陶瓷條棒氧、乙炔火焰噴槍裝置及其控制方法

2023-06-19 11:10:11 2

專利名稱：陶瓷條棒氧、乙炔火焰噴槍裝置及其控制方法
技術領域：
本發明涉及熱噴塗工藝製備領域，尤其涉及一種陶瓷條棒氧、乙炔火焰噴槍裝置及其控制方法。
背景技術：
陶瓷條棒火焰噴槍，主要噴塗材料是合金和陶瓷類材料幾何尺寸是φ6×600毫米棒材，熱源採用氧、乙炔火焰。
陶瓷材料的普遍特點是熔點高，硬度高，化學穩定性好，導熱和導電性能低，脆性大等特點；採用熱噴塗技術在金屬基體上噴塗陶瓷塗層，利用金屬材料和陶瓷材料的各自優點製成複合材料產品。
目前採用熱噴塗工藝製備陶瓷塗層有二種方法一種是氧、乙炔火焰粉末噴塗，另一種是等離子粉末噴塗。
氧、乙炔火焰粉末噴塗，其火焰溫度較低(約3000℃)，粉末在一定的粒級範圍內，依靠火焰燃燒速度帶動粉末粒子沉積到工件表面形成塗層。由於噴射速度低，而且粉末粒子停留火焰區域的時間無法精確控制不可能使每一個粉末粒子得到充分熔融，使噴射到工件時粒子塑性變形能力差，造成塗層本身強度較低氣孔率高，因此氧、乙炔火焰粉末噴塗的應用受到一定的限制，不能應用於耐磨場合，只能應用於高溫和絕緣場合。而等離子噴塗其特點是高溫、高速其塗層綜合性能較好，因此目前製備陶瓷塗層還是以等離子噴塗為主。但等離子噴塗設備價格昂貴其次操作成本也較高，電功率在50千瓦以上，熱利用率較低，現場操作較困難，因此推廣應用也同樣受到一定限制。

發明內容
本發明需要解決的技術問題是提供了一種陶瓷條棒氧、乙炔火焰噴槍裝置及其控制方法，使之既具備等離子噴塗的塗層質量好、結合強度高、空隙率低、塗層硬度高等優點，又有氧、乙炔火焰粉末噴塗的「廉價」、操作方便等優點為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的本發明的陶瓷條棒氧、乙炔火焰噴槍裝置包括燃燒霧化噴射單元，凸輪式總閥控制三種氣體(氧氣、乙炔氣和壓縮空氣)的分配和順序控制單元，送棒速度精確控制單元；所述的燃燒霧化噴射單元包括空氣帽、套管、噴嘴、噴嘴火孔、乙炔槽、氣體分流座、噴嘴射吸孔、氧氣槽、密封圈、空氣帽座、氣體總頭、前導管螺栓；所述的噴嘴徑向上開有氧氣槽和乙炔槽；在氧氣槽和乙炔槽之間有三個密封圈隔開，噴嘴火孔在其端面圓周上均布若干個孔並與軸線形成一定夾角；噴嘴火孔延伸部分是噴嘴射吸孔，它貫穿於氧氣槽和乙炔槽之間，空氣帽大端面開有使得壓縮空氣進入氣槽經噴嘴與空氣帽之間的錐型環隙中的多條氣槽，空氣帽和噴嘴由空氣帽座和氣體分流座用螺紋連接於一體，再由前導管螺栓連接於氣體總頭；所述的凸輪式總閥控制三種氣體(氧氣、乙炔氣和壓縮空氣)的分配和順序控制單元包括板手、凸輪閥杆、閥杆殼、乙炔頂頭、氧氣頂頭、空氣頂頭、密封皮膜；凸輪閥杆安裝在閥杆殼內，在凸輪閥杆的圓柱體表面開有不同角度和深淺的凹槽，對應凹槽上面安裝三個頂頭(氧氣頂頭、乙炔頂頭、空氣頂頭)，頂頭上面分別安裝密封皮膜，密封皮膜平面高出閥杆殼平面；閥杆殼由4個螺釘連接在氣體總頭上；所述的送棒速度精確控制單元包括基準電壓、運算放大、取樣電路、電壓調整、過電流保護電路；本發明的控制方法是通過以下步驟實現的三種氣體(氧氣、乙炔、壓縮空氣)分別由軟管連接在混合頭後端；通過凸輪式閥杆控制三種氣體流量的大小和先後到達各自環槽內；
