专利名称：扇形喷射热喷射枪的制作方法
技术领域：
本发明涉及热喷射枪，特别涉及一种能进行扇形喷射的热喷射枪。
热喷射，也称作火焰喷射，包括将例如金属或陶瓷之类可加热熔化的材料加热软化，和将经软化的微粒状材料喷涂到需要涂复的表面上。热态的微粒撞击在欲涂复表面上急剧冷却并粘结于表面。一种常用的热喷射枪用于同时对微粒进行加热和喷射。有一类热喷射枪，其可加热熔化的材料是以粉末状供入喷射枪的。这种粉末通常所包含的微粒的尺寸在100目-美国标准筛子尺寸(149微米)与约2微米之间。
在某些情况下，非常需要一种能产生较大宽度的扇形喷射流的热喷射枪。其目的是迅速进行大面积喷涂并使在采用常规集中喷射流操作时可能产生的涂层厚度的起伏降至最小。扇形喷射对于在大面积上喷涂耐腐蚀涂层尤其有用，涂层可以是例如锌、铝或塑料。另一种大面积喷涂的应用场合是对海水中的桩材和船体喷涂防污涂层。偏巧这些涂层材料的熔点都相当低，所以对热喷射枪来说既要产生足以使被喷射粉末材料软化或熔化的热量又不致使其发生氧化或变质是十分重要的。
现在已有几种能进行扇形喷射的粉末热喷射枪。例如，Matsuo的美国专利No.4，192，460揭示了一种在两纵排平行的火焰喷嘴之间装有一纵排喷射粉末的孔的热喷射枪。这种热喷射枪能产生宽的喷射流，但过于笨重，因而效率很低，且涂层也不象所预期的那样均匀。
Marantz的美国专利No.2，741，508提出了一种带有一槽形喷孔的加宽喷嘴，用于将粉末经长圆状火焰出口环喷出。这种喷嘴与一个向喷嘴供应粉末的简单管状组件相连接。这种喷枪从本身结构上讲就不可能产生很宽的扇形喷射流，也不能提供既要使粉末有效熔化又不致使其过热的温度控制。
Svrcheketal在美国专利No.3，028，257中提出，将几个完整的喷枪头组合在一起，用于向宽大的表面喷涂树脂。这也同样太笨重，并且很容易造成涂层厚度参差不均。
本发明的一个目的是提供一种能产生扇形喷射流的新颖的热喷射枪。本发明的另一个目的是提供一种能高效而又均匀地对大面积表面进行喷涂的热喷射枪。本发明的再一个目的是提供一种能产生扇状喷射流的紧凑的热喷射枪的新颖结构。本发明还有一个目的，就是提供一种能够对所喷射的粉末的加热进行控制的扇形喷射热喷射枪。
上述目的及其他目的可以由一个能喷射扇形喷射流的热喷射枪达到，该热喷射枪包括产生第一扇形火焰的第一火焰装置和产生第二扇形火焰的、与第一火焰平行间隔并靠近得足以使第一火焰和第二火焰混合成一合成扇形火焰的第二火焰装置。粉末分散装置将由载体气流所携带的可加热熔化的粉末分散成一平行于并位于第一和第二火焰之间的扇形粉末喷射流，这样使粉末被卷入合成火焰。该粉末分散装置包括接收载有粉末的载体气流并将其分成第一气流和第二气流的分离装置，和一个位于第一火焰装置与第二火焰装置之间的枪体。该枪体有一个接收第一载体气流的第一粉末通道，和一个接收第二载体气流的第二粉末通道，以及一扇形粉末腔室，该扇形粉末腔室具有一由位于第一火焰与第二火焰之间的枪体向前开口的开口边和一与开口边相对的顶点。第一粉末通道和第二粉末通道的末端均沿一垂直于扇形腔室的公共轴线与该腔室的顶点相通。这样就使第一载体气流和第二载体气流互相撞击而混成合成粉末流，经扇形粉末腔室分散成扇形粉末喷射流。
