CN1006753B - 等离子喷枪的喷嘴装置 - Google Patents

Abstract

一种用于等离子枪的喷嘴装置，包含有一个能延长喷嘴寿命的环形冷却液通道，和能方便地更换的喷嘴构件，一个套安装在相对于喷嘴构件的预定的同轴位置。套的内表面和喷嘴的圆柱形的外形一起限定了一个环形的冷却液通道，喷嘴构件相对于套能向前移动和更换。在喷嘴构件前端的凸缘保持喷嘴构件相对于套不能从预定的位置向后滑动，该套带有与环形通道连通的用于冷却液的冷却液通孔一种诸如O形圈的密封件放置在喷嘴后部分和套之间。

Description

本发明涉及到一种等离子喷枪，更为具体地涉及到它的喷嘴部件，该喷嘴部件具有高效的喷嘴冷却系统和易于更换的喷嘴。

火焰喷射涉及对热熔材料，例如金属或陶瓷的热软化，对着欲涂覆的表面喷射呈微粒状的软化材料，被加热的微粒撞击该表面从而粘结在上面。常用的火焰喷射枪能用于加热和喷射这种涂覆微粒。一种类型的火焰喷射枪，其热材料是以粉末状供应给喷射枪的，这种粉末典型地由微粒组成，例如，美国筛分级标准100目以下到约5微米。

典型的喷射粉末的等离子火焰喷射系统中，在水冷的喷嘴（阴极）和位于中心的阳极间建立起电弧，惰性气体流通过该电弧而受激使温度升到30，000°F，成为一种类似于展开的氧-炔焰的等离子气或至少是部分的等离子气从喷嘴中流出。一种典型的等离子火焰喷枪已在专利号为3，145，287的美国专利中叙述了。

等离子喷枪的电弧是很强烈的，会引起喷嘴的损坏，最后导至喷嘴失效。引起这种损坏的一个原因是电弧本身撞击在喷嘴/阳极的一个点上，因而导使该处的喷嘴表面立即局部熔化和气化;另一引起损坏的原因是喷嘴过热超过了它的熔点，因此喷嘴熔化部分的材料流向别处而最终导致喷嘴的堵塞。

每一种造成喷嘴损坏的有关原因对喷嘴损坏的程度和速率有不同的影响。经验表明，壁的腐蚀，最终使冷却液推开喷嘴壁是喷嘴失效的另一原因。当套破裂后，冷却水释放到电弧区，而使局部区域产生强烈电弧，而使部件熔化。一旦熔化，枪的修理的代价非常昂贵。在高功率级时喷嘴的损坏和失效问题尤为严重。

为寻求克服这一问题，在等离子火焰喷枪上已设计有易于更换的水冷喷嘴，在操作时，强迫冷却水通过喷嘴里的通道以冷却喷嘴壁。即使如此，损坏也会逐渐发生，有时甚至很快发生。作为一种防止失效的预防措施，经常在规定的工作小时后即更换喷嘴，这种定期地更换喷嘴的措施是非常费钱的，因为这种可以互换的喷嘴是昂贵的，同时许多还能继续工作一段时间的喷嘴也被报废了。

专利号为4，430，546的美国专利叙述了一种等离子喷枪喷嘴，该喷嘴具有薄壁和一环形的冷却液通道因而能延长工作寿命。同时揭示了确保最长工作寿命的壁和通道的具体尺寸，这种实质性的进步提高了喷嘴的概率寿命，对重负载等离子枪尤为显著。但是这种所述的带有冷却液通道的喷嘴结构，无助于降低部件的成本，更无助于解决上述的喷嘴 更换问题，特别是一个整体不可分的、带有冷却液通道的喷嘴是昂贵的。在上述的专利中提出了一种更换的方法，即在喷嘴上配备一种“合瓣”部件，但是使用很不方便同时会产生冷却液的泄漏。

