CN115814975A - 一种冷喷涂枪 - Google Patents

Abstract

一种冷喷涂枪，包括有喷管和粉料筒，喷管具有气体入口和气体出口，粉料筒套设在喷管侧壁的外周，并沿喷管的第一轴向延伸，粉料筒的内周壁与喷管的侧壁之间形成有环形的粉料腔，且粉料筒之靠近气体出口的端部设有粉料出口；沿气体流动方向，粉料出口位于喷管之气体出口的下游，并与气体出口相对；还包括有滤筒，设于粉料筒之粉料出口、喷管之气体出口之间，并沿第一轴向延伸，滤筒的第一端部与喷管之气体出口相对并相连通，滤筒的第二端部与粉料筒之粉料出口相对并相连通，滤筒的筒壁与粉料腔相对，并间隔分布有多个贯穿壁厚的第一滤孔，从而使得粉料腔内的粉料能通过第一滤孔进入滤筒内。与现有技术相比，本发明能避免粉料大量涌入喷管出口。

Description

一种冷喷涂枪

技术领域

本发明属于材料表面喷涂技术领域，具体涉及一种冷喷涂枪。

背景技术

冷喷涂全名为冷空气动力学喷涂(Cold Gas Dynamic Spray，简称GCDS)。冷喷涂***主要包括有高压气源、喷枪***、气体温度控制***、送粉***、气体调节***以及粉末回收***。冷喷涂技术是以高压气体(氮气、氦气或压缩空气)为载体，通过拉瓦尔(Laval)喷管使粉料颗粒加速到300～1200m/s，在固态下高速撞击基体表面，通过高速气流带动粉料颗粒发生“绝热剪切失稳”引起粉料塑性变形而形成涂层，形成的涂层具有高密度、低孔隙率、无氧化、使导热性和导电性最大化等优势，从而在航空航天、汽车工业等行业得到了广泛的应用。

冷喷涂采用的拉瓦尔喷管也称为超音速喷管，沿着气流的流动方向，拉瓦尔喷管前半部分的内径逐渐缩小而形成收缩段，后半部分的内径逐渐增大而形成扩张段，收缩段与扩张段的衔接处形成一个窄喉。进口处的气体受高压流入喷管的前半部分，穿过窄喉后由后半部逸出。这一结构可使气流的速度因喷截面积的变化而变化，使气流从亚音速到音速，直至加速至超音速。超音速下气流中的粉料颗粒会沉积在基体表面形成涂层。但超音速下，当气流与粉料颗粒从拉瓦尔喷管的喷口喷出后，它们会迅速发散，导致喷涂的精度下降。

为此，专利号为201822205131.X的实用新型专利《一种高速激光喷涂装置》(授权公告号为CN209722309U)公开了一种高速激光喷涂装置，包括激光腔管、喷嘴、活动挡料圈和保护气嘴，激光腔管的左部连接有高压气管，激光腔管的内腔右部螺纹连接有喷嘴，连接套的侧壁内部设有送粉管，连接套的内侧壁螺纹连接有保护气嘴，活动挡料圈与喷嘴的外侧壁之间设有第一环形类锥状空隙，保护气嘴与活动挡料圈之间具有第二环形锥状空隙，保护气嘴的侧壁内部设有保护气管，第二环形锥状空隙与保护气管相连通，连接套的内侧壁右部设有卡槽，所述卡槽内卡接有卡簧。如此，保护气体在喷涂喷运动路径外侧形成一圈保护气帘，有效防止喷涂粉末发生外溅。且通过调节活动挡料圈与连接套的螺纹紧合度，调节第一环形类锥状或锥状空隙的大小，从而控制喷涂粉流量；通过调节保护气嘴与活动挡料圈及连接套的螺纹紧合度，调节第二环形锥状空隙的大小，从而控制保护气体气压。

