專利名稱：一種內孔等離子噴涂的排塵、防塵、冷卻裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于熱噴涂技術領域，具體涉及一種內孔等離子噴涂的排塵、防塵、冷卻裝置。
背景技術：
等離子噴涂是利用等離子焰(非轉移型等離子弧)將引入的噴涂粉末加熱到熔融或半熔融狀態，并在等離子焰的作用下，高速度地撞擊到經處理過的基材表面上，然后攤平、鋪展，最終形成具有層片狀結構的涂層。內孔等離子噴涂是一種在圓孔(或筒)內壁制備涂層的等離子噴涂方法。當需要噴涂的圓孔較深時，就需要采用專用內孔等離子噴槍，在內孔環境中實施噴涂。內孔等離子噴槍的等離子射束與噴槍的軸線呈90°角。上世紀七十年起Metco公司先后研制出3MBT、 7MT、7MST、11MB四種內孔噴槍，隨后國內外相繼出現了多種內孔等離子噴槍，如作者與清華大學研制出的QZOT高能內孔等離子弧噴槍，熵科爾應用技術研究所研制出的BT-NI型大內孔噴槍，Sulzer-Metco公司研制出旋轉式等離子內孔噴槍Rota plasma 500系統，以及國際上新出現的PTWA內孔噴涂系統。這些噴槍的研制，為內孔噴涂的研究與發展提供了條件，并在一些領域進行了應用研究。但是采用內孔噴槍進行常規的工藝方法制備的涂層，涂層質量難以達到理想的程度。其中一個非常重要的原因就是內孔噴涂環境與外圓噴涂有很大差別，特別是內孔較深時尤為明顯。內孔噴涂空間狹小，高溫等離子焰流的熱量不容易散出，造成環境溫度高，基體和噴槍都容易過熱；煙塵、粉塵排出困難且在排出過程中也會嚴重污染涂層，造成內孔涂層質量得不到保證。為此，迫切地需要本領域技術人員開發出一款內孔等離子噴涂的排塵、防塵、冷卻
直ο

發明內容
本發明的目的在于提出一種用于降低內孔等離子噴涂過程中內孔噴槍和內孔工件的溫度，保證噴槍長時間工作的可靠性以及降低內孔工件中氣流干擾和粉塵污染的內孔等離子噴涂的排塵、防塵、冷卻裝置。本發明是通過以下技術方案實現的一種內孔等離子噴涂的排塵、防塵、冷卻裝置，該裝置包括抽風隔塵筒、抽風機、冷卻氣噴嘴和冷卻氣環I和支架，所述抽風隔塵筒呈上端封閉、下端開口的筒形，位于其上部一側的圓筒通過鋁箔軟管與抽風機相連通；伸入到抽風隔塵筒內部的內孔噴槍與抽風隔塵筒一起固定于升降機構的橫臂上，通過升降機構帶動內孔噴槍和抽風隔塵筒做垂直上下運動、并對固定于旋轉機構上的內孔工件的內壁進行噴涂；所述固定于圓筒上的冷卻氣噴嘴在內孔工件外部對內孔噴槍噴射在內孔工件內
4壁上的射流斑點進行局部降溫；所述套在抽風隔塵筒外部的冷卻氣環I通過支架固定于升降機構的立柱上，所述內孔工件與抽風隔塵筒之間留有間隙，通過冷卻氣環I上開設的開孔向該間隙內吹冷卻氣，以實現對內孔工件的冷卻和防塵。其中，所述抽風隔塵筒的下部、與內孔噴槍的射流方向相對的部位開有一圓孔，從內孔噴槍噴射出的射流通過該圓孔對內孔工件的內壁進行噴涂。其中，所述圓孔的直徑為50 70mm。其中，所述支架由銅管組成，所述支架的銅管與冷卻氣環I相連通，從支架鋼管的開口端向冷卻氣環I中通入冷卻氣；所述冷卻氣環I上的開孔方向向下、并向內傾斜30 60°。