专利号为3，106，633的美国专利公开了另一插入式喷嘴。这种喷嘴插入在一个带有环形冷却通道的电弧矩装置里，但是在喷嘴能被拆下更换前，另二个零件必须先拆移，包括将一个提供环形通道外壁的零件拧出电弧矩装置。

因此，本发明的一个目的是提供一种等离子喷枪的一种经改进的喷嘴装置，该装置容有一冷却液通道。

本发明的再一个目的是提供一种用于等离子喷枪的实用的喷嘴装置，它带有冷却液通道能延长喷嘴的使用寿命，同时便于方便地价格低廉地更换。

本发明的进一步实质是提供一种改进的等离子喷枪，它包括一个带有冷却液通道的喷嘴部件，同时能方便地价格低廉地更换。

本发明的另一目的是提供一种等离子喷枪，它包括一个带有冷却液通道的喷嘴装置和改进了的操作以及低的维修费用。

现对本发明进行简要的叙述。

本发明的前述的和另一些目的是通过等离子喷枪的喷嘴装置来实现的。在喷枪中喷嘴装置包括一个大致管状的喷嘴构件和一个大致空心圆柱形状的套，该套配置在预定的和喷嘴构件同轴的位置上。套的内表面与喷嘴构件的圆柱形外表面限定了一个环状的冷却液通道。该套和喷嘴构件是相互可滑动的，以使喷嘴构件相对套能向前移动即向离子焰方向移动并更换，喷嘴构件前端的凸缘限制了向后的进入到套里去的相对轴向移动超出预定的位置。该套邻近火焰处和靠近末端处有各自的冷却液通孔，这些通孔与各自的环形通道相连接。一个可更换的密封件例如一个O形密封圈放在喷嘴构件和套相应的后部之间以阻挡冷却液。另一些与等离子枪体配合作用的密封件分别配置在凸缘处，各冷却液通孔之间套的中部以及接近套的底部。

附图显示了本发明的等离子枪的不同部件的情况。

图1是本发明的等离子枪的纵向截面图。

图2是图1所示的本发明的喷嘴装置的纵向截面图。

图3是沿图2所示3-3截面的横截面图。

图4是沿图2所示4-4截面的横截面图。

现详细叙述本发明。

图1显示了有关本发明的等离子喷枪〔10〕的截面图。枪体〔11〕包括用螺钉或螺栓（未画出）固定的三个部件组成夹层结构，这三部分是一个后枪部分〔12〕，一个中间的电气绝缘子部分〔13〕和一个前枪部分〔14〕。该后枪和前枪部分由导电材料例如黄铜制成，部分〔13〕将上述二部分互相绝缘隔开，同时该二部分分别与产生电弧的电源（图中未画出）的正、负电极相连接。

枪体部分〔12〕和〔13〕总的来说是环形的，装配成上述的同轴关系，两者一起限定了一个圆柱形的内腔〔18〕，在内腔里也同轴地装有一喷嘴装置〔24〕和一伸长的大致是圆柱形的阴极构件〔15〕。

阴极构件〔15〕除了钨电极头〔16〕外是铜结构，它被安装成与后枪部分〔12〕电气连接，并用螺母〔17〕固定在位置上。

在它的内端，腔〔18〕端接在一个环形区〔19〕上，该环形区同轴地置于阴极构件〔15〕和相应的喷嘴部件〔24〕的后端附近。气体分配环〔20〕位于环形区〔19〕内，它带有一个或几个孔〔21〕，更可取的是如图1所示的二个孔，孔径向地伸展或带有一些切向的分量以分配形成等离子的气体进入环形区〔19〕。形成等离子气体通过环绕分配环〔20〕的环形槽〔22〕引进孔〔21〕，气体从连结气源（未画出）的气体进入导管〔23〕输入到槽〔22〕。