氧氣進入噴嘴射吸孔後進入噴嘴火孔，此時在乙炔環槽內形成負壓區被吸入噴嘴火孔與氧混合；壓縮空氣進入噴嘴與空氣帽之間環隙中，通過燃燒室從空氣帽口噴出；棒材不斷進入高溫燃燒室，使霧化微粒沉積到工件表面形成塗層；與現有技術相比，本發明的有益效果是結構緊湊可現場操作；粒子飛行速度高、衝擊動能高、噴塗層結合強度高、孔隙率低、塗層緻密；以氧化鉻(Cr2O3)為例塗層結合強度25-30Mpa孔隙率低於4％。
塗層硬度高，耐磨性好。以氧化鉻為例硬度HRA75-80；滿足了用氧、乙炔火焰噴高熔點陶瓷材料；以拉絲盤為例其塗層的耐磨性能優於等離子塗層，因此具有很高的性能價格比，可廣泛應用於耐磨、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、絕緣等領域，將產生巨大的經濟效益和社會效益，在各行各業中具有廣泛應用前景。


圖1是本發明的結構示意圖；圖2(a)，2(b)，2(c)是本發明的凸輪式總閥控制三種氣體(氧氣、乙炔氣和壓縮空氣)的分配和順序控制單元示意圖；圖3是本發明的送棒速度精確控制單元示意圖；圖4是本發明的工作原理圖；具體實施方式
下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述由圖1可見本發明的陶瓷條棒氧、乙炔火焰噴槍裝置包括燃燒霧化噴射單元，凸輪式總閥控制三種氣體(氧氣、乙炔氣和壓縮空氣)的分配和順序控制單元，送棒速度精確控制單元；所述的燃燒霧化噴射單元包括空氣帽1、套管2、噴嘴3、噴嘴火孔4、乙炔槽5、氣體分流座6、噴嘴射吸孔7、氧氣槽8、密封圈9、空氣帽座10、氣體總頭11、前導管螺栓12；所述的噴嘴3徑向上開有氧氣槽8和乙炔槽5；在氧氣槽8和乙炔槽5之間有三個密封圈9隔開，噴嘴火孔4在其端面圓周上均布若干個孔並與軸線形成一定夾角；噴嘴火孔4延伸部分是噴嘴射吸孔7，它貫穿於氧氣槽8和乙炔槽5之間，空氣帽1大端面開有使得壓縮空氣進入氣槽經噴嘴與空氣帽之間的錐型環隙中的多條氣槽，空氣帽1和噴嘴3由空氣帽座10和氣體分流座6用螺紋連接於一體，再由前導管螺栓5連接於氣體總頭11；所述的噴嘴火孔4在其端面圓周上均布若干個孔是12個孔；所述的空氣帽1孔徑(D)與噴嘴3端面之間距離(A)之關係為A＝1.5-2D；所述的噴嘴3中的射吸孔徑等於50％噴嘴火孔直徑；所述的空氣帽1內錐角等於80％噴嘴火花夾角；所述的噴嘴套管2與棒材之間間隙在0.10-0.15毫米之間；由圖2(a)，2(b)，2(c)可見所述的凸輪式總閥控制三種氣體(氧氣、乙炔氣和壓縮空氣)的分配和順序控制單元包括板手13、凸輪閥杆14、閥杆殼19、乙炔頂頭15、氧氣頂頭16、空氣頂頭17、密封皮膜18；凸輪閥杆14安裝在閥杆殼19內，在凸輪閥杆14的圓柱體表面開有不同角度和深淺的凹槽，對應凹槽上面安裝三個頂頭(氧氣頂頭、乙炔頂頭、空氣頂頭)，頂頭上面分別安裝密封皮膜18，密封皮膜18平面高出閥杆殼19平面，閥杆殼19由4個螺釘連接在氣體總頭上；所述的密封皮膜18平面高出閥杆殼19平面是0.3毫米；使三路氣體各自獨立，保持密封互不竄氣；根據閥杆圓周上的開有不同角度和深淺的凹槽，當板手在旋轉角度時，頂頭隨著凹槽角度不同則控制了頂頭先後下沉的順序，以及凹槽深淺不同則控制三路氣體量的多少。當扳手關閉時三個頂頭按逆序迅速向上頂住皮膜，三路氣立即關閉，停止噴射。