[发明专利]一种同轴激光复合式水下喷涂装置

说明书

本发明公开一种同轴激光复合式水下喷涂装置，包括喷枪本体和激光器；喷枪本体包括依次连接的主气室、喷枪加速段和局部无水扩张加速头；喷枪本体前端含有使气体二次膨胀加速同时排开局部水环境的局部无水扩张加速头；喷枪本体还包括主气进气口和送粉气送气管口，主气进气口的出口连接在主气室上；送粉气进气口倾斜安装在喷枪加速段上；激光器连接喷枪本体，用于加热喷枪本体中粒子与气体。本发明与采用传统电加热的喷涂装置相比，创新性的利用激光对粒子与气体加热，利于水下环境涂层制备；本发明可用于水下表面修复，表面涂层制备，表面除锈、修复，局部结构性连接等多种方面。

技术领域

本发明属于喷涂装置技术领域，尤其涉及一种水下喷涂装置。

背景技术

能源工业、通讯工业的迅速发展，大量石油输运线路、通讯线路需要穿过海底或水下进行衔接，然而水下管线受到腐蚀性介质长期侵蚀，表面损坏较大气环境下更为严重，另外一些水下设备需要通过表面处理来达到防腐、减轻磨损的效果。如何在水下直接进行高效可靠自动化的表面修复，以完成日益增加的水下油气管道、通讯管线的铺设是迫切需要解决的难题。

冷喷涂(Cold Spraying)作为一种表面处理技术，其原理是以高压气体作为加速介质使喷涂粉末经过加速后进入喷枪，经Laval喷嘴加速，形成超音速气-固两相流，喷涂粒子在固态下高速碰撞基体，经过剧烈的塑性变形而沉积形成涂层。冷喷涂过程的相对低温特点就使得金属颗粒的氧化、分解、相变、晶粒长大等缺陷可完全得到避免，获得与喷涂材料金属成分一致均匀的涂层。但是常规冷喷涂喷枪由于结构、加热原理的限制无法符合水下工作的要求，另外并未见到水下喷涂方面的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同轴激光复合式水下喷涂装置，以解决上述技术问题，以实现水下喷涂。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种同轴激光复合式水下喷涂装置，包括喷枪本体和激光器；喷枪本体包括依次连接的主气室、喷枪加速段和局部无水扩张加速头；喷枪本体前端含有使气体二次膨胀加速同时排开局部水环境的局部无水扩张加速头；喷枪本体还包括主气进气口和送粉气送气管口，主气进气口的出口连接在主气室上；送粉气进气口倾斜安装在喷枪加速段上；激光器连接喷枪本体，用于加热喷枪本体中粒子与气体。

进一步的，局部无水扩张加速头整体为刚性材料，局部无水扩张加速头的前端设有柔性材料制成的局部无水扩张加速头前端；局部无水扩张加速头前端能够与待喷涂基体软接触。

进一步的，送粉气送气管与喷枪本体轴线呈夹角θ，送粉气送气管在喷枪加速段的位置到出口的距离为l；喷涂粒子离开送粉气送气管时包含轴向和径向两个分速度，在高速主气的复合下，粒子径向位移△d必须小于喷枪加速段直径D；θ与喷枪加速段喉部半径r，出口直径D，送粉管到出口距离l，喷枪加速段长度L以及主气速度V_m，送粉气速度V_p，存在关系：

进一步的，喷枪本体内安装有若干传感器，包括：用于检测主气的送气压力的气流压力传感器、喷枪出口的压力传感器和温度传感器。

进一步的，主气室与喷枪加速度段通过螺纹连接。

进一步的，激光器与喷枪本体之间由准直装置连接，准直装置上均布有若干微调螺钉，用于调整激光器发射的激光光斑与喷枪本体的同轴。

进一步的，激光器前端配置有激光保护镜片，用于防止喷枪本体中高压气体与粉末对激光器的侵蚀。

进一步的，激光器外部罩有防水保护罩。

压力传感器置于主气室内，用于检测通过主气进气管送入的气体压力，由于不同喷涂条件下需要的气体压力不同，主气室检测时最直观且准确的位置。