CN1040277C - 一种等离子炬 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可用于直流等离子体喷射法生长人造金刚石和等离子热处理、喷涂及冶金等领域的等离子炬。它是在内缩阴极和阳极喷嘴之间同轴相间地插入多个导电环和耐高温的绝缘环。阴极、导电环、绝缘环和喷嘴之间实行真空封接后整体装配到能冷却的绝缘外套中。它的特点是放电通道长、等离子弧电压高。可在较小放电电流下获得大功率、高焓值、大截面的等离子体流。
Description
本发明属于作业工具的改进，更具体地说是等离子炬的改进。
现有的等离子炬主要由内缩的阴极和阳极喷嘴构成。公告号为EP 0 388 861 A2的欧洲专利文献〔其它参考文献：美国专利：4,194,106(1980.3.18)；4,864,096(1989.9.5)和欧洲专利EP 0 376 694 A2(1989.12.27)〕中公开的这类等离子炬(附图1)为了保证在一定气流下能可靠的引弧，阴极〔1〕和阳极喷嘴〔2〕之间的距离通常很小，因此电弧电压只有数十伏。为了提高电弧功率，只能靠增大电弧电流，这就加快了阴极〔1〕和阳极喷嘴〔2〕的烧蚀，而且要求供给的冷却液流量也大。加大阴极〔1〕和阳极喷嘴〔2〕之间的距离虽然可以提高电弧电压，但却带来了引弧困难和电弧不稳定性。双阳极结构(附图2)的等离子炬可以提高电弧电压，引弧也比较容易，但是结构和操作复杂。两个双阳极结构的等离子炬互相垂直配置时形成的复合等离子炬(附图3)不但结构复杂，制造成本高，而且喷出的等离子体流也不易稳定。
本发明的目的是提供一种改进的等离子炬。它可在不增加电弧电流的情况下把放电电压提高数倍，因而电弧功率也随之相应提高数倍。该等离子炬结构简单紧凑、易于冷却、操作方便、容易引弧、电弧稳定性好。
本发明的目的是以如下方式实现的。
在阴极和阳极喷嘴之间同轴相间地插入多个导电环和耐高温的绝缘环。它们彼此之间用粘合剂或橡胶垫圈，实现真空密封后整体装配到外绕电磁线包的绝缘外套中，在那里受到流动冷却液的冷却。高压引弧操作后，由于感应起电各导电环端面间的气体陆续击穿电离而在阴极和阳极喷嘴之间形成连续的电弧。导电环和绝缘环的使用，加长了阴极和阳极喷嘴间的距离，使炬的工作电压得以提高。导电环端面间的感应起电使等离子炬易于引弧。导电环内孔柱面对弧的约束作用，提高了电弧的稳定性。
图1为EP0388861(A2)欧洲专利文献中公开的单阳极等离子炬的纵向剖面图。
图2为同一专利文献中的双阳极等离子炬纵向剖面图。
图3为上述专利文献中两个双阳极等离子炬互相垂直配置时，形成的复合等离子炬的纵向剖面图。
图4是本发明一种具体结构的纵向剖面原理图。
以下结合附图和实施例对发明作进一步的详细描述。
参看附图4。在阴极〔1〕和阳极喷嘴〔2〕之间，同轴相间地插入多个导电环〔3〕和耐高温的绝缘环〔4〕。导电环〔3〕用金属材料如紫铜。绝缘环[4]用陶瓷或玻璃制成。它们彼此之间用粘合剂或橡胶垫圈实现真空密封后整体装配到外绕电磁线包[14]的绝缘外套〔5〕中，在那里它们受到流动冷却液〔6〕的冷却。各导电环〔3〕轴向长度可以不等，其内孔大小也可不同。两相临导电环〔3〕间的绝缘环〔4〕可以是一只，或是外径不等两只套在一起。相临不同导电环〔3〕间的绝缘环〔4〕轴向长度可以不相同。导电环〔3〕或绝缘环〔4〕在阴极〔1〕和阳极喷嘴〔2〕间的排列顺序是不受限制的。导电环〔3〕和绝缘环〔4〕的使用使阴极〔1〕和阳极喷嘴〔2〕之间的放电距离加长了数倍，因而使电弧电压也增大了数倍。导电环〔3〕起降低引弧电压和稳定放电电弧的作用，它能把放电电弧约束在阴极〔1〕、绝缘环〔4〕和阳极喷嘴〔2〕三者形成的轴向通道〔7〕内、含有切向喷气孔呈柱状能通冷却液的阴极〔1〕接电源〔8〕的负极和辅助引弧电源〔9〕、发射电子。能通冷却液呈环状的阳极喷嘴〔2〕接电源〔8〕的正极和辅助引弧电源〔9〕的另一极，喷出电弧。各导电环〔3〕的内孔直径自上而下是逐级加大的或是相同的。[10]为电弧气体[11]通道，[12]为辅助气体〔13〕通道。电弧气体〔11〕通过通道后围绕阴极〔1〕经第一导电环〔3〕内孔旋转喷出在1、2导电环〔3〕之间与混合物通道[12]流出的辅助气体[13]相混，然后陆续通过2、3、4……导电环及阳极喷嘴〔2〕，在此过程中，冷却液〔6〕从冷却入口〔15〕流入，在冷却套〔5〕内流经阳极喷嘴〔2〕、绝缘环〔4〕、导电环〔3〕后，从阴极〔1〕内经出口〔16〕流出，使阳极喷嘴〔2〕、绝缘环〔4〕、导电环〔3〕、阴极〔1〕得到充分冷却。
实施例1：
阴极〔1〕、阳极喷嘴〔2〕4只导电环〔3〕用紫铜制成。5只绝缘环〔4〕用石英玻璃制成。放电通道长180mm。冷却液为去离子水(辅助气体为氢气)，电弧气体——氩气的压力为0.06M Pa时，电弧电压为120伏，电流100A、功率为12KW。等离子流截面直径达30mm以上，弧温达3000°K以上。
Claims (3)
1、一种由位于同一轴线上内缩的阴极〔1〕、绝缘环〔4〕、导电环〔3〕、绝缘冷却外套〔5〕和阳极喷嘴〔2〕组成的等离子炬，其特征在于内缩的阴极〔1〕阳极喷嘴〔2〕之间相间排列着多个导电环〔3〕和耐高温的绝缘环〔4〕，且阴极〔1〕、阳极喷嘴〔2〕和各导电环〔3〕之间用绝缘环〔4〕将其隔开。
2、按权利要求1所述的等离子炬，其特征在于阴极〔1〕、导电环〔3〕、阳极喷嘴〔2〕和绝缘环〔4〕之间用粘合剂或橡胶垫圈实现真空密封。
3、按权利要求1所述的等离子炬，其特征在于阴极〔1〕、阳极喷嘴〔2〕、导电环〔3〕和绝缘环〔4〕能整体安装到能起冷却作用的绝缘外套〔5〕内，从中受到流动冷却液的冷却。
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- 1993-08-21 CN CN93109966A patent/CN1040277C/zh not_active Expired - Fee Related
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