其中，所述冷卻氣環I距離內孔工件上邊緣為5 20mm，所述冷卻氣環I的內徑比抽風隔塵筒的外徑大10 20mm。其中，所述內孔工件的外部套設有固定于支架上的冷卻氣環II、冷卻氣環III和冷卻氣環IV，上述三個冷卻氣環分別與組成支架的鋼管相連通，并且每個冷卻氣環上均開設有用于向內孔工件吹冷卻氣的若干開孔，所有開孔的方向均與內孔工件的外壁相對。其中，所述冷卻氣環II、冷卻氣環III和冷卻氣環IV由上至下均勻固定在內孔工件外部，上述三個冷卻氣環的內徑相等，且內徑均比內孔工件的外徑大10 20mm，所述抽風隔塵筒的外徑比內孔工件的內徑小5 10mm。其中，所述內孔工件通過卡具固定于旋轉機構上，所述卡具為上、下開口的筒形， 其側壁上開設有若干圓孔，以便于新鮮空氣進入內孔工件的內部。其中，所述冷卻氣噴嘴在內孔工件外部吹冷卻氣的部位與內孔噴槍噴射在內孔工件內壁上的射流斑點處相對應。其中，所述冷卻氣噴嘴固定于冷卻氣噴嘴延長桿的下端，并通過懸掛組件III將冷卻氣噴嘴延長桿固定于抽風隔塵筒的圓筒或橫臂上，從冷卻氣噴嘴延長桿的上端通入冷卻氣，以實現冷卻氣噴嘴在內孔工件外部對內孔工件內壁上的射流斑點處的局部降溫。其中，所述內孔噴槍固定于噴槍延長桿的下端，并通過懸掛組件I將噴槍延長桿懸掛于升降機構的橫臂上。本發明的有益效果是1)本發明的裝置可以有效的降低內孔噴涂過程中內孔噴槍和內孔工件的溫度，保證了內孔噴槍長時間工作的可靠性，減小了內孔工件內壁上的涂層熱應力，以及降低了內孔工件中的氣流干擾及粉塵污染。2)本發明通過冷卻氣環I上的開孔向抽風隔塵筒和內孔工件內壁之間的縫隙內吹冷卻氣，起到對內孔工件的冷卻、防塵、凈化作用；本發明通過抽風機向抽風隔塵筒內抽風，強行使內孔工件內部含有大量煙氣、粉塵的熱氣按照由下至上的方向流動，并通過抽風機排出；本發明通過冷卻氣噴嘴，實現了對內孔工件內壁上的射流斑點進行局部降溫。3)本發明通過在固定內孔工件的卡具側壁上開設若干圓孔，更有利于新鮮空氣進入內孔工件的內部對其進行冷卻。


圖1是本發明內孔等離子噴涂的排塵、防塵、冷卻裝置的結構示意圖；圖2是本發明內孔等離子噴涂的排塵、防塵、冷卻裝置的工作原理圖；圖3、圖4是采用本發明排塵、防塵、冷卻裝置前后涂層的截面形貌；圖中，1-橫臂，2-渦輪組件，3-升降機構的立柱，4-支架，5-鎖扣，6_接口 I，7_冷卻氣環I，8-冷卻氣環II，9-冷卻氣環III，10-冷卻氣環IV，11-內孔噴槍，12-旋轉機構， 13-卡具，14-圓孔，15-卡盤爪，16-鎖緊螺釘，17-冷卻氣噴嘴，18-抽風機座，19-抽風機， 20-連接套，21-內孔工件，22-鋁箔軟管，23-卡箍，24-懸掛組件III，25-冷卻氣噴嘴延長桿，26-接口 II，27-圓筒，28-抽風隔塵筒，29-懸掛組件II，30-懸掛組件I，31-接口 III， 32-噴槍延長桿。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的內孔等離子噴涂的排塵、防塵、冷卻裝置做進一步詳細的說明。