上述实用新型专利中虽然能通过调节活动挡料圈来控制喷涂粉流量，但仍存在大量的粉料颗粒一起涌入喷管出口，造成粉料颗粒拥堵，从而影响喷枪正常工作的问题。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种冷喷涂枪，以避免粉料大量涌入喷管出口。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种冷喷涂枪，以促使粉料腔内的粉料向喷管出口流动。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种冷喷涂枪，包括有：

喷管，具有气体入口和气体出口，沿气体流动方向，所述气体入口位于气体出口的上游，并记喷管的长度方向为第一轴向，围绕该第一轴向的方向为第一周向；

粉料筒，套设在喷管侧壁的外周，并沿上述第一轴向延伸，所述粉料筒的内周壁与喷管的侧壁之间形成有环形的粉料腔，且所述粉料筒之靠近气体出口的端部设有粉料出口；

其特征在于：

沿气体流动方向，所述粉料出口位于上述喷管之气体出口的下游，并与气体出口相对；

所述冷喷涂枪还包括有：

滤筒，设于上述粉料筒之粉料出口、喷管之气体出口之间，并沿上述第一轴向延伸，所述滤筒的第一端部与喷管之气体出口相对并相连通，所述滤筒的第二端部与粉料筒之粉料出口相对并相连通，所述滤筒的筒壁与上述粉料腔相对，滤筒的筒壁间隔分布有多个贯穿壁厚的第一滤孔，从而使得粉料腔内的粉料能通过第一滤孔进入滤筒内。

如此，从喷管之气体出口处喷射出的高速气流能沿第一轴向穿过滤筒，这一过程中，滤筒内部会产生负压，使得粉料腔内的粉料在负压作用下通过第一滤孔而进入滤筒内，并随着高速气流一起射出。本发明中滤筒的设置能拦截一部分的粉料，使得粉料均匀地进入滤筒内，从而避免粉料大量涌入而造成喷涂枪出口堵塞的问题。

优选地，所述第一滤孔均布在滤筒的筒壁上。

优选地，所述粉料筒之粉料出口的口径大于喷管之气体出口的口径；所述滤筒在第一轴向上的长度大于粉料筒之粉料出口的口径。从而使得粉料能顺畅地进入滤筒内，并从粉料筒之粉料出口排出。

在上述各方案中，粉料腔内靠近滤筒位置的粉料能在负压作用下流向滤筒，而远离滤筒位置的粉料可能出现堆积、停滞不前的问题，故而，为进一步解决上述第二个技术问题，优选地，还包括有沿上述第一轴向延伸的滚筒，以能沿上述第一周向转动的方式套设在上述喷管侧壁的外周，并位于粉料腔内，将粉料腔分隔为环形的位于喷管侧壁外周、滚筒内的第一腔室以及位于滚筒外的环形的第二腔室，所述第二腔室之靠近气体入口的端部设有气体进口；

所述第二腔室内设有与滚筒相连、围绕着滚筒外周壁并沿第一轴向螺旋延伸的第二叶片，所述第二叶片被布置成在由气体进口输入的气流作用下能带动滚筒转动；

同时，所述第一腔室内设有围绕着喷管侧壁并沿第一轴向螺旋延伸的第一叶片，在滚筒转动的状态下，所述第一叶片被布置成能带动第一腔室内的粉料流向粉料出口。

从而，粉料能在第一叶片的推动下向滤筒流动。

同时，本发明中第二叶片的设置能产生螺旋气流，螺旋气流在一定程度上能促进粉料的流动。

优选地，所述第一叶片的螺旋方向与第二叶片的螺旋方向相反。

为防止大量的粉末涌向滤筒，优选地，所述第一腔室之靠近粉料出口的端部设有滤板，所述滤板的板面与第一腔室相对，并间隔分布有多个贯穿板厚的第二滤孔。

第二滤孔的孔径可根据粉末颗粒的粒径以及送粉速度进行设计。

优选地，所述滤板至少有两块，分别为第一滤板、第二滤板，两者板面相对并沿第一轴向排布，且所述第一滤板与滚筒相连，并能随滚筒转动，所述第二滤板设于第一滤板的下游，并相对固定在粉料腔内。如此，转动的第一滤板与固定的第二滤板之间的配合，有利于粉料穿过滤板，避免粉料堆积在滤板上游位置。