如图2所示喷嘴装置〔24〕，由管状的阳极喷嘴构件〔27〕和一同轴的套〔36〕组成;该装置紧贴在枪体的圆柱形腔〔18〕内，它能从枪〔10〕的前方插入或移出。当就位时，该喷嘴装置〔24〕与置于槽〔59〕、〔61〕和〔62〕（图2）内的相应的O形密封圈〔74〕，〔75〕和〔76〕（图1）一起同轴地位于枪体前部分〔14〕内。喷嘴构件〔27〕最好用铜制成，在它的前端部分有一径向的凸缘〔35〕。（这里使用的词“前”“向前”和词“从那里导出”或同义的、类似的“到那里”有一层方向的意思指等离子焰从枪流出的方向;同样“向后”等指示相反的方向）。

喷嘴构件〔27〕的内腔与阴极构件〔15〕（图1）同轴，内腔的中间部分〔28〕最好是等直径的。该腔的前部〔30〕可以是和中部〔28〕相等的等直径或是如图1和2所示的向前方向倾斜开。该腔后部〔29〕向后 倾斜开同时与阴极构件〔15〕合作作用在形成等离子的气体流过喷嘴构件时维持一股电弧。对特定的等离子枪，其工作时的有关尺寸和腔与电极构件之间的间距在该技术领区里是公知的。

如图2所示，喷嘴构件〔27〕有一大致是图柱形的中间部分〔31〕，该中间部分有一与腔同轴的外周〔32〕，喷嘴构件有一个具有圆柱形外表面〔34〕的后部分〔33〕，该表面一般位于入口（向后）端〔29〕的经向外面。

除了凸缘〔35〕外，套〔36〕在一个预定的同轴位置大致围绕喷嘴构件〔27〕置放，该套一般是中空形状，其前部的内表面〔38〕与喷嘴构件〔27〕的圆柱形中间部分〔31〕为冷却液限定了一个通道〔39〕。最好该圆柱形的孔〔37〕和该喷嘴构件〔27〕的圆柱形的中间部分〔31〕有相同的直径不变的，这样组成一个环状的具有同一高度的沟槽，可取的高度值在0.76毫米至1.27毫米范围之间（0.030至0.050英寸），举例来说如专利号为4，430，546的美国专利所揭示的取1.02毫米（0.040英寸），能得到高的冷却液流速和有效地冷却。

在套〔36〕的后端，有一内表面〔40〕与一喷嘴构件〔27〕的后部〔33〕的圆柱形外表面〔34〕相配合，并允许套同心地通过喷嘴构件〔27〕的后部分〔33〕滑动地装配进去;这样该喷嘴构件就能相对于套从套的前面移动和更换。该喷嘴构件由于凸缘〔35〕的阻挡而不会在套里从正常位置向后移动。

套〔36〕的后部分〔47〕有多个弧形的冷却液通孔〔48〕（图4中显示了3个），在套的圆周上等角度分布，这些通孔是被许多相同地置于套的圆周上同样的长条柱或肋〔53〕形成和分隔开，并在其间延伸，同套的存留部分一起构成后部分，每一通孔〔48〕直接与环形的冷却液通道〔39〕连通。

在圆环形冷却液通道〔39〕前端和后端的并与之相通的大量的一对对通孔〔46〕和〔48〕的弧形结构和圆周延伸提供了使冷却液径向分布地进出沟槽，这样造成物理阻塞的可能性最小。

仍如图2所示，该喷嘴凸缘〔35〕有一面向朝后的表面〔41〕，它与外表面〔32〕邻接并径向朝外伸展。该套〔36〕前端有一些等角度分布的凸起〔45〕，该凸起与凸缘〔35〕的朝后的面〔41〕相结合，当喷嘴构件插入进套时就限制了喷嘴构件〔27〕朝后进入到套〔36〕内，这样在装配后就建立起这些构件相互间的同轴位置关系。如图3明显可见突起〔45〕之间的空间限定了弧形冷却液通孔〔48〕，使其相对于套〔36〕的纵向轴对称地排列。如图3所示更为可取的是取4个突起〔45〕，限定了4个通孔〔48〕。

