CN1039978A - 喷镀受限区域的电弧喷枪 - Google Patents

Abstract

一个改进的适用于在受限区域进行喷镀的电弧喷枪、一个电弧喷射偏斜装置包括一个其上有一喷嘴座且其内有一接收压缩空气流的孔穴的喷嘴体。第一个喷嘴塞密封地装在此孔穴内，且具有装在喷嘴座上的厚度为第一个厚度的第一个法兰端，而且其内还有一个用以产生吹向电弧丝接触点的横向偏斜喷气流的小喷孔。第二个喷嘴塞也可以密封地装在此孔穴内，且具有厚度为第二个厚度的第二个法兰端。具有不同法兰厚度的第一个和第二个喷嘴塞可以互换，以此选择从出口点到电弧丝接触点之间的距离。

Description

本发明涉及用电弧熔融两条金属丝的端部并把所产生的熔融金属喷射到待镀工件上的电弧喷镀装置，特别涉及为喷镀受限制的区域而改进的电弧喷枪。

在本技术领域内电弧喷枪是众所周知的，比如在美国专利4，668，852号中就曾有揭示。两根相互绝缘隔开的金属丝的端部在其间进行电弧放电时被熔融，用压缩气体，通常是压缩空气，使熔融金属雾化并喷射到待镀工件上。这种喷枪通常只用于喷镀敞开的表面，另外也由于需要对喷枪供给金属丝，通常不适用于喷镀到受限区域上，尤其不能喷到深孔的壁面上。一个方法是使喷头倾斜放置来喷镀这样的区域，但喷丝不能足以弯曲到使得能在与待镀表面垂直的最佳方向上进行喷射。这样，为了能对这种区域进行喷镀，有时需要使射流偏斜。

上述专利还揭示了可以安装在其中装有压力接触装置和金属导丝管的头部部件上的特殊气帽，此头部部件中还装有一个用于雾化和喷射的喷气嘴。该专利指出，用这样一个气帽，可以控制辅助气体的方向来改变喷射流，例如可以使其发生偏斜。但没有说明实现这样偏斜的最佳方法或由此而产生的镀层的详细情况。

英国专利说明书1，346，054号指出，可以将雾化喷嘴布置成使空气从斜向吹到金属丝端头上，以便能喷镀管子的内表面。然而，已经发现，这样的单一喷气系统无法充分控制以使喷镀达到相应的质量。

美国专利4，464，414号类似地揭示了用一个斜向的侧气流与一个沿着正在熔化的金属丝方向的空气流并用，同时用一个“吹逐气流”来清除喷镀表面上的灰尘。然而，其中也没有提供最佳喷镀方法，尤其是如何使用不同类型的金属丝的详细说明。

因此，本发明的目的是提供一个改进的用于喷镀受限区域的电弧喷枪，以及一个用于实施这种喷射的新型的电弧喷射偏斜装置，并提供一个对不同类型金属丝均能达到最佳的新型电弧喷射偏斜装置。

本发明的上述的以及其它的目的是用一个为对受限区域进行喷镀而改进的电弧喷枪来实现的，此喷枪包括两根相互绝缘的导丝管，两者布置成其一端相互汇聚，使其中的选定类型的金属丝的各自喷射端之间形成一个接触点，以此产生电弧并得到熔融金属;还包括一个接收主压缩气流并设置在两根导丝管之间的主喷气嘴，用以产生雾化熔融金属喷射流;还包括将金属丝连接于电弧电源的电流装置，以及进给分别通过两根导丝管的金属丝的进给装置。一个电弧喷射偏斜装置包括一个偏斜喷嘴，其上有一小喷孔，以接收辅压缩气流，此气流在偏斜喷嘴的出口点处从这一小喷孔喷出，使得产生一束喷向金属丝接触点的横向偏斜气流。出口点的位置可以调定，因此其到接触点的喷气距离是可以选定的。而且，偏斜装置还包括根据不同类型金属丝来选择喷气距离的选择装置，以便在喷射流中形成均匀的雾化熔融金属。