优选地，所述第二滤板上的第二滤孔呈圆形，并均布在第二滤板上；

所述第一滤板上的多个第二滤孔沿上述第一周向间隔布置，并整体呈螺旋的叶片状，且螺旋方向与上述第一叶片的螺旋方向一致。从而能进一步促进粉料穿过滤板。

优选地，沿气体流动方向，所述喷管具有依次相连通的进气段、收缩段和扩张段，所述进气段沿上述第一轴向延伸，进气段的端口即为上述喷管的气体入口，所述收缩段之横截面上的流通面积沿气体流动方向逐渐缩小，所述扩张段之横截面上的流通面积沿气体流动方向逐渐增大，扩张段的端口即为上述喷管的气体出口；

沿粉料流动方向，所述粉料腔具有依次相连通的上游部分、下游部分，所述上游部分对应上述喷管的进气段设置，以供上述滚筒设置在其中，所述下游部分对应上述喷管的收缩段、扩张段设置。如此，第二叶片旋转产生的螺旋气流能促进下游部分的粉料向滤筒流动。

在上述各方案中，为提高喷涂的精度，优选地，还包括有保护筒，套设在上述粉料筒的外周，并沿上述第一轴向延伸，所述保护筒的内周壁与粉料筒的外周壁相对并形成有环形的保护腔，所述保护腔之靠近气体入口的端部设有供保护气体输入的保护气进口，所述保护腔之靠近气体出口的端部设有供保护气体输出的保护气出口，所述保护气出口位于上述粉料腔之粉料出口的***。

如此，本发明能通过最外层的气流保护作用，对出口气体射流进行约束，在喷涂过程中可以有效减小气固混合物的发散面积，提升了冷喷涂的精度，也降低了粉料由于发散而产生的损耗。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过将粉料出口位于上述喷管之气体出口的下游，并与气体出口相对，并在粉料筒之粉料出口、喷管之气体出口之间增设滤筒，滤筒的第一端部与喷管之气体出口相对并相连通，滤筒的第二端部与粉料筒之粉料出口相对并相连通，滤筒的筒壁与上述粉料腔相对，并间隔分布有多个贯穿壁厚的第一滤孔，从而，从喷管之气体出口处喷射出的高速气流能沿第一轴向穿过滤筒，这一过程中，滤筒内部会产生负压，使得粉料腔内的粉料在负压作用下通过第一滤孔而进入滤筒内，并随着高速气流一起射出。且本发明中滤筒的设置能拦截一部分的粉料，使得粉料均匀地进入滤筒内，从而避免粉料大量涌入而造成喷涂枪出口堵塞的问题。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例另一视角下的结构示意图；

图3为本发明实施例的纵向剖视图；

图4为本发明实施例的立体分解图；

图5为本发明实施例中滚筒的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1～5所示，为本发明的一种冷喷涂枪的一个优选实施例，该冷喷涂枪包括有喷管1、粉料筒2、滤筒3、滚筒4、滤板5和保护筒6。

记喷管1的长度方向为第一轴向，围绕该第一轴向的方向为第一周向。沿气体流动方向，喷管1具有依次相连通的进气段11、收缩段12和扩张段13，进气段11沿上述第一轴向延伸，进气段11的端口即为喷管1的气体入口1a，收缩段12之横截面上的流通面积沿气体流动方向逐渐缩小，扩张段13之横截面上的流通面积沿气体流动方向逐渐增大，扩张段13的端口即为喷管1的气体出口1b。

