過濾段(12)以完成氣體過濾凈化、防止回火及冷卻反向流入的氣體燃燒產(chǎn)物的功能;
為實(shí)現(xiàn)上述本發(fā)明提出的爆炸噴涂方法，可以采用的設(shè)備如下該爆炸噴涂設(shè)備在水冷噴槍(1)的側(cè)壁上設(shè)置著變徑折管式進(jìn)氣門(4)，其中裝有變徑折彎的燃料流通孔道(5、17、16)和氧氣流通孔道(6、14、15)，在變徑折管進(jìn)氣門(4)中設(shè)置附加進(jìn)氣管道(11)，以輸入為完成化學(xué)反應(yīng)所必須氣體或惰性氣體。
如附圖2，該圖為變徑折管式進(jìn)氣門結(jié)構(gòu)圖，變徑折管式進(jìn)氣門(4)中的燃料流通孔道(5)、氧氣流通孔道(6)、流通孔道(14、16、15、17)的直徑分別為d5、d6、d14、d16、d15d17，其長度分別為l5、l6、l14、l16、l15、l17，燃料流通孔道(5)與(16)之間的折彎角為α1，而氧氣流通孔道(6)與(14)之間的折彎角為α2。
上述流通孔道的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下d5/D＝0.03～0.3;
d6/D＝0.03～0.3;
d14/D＝0.03～0.3;
d16/D＝0.03～0.3;
d15/D＝0.045～1;
d17/D＝0.045～1;
d26∶d25＝1∶08～1∶5;
l5/D＝0.1～0.9;
l6/D＝0.1～0.9;
l14/D＝0.03～0.3;
l16/D＝0.03～0.3;
D＝10～40mm;
α1＝35°～135°;
α2＝35°～135°。
在變徑折管式進(jìn)氣門(4)中的燃料流通孔道(5)、氧氣流通孔道(6)和流通孔道(14、16、15、17)橫截面是圓形的，也可以是正方形、長方形和狹長形的，當(dāng)采用圓形以外的其它形狀時其當(dāng)量直徑應(yīng)當(dāng)與相應(yīng)采用的圓管直徑相同。
各種形狀管道的當(dāng)量直徑按下列公式計算de＝ (4×S)/(L)式中de-當(dāng)量直徑;
S-管道的流通截面;
L-管道內(nèi)壁與流體接觸部分的周長。
本發(fā)明的設(shè)備工作過程如下1.出自氧氣氣源(13)的氧氣經(jīng)管道(26)、過濾段(12)流通孔道(15、14、6)，以及出自燃料氣源(24)的燃料氣體經(jīng)管道(25)、過濾段(12)、管道、流通孔道(17、16、5)以一定比例分別通過各自的管道及孔道送入水冷噴槍(1)的爆炸腔(8)內(nèi)，并使之在其中混合;
2.粉倉(3)中的粉末在供氣系統(tǒng)(20)的作用下，經(jīng)過定量送粉機(jī)構(gòu)(10)、送粉管(9)而進(jìn)入爆炸腔(8)，并形成團(tuán)霧狀粉末云(21);
3.由脈沖電源(23)充電而利用點(diǎn)火裝置(2)使在爆炸腔(8)內(nèi)的混合氣體點(diǎn)火，這時在爆炸腔(8)內(nèi)引起爆炸燃燒，爆炸界面沿加速段(7)迅速地向水冷噴槍(1)的開口端傳遞，同時在爆炸腔(8)內(nèi)形成巨大的爆炸能量，團(tuán)霧狀粉末云(21)在爆炸波的作用下被加熱和加速并與爆炸產(chǎn)物一起以1000米/秒左右的速度經(jīng)加速段(7)沖向工件(19)，最終在工件表面上形成高質(zhì)量的涂層(18)。
4.當(dāng)爆炸的瞬間在爆炸腔(8)內(nèi)產(chǎn)生一種瞬時壓力脈沖，其值為6MPa，該值大于氧氣氣源(13)，燃?xì)鈿庠?24)和送粉末的供氣系統(tǒng)(20)的供氣壓力，因此，自然地停止了輸送氣體和粉末的過程;同時爆炸燃燒產(chǎn)物反向進(jìn)入變徑折管式進(jìn)氣門(4)的流通孔道(5、16、17)及流通孔道(6、14、15)，并在這些孔道中得到冷卻;
5.待該瞬時壓力脈沖消失后，因加速段(7)的開口端與大氣相連通，因此爆炸腔(8)內(nèi)的壓力降至氣體的供氣和送粉末的進(jìn)氣壓力之下，這時經(jīng)冷卻的爆炸產(chǎn)物又返回到爆炸腔(8)中，完成降溫、熄火及清掃殘留未燃燒氣體的作用，為下一次爆炸脈沖做準(zhǔn)備，繼而自然恢復(fù)送氣及送粉過程。