该热喷射枪最好还包括将例如空气之类的辅助气体以第一扇形气流和第二扇形气流的形式引入合成火焰的气体装置。第一扇形气流引到第一火焰与扇形粉末喷射流之间，而第二扇形气流引到第二火焰与扇形粉末喷射流之间。这些扇形气流也可由枪体来产生，这时枪体应有一个第一扇形气体腔室，该腔室有一个从第一火焰与粉末喷射流之间的枪体向前开口的第一气体喷射开口边和一个与第一气体开口边相对的第一气体顶点。该枪体还应有第二扇形气体腔室，该腔室有一个从第二火焰与粉末喷射流之间的枪体向前开口的第二气体喷射开口边和一个与第二气体开口边相对的第二气体顶点。第一和第二气体腔室的顶点都与一压缩空气源相通。
根据最佳实施例，枪体由多个片状零件相叠而成，它们共同构成了扇形粉末腔室和第一及第二气体腔室。这些片状零件包括第一和第二内侧平板，第一和第二中间平板，第一和第二密封垫片，以及一弹性垫片。每一密封垫片和弹性垫片都从其前端去掉了一块大体上为三角形的部分。两块内侧平板将弹性垫片夹在当中共同构成扇形粉末腔室。第一内侧平板与第一中间平板将第一密封垫片夹在当中共同构成第一扇形气体腔室，第二内侧平板与第二中间平板将第二密封垫片夹在当中共同构成第二气体腔室。
图1是本发明的一种热喷射枪的透视图;
图2是图1所示喷射枪的俯视图;
图3是图1所示喷射枪的枪体部分侧视图;
图4是沿图3中4-4线取的纵向剖视图;
图5是沿图3中5-5线取的横向剖视图;
图6是沿图3中6-6线取的横向剖视图;
图7是图1所示喷射枪的分配器部分的水平剖视图。
图1表示了本发明的热喷射枪10的总体结构。枪体12可方便地由六块带有开槽、凹槽和孔的平板叠成，这些开槽、凹槽和孔形成了下文详细说明的气体和粉末的流动通道和腔室。一空气分配器14安装在枪体12后部的一侧。该空气分配器经一与压缩空气源18(示意表示)连接的供气管16获取压缩空气。流入枪体的空气用一位于分配器14一侧的调节旋钮20来选择计量。空气还被送入一安装在枪体12和分配器14顶部的混合器22内。
混合器22经一带有一计量阀26的燃气管24从可燃气源28(示意表示)获取可燃气体。在混合器22中，来自分配器14的空气由第二调节旋钮30控制并与可燃气混合。空气-可燃气混合物经管32引出混合器22，管32与“T”形接头34连接，从而将混合气体分成两股气流分别进入弯曲管36和36′，弯曲管36和36′又将气流引导到分别位于带有燃烧器部件40和40′的火焰装置两侧的气体接头38和38′(图中后者被遮住)。上述的燃烧器安装在枪体12前端的两侧。(这里和权利要求中提到的“前端”和“前面的”均指喷射枪喷出火焰和喷涂材料的那一端;“后面”是指枪的另一端。)由空气之类的载体携带的粉末从一通常的粉末加料器44经软管42输送到一安装在枪体12后部的分离器46。
一手柄48和/或一机械安装柱(图中未画)安装在枪体12的底部。可用一个由金属板制成的防护罩50罩住枪的前端;图1中为了能看清枪的各部分，防护罩50以虚线表示。该喷枪一般可用黄铜、紫铜和/或铝或其他类似的金属材料制成，各平板和其他各部件之间垫入通常的密封垫片材料(例如纸类)。螺钉等紧固件都是普通的，在此为简明起见均省略了。
图2是热喷射枪10的俯视图，具体表示了燃烧系统。混合器22中的一空气通道52从由调节旋钮30控制的计量阀54延伸至从管24引来的一可燃气通道56。空气和可燃气在通道56中混合，混合气体再被引到“T”形接头34，分两路进一步分别经管36和36′、气体接头38和38′分别流入燃烧器40和40′内部的集气管58和58′。集气管向前开口与大气相通，其纵向开口60和60′垂直延伸过燃烧器的前端。燃烧器40和40′的火焰保持器62和62′的结构为一根垂直延伸的直金属丝64和64′，其长度与集气管开口对应，金属丝周围套有金属丝网66和66′，这样，每个火焰保持器62和62′大体上挡住每个集气管开口的整个宽度。正如从图1可见，燃烧器40和40′是梯形的，其长边68(梯形下底边)位于前端。因此，从前端喷出的火焰70和70′(见图2)是以垂直取向的扇形扁平火焰的形状吹出的。这两股火焰互相平行，并且，尽管隔开于枪体两侧，但它们互相十分靠近，以至足以混合成一个离枪口的前端只有一小段距离的合成扇形火焰72。
