CN104284504A - 旋转阳极式等离子发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋转阳极式等离子发生器。该等离子发生器工作时，阳极可以按照预定的方向和角速度旋转。一方面改善了等离子发生器的等离子弧根着落点在阳极的位置，提高了等离子发生器的阳极寿命；另一方面等离子射流会随着阳极的旋转而改变方向，使得喷口处的等离子射流呈现圆环形。本发明提出的等离子发生器改变了等离子发生器阳极出口处的等离子射流方向，尤其可用在弯管内表面的等离子体淬火，扩大了等离子发生器的在材料表面处理的应用范围。
Description
技术领域
本发明属于热等离子体技术领域，具体涉及一种旋转阳极式等离子发生器。
背景技术
等离子作为一种新型热源，相比传统低能量密度热源，其具有能量密度高、射流温度高、可调性和可控性良好、易于实现自动化等优点；相比高能热源（如激光），其具有发生器设备简单，安装维护方便，成本低廉、适用范围广泛、对环境要求低等突出优势，热等离子体更适合应用于工业生产中。该技术广泛用于表面处理，金属改性，金属冶炼，纳米材料再制造，切割焊接垃圾焚烧等众多领域。
等离子体用在表面处理方面具有突出优势，等离子体对钢件进行表面淬火时具有加热速度极快，热影响区很小，冷却速度也非常快的突出优势，在表面淬火后工件可以形成精细致密的淬火组织，大幅度提高工件的表面硬度和耐磨性，而且工件变形很小，无需变形矫正即可进行后续加工装配工序，是一种较为理想的淬火方法。
等离子发生器集水、电、气于一身，目前的常用的等离子发生器阳极和阴极在发生器上的位置相对固定，对弯管或是气缸内表面进行处理时只能是管道保持不动，枪体转动，或是管道转动发生器静止。前者等离子发生器连接的水道和气道也要进行相应的运动，运动很难控制，相对比较复杂；后者弯管转动操作很不方便，因此一般的等离子枪体难以用于弯管内表面处理方面。
专利CN 101631416 B中提到一种空气等离子体射流大面积表面处理装置，其为一种利用常压等离子体技术来进行表面预处理的装置，可以为材料零部件提供极其洁净的表面，并提高表面的粘附能力。但是其等离子体属于空气等离子体，温度只能在300℃～ 1500℃范围内，温度远小于10000K，对材料进行处理也是简的粗糙度改变，很难改变材料的内部组织结构。
发明内容
针对上述内容，本发明提出了一种旋转阳极式等离子发生器，其阳极喷头孔道倾斜，使得等离子体射流倾斜；阳极喷头可旋转，倾斜的等离子体射流能够复合阳极喷头的圆周运动形成环状扫描线；在整个等离子发生器的运动下，等离子体射流最终形成螺纹扫描线轨迹。这种旋转阳极式等离子发生器对能够对弯管和气缸内表面进行热等离子体表面处理，其处理可靠，操作方便，控制简单。
根据上述的旋转阳极式等离子发生器，该发生器包括阳极、阴极和枪体三大部分，其特征在于所述阳极由阳极壳体（1）和阳极喷头（2）组成，阳极壳体（1）固联在枪体上，阳极喷头（2）和阳极壳体（1）之间为可旋转连接，密封采用旋转密封方式；阳极喷头（2）上加工有辅助进气通道（5）。
辅助气孔轴线与阳极喷头末端等离子体射流孔道轴线方向一致。在辅助气流的作用下，阳极喷头孔道内等离子体射流的方向更容易改变，降低了等离子体射流对阳极喷头的热冲击。
根据上述的旋转阳极式等离子发生器，其特征在于：所述阳极喷头外端面加工有齿轮齿廓，齿轮传动能够保证转动的精确性，同时阳极喷头的传动为多级齿轮传动，采用中间级齿轮可以减少发生器要求的空间。中间级齿轮固连在阳极壳体上，驱动电机固连在枪体上。在电机驱动下，阳极喷头以合适的速度旋转，在等离子发生器的运动下，最终形成螺纹扫描线轨迹的等离子体射流 。
根据上述的旋转阳极式等离子发生器，其特征在于：所述的阳极喷头出口端的等离子体射流孔道轴线与阴极轴线有夹角。等离子体射流可以从喷嘴喷出，形成与阳极喷头端面有夹角的倾斜射流。
根据上述的旋转阳极式等离子发生器，其特征在于：所述阳极喷头等离子孔道连接处表面镶嵌有耐高温的钨或钨合金，可减少阳极喷头的烧蚀，提高阳极喷头的使用寿命。