如圖1所示，本發明提出了一種用于內孔等離子噴涂裝置中的排塵、防塵、冷卻裝置，內孔等離子噴涂裝置主要包括升降機構、內孔噴槍11和旋轉機構12，內孔噴槍11固定在升降機構上作垂直上下運動，待噴涂的內孔工件21固定在旋轉機構12上作旋轉運動，內孔噴槍11伸入到工件21的內腔中，實現對內孔工件內壁的均勻涂覆；本發明的排塵、防塵、 冷卻裝置主要由抽風隔塵筒觀、冷卻氣噴嘴17、四個冷卻氣環7 10、支架4、鋁箔軟管22、 抽風機19和卡具13組成。抽風隔塵筒觀呈上端封閉、下端開口的筒形，其上部側壁上固接有一圓筒27，抽風隔塵筒與該圓筒構成倒L形結構，抽風隔塵筒的圓筒27通過鋁箔軟管22與抽風機19相連通，抽風機通過抽風機座18進行支撐，鋁箔軟管22與圓筒27的連接處通過卡箍23固緊， 鋁箔軟管與抽風機的連接處通過連接套20固緊。噴涂裝置的內孔噴槍11伸入到抽風隔塵筒觀中，內孔噴槍11的噴槍延長桿32、抽風隔塵筒28分別通過相對應的懸掛組件130、懸掛組件11 一起固定于升降機構的橫臂1上，升降機構的橫臂1通過渦輪組件2固定于升降機構的立柱3上，以便通過升降機構帶動內孔噴槍11和抽風隔塵筒觀作垂直上下運動。 在開始操作之前，通過噴槍延長桿32頂端的接口 III31通入所需的水、工作氣體和噴涂材料，并接通電源，以便噴涂時，通過內孔噴槍U進行噴涂。抽風隔塵筒的下部伸入到內孔工件21的內部，并且在抽風隔塵筒觀的下部、與內孔噴槍的射流方向相對的部位開設有一個直徑為50 70mm的圓孔14 (本例為60mm)，噴涂時，束流恰好能從圓孔射出，而噴涂產生的粉塵和煙氣大部分被抽風隔塵筒觀遮蔽，并由抽風機19吸走。為防止銹蝕，抽風隔塵筒觀選用不銹鋼材料制作，其外圓直徑比待噴涂的內孔工件21的內徑小5mm，抽風隔塵筒探入內孔工件并進行噴涂后，與內孔工件內壁之間僅存在 2. 5mm左右的間隙。內孔工件21通過鎖緊螺釘16固定于卡具13的上部凹槽處，卡具13的下端通過卡盤爪15固定于噴涂裝置的旋轉機構12(本例中的旋轉機構采用立式卡盤)上； 卡具13為上、下開口筒形，其側壁上開設有若干圓孔，以便于新鮮空氣流向上進入內孔工件21內部。由銅管制成四個冷卻氣環7 10通過由銅管制成的支架4固定于升降機構的立柱3上，四個冷卻氣環7 10與抽風隔塵筒觀和內孔工件21進行同軸分布，支撐支架4的銅管與四個冷卻氣環7 10相連通。支架4通過鎖扣5固定于升降機構的立柱3上，并且從支架4端部的接口 16處向四個冷卻氣環7 10充入冷卻氣，對內孔工件21進行降溫。 冷卻氣環17套在抽風隔塵筒28外部，冷卻氣環17距內孔工件上邊緣為5 20mm(本例為 5mm)，其內徑比抽風隔塵筒28的外徑大10 20mm(本例為IOmm)，使抽風隔塵筒剛好能從冷卻氣環17的中間通過，冷卻氣環118、冷卻氣環III9和冷卻氣環IVlO由上至下均勻套在內孔工件外部，并且三個冷卻氣環8 10的內徑相等、均比內孔工件21的外徑大10 20mm (本例為12mm)。在四個冷卻氣環7 10上均開設有若干個開孔，冷卻氣環17上的開孔方向朝下，并向內傾斜30 60° (本例為45° )；冷卻氣環118、冷卻氣環III9和冷卻氣環IVlO上的開孔方向均與向內，即與內孔工件的外表面相對。