本發(fā)明的爆炸噴涂方法及其設(shè)備與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下的優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明的方法及其設(shè)備不需要采用機(jī)電傳動的凸輪-閥門系統(tǒng)，而是采用一種特殊的無機(jī)械運(yùn)動部件的變徑折管式進(jìn)氣門(4)的結(jié)構(gòu)，并借助于爆炸瞬時壓力脈沖周期性的產(chǎn)生和消失，自然地按同樣周期停止和恢復(fù)向水冷噴槍(1)內(nèi)的送氣及送粉過程，從而完成了一種新一代無機(jī)械運(yùn)動部件的爆炸噴涂方法及其設(shè)備，明顯地簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)、提高了可靠性，簡化了操作和維護(hù);
2.由于利用了反向進(jìn)入變徑折管式進(jìn)氣門(4)中的爆炸燃料產(chǎn)物經(jīng)冷卻返回后，完成清掃氣體功能，這樣就排除了單獨(dú)向爆炸腔(8)輸入惰性氣體的必要性，這又一次簡化了系統(tǒng)設(shè)備，減少了爆炸腔(8)內(nèi)的燃料氣體的稀釋程度，提高了爆炸燃燒的能量和涂層性能。
實(shí)施例1噴涂材料金屬陶瓷、氧化物陶瓷，采用一個變徑折管式進(jìn)氣門(4)，水冷噴槍(1)的加速段(7)的直徑D＝12mm，d5/D＝0.1d6/D＝0.15d14/D＝0.15d16/D＝0.2
d15/D＝0.5d17/D＝0.4α1＝α2＝90° 一次折彎角燃料氣體與氧氣流量比為1∶3.2爆炸脈沖頻率4次/秒噴涂效率 0.25m2/小時實(shí)施例2噴涂材料合金或氧化物陶瓷，采用6個變徑折管式進(jìn)氣門(4)，D＝40mm，d5/D＝0.14d6/D＝0.2d14/D＝0.2d16/D＝0.28d15/D＝0.24d17/D＝0.24α1＝α2＝35° 二次折彎燃料氣體與氧氣流量比為1∶3.0爆炸脈沖頻率5次/秒噴涂效率 3.4m2/小時
權(quán)利要求
1.一種爆炸噴涂方法，利用氧氣與燃料氣體(液化石油氣、丙烷、丁烷)以一定比例混合，在水冷噴槍內(nèi)產(chǎn)生持續(xù)脈沖式爆炸燃燒的能量，將輸入到水冷噴槍內(nèi)的粉末進(jìn)行加熱和加速后以1000[米/秒]左右的速度射向工件表面，并在工件表面上形成高質(zhì)量的涂層，其特征在于1)持續(xù)脈沖式爆炸噴涂的每個脈沖包括以下的過程A)氧氣由氣源(13)通過管道(26)及變徑折管式進(jìn)氣門(4)的氧氣流通孔道送入爆炸腔(8)；同時燃料氣體(液化石油氣、丙烷、丁烷)則由氣源(24)通過管道(25)及變徑折管式進(jìn)氣門(4)中的氧氣流通孔道送入爆炸腔(8)，二者進(jìn)入爆炸腔(8)后，在其中進(jìn)行混合；B)利用供氣系統(tǒng)(20)提供的壓縮氣體，通過管道將粉末由粉侖(3)經(jīng)定量送粉機(jī)構(gòu)(10)及送粉管(9)輸入到爆炸腔(8)之內(nèi)；C)利用脈沖電源(23)和點(diǎn)火裝置(2)進(jìn)行點(diǎn)火，處于爆炸腔(8)之內(nèi)的粉末(21)在爆炸沖波作用下被加熱與加速，經(jīng)加速段(7)的開口端射向工件(19)的表面，生成涂層(18)；當(dāng)爆炸腔(8)之內(nèi)出現(xiàn)爆炸壓力脈沖時，由于其峰值高于氧氣、燃料氣體及送粉氣源的供氣壓力，因而在此短暫時間之內(nèi)自然地停止水冷噴槍(1)的進(jìn)氣與進(jìn)粉過程；同時爆炸腔(8)內(nèi)有一小部分氣體燃燒產(chǎn)物經(jīng)變徑折管式進(jìn)氣門(4)反向流入氣體流通孔道，并在其中得到冷卻；D)爆炸壓力脈沖消失后，首先上述被冷卻的氣體燃燒產(chǎn)物返回水冷噴槍(1)，完成清掃氣體功能，繼而自然恢復(fù)A)與B)所述的向爆炸腔(8)的送氣與送粉過程；這樣，只要維持氧氣、燃料氣體及送粉壓縮氣體的各自恒定的供氣壓力，按給定的頻率進(jìn)行點(diǎn)火，即可自然地實(shí)現(xiàn)持續(xù)的脈沖式爆炸噴涂過程。