在喷嘴的后部和套的后部之间有一个阻拦冷却液的第一密封件，很容易将喷嘴装置分拆成主要零件喷嘴和套。更为可取的是喷嘴构件〔27〕后部的圆柱形外表面有一环形的槽〔54〕，在槽内有一个标准的橡胶O形密封圈〔55〕或类似物。圆柱形外表面〔34〕的直径应是相同的，一般该环形槽〔54〕应在该圆柱形外表面的最大直径部分。该表面〔34〕的半径大于喷嘴构件的圆柱形中间部分〔31〕的半径一定值，该值略小于环形通道〔39〕所需要的宽度（径向尺寸），小到只要能得到套〔36〕通过喷嘴构件的滑动间隙就行，该间隙值被压缩的O形圈所消除。环形通道〔39〕的径向尺寸应在0.76毫米至1.27毫米（0.030英寸和0.050英寸）之间。

在较为理想的结构中，径向凸缘〔35〕是有一个整体的环形的边缘〔77〕径向地向外轴向地从凸缘向后伸展而形成，边缘〔77〕有一个外圆周面〔58〕和一个内圆周面〔56〕，如前所述一样（图1），该外表面〔58〕带有容纳O形密封圈〔74〕的环形槽〔59〕。边缘〔77〕和密封件〔74〕与安装喷嘴构件〔27〕的枪体〔11〕的圆柱形腔〔18〕共同起密封作用以防止冷却液的泄漏。

凸缘〔35〕朝后的径向面〔41〕向外的伸展被圆柱面〔56〕所限制在一个直径大致与套〔36〕表面〔52〕的外径相同或大于处，圆柱形表面〔56〕最好向后伸展一个距离，该距离约为喷嘴构件〔27〕的圆柱形中间部分和内表面〔56〕之间的径向间隙的一半至全部。这样朝后的内表面〔41〕和朝里的表面〔56〕共同组成一用于冷却液的环形槽〔63〕。该朝后的外壁〔57〕与圆柱壁〔56〕邻接并从那里径向地向外伸展至与朝外的表面〔58〕邻接。如图1所示，环形槽〔63〕的外径与枪体〔11〕的圆柱形腔〔18〕的内表面的部分的直径相同，并从凸缘〔35〕起朝后伸展，这样建立起一个用于冷却液的朝后伸展的环形槽〔63〕。

如图1所示，冷却液例如水在压力作用下从水源（未画出）通过一个进口通道〔65〕流进冷却液通道〔48〕的第一部分，沿着环形的通道〔39〕去冷却喷嘴构件〔27〕，从冷却液通孔〔46〕第二部分出去，从那里通过环形通道〔63〕后从出口通道流出，冷却液在 流出枪之前以标准的方式再回头冷却阴极构件〔15〕。

仍如图1所示，当喷嘴部件装入时，在邻近套〔36〕内端部位（向后）的外表面上的环形肩〔69〕靠在一个在体部分〔14〕的内表面上的辅助肩上，一夹持环〔67〕以在枪体〔14〕前端的螺纹连结手段〔68〕将喷嘴部件固定地连结在肩〔69〕上。

套〔36〕可以用常用的材料像黄铜制造，但是最好用电气绝缘材料例如工程用陶瓷或工程塑料来制造。万一喷嘴构件〔27〕的壁失效，一个绝缘的套能阻止电弧通过枪体。已经发现，在喷嘴部件里采用绝缘的套，仅通过凸缘〔35〕就能实现阳极/喷嘴的电气连接在作时就可采用较高的电压例如11伏。高电压能进一步提高喷嘴的寿命和增加了电弧的电效率。通过分析推测，在凸缘上的电气连接能引导电流流向喷嘴构件的前部，这样能像较高的电压时增长电弧和反射。