在一个最佳实施方案中，偏斜喷嘴包括一个喷嘴体，其上有一喷嘴座，喷嘴体内还有一个接收辅气流的孔穴，一个喷嘴塞密封地插入这个孔穴中，其上有一小喷孔与喷嘴体上的这个孔穴相通，小喷孔的出口点在固定于喷嘴座上的喷嘴塞的法兰端面上。选择装置包括一个厚度可选择的喷嘴法兰，用以选择喷气距离。特别是，两个或多个喷嘴塞可有不同厚度的法兰。

图1是一个包括采用本发明之电弧喷枪的侧视图的电弧喷镀系统。

图2是图1中2-2剖面的剖视图。

图3是图1所示的头部部件的部分横剖面的剖视图。

图4是采用本发明之任一实施例的头部部件的部分横剖面的剖视图。

图5是显示本发明的另一实施例之图4中的5-5剖面图。

图1示出了实施本发明的电弧喷镀系统的基本部件，即一个电弧喷镀枪10，一个供给两根金属丝14、14′（其中一条示于图1中）的台架12，主气流和辅气流，电弧电流导线和控制导线。两个软管部件16、16′把金属丝、气体、电力及控制导线引到喷枪10。或者也可用分别的软管和电缆把金属丝等送到喷枪。喷枪前端的头部部件18由包括两根刚性管22、24的支承结构与分配块20保持间隔，这两根刚性管支承着头部部件。分配块把来自于软管的金属丝、气体及电流分离开，比如前面提到的美国专利4，668，852中所描述的那样。

气体通过刚性管22、24分别输送到头部部件18。参照图2，供丝管26、26′，从分配块20弯曲沿伸到头部部件中的导丝管28、28′中，供丝管可用弹性塑料，比如用聚四氟乙烯或者最好用含有二硫化钼之类的固体润滑剂的尼龙制成。电流从导电条30、30′或者柔性电缆输入并流出导丝管28、28′（图1中示出了一条导电条30，另一条与它平行）。刚性导电条30、30′可以进一步支承头部部件18。管束、进给管和导电条可用一根总套管保护起来（图中未示）。

金属丝的进给可用常规方法，例如可以在台架12内设置一个推动进给系统（未示）。也可以在分配块20上安装一个小型变速电动机32来代替或改进推动进给，电动机通过设置在分配块中的一对正交啮合齿轮34驱动两个相互绝缘的供丝滚轮36（图中示出一个），依次通过供丝管26、26′进给金属丝14、14′

图2和图3更详细的显示了含有根据本发明的一个电弧偏斜装置的头部部件18。一个头部构件38根据需要应该用绝缘材料制成，比如用酚醛树脂或可机加工的陶瓷构成，这样能绝热和隔离电弧辐射。两根导电的导丝管28、28′安装在头部构件38上，其间装有雾化喷气嘴40。导丝管与金属丝接触以使金属丝通电，比如象前面提及的专利中所述的那样。两根导丝管以大约30°的夹角向前汇聚，这样从其中伸出的金属丝将在导丝管端头前面距其约1.2厘米的接触点42处相互接触。电弧电源通过导电条30、30′和导丝管28、28′使金属丝通电，金属丝端头形成电弧并熔融。轴向定位的主喷气嘴40设置在导丝管28、28′正中间并处于两者构成的平面44内使氩气或氮气，最好是压缩空气的主气流直喷到熔化的金属丝端头上，向前吹动并使之形成雾化的熔化金属粒子流46，喷镀到基材表面48上，形成镀层50。喷气嘴40通过输气管22从分配块20接收主气流。头部构件38和气帽52可根据上述美国专利4，668，852中所揭示的方法协调地制成，用来提供改变喷射流的辅气流。这样，在本例中这个头部构件大致上制成为锥形或圆锥台形结构，其小端53（示于图3）向前。（这里所用的“向前”及其引伸词、同义词或近义词，是指沿熔融金属流喷向工件的方向，同样，“向后”等词指相反方向）。一个偏斜喷嘴54安装在头部构件中，它由一个气帽部分52和一个喷嘴体部分56组成。