这里所述的混合器和燃烧器对采用丙烷之类的可燃气体尤其适用，而且适用于例如锌或热塑性树脂粉末之类的低熔点材料的热喷涂。为了产生用于喷射其他材料的类似扇形火焰，可以用一般的方法构成其他的集气管和燃烧器。例如，氧乙炔可用于喷射熔点较高的热喷射金属和陶瓷，在这种情况下，混合器和燃烧器必须更改，以便在枪体两侧相应地产生出扇形的氧乙炔火焰。
图2还表示了片状零件相叠的方便结构，这种结构包括六块彼此之间隔有垫片的平板。外侧平板74和74′的前端是平的，中间平板76和76′和内侧平板78和78′由俯视方向依次加长并带有斜角，从而形成了枪的尖棱，但其尖端被略微弄平了一些。这些平板由例如1/8英寸(0.32厘米)厚的金属片制成。
图3是枪体12的侧视图，其中用虚线表示了各通道和腔室。先参见纵向剖视图4，粉末载体通过连接于分离器46的进口80处的管子42进入，并被分成分别进入通道82和82′内的第一和第二两股气流。这两个通道与枪体内的两个纵向通道84和84′相通(见图3、4和5)。这些纵向通道分别由中间平板76和76′上的槽所构成，并分别终止于从平板76和76′穿过内侧平板78和78′的横向粉末通道86和86′(见图3、4和6)。
参见图4，内侧平板78和78′之间夹入了一层用例如聚四氟乙烯之类的塑料那样的既坚固又具有弹性的材料制成的垫片88作为密封衬垫。枪体垫片88的前端被去掉了一块大体呈三角形的部分，以此在枪体两内侧平板之间，亦即在枪的垂向中央形成一个扇形腔室90。该腔室的边界在图3中以虚线表示。为了适应这一扇形腔室及其他还要说明的其他腔室，构成枪体的各平板的前端向外加宽。扇形腔室的开口边92开向枪体的前端，与开口边92相对的顶点位于该腔室与粉末通道86和86′的连接点94处。塑料垫片88压缩后的厚度，亦即扇形腔室的厚度应该在大约0.8到1.5毫米之间，而且最好在0.8到1.0毫米之间。横向通道86和86′的直径可以是例如2.8毫米。
本发明的横向粉末通道86和86′有一垂直于扇形腔室90的公共轴线96(见图6)，因此，第一和第二股粉末载体气流就在顶点处互相冲撞。由于存在粉末自身的冲撞，它们对枪体各零件的磨损也就相应降低了，而且还有效地分散了粉末。合成后的粉末流经扇形腔室90喷射出去，在第一和第二股火焰之间形成扇形的粉末流98(见图2)。扇形粉末流被卷入合成火焰72并被加热软化或熔化，最后被喷到工件表面上形成涂层。扇形喷射可一次扫过工件上很宽的区域，因此，尤其适用于大面积喷涂。
粉末在粉末通道84和84′与分别相连的横向通道86和86′的相交点处的直角转弯会引起转弯处的磨损，但只要通过将纵向粉末通道84和84′的长度延伸超过其与横向通道86和86′的相交点大约1或2个通道84和84′的宽度的距离(图上未画)，这种磨损即可基本消除。延伸段内将会填满粉末，这些粉末将会吸收后续粉末转弯时的正面冲击力。
就喷射低熔点材料而言，最好在喷射气流中加入例如附加空气或其他不燃气体(例如惰性气体)之类的辅助气体。相反，就高喷射速率或高熔点材料而言，可能需要附加的加热，在这种情况下，所述的辅助气体可以是可燃气体。下列说明以空气为例，但换用其他气体也是可行的。