噴涂時，通過冷卻氣環I 7的小孔向抽風隔塵筒28與內孔工件21內壁之間的縫隙內吹新鮮潔凈的冷卻氣，這種結構的設計既能對內孔工件21降溫，又能頂住煙塵，以防止煙塵上竄進入抽風隔塵筒觀和內孔工件21之間的縫隙內，起到防塵作用；還能夠吹走剛噴涂過部位表面的浮塵，對內孔工件起到防塵、凈化作用。其次，新鮮潔凈的冷卻氣沿內孔工件21與抽風隔塵筒觀之間的縫隙以及卡具13側壁上的圓孔進入內孔工件21內部，由于抽風機19對抽風隔塵筒觀內抽風的作用，強行使進入內孔工件21內部的氣體按照設定的方向流動，即含有大量粉塵和煙氣的高溫氣體由下至上被內孔工件21中部的抽風隔塵筒觀吸走，從而最大程度改善了內孔工件21內部的氣體紊流狀態。抽風隔塵筒28的圓筒27上通過懸掛組件III24固定一冷卻氣噴嘴延長桿25，延長桿25的下端與冷卻氣噴嘴17相連通，該冷卻氣噴嘴17的吹氣冷卻部位與內孔噴槍11 噴射在內孔工件21內壁上的射流斑點相對應，延長桿25的上端安裝一接口 1126，通過該接口 II充入冷卻氣，冷卻氣噴嘴17與內孔噴槍11及抽風隔塵筒觀同步連動，從冷卻氣噴嘴噴出的冷卻氣體流量可根據降溫的需要單獨調整，強行降低內孔工件21上射流斑點處的局部高溫。冷卻氣環118、冷卻氣環III9和冷卻氣環IVlO上的若干個開孔在多處對內孔工件21的外壁吹冷卻氣，使其均勻冷卻。下面以對某大功率柴油發動機的氣缸套(內徑Φ 150mm、高200mm、壁厚5mm)內壁實施噴涂為例來說明本發明的工作原理，如圖2所示1)按圖1所示的結構制作、安裝本發明裝置的各部件，其中制作外圓直徑為 Φ 145mm的抽風隔塵筒28、內徑為Φ 155mm的冷卻氣環17以及內徑均為Φ 175mm的冷卻氣環118、冷卻氣環III9和冷卻氣環IVlO ；2)打開抽風機19 ；3)從冷卻氣噴嘴17的接口 1126、支架4的接口 16處通入冷卻空氣。冷卻氣噴嘴 17對著內孔噴槍11噴射在內孔工件21內壁上的射流斑點處吹冷卻空氣，強行降低內孔工件21上的射流斑點處的局部高溫；由于組成支架4的銅管與冷卻氣環17、冷卻氣環118、冷卻氣環III9和冷卻氣環IVlO相連通，所以從支架4的接口 I處通入的冷卻空氣傳至上述四個冷卻氣環，并由各冷卻氣環的開孔處噴出冷卻氣對內孔工件21進行降溫；在抽風機的作用下大量新鮮空氣從卡具13的圓孔進入內孔工件21內部，并由下而上流動進入抽風隔塵筒觀，對內孔工件21進行降溫；4)從噴槍延長桿32頂端的接口 III31處通入所需的水、工作氣體和噴涂材料，并接通電源，然后由內孔噴槍11對氣缸套內壁開始實施噴涂作業，內孔噴槍11每上下運動3 個來回后，停弧休息10分鐘左右；停弧休息時讓內孔噴槍11移動至最高點，抽風機19和立式卡盤12—直工作，且一直向冷卻氣噴嘴17、冷卻氣環17、冷卻氣環118、冷卻氣環III9和冷卻氣環IVlO內通冷卻氣，含有大量煙氣、粉塵的熱氣由下至上被抽入抽風隔塵筒28后， 流經鋁箔軟管22后，由抽風機19排出；5)達到要求的涂層厚度后，停止工作；關閉抽風機19，并停止向冷卻氣噴嘴1、冷卻氣環I 7、冷卻氣環118、冷卻氣環II19和冷卻氣環IVlO內通冷卻空氣。