CN103648229A - 一种电弧等离子体发生器及提高该发生器运行稳定性安全性的方法 - Google Patents
一种电弧等离子体发生器及提高该发生器运行稳定性安全性的方法 Download PDFInfo
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Abstract
发明提供一种电弧等离子体发生器及提高该发生器运行稳定性安全性的方法,方法包括以下步骤:1)清洁叠片式或分段式电弧等离子体发生器的中间插入段内壁;2)采用离子镀、磁控对靶溅射等方法在中间插入段内壁镀绝缘膜;3)通过测量所镀绝缘膜的电阻,确保内壁均匀镀膜,确认所镀膜层的绝缘性能;4)组装叠片式或分段式电弧等离子体发生器;5)叠片式或分段式电弧等离子体发生器连接电源、气路及水路,引弧试验叠片式或分段式电弧等离子体发生器的性能。本发明对叠片式或分段式电弧等离子体发生器的中间插入段内壁镀绝缘膜,减少发生器运行过程中的串弧现象,提高发生器的运行稳定性及安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种在叠片式或分段式电弧等离子体发生器的中间插入段镀绝缘膜,以提高叠片式或分段式电弧等离子体发生器工作稳定性及安全性的方法及采用该方法的等离子体发生器。
背景技术
热等离子体发生器是指能够稳定地维持放电、产生出温度3×103K-3×104K的等离子体的装置,按照产生方式,可分为电弧等离子体发生器、高频感应等离子体发生器和燃烧等离子体发生器三类。
目前直流电弧等离子体发生器应用最广,据统计数字表明,它占整个市场份额的99%左右,分为转移式和非转移式两类。在转移式电弧等离子体发生器中,以被加工的工件作为阳极,发生器出口与工件间的距离、相对移动速度、工件材料的物理性能、表面形貌、粗糙度以及发生器工作电流等参数的微小变化,都可能明显影响等离子体状态和对材料表面的处理效果;非转移式等离子体发生器本身包含阴极和阳极,等离子体状态基本不受被加工工件条件的影响。
在热等离子体的很多领域,例如等离子体材料表面加工领域,如等离子体喷涂、材料表面熔凝、熔覆等,最常用到的是非转移式直流电弧等离子体发生器。
为获得高的弧电压,提高发生器功率、电弧稳定性及发生器寿命,通常在发生器阴阳极间添加若干处于悬浮电位彼此绝缘的中间插入段,以形成稳定在发生器轴线上的长弧。这种发生器也被称作分段式或叠片式等离子体发生器。
由于阴阳极间中间插入段的加入,使得电弧弧柱长度加长,进而工作弧电压升高,发生器功率增加。同时由于电弧弧根在阳极处可移动范围很小,相对无中间插入段结构的发生器,在一定程度上也减少了电弧分流过程,提高了电弧稳定性及发生器寿命。应用于工业领域,添加中间插入段的等离子体发生器在一定程度上可提高工艺质量及稳定性。
然而,由于中间插入段也都由导电良好的金属材料(例如:紫铜)制成,虽然中间插入段与发生器阴阳极间绝缘、中间插入段彼此间也由绝缘材料绝缘,但仍然难以避免电弧弧柱与中间插入段间不同程度的击穿,即发生“串弧”现象,烧坏发生器电极,降低等离子体发生器的工作稳定性和安全性。
发明内容
本发明的目的在于:克服上述已有技术的缺陷,提供一种在叠片式或分段式电弧等离子体发生器的中间插入段金属部件上镀绝缘膜的方法和采用该方法的等离子体发生器,以提高叠片式或分段式等离子体发生器的运行稳定性和安全性。
本发明的目的是这样实现的:
本发明提供一种可提高叠片式或分段式电弧等离子体发生器运行稳定性和安全性的方法,具体为在叠片式或分段式电弧等离子体发生器的金属中间插入段内壁镀绝缘膜,以防止发生器运行过程中的串弧现象发生,提高发生器的运行稳定性和安全性,并提高电功率。
进一步,包括以下步骤:
1)清洁叠片式或分段式电弧等离子体发生器的中间插入段内壁;
2)采用离子镀、磁控对靶溅射等方法在中间插入段内壁镀绝缘膜;
3)通过测量所镀绝缘膜的电阻或显微镜观测等方法,确保内壁均匀镀膜,确认所镀膜层的绝缘性能;
4)组装叠片式或分段式电弧等离子体发生器;
5)将叠片式或分段式电弧等离子体发生器连接电源、气路及水路,引弧试验叠片式或分段式电弧等离子体发生器的性能。
进一步,所述镀膜的材料为耐高温绝缘材料,例如氧化锆、氧化铝、氧化钛等氧化物。
进一步,所述镀膜的厚度为小于200微米。