参见图7，分配器14通过管16和进口空气通道98将压缩空气引到一空气腔室100。调节旋钮20上的可调计量阀102对进入枪体12的外侧平板74上的进口槽104(见图4)的空气进行计量(空气同时也从腔室100向上进入混合器22用于前述的目的)。如果采用的气体不是空气，或者是由氧气助燃，则采用分开的进口系统来取代分配器。
参见图3，槽104通过两个短孔106和106′将空气引入在枪体纵向延伸的两个相当大的空气通道108和108′。这两个通道由外侧平板74和74′上的凹槽和其他各板上与之对准的槽共同构成，这从图5和6也可以看出。各平板之间的开有相应槽的垫片，包括中央塑料垫片88，保证了各腔室以及粉末通道84和84′，86和86′之间的密封。一对朝向枪体12前端的垂直通道110和110′(见图3和4)分别与空气通道108和108′连通。位于中间平板76和76′与各自相邻的内侧平板78和78′之间的密封垫片112和112′分别被去掉一块大体呈三角形的部分，以此，在枪体的前部分别形成了第一和第二扇形空气腔室114和114′，腔室114的边界在图3中由虚线表示。
腔室114和114′分别有从枪体12的前端向外开口的第一和第二空气喷射开口边116和116′。腔室114和114′还分别有与开口边相对的第一和第二两个顶点118和118′。第一斜孔120将来自一个垂直通道110的压缩空气在第一顶点118附近引入第一腔室114，而第二斜孔120′将来自另一垂直通道110′的压缩空气在第二顶点附近引入第二腔室114′。扇形空气腔室114和114′应该是相当薄，例如，大约在0.4到0.8毫米之间，最好是0.4到0.5毫米之间，这样可以产生相当高速的喷射空气层。通向扇形腔室的孔120和120′的直径为例如2.8毫米，并以锥孔形式扩大至直径为15.9毫米的开口122和122′。
这样，在第一火焰与扇形粉末喷射流之间和第二火焰与扇形粉末喷射流之间就分别引入了第一和第二扇形压缩空气(或其他气体)流。这些空气流使粉末喷射流产生一定的加速度，同时还被卷入合成火焰，当加热敏感材料时对火焰进行冷却。这种空气流是可调节的，以此可控制火焰对粉末的合成加热作用，从而保证使粉末受热软化但又不致过热。
为了将更多的空气引入喷射流，可事先设置一种结构。这可由下列措施实现，在将燃烧器40和40′安装到枪体上去时先垫入隔块124(见图2)，于是在每一个燃烧器与枪体之间形成一个槽126，这样就能通过该槽抽吸空气了。
下面是对本发明的上述热喷射枪进行实际应用的几个例子。
例1.
一种-67+38微米的粉末混合物，其中有50%体积百分数的铜和50%的环氧树脂，将这种粉末喷涂在玻璃钢艇的底部，用于防止其浸入海水的部分产生污垢。喷射参数如下丙烷，压力3.3巴，流量1.6升/分;混有丙烷的空气，压力3.3巴，流量32升/分;辅助空气，压力3.3巴，流量约40升/分;喷射速率7公斤/小时，喷射距离10至15厘米。环氧树脂加热软化至足以将实际上未熔化的铜粉包容起来形成涂层。沉积效率为80-90%，所获得的均匀涂层厚度为0.3毫米。
例2.
将一种与例1中类似尺寸的锌粉末喷涂到一大型钢结构上，用以防止腐蚀。喷射参数与例1中的类似，只是丙烷气流量增加到2.0升/分，混合空气流量增加到45升/分，同时取消了辅助空气，以强化加热量使锌粉熔化。所获得的耐腐蚀均匀涂层的厚度约为0.15毫米。
例3.