通過下述實驗來說明本發明裝置的顯著效果對內徑Φ 150mm、高200mm、壁厚5mm的試驗件內壁噴涂Ni45+15% Mo涂層，使內孔噴槍11垂直上下連續往返噴涂2次。當不使用本發明的裝置進行噴涂時，試驗件的溫度從室溫升高到了 240°C ；當使用本發明的裝置改善噴涂環境后，試驗件的溫度僅從室溫升高到 7 150°c，降低了 900C O目測涂層表面的污染情況，未使用本發明的裝置時，涂層呈黃褐色，表面粉塵和煙塵污染嚴重，并粘有浮塵；使用本發明的裝置后，涂層呈灰白色，與外圓噴涂的顏色差不多， 表面沒有明顯的煙塵。圖3和圖4為采用本發明排塵、防塵、冷卻裝置前后涂層的截面形貌。如圖3所示， 未使用本發明的裝置時可以觀察到，涂層內部的層狀結構界面明顯，說明涂層氧化嚴重，每一遍噴涂的涂層表面都被氧化，致使層狀結構邊界顏色發深。還可以觀察到在層狀結構搭接邊緣存在較多的夾雜物和未熔顆粒，以及較大尺寸的微觀孔洞和大量的微觀裂紋，說明涂層的污染較為嚴重，每一遍噴涂后，在涂層表面都會粘附上大量粉塵，再次噴涂后粉塵被夾在兩層涂層之間成為夾雜物和未熔顆粒，這些顆粒周圍的氣體在短時間內無法排除，形成氣孔，并在界面氧化物、殘余應力等的作用下進一步擴展形成裂紋和較大的微觀孔洞。如圖4所示，使用本發明的裝置后可以觀察到，從涂層截面形貌中看不到明顯的未熔顆粒、夾雜物和微觀裂紋，涂層內部的層狀結構界面不明顯，說明粉塵污染減小，涂層質量得到改
口 ο最后應當說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本發明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種內孔等離子噴涂的排塵、防塵、冷卻裝置，該裝置包括抽風隔塵筒(觀)、抽風機 (19)、冷卻氣噴嘴(17)和冷卻氣環1(7)和支架(4)，其特征在于所述抽風隔塵筒08)呈上端封閉、下端開口的筒形，位于其上部一側的圓筒(3 通過鋁箔軟管0 與抽風機(19)相連通；伸入到抽風隔塵筒08)內部的內孔噴槍(11)與抽風隔塵筒一起固定于升降機構的橫臂(1)上，通過升降機構帶動內孔噴槍和抽風隔塵筒做垂直上下運動、并對固定于旋轉機構上的內孔工件的內壁進行噴涂；所述固定于圓筒(27)上的冷卻氣噴嘴(17)在外部對內孔噴槍噴射在內孔工件內壁上的射流斑點進行局部降溫；所述套在抽風隔塵筒外部的冷卻氣環I (7)通過支架固定于升降機構的立柱(3) 上，所述內孔工件與抽風隔塵筒之間留有間隙，通過冷卻氣環I上開設的開孔向該間隙內吹冷卻氣，以實現對內孔工件的冷卻和防塵。
2.如權利要求1所述的內孔等離子噴涂的排塵、防塵、冷卻裝置，其特征在于所述抽風隔塵筒08)的下部、與內孔噴槍(11)的射流方向相對的部位開有一圓孔(14)，從內孔噴槍(11)噴射出的射流通過該圓孔(14)對內孔工件的內壁進行噴涂。
3.如權利要求1所述的內孔等離子噴涂的排塵、防塵、冷卻裝置，其特征在于所述圓孔(14)的直徑為50 70mm。