確保正常順序點火，火焰形成，霧化微粒，形成火花束，一氣呵成；由圖3可見所述的送棒速度精確控制單元包括基準電壓20、運算放大21、取樣電路23、電壓調整24、過電流保護電路25；在給定量的基礎上當輸出產生一個減少量-ΔV的變化，取樣電路將這個-ΔV的變化量送到比較放大器中和基準電壓進行比較放大，然後將放大的信號送到調整管，使調整管的基極注入電流增大ΔIb，這時調整管的集——射極減少一個ΔVee，使輸出電壓增加；如當輸出產生一個增加量+ΔV的變化，則輸出電壓減少，從而達到穩定輸出的目的；電路的基準電壓是從輔助電源中具有溫度補償的穩壓裝置等得到，這樣有利於提高基準電壓的穩定性；本發明的控制方法是通過以下步驟實現的三種氣體(氧氣、乙炔、壓縮空氣)分別由軟管連接在混合頭後端100；通過凸輪式閥杆控制三種氣體流量的大小和先後到達各自環槽內101；氧氣進入噴嘴射吸孔後進入噴嘴火孔，此時在乙炔環槽內形成負壓區被吸入噴嘴火孔與氧混合102；壓縮空氣進入噴嘴與空氣帽之間環隙中，通過燃燒室從空氣帽口噴出103；棒材不斷進入高溫燃燒室，使霧化微粒沉積到工件表面形成塗層104；其中步驟102中氧氣壓力0.4-0.5Mpa(流量計讀數2.1-2.3)；乙炔壓力0.12-0.13Mpa(流量計讀數1.3-1.4)；步驟103中壓縮空氣壓力5-6Mpa(流量1.8-2m3/s)；步驟104中送棒電機電壓10-12V。
下面對本發明的工作原理作如下描述
由圖4可見整個陶瓷條棒火焰噴槍裝置由噴槍和棒材進給調速控制組成；噴槍由燃燒霧化裝置，凸輪式總閥，電機和機械減速機構，手柄等組成。氧氣、乙炔氣壓縮空氣分別接入空氣接管(氧氣接管和乙炔氣接管在空氣接管左右)；氧氣工作壓力0.4-0.5Mpa；乙炔工作壓力0.12-0.13Mpa；壓縮空氣工作壓力5-6Mpa。然後三種氣體分別進入凸輪式總閥；當扳手在0°時，由於凸輪閥杆處於最高位置依靠三個頂頭頂住三個皮膜，此時氣體總頭無氣輸出這是關閉狀態，當扳手轉90°時(點火位置)此時氧氣頂頭和空氣頂頭還是處於最高位置，仍然釘住皮膜。只有乙炔頂頭微量落入閥杆凹槽中乙炔氣在一定壓力下吹開皮膜，使皮膜微凹形，乙炔氣從凹形間隙中通過氣體總頭11和氣體分流座6進入噴嘴3的乙炔槽5中，然後進入噴嘴的火孔4中可以點火。當扳手轉到180°時三個頂頭全部下沉到閥杆凹槽最低位置，吹開各自皮膜使皮膜成凹形，使三種氣體從各自通道進入各自位置。氧氣進入噴嘴氧氣槽8後進入12個射吸孔7在高速氧流的作用下，乙炔槽5產生負壓區，吸入乙炔氣使氧氣與乙炔氣混合於噴嘴的12個火孔4中噴嘴火孔直徑是噴射孔直徑的2倍，壓縮空氣進入氣體分流座6的氣槽內再進入噴嘴3與空氣帽1之間的錐形環隙中，此時形成火焰產生熱量熔化陶瓷棒，在端頭形成熔滴再由壓縮空氣參與霧化熔點成霧化微粒，在空氣帽的作用下形成高速的火花束。棒材由電機通過減速裝置以穩壓調速以一定速度不斷進入高溫燃燒區，不斷熔化成熔滴，不斷霧化成微粒。這樣就形成穩定連續不斷地火花束，不斷地微粒堆積達到一定厚度噴塗層。要形成穩定連續不斷火花束必須各參數之間有一個很好的匹配。空氣帽內錐角等於80％噴嘴火孔夾角；噴嘴端面到空氣帽出口端面的距離A等於1.5-2倍的空氣帽孔徑。
權利要求