一种与上述的喷枪相类似的喷枪，不过它装有两排氧乙炔喷嘴，用于替代丙烷燃烧器。采用与例1相似的辅助空气;乙炔气流，压力为1巴，流量为15升/分;氧气为2巴和28升/分，将铝粉喷涂到一钢结构上。所获得的结果与例2的结果相似。
虽然结合几个特定实施例详细说明了本发明，但按照本发明的精神和权利要求范围，各种变化和改型对本领域的技术人员而言都是显而易见的。因此，本发明的保护范围只能由权利要求或与之雷同的东西来限定。
权利要求
1.一种喷射扇形喷射流的热喷射枪，其特征在于包括产生第一扇形火焰的第一火焰装置，产生第二扇形火焰的、与第一火焰平行间隔并靠近得足以使第一火焰和第二火焰混合成一合成扇形火焰的第二火焰装置，和将由载体气流所携带的可加热熔化的粉末分散成一平行于并位于第一火焰与第二火焰之间的扇形粉末喷射流从而使粉末卷入合成火焰的粉末分散装置，该粉末分散装置包括能接收携带粉末的载体气流并将其分成第一和第二载体气流的分离装置，和一个位于第一和第二火焰装置之间的枪体，该枪体有一个能接收第一载体气流的第一粉末通道和一个能接收第二载体气流的第二粉末通道，和一扇形粉末腔室，该腔室有一个从位于第一火焰与第二火焰之间的枪体向前开口的开口边和一个与开口边相对的顶点，第一粉末通道和第二粉末通道的末端都沿一垂直于扇形粉末腔室的公共轴线与该腔室的顶点相通，这样就使第一载体气流和第二载体气流互相冲撞而混合成合成粉末流，经扇形粉末腔室分散成扇形粉末喷射流。
2.如权利要求1所述的热喷射枪，其特征在于，所述的枪体包括一对平板和一个前端去掉一块大体上呈三角形的部分的弹性垫片，两平板将弹性垫片夹在中间并共同构成了一个与去掉的三角形部分相对应的扇形粉末腔室。
3.如权利要求1所述的热喷射枪，其特征在于，所述的热喷射枪还包括将辅助气体以第一扇形气流和第二扇形气流的形式引入合成火焰的辅助气体装置，第一扇形气流被引到第一火焰与扇形粉末喷射流之间，第二扇形气流被引到第二火焰与扇形粉末喷射流之间。
4.如权利要求3所述的热喷射枪，其特征在于，气体装置包括有一个第一扇形气体腔室的枪体部分，该第一扇形气体腔室有一从第一火焰与粉末喷射流之间的枪体向前开口的第一气体喷射开口边和一个与第一气体开口边相对的第一气体顶点;气体装置还包括有一个第二扇形气体腔室的枪体部分，该第二扇形气体腔室有一从第二火焰与粉末喷射流之间的枪体向前开口的第二气体喷射开口边和一个与第二气体开口边相对的第二气体顶点，第一和第二气体顶点均与一压缩空气气源相通。
5.如权利要求4所述的热喷射枪，其特征在于，第一火焰装置包括一安装在枪体上的第一燃烧器部件，枪体和燃烧器之间有第一间隔;第二火焰装置包括一安装在枪体上的第二燃烧器部件，它们之间有第二间隔，因此，第一和第二扇形气流可分别从第一和第二间隔卷带空气。
6.如权利要求4所述的热喷射枪，其特征在于，枪体包括多个片状零件，它们共同构成扇形粉末腔室和第一及第二气体腔室。
7.如权利要求6所述的热喷射枪，其特征在于，多个片状零件包括第一和第二内侧平板，第一和第二中间平板，第一和第二密封垫片，和一弹性垫片，密封垫片和弹性垫片的每一块均从其前端去掉了一块大体上为三角形的部分，内侧平板将弹性垫片夹在当中并共同构成一扇形粉末腔室，第一内侧平板与第一中间平板将第一密封垫片夹在当中并共同构成第一扇形气体腔室，第二内侧平板与第二中间平板将第二密封垫片夹在当中并共同构成第二气体腔室。
8.如权利要求7所述的热喷射枪，其特征在于，多个片状零件还包括第一和第二外侧平板，它们分别安装在第一和第二中间平板的外侧，并与中间平板形成密封结构，这些片状零件内有第一和第二粉末通道和气体通道，气体通道可接收压缩空气并与第一和第二气体腔室连通。
9.如权利要求3所述的热喷射枪，其特征在于，所述的热喷射枪还包括用于分别调整第一和第二气流的流量的计量装置。
全文摘要
一种扇形喷射热喷射枪，包括位于枪体两侧的第一和第二燃烧器枪体中央有一扇形粉末腔室，该腔室有一从枪体向前开口的开口边和一与开口边相对的顶点；枪体内有第一和第二两粉末通道、其末端与粉末腔室顶点相通在第一和第二燃烧器与粉末腔室之间分别有第一和第二扇形气体腔室。本喷射枪可喷涂加热熔化或软化的材料。
文档编号B05B7/20GK1034869SQ89100599
公开日1989年8月23日 申请日期1989年1月30日 优先权日1988年2月4日
发明者马克·F·斯保丁, 理查德·A·高赫林 申请人:珀金·埃尔默公司