本发明的喷嘴装置带有一个有效地冷却喷嘴的结构能延长喷嘴的寿命，同时也提供了一种能很方便地拆卸和更换的结构以有利于对等离子喷枪的周期性维修及喷嘴被电弧严重侵蚀时的维修。该装置能作为一组合件从枪体上拆卸下来，套〔36〕也能方便地从喷嘴构件上拆卸下来进行更换。反过来的装配程序也是同样方便。另一方法是可将喷嘴单独拆卸和更换而套留在枪体内原位不动。这二种方法都提供了一种经济的枪结构和省钱的维修。因更换很方便，使用一把枪按工作的需要来互换具有不同尺寸腔的喷嘴构件成为可行。所有的喷嘴构件的外表尺寸都将可做成一样。

一般来说，喷嘴在腔和中间部分外表面之间的厚度应在1.27毫米至4.45毫米（0.050至0.175英寸）范围之间，但是在喇叭形进口和出口端区域可以不在此范围内。一种较好的腔直径为5.54毫米（0.218英寸）的喷嘴，壁厚在1.73毫米和3.58毫米（0.068和0.141英寸）之间。

本发明的喷嘴部件尤为适于价格便宜的枪，尤其是用在低功率至中等功率级进行工作。发明提供了结构简单和容易更换的喷嘴构件，同时还能延长喷嘴的寿命，提高效率，工作可靠和维修保养费用较低。

以上结合了具体的实例来详细叙述本发明，在本发明精神和所附的权利要求范围内的各种修改和变换都将明显地属于本发明的技术范围。本发明仅受所附的权利要求以及等同物限制。

Claims (10)

1、一种用于等离子枪喷嘴装置，具有

一个外形为圆柱形的管形的喷嘴构件，一个安装有那里的套限定了一环形的冷却液通道，其特征在于：

所述套是空心圆柱形的套安装在相对于喷嘴构件的一个预定的同轴位置上，有一个向前的内面与喷嘴构件的圆柱形外形一起限定了一个环形的冷却液通道，该套和喷嘴构件成互相同轴地可滑动的关系，以使喷嘴构件相对于套向前能移动和更换；

一保持该喷嘴不从相对于该套的预定的同轴位置向后位移的装置，和

液体密封装置放在该喷嘴构件和该套之间，位于该环形冷却液通道的后面。

2、一个用于装入等离子枪体内的喷嘴装置包括有一个管形的喷嘴构件和一个安装在那里的套限定了一环形的冷却液通道，其特征在于，

（a）所述的管形的喷嘴构件包括一个圆柱形外表面的后部分，一个带有凸缘的前部分，凸缘从那里径向向外伸展，和在两者之间一个有圆柱形外形的中间部分。

（b）所述的空心圆柱形的套，装在相对于喷嘴构件预定的同轴位置，包括：

一个圆柱形的中间部分其内表面与喷嘴构件的圆柱形外形共同限定了一个环形的冷却液通道，

一个圆柱形的具有后部内表面的后部分，

一个后部的通孔部分位于中间部分和后部分之间，带来一个或数个与环形通道连通的第一冷却液通孔，和

一个前部分位于中间部分和该喷嘴构件凸缘之间，提供有一个或数个与环形通道连通的第二冷却液通孔，

该套和喷嘴构件成相互同轴可滑动的关系以使喷嘴构件相对该套向前可移动和更换，该凸缘和该前部的通孔部分一起保持该喷嘴构件不能相对于套从预定位置向后移动，和

（c）一个第一可分离的装置用于密封以保持冷却液，放入在该喷嘴构件后部的外表面和该套的后部的内表面之间。

3、如权利要求2所述的喷嘴构件，其特征在于其中该喷嘴构件的凸缘包括有一个总的朝后的内面，该内面与该中间部分的外形相连接，并从该处向外径向伸展，和

该套的前通孔部分包括有一个邻近中间部分和终止在前缘的环部分，以及进一步包括有一个或数个凸起从前缘向前伸展到接触凸缘的内面，这样置套于相对于喷嘴构件的同轴位置，这样该凸缘的内面，该环部分的前缘和该凸起共同限定了一个或数个第二冷却液通孔。