4.如權利要求1所述的內孔等離子噴涂的排塵、防塵、冷卻裝置，其特征在于所述支架⑷由銅管組成，所述支架的銅管與冷卻氣環1(7)相連通，從支架銅管的開口端向冷卻氣環I中通入冷卻氣；所述冷卻氣環I上的開孔方向向下、并向內傾斜30 60°。
5.如權利要求3所述的內孔等離子噴涂的排塵、防塵、冷卻裝置，其特征在于所述冷卻氣環I⑵距離內孔工件上邊緣為5 20mm。
6.如權利要求1、4、5任一所述的內孔等離子噴涂的排塵、防塵、冷卻裝置，其特征在于所述內孔工件的外部套設有固定于支架(4)上的冷卻氣環II (8)、冷卻氣環 111(9)和冷卻氣環IV(IO)，上述三個冷卻氣環分別與組成支架的銅管相連通，并且每個冷卻氣環上均開設有用于向內孔工件吹冷卻氣的若干開孔，所有開孔的方向均與內孔工件的外壁相對。
7.如權利要求5所述的內孔等離子噴涂的排塵、防塵、冷卻裝置，其特征在于所述冷卻氣環II (8)、冷卻氣環111(9)和冷卻氣環IV(IO)由上至下均勻固定在內孔工件外部，上述三個冷卻氣環的內徑相等，且內徑均比內孔工件的外徑大10 20mm，所述抽風隔塵筒(28)的外徑比內孔工件(9)的內徑小5 IOmm0
8.如權利要求1所述的內孔等離子噴涂的排塵、防塵、冷卻裝置，其特征在于所述內孔工件通過卡具(13)固定于旋轉機構上，所述卡具(13)為上、下開口的筒形，其側壁上開設有若干圓孔，以便于新鮮空氣進入內孔工件的內部。
9.如權利要求1所述的內孔等離子噴涂排塵、防塵、冷卻裝置，其特征在于所述冷卻氣噴嘴(17)在內孔工件外部吹冷卻氣的部位與內孔噴槍(11)噴射在內孔工件內壁上的射流斑點處相對應。
10.如權利要求1或8所述的內孔等離子噴涂排塵、防塵、冷卻裝置，其特征在于所述冷卻氣噴嘴(17)固定于冷卻氣噴嘴延長桿05)的下端，并通過懸掛組件III (24)將冷卻氣噴嘴延長桿05)固定于抽風隔塵筒的圓筒(32)或橫臂(1)上，從冷卻氣噴嘴延長桿的上端通入冷卻氣，以實現冷卻氣噴嘴在外部對內孔工件內壁上的射流斑點處的局部降溫。
全文摘要
本發明提出一種內孔等離子噴涂的排塵、防塵、冷卻裝置，該裝置包括抽風隔塵筒、抽風機、冷卻氣噴嘴、冷卻氣環I和支架，設在抽風隔塵筒上部一側的圓筒通過鋁箔軟管與抽風機相連通；通過升降機構帶動內孔噴槍和抽風隔塵筒做垂直上下運動、并對固定于旋轉機構上的內孔工件的內壁進行噴涂；通過固定于圓筒上的冷卻氣噴嘴在外部對內孔噴槍噴射在內孔工件內壁上的射流斑點進行局部降溫；通過冷卻氣環I上開設的開孔向該間隙內吹冷卻氣，實現對內孔工件的冷卻和防塵。該裝置可以有效的降低內孔噴涂過程中內孔噴槍和內孔工件的溫度，保證了內孔噴槍長時間工作的可靠性，減小了內孔工件內壁上的涂層熱應力，并降低了內孔工件中的氣流干擾及粉塵污染。
文檔編號C23C4/12GK102443754SQ201110268940
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月13日 優先權日2011年9月13日
發明者劉明, 王海軍 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學院