上述粉料筒2套设在喷管1侧壁的外周，并沿上述第一轴向延伸，粉料筒2的内周壁与喷管1的侧壁之间形成有环形的粉料腔20。粉料筒2之靠近气体出口1b的端部设有粉料出口2b，粉料筒2之靠近气体入口1a的端部设有粉料入口。沿气体流动方向，粉料出口2b位于喷管1之气体出口1b的下游，并与气体出口1b相对。同时，沿粉料流动方向，粉料腔20具有依次相连通的上游部分23、下游部分24，上游部分23对应上述喷管1的进气段11设置，下游部分24对应上述喷管1的收缩段12、扩张段13设置。同时，本实施例中，粉料筒2由第一轴向上对应上游部分23、下游部分24的两部分结构连接而成，且连接方式为螺纹连接。

上述滤筒3设于粉料筒2之粉料出口2b、喷管1之气体出口1b之间，并沿第一轴向延伸，滤筒3的第一端部与喷管1之气体出口1b相对并相连通，滤筒3的第二端部与粉料筒2之粉料出口2b相对并相连通，滤筒3的筒壁与粉料腔20相对，滤筒3的筒壁等间隔均匀分布有多个贯穿壁厚的第一滤孔30，从而使得粉料腔20内的粉料能通过第一滤孔30进入滤筒3内。本实施例中，粉料筒2之粉料出口2b的口径大于喷管1之气体出口1b的口径；滤筒3在第一轴向上的长度大于粉料筒2之粉料出口2b的口径。

如图3、4、5所示，上述滚筒4沿第一轴向延伸，并以能沿上述第一周向转动的方式套设在喷管1侧壁的外周，并位于粉料腔20之上游部分23内，将粉料腔20之上游部分23分隔为环形的位于喷管1侧壁外周、滚筒4内的第一腔室21以及位于滚筒4外的环形的第二腔室22，第二腔室22之靠近气体入口1a的端部设有气体进口22a；第二腔室22内设有与滚筒4相连、围绕着滚筒4外周壁并沿第一轴向螺旋延伸的第二叶片221，第二叶片221被布置成在由气体进口22a输入的气流作用下能带动滚筒4转动；同时，第一腔室21内设有围绕着喷管1侧壁并沿第一轴向螺旋延伸的第一叶片211，第一叶片211的螺旋方向与第二叶片221的螺旋方向相反，在滚筒4转动的状态下，第一叶片211被布置成能带动第一腔室21内的粉料流向粉料出口2b。

如图3、4所示，上述滤板5设于第一腔室21之靠近粉料出口2b的端部，滤板5的板面与第一腔室21相对，并间隔分布有多个贯穿板厚的第二滤孔50。本实施例中，滤板5有两块，分别为第一滤板51、第二滤板52，两者板面相对并沿第一轴向排布，且第一滤板51与滚筒4相连，并能随滚筒4转动，第二滤板52设于第一滤板51的下游，并相对固定在粉料腔20内。同时，第二滤板52上的第二滤孔50呈圆形，并均布在第二滤板52上；第一滤板51上的多个第二滤孔50沿上述第一周向间隔布置，并整体呈螺旋的叶片状，且螺旋方向与上述第一叶片211的螺旋方向一致。

上述保护筒6套设在粉料筒2的外周，并沿第一轴向延伸，保护筒6的内周壁与粉料筒2的外周壁相对并形成有环形的保护腔60，保护腔60之靠近气体入口1a的端部设有供保护气体输入的保护气进口60a，保护腔60之靠近气体出口1b的端部设有供保护气体输出的保护气出口60b，保护气出口60b位于上述粉料腔20之粉料出口2b的***。同样地，保护筒6由第一轴向上对应上游部分23、下游部分24的两部分结构连接而成，且连接方式为螺纹连接。