4、如权利要求2所述的喷嘴装置，其特征在于该套的后部进一步有后部的外表面该套的中间部分进一步有一个向前的外装面和该套的后通孔部分包括有：

一个由后部外表面和后部内表面所限定的第一壁，

一个由前部外表面和前部内表面所限定的第二壁，和

连接该第一壁和第二壁的多根柱，这样该第一和第二壁和该柱共同限定了第一冷却液通孔。

5、如权利要求2所述的喷嘴装置，其特征在于第一可分离密封装置包括有该喷嘴构件后部的外表面有一个第一个环形槽，槽内可接受第一O形密封圈。

6、如权利要求2所述的喷嘴装置，其特征在于进一步包括有第二、第三和第四分离装置，它们与枪体共同配合密封以保持冷却液，放入在枪体和喷嘴凸缘之间，枪体和套的圆柱形中间部分之间以及枪体和套的圆柱形后部之间。

7、如权利要求6所述的喷嘴装置，其特征在于该第二可分离密封装置包括一个围绕地包围凸缘的边沿，该边沿有一个第二环形槽其中可接受一个第二O形密封圈。

该第三可分离的密封装置包括一个套的圆柱形中间部分有一条第三环形槽，其中可接受一个第三O形密封圈，和

该第四可分离密封装置包括一个套的圆柱形后部分，有一条四环形槽，其中可接受一个第四O形密封圈。

8、如权利要求2所述的喷嘴装置，其特征在于套用电气绝缘材料制成。

9、如权利要求8所述的喷嘴装置，其特征在于环形通道的宽度在约0.76毫米至1.27毫米之间。

10、一种用于等离子枪的喷嘴装置，它包括有一个管形的喷嘴构件和一个安装在那里的套限定了一环形的冷却液通道，其特征在于：

（a）所述的管形的喷嘴构件包括一个圆柱形外表面的后部分具的一个第一环形槽，其中可接受一个第一O形密封圈，一个带有凸缘的前部分，凸缘从那里径向向外伸展，一个中间部分有一个圆柱形的外周，

该喷嘴构件的凸缘包括有一个面向后的面与中间部分的外形连结并从那里径向向外伸展，该被外沿圆周地包围的凸缘有一个第二环形槽，其中可接受一个第二O形密封圈，和

（b）一个空心形状的套，装在相对于喷嘴构件预定的同轴位置，包括：

一个圆柱形的中间部分带有一个向前的外表面其上面有一条第三环形槽，其中可接受一个第三O形密封圈，

一个圆柱形的具有后部内表面的后部分，与该喷嘴构件的第一密封圈密封接触，以及具有后部表面其面上有一条第四环形槽，其中可接受一个第四O形密封圈，

一个后部的通孔部分装在中间部分和后部之间，包括有一个由后部外表面和后部内表面所限定的第一壁，一个由前部外表面和前部内表面所限定的第二壁，和一个连接该第一壁和该第二壁的多条柱，这样该第一和第二壁和柱一起限定了与环形通道连通的第一冷却液通孔，和

一个前部通孔部分装在中间部分和喷嘴凸缘之间，包括有一个邻近中间部分和终止在前缘的环部分，以及进一步包括一个或数个凸起从前缘向前伸展到与凸缘向后的面接触，这样使套相对于喷嘴构件处于同轴位置，这样该凸缘向后的面，该环部分的前缘和该凸起共同限定了一个或几个与环形通道连通的第二冷却液通孔，

该套和喷嘴构件成互相同轴可滑动的关系使该喷嘴构件相对于该套向前可移动和更换，与凸缘和凸起一起共同地保持该喷嘴不能从相对于套的预定位置向后滑动。

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