一、喷嘴材料概述

    1870年，喷丸界的伟大先驱、鼻祖Benjamin Chew Tilghman发明的喷丸清理使用的喷嘴是插入软管的小口径铸铁管，该类喷嘴的使用寿命大约为15分钟。20世纪初，出现了使用寿命可达6小时的铸铁。此后很长一段时间内，喷嘴寿命没有多大改进。直至20世纪30年代后期，第一个用硬质合金（碳化钨）制作内衬的喷嘴问世，其使用寿命可达300小时。随着磨料喷射技术和材料科学的不断发展，喷嘴材料也发生了很大变化。目前，国内外制作喷嘴的材料有金属、硬质合金和陶瓷等。总体而言，在相同条件下，铸铁和钢制做喷嘴的寿命不如硬质合金喷嘴，而硬质合金喷嘴的寿命又不如陶瓷喷嘴。

    1、金属喷嘴
    金属材料具有良好的加工工艺性和韧性，而且通过热处理的方法可以进一步改善它的性能，如提高其硬度、强度。金属材料是早期喷嘴常用的材料。金属材料的硬度相对较低，而且在低冲蚀角度下的冲蚀率较高，因而用其制作的喷嘴通常冲蚀磨损严重，使用寿命短。金属喷嘴制造工艺简单、成本低，不适合大型作业。常用的金属喷嘴材料有：铸铁、淬火钢，不锈钢等；也可以直接用无缝钢管制成喷嘴，即喷嘴为一段无缝钢管，兼有喷枪和喷嘴两种功能，结构简单，但寿命短。

    2、硬质合金喷嘴
    硬质合金喷嘴制造工艺较金属喷嘴复杂得多，成本相对较高，但使用寿命较长，在相同使用条件下比金属喷嘴寿命高。硬质合金材料具有较高的强度和韧性，导热性好，其硬度高于金属材料；硬质合金喷嘴的冲蚀磨损率比金属喷嘴小得多，其抗冲蚀性能高于金属喷嘴。但硬质合金的硬度高、韧性低，加工工艺差，因此不适合制作结构复杂的喷嘴。实际应用中，通常把硬度合金制成环状或块状镶嵌在喷嘴某些磨损严重的部位上。如美国、加拿大等国家使用的y型以及我国多级喷嘴是在喷嘴易损部位镶嵌硬质合金。
    硬质合金按主要成分分为：钨钴类（YG）、钨钴钛类（YT）和添加稀有碳化物类(YW)三类，它们各有优缺点，主要成分为碳化钨(WC)、碳化钛(TIC)、碳化铌（NBC）等，常用的金属黏结相是CO。YG类硬质合金的常用牌号有YG3/YG3X/YG6/YG6X和YG8等；YT类硬质合金牌号有YT5、YT14、YT15、YT30等；YW类硬质合金常用牌号有YW1和YW2。

    3、陶瓷喷嘴 
    陶瓷材料由于硬度高、耐磨性能和耐热性能优异，已在工程领域中获得了广泛的应用。如用来制作切削刀具、发动机零件、轴承零件以及冶金、煤矿、化工等行业的耐磨和耐腐蚀零件。陶瓷材料的这些优点，也是制备喷嘴的理想材料，陶瓷喷嘴的使用寿命较金属、硬质合金的使用寿命大幅度提高。 
    陶瓷喷嘴制造工艺复杂，制造成本较金属和硬质合金喷嘴要高许多，但具有更好的耐磨性性能，例如，使用石英砂、炉渣及金属磨料时，陶瓷喷嘴的抗磨能力可比硬质合金高数倍，但其属于典型的脆性材料，冲击下容易产生裂纹致使材料剥落，因此不适合在强冲击场合下使用。制作喷嘴的陶瓷材料主要有Al2O3陶瓷，B4C陶瓷和SIC等。Al2O3陶瓷喷嘴价格低，但由于硬度较低，耐磨性差，多用于于喷砂工作量不大的场合。SIC陶瓷喷嘴的使用寿命比Al2O3陶瓷喷最高，多用于硬质合金的替代品。B4C陶瓷喷嘴在目前商用喷嘴材料中耐磨性能是最好的，由于其制备工艺复杂，制造成本也是最高的。B4C陶瓷喷嘴具有很高的硬度和耐磨性，但B4C陶瓷喷嘴的强度和断裂性低，可靠性较低，且B4C陶瓷材料致密化程度低，需要使用超高温烧结炉，导致B4C陶瓷喷嘴价格高。

    二、喷嘴结构类型概述

    喷嘴结构不同将导致加工效率和的使用寿命不同。合理的喷嘴结构使磨料获得高速度，从而提高加工效率，降低成本的必要条件。从喷嘴问世到之后很长一个时期，均采用圆柱形喷嘴结构，后又出现了锥形喷嘴，至20世纪50年代中期，文丘里形喷嘴结构问世。迄今为止，国内外开发出喷嘴结构形式多种多样，常用的喷嘴结构类型及特点如下：

    1、圆柱形直孔喷嘴结构
    它兼有喷枪和喷嘴两种功能，结构简单。可以直接用无缝钢管代替，也可通过在材料上钻孔得到。但喷嘴寿命较短，多用于对喷砂处理要求不高的场合。