本发明还提供一种电弧等离子体发生器,包括:阴极、阳极、中间插入段、绝缘套、绝缘件及连接辅件;在所述绝缘套的位于所述阴极和阳极之间嵌设有若干个间隔预定间距的中间插入段,在所述中间插入段的内壁镀有一层绝缘膜。
本发明的有益效果:
1)对叠片式或分段式电弧等离子体发生器的中间插入段内壁镀绝缘膜,减少发生器运行过程中的串弧现象,提高发生器的运行稳定性及安全性。
2)本发明的方法对包含中间插入段的等离子体发生器都适用,都可减少等离子体发生器运行过程中的串弧现象,提高发生器的工作稳定性和安全性。
附图说明
图1为本发明的中间插入段镀绝缘膜后的叠片式电弧等离子体发生器示意图;
图2为本发明的中间插入段镀绝缘膜后的分段式电弧等离子体发生器示意图;
图3为本发明图1的中间插入段镀绝缘膜后的分段式或叠片式电弧等离子体发生器工作示意图。
1阴极,2阳极,3中间插入段,4绝缘件,5绝缘套,6气体入口,
7冷却水路,8绝缘膜,9电弧弧柱,10等离子体射流,11冷却水系统,12工作气体,13流量计,14弧电流电压传感器,15工作电源
具体实施方式
参照图2、3,制作中间插入段内壁镀绝缘膜的分段式电弧等离子体发生器,并搭建工作系统,等离子体发生器包括:阴极11、阳极2、中间插入段3、绝缘件4、绝缘套5、气体入口6、冷却水路7、绝缘膜8;工作系统包括:等离子体发生器,冷却水系统11、流量计12、弧电流电压传感器14、工作电源15。当然,本发明适用于叠片式电弧等离子体发生器,如图1所示。
本实施例中,在环形的中间插入段3的内壁镀有一层绝缘膜8,中间插入段3内壁所镀绝缘膜8为10微米厚的氧化钛膜,阴极1由紫铜焊接铈钨尖端构成,阳极2和中间插入段3为紫铜材料制成,共包括2段中间插入段,绝缘件4为聚四氟材质,绝缘套5为尼龙材质;冷却水系统11选用温控精度为1℃的冷却循环水机,工作气体12存储于高压气罐,流量计13选用精度为满量程3%的质量流量计,弧电流电压传感器14选用霍尔效应原理的传感器,工作电源15选用100千瓦级直流等离子体电源。图3所示的电弧等离子体发生器工作系统,可在工作气体为氮气、工作电流400A、总功率超过40kW的条件下稳定工作。
在本发明实施例中,氧化钛膜的厚度是10微米,也可以是2~200微米,只要能够起到很好的绝缘作用就可以。
形成上述绝缘膜8的过程主要包括如下步骤:
1)清洁叠片式或分段式电弧等离子体发生器的中间插入段3内壁;
2)采用离子镀、磁控对靶溅射等方法在中间插入段3内壁镀绝缘膜8;
3)通过测量所镀绝缘膜8的电阻或显微镜观测等方法,确保内壁均匀镀膜,确认所镀膜层的绝缘性能;
4)组装叠片式或分段式电弧等离子体发生器;
5)叠片式或分段式电弧等离子体发生器连接电源、气路及水路,引弧试验叠片式或分段式电弧等离子体发生器的性能。
本发明通过在中间插入段3的内壁镀上一层厚度在10微米的氧化钛绝缘膜8,这样,就增加了中间插入段3的表面电阻,降低了电弧弧柱与中间插入段间电击穿现象的发生,从而起到了防止串弧现象的发生,避免发生器工作电压突降,提高了发生器的运行稳定性和安全性,并提高了电功率。
Claims (4)
1.一种提高叠片式或分段式电弧等离子体发生器运行稳定性安全性的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)清洁叠片式或分段式电弧等离子体发生器的中间插入段内壁;
2)采用离子镀、磁控对靶溅射等方法在中间插入段内壁镀绝缘膜;
3)通过测量所镀绝缘膜的电阻、显微镜观测等方法,确保内壁均匀镀膜,确认所镀膜层的绝缘性能;
4)组装叠片式或分段式电弧等离子体发生器;
5)叠片式或分段式电弧等离子体发生器连接电源、气路及水路,引弧试验叠片式或分段式电弧等离子体发生器的性能。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述镀膜的材料为耐高温绝缘材料,例如氧化锆、氧化铝、氧化钛等氧化物。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述镀膜的厚度为小于200微米。
4.一种电弧等离子体发生器,其特征在于,包括:阴极、阳极、中间插入段、绝缘套、绝缘件及连接辅件;在所述绝缘套的位于所述阴极和阳极之间嵌设有若干个间隔预定间距的中间插入段,在所述中间插入段的内壁镀有一层绝缘膜。
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