根据上述的旋转阳极式等离子发生器，其特征在于：所述阳极采用铜、铜合金或者不锈钢材料。
本发明提供了一种旋转阳极式等离子发生器结构。该等离子发生器工作时，阳极喷头可以按照规定角速度旋转。
一方面改善了等离子发生器的等离子弧弧根着落点在阳极的位置，提高了等离子发生器的阳极寿命；另一方面等离子体射流会随着阳极的旋转而旋转，喷口处的等离子体射流呈现螺纹扫描线轨迹。
本发明提出的等离子发生器改变了等离子发生器阳极出口处的等离子体射流方向，尤其可用在管道内表面的等离子体表面淬火，能够扩大了等离子发生器的在材料表面处理的应用范围。
附图说明
图1为旋转阳极式等离子发生器结构示意图。
图2为齿轮传动原理图。
其中：1—阳极壳体，2—阳极喷头，3—阳极冷却水通道，4—中间绝缘层，5—辅助进气通道，6—阴极，7—主进气通道，8—枪体，9—阴极冷却水通道，10—驱动电机，11—传动杆，12—驱动齿轮，13—中间级齿轮，14—喷嘴端面齿廓，15—辅助气孔，16—镶嵌板，17—阳极喷头出口，18—等离子体射流，19—等离子发生器。
具体实施方式
为了更好的解释说明本发明，现结合附图对本发明的具体实现方式进行详细说明。
如图1 所示，本发明所述的旋转阳极式等离子发生器，其主要包括阳极部分、阴极和发生器主体。阳极部分由阳极壳体（1）和阳极喷头（2）组成，阳极壳体（1）和阳极喷头（2）通过轴承和旋转密封相连接；阴极（6）为铈钨棒嵌入发生器主体；中间为发生器绝缘部分，辅助进气通道（5）设在中间绝缘层（4）上，主进气通道（7）设在发生器主体上，主气孔靠近阴极（6）。
等离子发生器工作时，阴极（6）和阳极喷头（2）间产生等离子电弧，通过主进气通道（7）进入发生器的工作气体，在等离子弧作用下形成等离子体射流，等离子体射流沿阳极喷头（2）的等离子孔道运动，在阳极喷头出口端孔道（17）方向改变和辅助气流的作用下沿阳极喷头出口端喷出。
如图2所示，发生器驱动部分驱动电机（10）、传动杆（11）、驱动齿轮（12）、中间级齿轮（13）和阳极喷头（14）组成。驱动电机的转动经驱动轴到达驱动齿轮，驱动齿轮通过齿轮啮合经中间齿轮将驱动电机的旋转运动传递到阳极喷头（2）。
从等离子喷嘴出口喷出的倾斜等离子体射流（18）结合喷嘴的旋转运动并在外部辅助机构对等离子发生器的推动作用下，最终形成螺纹扫描线轨迹。这种旋转阳极式等离子发生器对弯管内表面处理可靠，操作方便，控制简单，其阳极喷头可以在静止状态下工作，实现一般等离子发生器的功能。
最后需要说明，以上实施案例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，本领域技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者是等同替换，而不脱离本发明的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的保护范围当中。
Claims (4)
1.一种旋转阳极式等离子发生器，该发生器包括阳极、阴极和枪体三大部分，其特征在于：所述阳极由阳极壳体（1）和阳极喷头（2）组成，阳极壳体（1）固联在枪体上，阳极喷头（2）和阳极壳体（1）之间为可旋转连接，密封采用旋转密封方式；阳极喷头（2）上加工有辅助进气通道（5）。
2.根据上述的旋转阳极式等离子发生器，其特征在于：所述阳极喷头（2）外端面加工有齿轮齿廓，阳极喷头（2）的传动为多级齿轮传动，中间级齿轮固连在阳极壳体（1）上，驱动电机（10）固连在枪体上。
3.根据上述的旋转阳极式等离子发生器，其特征在于：所述的阳极喷头出口端的等离子体射流孔道轴线与阴极轴线有夹角。
4.根据上述的旋转阳极式等离子发生器，其特征在于：所述阳极喷头的等离子孔道连接处表面镶嵌有耐高温的钨或钨合金。
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