火(huǒ)焰噴塗是一(yī)種以氣體(tǐ)燃料或液體(tǐ)燃料在氧氣或空氣助燃形成具有一(yī)定噴射速度的燃燒火(huǒ)焰作爲熱源，将噴塗材料加熱到熔融或半熔融狀态，并以高速噴射到經過預處理的基體(tǐ)表面上，形成塗層的工(gōng)藝方法。根據燃燒火(huǒ)焰的性質，火(huǒ)焰噴塗技術可以分(fēn)爲普通火(huǒ)焰噴塗技術、超音速火(huǒ)焰噴塗技術和爆炸噴塗技術；根據噴塗材料的形态，火(huǒ)焰噴塗技術又(yòu)可以分(fēn)爲粉末火(huǒ)焰噴塗技術、線材火(huǒ)焰噴塗技術和棒材火(huǒ)焰噴塗技術。
火(huǒ)焰的形貌特點
可燃氣體(tǐ)（如乙炔C2H2）在預先混合好的空氣或氧氣中(zhōng)燃燒就形成火(huǒ)焰。
在火(huǒ)焰燃燒反應中(zhōng)，有一(yī)次燃燒和二次燃燒問題。氧-乙炔火(huǒ)焰的一(yī)次燃燒反應爲：
C2H2+O2 = H2+2CO （1）
一(yī)次燃燒反應形成的火(huǒ)焰即爲氧-乙炔火(huǒ)焰中(zhōng)的焰心（靠近焊炬噴嘴孔成圓錐狀而發亮的部分(fēn)），如圖1a所示。當然，氧和乙炔一(yī)次燃燒并沒有全部将可燃物(wù)燒掉，一(yī)次燃燒産物(wù)還可燃燒。因此還将發生(shēng)二次燃燒，其反應爲：
2CO+O2 = 2CO2 （2）
H2+1/2O2 = H2O （3）
二次燃燒是一(yī)次燃燒的中(zhōng)間産物(wù)與外(wài)圍空氣中(zhōng)的氧發生(shēng)的二次燃燒，生(shēng)成穩定的最終産物(wù)。二次燃燒的形成的火(huǒ)焰即爲氧-乙炔火(huǒ)焰中(zhōng)的外(wài)焰。
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a 氧-乙炔火(huǒ)焰 |
b 中(zhōng)性焰 |
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c 碳化焰 |
d 氧化焰 |
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圖1 氧–乙炔火(huǒ)焰形貌示意圖 |
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當調節和控制燃氣（C2H2）與助燃氣（O2）之比例時，可以得到3種形貌的氧–乙炔火(huǒ)焰，以适用于不同材料的噴塗。這三種形貌就是中(zhōng)性焰（見圖1b）、碳化焰（見圖1c）和氧化焰（見圖1d）。
當氧與乙炔的混合比爲1.0~1.2而燃燒時，即形成中(zhōng)性焰，它對被熔材料既不起氧化作用，也不起還原作用。中(zhōng)性焰可分(fēn)爲三個部分(fēn)：焰芯、内焰和外(wài)焰。焰芯爲尖錐狀，白(bái)色明亮，輪廓清楚；内焰呈藍(lán)白(bái)色，輪廓不清楚，與外(wài)焰無明顯的界限；外(wài)焰由裏向外(wài)逐漸由淡紫色變爲橙黃色。在一(yī)次火(huǒ)焰内基本上無自由氧和遊離(lí)碳。
當氧與乙炔的混合比小(xiǎo)于1.0而燃燒時，形成的火(huǒ)焰爲碳化焰（圖1c），也稱還原焰，它是具有還原作用和碳化作用的火(huǒ)焰。因爲氧氣不足以使乙炔完全燃燒，過量的乙炔分(fēn)解爲碳和氫，碳會滲到被熔材料中(zhōng)使材料增碳，故稱爲碳化焰。火(huǒ)焰結構也分(fēn)爲三部分(fēn)：焰芯、内焰和外(wài)焰。焰芯呈白(bái)色，外(wài)圍略帶藍(lán)色；内焰呈淡白(bái)色；外(wài)焰呈橙黃色。乙炔量多時還帶黑煙，火(huǒ)焰長而柔軟。
當氧與乙炔的混合比大(dà)于1.2而燃燒時，即形成氧化焰（圖1d）。氧化焰的結構可區分(fēn)爲焰芯及外(wài)焰兩部分(fēn)。火(huǒ)焰中(zhōng)有過量的氧，在焰心外(wài)應形成一(yī)個有氧化性的富氧區。焰芯短而尖，呈青白(bái)色；焰芯外(wài)焰呈稍帶紫色的外(wài)焰，比正常外(wài)焰短，火(huǒ)焰挺直。