本实施例中气体的加速过程为：气体的加速在喷管1内完成，外部的气体通过气体入口1a进入喷管1内，在喷管1之收缩段12、扩张段13之间的喉部达到音速，接着在扩张段13内扩散，直至加速到超音速，在气体出口1b处与滤筒3内的粉料进行混合，然后射出喷枪。

粉料的输送过程为：粉料的输送在粉料腔20内完成，当外部的高压气体通过气体进口22a进入粉料腔20的第二腔室22内时，气体通过吹动第二叶片221来带动滚筒4沿第一周向转动。由于第二叶片221与第一叶片211的旋向相反，当滚筒4以顺时针方向转动时，滚筒4内的第一叶片211会带着粉料逆时针转，当转速达到一定值时，粉料会在离心力和第一叶片211的作用下泵出滚筒4，通过滤板5到达粉料腔20的下游部分24。

当外部气体到达喷管1的收缩段12，根据能量守恒定律可知，在喷管1中气体的压强P、密度ρ和温度T都不断地在减小，速度V不断增加，即气流在喷管1中经历的是降压、降温、加速的膨胀过程。因此在气流到达扩张段13的末端时，设此时的压力为P1，在粉料腔20末端的粉料的压力为P2，由于P1>P2，所以二者之间产生了压力差，根据伯努利方程：

可知在两端不同的压力之下，会使得气体从压力较高的地方流向压力较低的地方。因此在粉料腔20中，气体被进一步的加速。此外由于滚筒4上第二叶片221的作用，粉料腔20中的气体会以螺旋方向向前推动粉料运动，由于粉料的粒径较小，会随着气体进行螺旋运动，而该方式运动的好处是使粉料能更均匀地通过滤筒3，减少在重力的作用下，粉料向下沉积而导致粉料堵塞的风险。最后粉料通过滤筒3与超音速气体混合。

约束气流的过程为：外部气体通过保护气进口60a进入保护腔60内，然后从保护气出口60b排出，排出的保护气体一定程度阻止了从粉料出口2b喷出的气固混合物的扩散，使混合物相对集中的喷出枪口，从而提高喷涂的精度。

Claims (10)

1.一种冷喷涂枪，包括有：

喷管(1)，具有气体入口(1a)和气体出口(1b)，沿气体流动方向，所述气体入口(1a)位于气体出口(1b)的上游，并记喷管(1)的长度方向为第一轴向，围绕该第一轴向的方向为第一周向；

粉料筒(2)，套设在喷管(1)侧壁的外周，并沿上述第一轴向延伸，所述粉料筒(2)的内周壁与喷管(1)的侧壁之间形成有环形的粉料腔(20)，且所述粉料筒(2)之靠近气体出口(1b)的端部设有粉料出口(2b)；

其特征在于：

沿气体流动方向，所述粉料出口(2b)位于上述喷管(1)之气体出口(1b)的下游，并与气体出口(1b)相对；

所述冷喷涂枪还包括有：

滤筒(3)，设于上述粉料筒(2)之粉料出口(2b)、喷管(1)之气体出口(1b)之间，并沿上述第一轴向延伸，所述滤筒(3)的第一端部与喷管(1)之气体出口(1b)相对并相连通，所述滤筒(3)的第二端部与粉料筒(2)之粉料出口(2b)相对并相连通，所述滤筒(3)的筒壁与上述粉料腔(20)相对，滤筒(3)的筒壁间隔分布有多个贯穿壁厚的第一滤孔(30)，从而使得粉料腔(20)内的粉料能通过第一滤孔(30)进入滤筒(3)内。

2.根据权利要求1所述的冷喷涂枪，其特征在于：所述第一滤孔(30)均布在滤筒(3)的筒壁上。

3.根据权利要求1所述的冷喷涂枪，其特征在于：所述粉料筒(2)之粉料出口(2b)的口径大于喷管(1)之气体出口(1b)的口径；所述滤筒(3)在第一轴向上的长度大于粉料筒(2)之粉料出口(2b)的口径。