2)根據(jù)爆炸噴涂要求的功率不同，可在水冷噴槍(1)的周圍設(shè)置1～12個變徑折管式進(jìn)氣門(4)，功率越大，設(shè)置的變徑折管式進(jìn)氣門(4)的數(shù)量越多。3)設(shè)計的變徑折管式進(jìn)氣門(4)內(nèi)各流通孔道直徑及其長度以及相接的兩孔道之間的折彎角和相應(yīng)的折彎次數(shù)，應(yīng)當(dāng)使在瞬時壓力脈沖作用下產(chǎn)生的反向流動的爆炸燃燒產(chǎn)物僅僅返回到上述管道的適當(dāng)?shù)奈恢?，以便?dāng)該瞬時壓力脈沖消失后，氧氣和燃料氣體能及時地按比例進(jìn)入爆炸腔(8)并在其中進(jìn)行混合。
2.按照權(quán)利要求1所述的爆炸噴涂方法，其特征在于，通過設(shè)置在變徑折管式進(jìn)氣門(4)中的不變直徑的附加進(jìn)氣管道(11)輸入完成某些化學(xué)反應(yīng)所必需的氣體或惰性氣體。
3.按照權(quán)利要求1所述的爆炸噴涂方法，共特征在于，在變徑折管式進(jìn)氣門(4)中的流通孔道(15、17)中，設(shè)置著由金屬或陶瓷制成的多孔性材料或網(wǎng)狀材料的過濾段(12)，以完成氣體過濾凈化，防止回火及冷卻反向流入的氣體燃燒產(chǎn)物的功能。
4.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的爆炸噴涂設(shè)備，其牲征在于，在水冷噴槍(1)的側(cè)壁上設(shè)置著變徑折管式進(jìn)氣門(4)，其中裝有變徑折彎的燃料流通孔道(5、17、16)和氧氣流通孔道(6、14、15)，這些孔道的結(jié)構(gòu)參數(shù)為d5/D＝0.03～0.3;d6/D＝0.03～0.3;d14/D＝0.03～0.3;d16/D＝0.03～0.3;d15/D＝0.045～1;d17/D＝0.045～1;d26∶d25＝1∶0.8～1∶5;l5/D＝0.1～0.9;l6/D＝0.1～0.9;l14/D＝0.03～0.3;l16/D＝0.03～0.3;D＝10～40mm;α1＝35°～135°;α2＝35°～135°。
5.按照權(quán)利要求4所述的噴涂設(shè)備，其特征在于，在變徑折管式進(jìn)氣門(4)中設(shè)置附加進(jìn)氣管道(11)，以輸入為完成化學(xué)反應(yīng)所必須的氣體或惰性氣體。
6.按照權(quán)利要求4所述的爆炸噴涂設(shè)備，其特征在于，在變徑折管式進(jìn)氣門(4)中的的燃料流通孔道(5)、氧氣流通孔道(6)和流通孔道(16、17、14、15)的橫截面是圓形的，也可以是正方形、長方形或狹長形的。當(dāng)采用圓形以外的其它形狀流道時其當(dāng)量直徑應(yīng)當(dāng)與相應(yīng)采用的圓管直徑相同。各種形狀管道的當(dāng)量直徑定義為de＝ (4×S)/(L)
全文摘要
本發(fā)明提出的爆炸噴涂方法及其設(shè)備屬于噴涂技術(shù)領(lǐng)域。主要采用變徑折管式進(jìn)氣門，使氧氣與燃料氣體直接在水冷噴槍的爆炸腔內(nèi)混合，利用爆炸燃燒壓力脈沖的產(chǎn)生和消失，自然地停止和恢復(fù)向噴槍的送粉與送氣過程，只控制點(diǎn)火頻率，即自然地實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的脈沖式爆炸噴涂過程，應(yīng)用本發(fā)明提出的方法，已研制出了新一代爆炸噴涂設(shè)備，在噴槍部分排除了機(jī)械運(yùn)動部件，明顯地簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，提高了設(shè)備工作的可靠性，簡化了運(yùn)行操作及維護(hù)，并提高了涂層性能。
文檔編號C23C24/04GK1078272SQ9310509
公開日1993年11月10日 申請日期1993年5月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月22日
發(fā)明者肖宏才, 肖旭東, 瓦·卡德羅夫, 葉·格列齊斯金, 彼·斯科林斯基, 維·列梅斯洛, 尤·伏利德曼 申請人:北京鈦得新工藝材料有限公司