1.一種陶瓷條棒氧、乙炔火焰噴槍裝置，包括燃燒霧化噴射單元，凸輪式總閥控制三種氣體(氧氣、乙炔氣和壓縮空氣)的分配和順序控制單元，送棒速度精確控制單元；其特徵在於所述的燃燒霧化噴射單元包括空氣帽(1)、套管(2)、噴嘴(3)、噴嘴火孔(4)、乙炔槽(5)、氣體分流座(6)、噴嘴射吸孔(7)、氧氣槽(8)、密封圈(9)、空氣帽座(10)、氣體總頭(11)、前導管螺栓(12)；所述的噴嘴(3)徑向上開有氧氣槽(8)和乙炔槽(5)；在氧氣槽(8)和乙炔槽(5)之間有三個密封圈(9)隔開，噴嘴火孔(4)在其端面圓周上均布若干個孔並與軸線形成一定夾角；噴嘴火孔(4)延伸部分是噴嘴射吸孔(7)，它貫穿於氧氣槽(8)和乙炔槽(5)之間，空氣帽(1)大端面開有使得壓縮空氣進入氣槽經噴嘴與空氣帽之間的錐型環隙中的多條氣槽，空氣帽(1)和噴嘴(3)由空氣帽座(10)和氣體分流座(6)用螺紋連接於一體，再由前導管螺栓(5)連接於氣體總頭(11)；所述的凸輪式總閥控制三種氣體(氧氣、乙炔氣和壓縮空氣)的分配和順序控制單元包括板手(13)、凸輪閥杆(14)、閥杆殼(19)、乙炔頂頭(15)、氧氣頂頭(16)、空氣頂頭(17)、密封皮膜(18)；凸輪閥杆(14)安裝在閥杆殼(19)內，在凸輪閥杆(14)的圓柱體表面開有不同角度和深淺的凹槽，對應凹槽上面安裝三個頂頭(氧氣頂頭、乙炔頂頭、空氣頂頭)，頂頭上面分別安裝密封皮膜(18)，密封皮膜(18)平面高出閥杆殼(19)平面，閥杆殼(19)由4個螺釘連接在氣體總頭上；所述的送棒速度精確控制單元包括基準電壓(20)、運算放大(21)、取樣電路(23)、電壓調整(24)、過電流保護電路(25)。
2.根據權利要求1所述的陶瓷條棒氧、乙炔火焰噴槍裝置，其特徵在於所述的噴嘴火孔(4)在其端面圓周上均布若干個孔是(12)個孔；所述的空氣帽(1)孔徑(D)與噴嘴(3)端面之間距離(A)之關係為A＝1.5-2D；所述的噴嘴(3)中的射吸孔徑等於50％噴嘴火孔直徑；所述的空氣帽(1)內錐角等於80％噴嘴火花夾角；所述的噴嘴套管(2)與棒材之間間隙在0.10-0.15毫米之間；所述的密封皮膜(18)平面高出閥杆殼(19)平面是0.3毫米。
3.一種控制如權利要求1的方法是通過以下步驟實現的三種氣體(氧氣、乙炔、壓縮空氣)分別由軟管連接在混合頭後端(100)；通過凸輪式閥杆控制三種氣體流量的大小和先後到達各自環槽內(101)；氧氣進入噴嘴射吸孔後進入噴嘴火孔，此時在乙炔環槽內形成負壓區被吸入噴嘴火孔與氧混合(102)；壓縮空氣進入噴嘴與空氣帽之間環隙中，通過燃燒室從空氣帽口噴出(103)；棒材不斷進入高溫燃燒室，使霧化微粒沉積到工件表面形成塗層(104)。
4.根據權利要求3所述的控制方法其中步驟(102)中氧氣壓力0.4-0.5Mpa(流量計讀數2.1-2.3)；乙炔壓力0.12-0.13Mpa(流量計讀數1.3-1.4)；步驟(103)中壓縮空氣壓力5-6Mpa(流量1.8-2m3/s)；步驟(104)中送棒電機電壓10-12V。
全文摘要
本發明涉及陶瓷條棒氧、乙炔火焰噴槍裝置及其控制方法，採取氧、乙炔氣混合直接在噴嘴中進行，點火後形成高溫火焰，棒材以一定速度進入火焰燃燒區端頭被熔化，一股壓縮空氣氣流從噴嘴與空氣帽之間的環隙中射出，將熔化的熔滴不斷地被霧化成微粒、通過空氣帽壓縮以很高的速度噴射到工作表面形成塗層；本發明的有益效果是既具備等離子噴塗的塗層質量好、結合強度高、空隙率低、塗層硬度高等優點，又有氧、乙炔火焰粉末噴塗的「廉價」、操作方便等優點。
文檔編號B05B7/02GK1660505SQ20041001663
公開日2005年8月31日 申請日期2004年2月27日 優先權日2004年2月27日
發明者張關寶 申請人:上海瑞法噴塗機械有限公司