火(huǒ)焰的燃燒方式
以氣體(tǐ)燃料火(huǒ)焰燃燒爲例，其燃燒方式有以下(xià)兩種：
（1）擴散燃燒
此種燃燒方式是指燃料氣體(tǐ)和助燃氣體(tǐ)分(fēn)别由各自噴口噴入燃燒室，一(yī)邊擴散混合，一(yī)邊燃燒的燃燒方式。擴散燃燒火(huǒ)焰很長，燃燒火(huǒ)焰穩定性好，不會發生(shēng)回火(huǒ)現象，但火(huǒ)焰溫度不太高。
（2）預混燃燒
此種燃燒方式是指氣體(tǐ)燃料與部分(fēn)或全部助燃氣均勻混合後再進入燃燒室燃燒，預混燃燒屬于動力燃燒。在部分(fēn)預混燃燒時，火(huǒ)焰有兩個錐面，即内焰和外(wài)焰，在外(wài)焰區實際上是氣體(tǐ)燃料的擴散燃燒。随助燃氣的增加，火(huǒ)焰縮短。達到完全預混燃燒時，燃料燃燒速度很快，燃燒幾乎可以在瞬間完成，外(wài)焰不再存在。采用預混燃燒方法能夠實現高負荷燃燒，但有回火(huǒ)的危險。
熱噴塗常采用的是預混燃燒方式。在預混燃燒中(zhōng)，燃料氣和助燃氣的混合方式主要有射吸式混合和等壓式混合兩種。射吸式混合指燃燒氣與助燃氣按噴射器原理混合，一(yī)般以助燃氣做噴射氣體(tǐ)，如圖2所示。
圖2 射吸式混合原理圖
等壓式混合是燃料氣和助燃氣均以臨界速度噴入混合室内進行混合（見圖3），等壓式混合時，燃料氣和助燃氣的壓力相等或成一(yī)定比例，燃料氣與助燃氣流動可分(fēn)爲平行流動（靠湍流混合）和按一(yī)定角度或垂直相交流動及兩者均爲旋轉氣流之間的混合兩種。
圖3 等壓式混合原理
等壓式混合的預混燃燒穩定性較射吸式混合的要高，其預混燃燒的氣體(tǐ)流量（火(huǒ)焰功率）及調節範圍也比射吸式預混燃燒大(dà)。
火(huǒ)焰的傳播特性
氣體(tǐ)燃料燃燒的火(huǒ)焰傳播速度是指燃燒火(huǒ)焰鋒面在其法線方向上向未燃燒氣體(tǐ)燃料方向傳播的速度。按氣體(tǐ)火(huǒ)焰傳播理論，要維持火(huǒ)焰的穩定性，應保持可燃氣體(tǐ)向火(huǒ)焰鋒面的運動速度與火(huǒ)焰傳播速度相等，否則将出現回火(huǒ)或脫火(huǒ)現象。
1. 脫火(huǒ)
當可燃氣體(tǐ)混合物(wù)在燃燒火(huǒ)焰鋒面處，沿法線方向上的分(fēn)速度大(dà)于該混合物(wù)火(huǒ)焰傳播速度時，火(huǒ)焰會脫離(lí)噴口燃燒，甚至被吹滅，這種現象稱爲脫火(huǒ)。對應于脫火(huǒ)時的可燃氣體(tǐ)混合物(wù)的氣流速度稱爲脫火(huǒ)極限。
2. 回火(huǒ)
當可燃氣體(tǐ)混合物(wù)在燃燒火(huǒ)焰鋒面處，沿法線方向上的分(fēn)速度小(xiǎo)于該混合物(wù)火(huǒ)焰傳播速度時，火(huǒ)焰縮回燃燒器内部，這種現象稱爲回火(huǒ)。對應于回火(huǒ)時的可燃氣體(tǐ)混合物(wù)的氣流速度稱爲回火(huǒ)極限。回火(huǒ)可能性與火(huǒ)焰傳播速度成正比。
隻有當可燃氣體(tǐ)混合物(wù)氣流速度處于回火(huǒ)極限和脫火(huǒ)極限之間時，火(huǒ)焰才能穩定燃燒。對火(huǒ)焰噴塗設備而言，脫火(huǒ)危害遠小(xiǎo)于回火(huǒ)。因此在噴塗操作中(zhōng)要特别注意防止回火(huǒ)的發生(shēng)，預防回火(huǒ)的方法主要是降低火(huǒ)焰傳播速度或提高燃氣噴出速度，具體(tǐ)措施如下(xià)：
（1）在保證可燃氣體(tǐ)流量的條件下(xià)，選擇多孔數、小(xiǎo)孔徑、深噴口的噴嘴設計，可以提高燃氣的噴出速度和噴嘴的冷卻作用，減小(xiǎo)火(huǒ)焰的傳播速度。
（2）選用火(huǒ)焰傳播速度較低的燃氣。
（3）對噴嘴進行冷卻，可有效防止可燃氣初始溫度的上升，減小(xiǎo)火(huǒ)焰傳播速度。
（4）保證較高的噴嘴内氣壓，提高燃氣的噴出速度。
（5）選擇擴散燃燒方式，使燃氣和助燃氣在噴嘴外(wài)邊擴散混合邊燃燒。但這種方式燃燒強度有限。