继续参看图3，气帽52同轴地安装在头部构件38上。两个气封件如O形密封圈58、60嵌装在头部构件38和气帽52之间的相应的环槽里。密封圈58安装在前，即靠近头部构件的小端53，密封圈60隔开一定距离安装在后，这样，在气帽52和头部构件38之间就形成一个密封的环形气室62。气帽52通过螺纹紧固在头部构件上位置66处的一个固紧圈64安装在头部构件38上。一个气道68位于头部构件中，通过供气管24把环形气室62与辅气源相联。这一气道有两个与之成一定夹角的分支（其一以70示之），用于以较低速度从两个相反的方向将辅气流通过开口72引入环形气室62中，以减小涡流。本发明能独立调节主辅气体供应，因为其相互独立地来自台架12（见图1）。这样每个气流都可以调整，以使熔融金属喷射流46的雾化和变向均达到最佳。喷嘴体56是气帽52的突出部分，它从气帽的一侧向前伸出，构成偏斜喷嘴54的喷嘴体。喷嘴体56上有一喷嘴座74，座上开有孔穴76，它通过通道78接收穿过气帽52来自环形气室62的辅气流。一个喷嘴塞80塞装于此孔穴内，孔穴底部留有一定空间82，用于气体流动。此喷嘴塞的中心轴线上开有与孔穴底部空间相通的喷孔84，其出口点86位于安装在喷嘴座74的喷嘴塞80的法兰端面88上。最好喷嘴座80用螺纹90紧固进孔穴76，并加一个O形密封圈92。这样就可以产生偏斜辅气流，它对准喷射流，最好对准从导丝管出来的两根金属丝的汇聚接触点42。这股辅气流有助于雾化，并可使主喷射流偏斜，这样就可以用这种喷枪在受限区域内进行喷镀，而不受电弧喷枪长度的限制。

已经发现金属丝端头熔融金属的雾化质量与出口点到两金属丝接触点间的喷气距离密切相关。还发现，对不同类型的金属丝采取不同喷气距离可得到最佳效果。根据本发明，这个最佳距离可以通过对所选类型的金属丝相应选择喷气距离来实现。例如，对钢、黄铜、青铜或镍基合金之类的高熔点金属丝（“硬丝”）材料选取第一个距离D1，而对锌、铝或巴氏合金之类的低熔点（“软丝”）材料选取第二个距离D2。对其它金属丝，比如对本代理人的正在受理中的美国专利4，741，974号中所揭示的铁包钼锰类型的包芯钢丝，还可选取第三个以及其他的距离。

最好喷嘴法兰88的厚度是可以选择的，以便可以选择喷气距离。根据本发明，这一点最好通过准备多个喷嘴塞来实现，每个喷嘴塞法兰的厚度各不相同。第二个这样的喷嘴塞示于图3，其中用虚线94表示了对应的第二个法兰的外表面和相应的出口点96。法兰的边缘采用平面98，以便于使用扳手（图2）。

作为实施例，第一个喷嘴塞法兰的厚度T1为0.071英寸（1.8毫米），为硬丝提供0.285英寸（7.24毫米）的喷气距离D1;第二喷嘴塞法兰的厚度T2为0.102英寸（2.6毫米），为软丝提供0.253英寸（6.43毫米）的喷气距离。第三个喷嘴塞（图中未示）法兰的厚度为0.024英寸（0.6毫米），为包芯钢丝提供0.332英寸（8.43毫米）的喷气距离。每个喷嘴塞的喷孔直径都为0.125英寸（3.175毫米），但也可以选择孔径不同的喷嘴塞来产生不同质量的喷射流，比如改变雾化的粗细程度或使喷射材料在头部部件上的堆积量为最少。例如，第四个喷嘴塞采用厚度为T2的法兰，喷孔直径为0.187英寸（4.75毫米），它适用于锌丝，使之不产生堆积。