4.根据权利要求1～3中任一权项所述的冷喷涂枪，其特征在于：还包括有沿上述第一轴向延伸的滚筒(4)，以能沿上述第一周向转动的方式套设在上述喷管(1)侧壁的外周，并位于粉料腔(20)内，将粉料腔(20)分隔为环形的位于喷管(1)侧壁外周、滚筒(4)内的第一腔室(21)以及位于滚筒(4)外的环形的第二腔室(22)，所述第二腔室(22)之靠近气体入口(1a)的端部设有气体进口(22a)；

所述第二腔室(22)内设有与滚筒(4)相连、围绕着滚筒(4)外周壁并沿第一轴向螺旋延伸的第二叶片(221)，所述第二叶片(221)被布置成在由气体进口(22a)输入的气流作用下能带动滚筒(4)转动；

同时，所述第一腔室(21)内设有围绕着喷管(1)侧壁并沿第一轴向螺旋延伸的第一叶片(211)，在滚筒(4)转动的状态下，所述第一叶片(211)被布置成能带动第一腔室(21)内的粉料流向粉料出口(2b)。

5.根据权利要求4所述的冷喷涂枪，其特征在于：所述第一叶片(211)的螺旋方向与第二叶片(221)的螺旋方向相反。

6.根据权利要求4所述的冷喷涂枪，其特征在于：所述第一腔室(21)之靠近粉料出口(2b)的端部设有滤板(5)，所述滤板(5)的板面与第一腔室(21)相对，并间隔分布有多个贯穿板厚的第二滤孔(50)。

7.根据权利要求6所述的冷喷涂枪，其特征在于：所述滤板(5)至少有两块，分别为第一滤板(51)、第二滤板(52)，两者板面相对并沿第一轴向排布，且所述第一滤板(51)与滚筒(4)相连，并能随滚筒(4)转动，所述第二滤板(52)设于第一滤板(51)的下游，并相对固定在粉料腔(20)内。

8.根据权利要求7所述的冷喷涂枪，其特征在于：所述第二滤板(52)上的第二滤孔(50)呈圆形，并均布在第二滤板(52)上；

所述第一滤板(51)上的多个第二滤孔(50)沿上述第一周向间隔布置，并整体呈螺旋的叶片状，且螺旋方向与上述第一叶片的螺旋方向一致。

9.根据权利要求4所述的冷喷涂枪，其特征在于：沿气体流动方向，所述喷管(1)具有依次相连通的进气段(11)、收缩段(12)和扩张段(13)，所述进气段(11)沿上述第一轴向延伸，进气段(11)的端口即为上述喷管(1)的气体入口(1a)，所述收缩段(12)之横截面上的流通面积沿气体流动方向逐渐缩小，所述扩张段(13)之横截面上的流通面积沿气体流动方向逐渐增大，扩张段(13)的端口即为上述喷管(1)的气体出口(1b)；

沿粉料流动方向，所述粉料腔(20)具有依次相连通的上游部分(23)、下游部分(24)，所述上游部分(23)对应上述喷管(1)的进气段(11)设置，以供上述滚筒(4)设置在其中，所述下游部分(24)对应上述喷管(1)的收缩段(12)、扩张段(13)设置。

10.根据权利要求1～3中任一权项所述的冷喷涂枪，其特征在于：还包括有保护筒(6)，套设在上述粉料筒(2)的外周，并沿上述第一轴向延伸，所述保护筒(6)的内周壁与粉料筒(2)的外周壁相对并形成有环形的保护腔(60)，所述保护腔(60)之靠近气体入口(1a)的端部设有供保护气体输入的保护气进口(60a)，所述保护腔(60)之靠近气体出口(1b)的端部设有供保护气体输出的保护气出口(60b)，所述保护气出口(60b)位于上述粉料腔(20)之粉料出口(2b)的***。

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