    2、锥口喷嘴结构
    这种喷嘴结构带有导流作用的锥状进口和起集束作用的平直段。磨料进入喷嘴相对容易，且磨料在喷嘴截面上的分布于圆柱喷嘴相比更均匀。

    3、文丘里喷嘴结构
    它的结构为，一个文丘里型的喉管，喷嘴出口为微圆锥形断面，出口处直径稍大。气流在喉管部分达到音速，而在喷嘴出口可达到355m/s以上的超音速（一般圆柱行直孔喷嘴磨料的出口速度低，仅为97m/s左右），这种喷嘴主要用来获得很高的磨料速度，它比普通喷嘴的清理效果提高15％-50％。为了防止喷嘴过快磨损，喷嘴内衬可采用硬质合金或陶瓷喷嘴材料，为防止堵塞，喷嘴直径应选择为磨料粒度的3-4倍。

    4、特种喷嘴结构
     它的结构为双口特种喷砂嘴，结构复杂，一般应用在特殊场合，如管道内避的喷砂处理。

    5、组合式喷嘴结构
    在喷嘴入口、出口及中间部位设计具有不同性能的材料，以机械组合的方式各部位材料组装成喷嘴。该组合式喷嘴入口、出口部位设计为以高硬度为主的陶瓷或其他耐磨材料；喷嘴中段可设计为以高韧性为主的金属或其他材料。组合式喷嘴能够满足喷嘴入口、出口及中间部位对抗磨损性能不同的要求，在一定程度上提高喷嘴的抗冲蚀磨损能力。但是与整体结构喷嘴相比，需要制备两种或以上材料，且增加了装配等相关工序。
    在工作压力不变的条件下，增大喷嘴直径，加工效率就相应提高。此时气体流量也随之增加，因此，对于不同直径的喷嘴，必须提高相应的压缩空气，以保证足够的工作压力。

    喷嘴在使用过程中耐磨严重，正确使用喷嘴至关重要。一般在喷砂前要检查喷砂嘴的磨损情况，磨损严重会导致工作压力下降，压力下降0.01mpa，会使加工效率下降到约2％，现场操作中最常用的喷嘴磨蚀标准是以工作压力下降为指标的。通常情况下喷嘴直径增大值以不超原始的20％为宜。

    高速喷嘴和远射型喷嘴结构尺寸与空气消耗量的关系，高速型主要用于传播工业，化工工业及水利电力工业等大型设备的表面喷砂与污除锈处理，除锈效率30m3/h。远射型喷嘴主要用于桥梁车辆及化工管道等设备的表面除锈处理，除锈效率18-20m2/h。
 

    三、喷嘴的选型概述

    ㈠ 喷嘴选型的一般原则
    1．材料选择：根据工艺介质的成分及及温度
    2．金属喷嘴系列选择：根据分布形状、分布密度及雾化程度
    3．喷嘴规格选择：根据流量、压力及喷淋角

    ㈡ 嘴型号的表示方法     （第一部分）—（第二部分）—（第三部分）—（第四部分）
    第一部分：由二至三个大写字母组成，表示喷嘴的系列
    第二部分：由多位数字组成，表示喷嘴的标准号
    第三部分：喷嘴的喷淋角度
    第四部分：喷嘴的材料

    型号表示举例：
    1．SV—1.10—600—316L
    SV螺旋喷嘴（螺旋流型虚锥喷嘴），喷嘴标准号为1.10，喷淋角度为600，喷嘴材料316L
    2．WP—47.0—1200—PVC
    WP涡旋流型塑料制实锥喷嘴， 喷嘴标准号为47.0， 喷淋角度为1200， 喷嘴材料 PVC（聚氯乙烯塑料）

    ㈢ 喷嘴材料的选择
    所有能用机械或手工方法切削、铸造或模塑加工的材料均可用来制造喷嘴，如钢铁、陶瓷、木材、塑料、石墨以及所有金属材料等。选择喷嘴的材料，应根据不同的使用场合综合考虑材料的强度、耐腐蚀性能、耐温及耐热性能、耐磨性能以及可加工性。

    ㈣ 影响喷嘴性能的主要因素
    因为操作介质的压力、流量、温度、粘度、比重以及表面张力等均能影响喷嘴的操作性能，所以喷嘴标准号一般以某压力下的水为标准来定型。

    1、压力
    （1）压力对喷嘴性能最明显的影响是改变喷嘴的流量。一般来说，在喷嘴的操作范围内，压力和流量有下列的近似关系：
    P2/P1=（Q2/Q1）2
    其中：P1和Q1是第一状态时的压力和流量
    P2和Q2是第二状态时的压力和流量
    （2）压力与喷嘴液滴的直径：压力增加时，液滴直径将减小
    （3）压力与喷淋角度：压力增大时，喷淋角度会微小改变

    2、比重
    介质的比重也直接影响的流量。在同样的压力下，比重小的介质流量大，一般地有如下的近似关系：
    QW/Q1=（R1/RW）1/2（同等压力下）
    其中：QW 以水为介质时的流量 M3/H
    Q1 操作介质的流量 M3/H
    R1 操作介质的比重 RW水的比重

    3、粘度
    粘度对喷嘴性能的影响非常复杂，几乎影响所有喷嘴的外特性，如喷淋角度、喷淋量、分布密度、液滴直径、雾化程度等。所以，用于与水相近的低粘度流体的喷嘴，一般不考虑其影响；但和于与水相差较大的高粘度流体的喷嘴，一般均需对喷嘴进行测定及模拟实验。

    4、温度
    温度主要通过改变流体的粘度和表面张力来影响喷嘴的性能。

    5、表面张力
    表面张力对喷嘴性能的影响是显而易见的，尤其影响喷嘴的液滴直径及喷淋角。