选择喷气距离的另一个方法示于图4，它采用单个喷嘴塞100，其上有一固定尺寸法兰102，但位于法兰与喷嘴座之间的垫圈的厚度是可以选择的。进一步的改进示于图5，它是喷嘴座74和O形密封圈92的正面视图，其上没表示喷嘴塞和垫圈。在喷嘴座及垫圈（未示）的配对边上都有凸轮面106。于是，喷气距离可通过转动垫在喷嘴塞下的垫圈来选择。也可采用其它选择喷气距离的方法。然而，采用有不同法兰厚度的喷嘴塞既简单又方便。

横向偏斜喷气流的喷气方向最好近似垂直于金属丝14、14′的出口平面44（图1和图3），此平面由两条导丝管28、28′（图2）各自的轴线108、108′给定。主喷气嘴40的喷孔直径为0.125英寸（3.17毫米），从中喷出的压缩空气流量为9标准立方英寸/分（255升/分），用于使喷射流偏斜的辅气流流量为14标准立方英寸/分（396升/分），对于2.3毫米直经的巴氏合金丝以及200安培的电弧电流，喷射流相对于出口平面的偏斜角约为40°。

头部部件18离开分配块20（图1）一段适宜的距离，例如16英寸（40厘米）以便头部部件能接近受限制的喷射区域，而且最好根据分配块来给头部部件定向，以使形成的喷射方向更接近于图1中所示的垂直于工件表面的方向。如此，定义一个进入平面110，金属丝在此平面内进入分配块，使来自分配块的用于支承头部部件的管路和导电条支承系统呈这样的弯曲形状，即要使进入平面110与出口平面44之间的夹角大约在30°到60°之间。这一角度最好约为45°，这样喷射方向就与工件表面的垂直方向只相差约为5°。从金属丝接触点42算起的喷射距离为1.0英寸（2.5厘米）的上述电弧喷枪可以喷射于内径为7英寸（18厘米）的任何深度，只要头部部件支承系统的刚性许可。

如上所述，根据本发明适当选择偏斜喷气距离对达到优良的喷镀质量至关重要。这可通过均匀雾化来达到，所谓均匀雾化在此处及权利要求中泛指喷射流中不含有熔融金属的大颗粒雾滴或未熔微粒。

虽然上面只是结合几个特定的实施例对本发明作了详细叙述，但各种在本发明精神及权利要求范围内的改变和变形对熟练于本技术领域的人员来说是显而易见的。因此，本发明要由后附的权利要求或与之类同的东西来限定。

Claims (10)

1、一个经过改进而适合于在受限制的区域进行喷镀的电弧喷枪，包括一对相互绝缘且呈汇聚形式设置的导丝管，以便在所选类型的两条金属丝各自的喷射端之间形成接触点，产生电弧并由此得到熔融金属；还包括一个接收主压缩气流并设置在两个导丝管之间的主喷气嘴，用于吹成雾化熔融金属喷射流；还包括把金属丝连接于电弧电源的电流装置，以及用于使两根金属丝分别通过各自的导丝管进给的进给装置；还包括一个电弧喷射偏斜装置，它又包括：

一个偏斜喷嘴，其内有一接收辅压缩气体流的小喷孔，辅压缩气体在偏斜喷嘴上的出口点处从小喷孔喷出，产生吹向接触点的横向偏斜喷气流，可以通过改变出口点的位置来选择其到接触点的喷气距离；

以及用于根据所选类型金属丝来选择喷气距离的选择方法，以便使喷射流中形成均匀的雾化熔融金属。

2、根据权利要求1的一个电弧喷射偏斜装置，其特征在于其偏斜喷嘴包括一个喷嘴体，喷嘴体上有一个喷嘴座和一个接收辅气流的孔穴;还包括密封地装在孔穴内一个喷嘴塞，喷嘴塞上有一与孔穴相通的小喷孔，小喷孔的出口点在装在喷嘴座上的喷嘴塞的法兰端面上;电弧喷射偏斜装置的选择装置包括厚度可以选择的喷嘴法兰，用来选择喷气距离。

3、根据权利要求2的一个电弧喷射偏斜装置，其特征在于喷嘴塞是用螺纹紧固到孔穴内的，并且用一个O形密封圈密封。

4、根据权利要求1的一个电弧喷射偏斜装置，其特征在于其两个导丝管有各自的轴线，两轴线构成一个出口平面，横向偏斜气流方向近似垂直于出口表面。

5、一个改进了的适用于在受限区域进行喷镀的电弧喷枪，它包括一对相互绝缘且呈汇聚形式设置的导丝管，以使得在所选类型的两根金属丝的各自喷射端之间形成接触点，从而产生电弧并由此得到熔融金属;还包括一个接收压缩气体的主气流并设置在两个导丝管之间的主喷气嘴，用以产生雾化熔融金属喷射流;还包括用来把金属丝连接于电弧电源的电流装置，以及通过各自的导丝管进给金属丝的进给装置;还包括一个电弧喷射偏斜装置，它包括：

一个喷嘴体，其上有一喷嘴座和一个用来接收辅压缩气流的孔穴;

一个密封地装在孔穴内的第一个喷嘴塞，它有装在喷嘴座上的厚度为第一个厚度的第一个法兰端，其上有一个与孔穴相通的小喷孔，这样，辅气流就在第一个法兰端面上的第一个出口点处从第一个法兰端面喷出，产生一个吹向接触点的横向偏斜气流;以及

一个密封地装在孔穴内的第二个喷嘴塞，它有装在喷嘴座上的厚度为第二个厚度的第二个法兰端，其上有一个与孔穴相通的小喷孔，这样，辅气流就在第二个法兰端面上的第二个出口点处从第二个法兰端面喷出，产生一个吹向接触点的横向偏斜气流。

第一个和第二个喷嘴塞可以互换，以此可以选择从出口点到接触点的喷气距离。

6、一个经过改进而适合于在受限区域进行喷镀的电弧喷枪，它包括一对相互绝缘的呈汇聚形式设置的导丝管，以使得在所选类型的两根金属丝的各自喷射端之间形成接触点，从而产生电弧并由此得到熔融金属;还包括一个接收主压缩气流并设置在两个导丝管之间的主喷气嘴，用以产生雾化熔融金属喷射流;还包括用来把金属丝与电弧电源相连接的电流装置，以及通过各自导丝管进给金属丝的进给装置;还包括一个喷嘴体，其上有一喷嘴座和一接收辅压缩气流的孔穴;还包括一个密封地装在孔穴内的第一个喷嘴塞，该喷嘴塞有装在喷嘴座上的厚度为第一个厚度的第一个法兰端，还有一个与孔穴相通的小喷孔，这样，辅气流就在第一个法兰端面上的第一个出口点处从第一个法兰端面喷出，产生一个吹向接触点的横向偏斜气流;还包括一个可密封地装在孔穴内的第二个喷嘴塞，该喷嘴塞有装在喷嘴座上的厚度为第二个厚度的第二个法兰端，还有一个与孔穴相通的小喷孔，这样，辅气流就在第二个法兰端面上的第二出口点处从第二个法兰端面喷出，产生一个吹向接触点的横向偏斜气流。第一个和第二个喷嘴塞是可以互换的，以此选择从出口点到接触点的距离。

7、根据权利要求6的一个电弧喷枪，其特征在于还包括一个头部构件，其上装有一个喷嘴体，而且两根导丝管从其中穿过，两导丝管的轴线给定了一个出口平面;还包括一个离开头部构件有一定距离且其中装有进给装置的分配块，金属丝在一个进入平面内进入分配块;还包括用于支承从分配块向前伸出的头部部件的支承装置，而且支承装置的布置是这样的，即使进入平面和出口平面之间的夹角约在30°到60°之间。

8、根据权利要求7的一个电弧喷枪，其特征在于上述两平面的夹角约45°。

9、根据权利要求6的一个电弧喷枪，其特征在于其支承装置由分别输送主气流和辅气流的刚性主气管和辅气管组成。

10、根据权利要求9的一个电弧喷枪，其特征在于其输气管在分配块和头部构件之间是均匀弯曲的，用以形成上述角度。

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