CN1043241A - 高效双弧等离子喷枪 - Google Patents

Abstract

本发明属于等离子体喷涂装置。适用于各种金属及陶瓷材料的高温喷涂，同时也可用作高温热源。其主要特征是该喷枪有两个放电阴极和一个阳极；并采用轴向中心送粉，被喷涂材料从喷枪后部通过送粉管及送粉孔道送入汇流通道中，被等离子火焰加热、加速射出，进行涂层。与现有喷枪相比，本发明的热效率可大大提高，从而在喷枪运行功率远低于现有喷枪的情况下，可获得优异的涂层质量；另外，喷枪功率可提高到100KW以上。

Description

本发明属于等离子体喷涂装置。适用于各种金属及陶瓷材料的高温喷涂，尤其适用于喷涂耐高温陶瓷材料涂层，同时也可用作高温热源。

现有的商业型等离子喷枪均为单电弧放电，且被喷涂的材料多是采用外送粉（或丝），即在喷咀外侧以一定的角度把被喷涂的粉末或丝材送入等离子焰中，也有采用内送粉（或丝）的，即在靠近喷咀出口的内侧，把被喷涂材料送入等离子焰中。见英国专利GB1209672。

上述两种结构的喷枪，由于被喷涂材料均与等离子火焰成一定角度注入，故存在以下缺点：

1.由于高温高速的等离子火焰对注入粉末有外推作用，使粉末不易送入火焰中。

2.由载气运送的粉末粒子流将干扰等离子火焰的正常流动，从而降低了火焰推动粒子的速度。

3.被喷涂材料的注入位置均在火焰的低温区，粒子加热不充分，欲使粒子充分加热，必须采用较高的运行功率，致使喷枪的热效率下降，等离子体热源能量被损失。

4.由于火焰通道短，等离子火焰很快从喷咀流出，与空气剧烈混合，大量冷空气混入火焰中，大大降低火焰温度。

七十年代以后，国内外出现过单弧轴向送粉喷涂枪，有的把被喷涂材料从阴极和阳极间的间隙处送入，有的阴极中心钻孔，把被喷涂材料从该孔送入。上述两种方案对改善注入材料加热和提高涂层质量确有明显改进，但由于被喷涂材料必须穿越放电电弧区，严重干扰电弧放电，使喷枪无法稳定工作;电弧放电不稳定又必然导致被喷材料加热不均匀或过熔，以致瞬间粘在喷咀上造成堵塞。因此，这类喷枪只能在极短时间内工作。见《Transaction    of    JWRI》Vol.16，Nol，1987。

本发明的目的在于提供一种新型的高效双弧等离子喷枪。该喷枪既能强化粉末与高温等离子火焰的热交换，使在比普通单弧等离子喷枪运行功率低35～50%的情况下，仍能获得同样的涂层质量，从而降低能耗;同时，又能根据使用的要求，大幅度提高喷枪的承载能力，以满足特定工作的需要。

根据上述目的，本发明的主要技术方案是把被喷涂的材料轴向送入等离子火焰的高温区;延长被喷涂材料与等离子火焰的接触时间，从而更有效地利用等离子体的能量，进一步强化被喷涂材料与等离子火焰之间的热交换，使其更充分加热;既采用轴向送粉，又不干扰电弧放电。

其具体的技术措施如下：（1）采用双电弧放电的喷枪结构形式，即一个喷枪上设置两个阴极和一个公用的阳极（喷咀）;（2）采用轴向中心送粉，被喷涂粉末注入的方向与等离子火焰的流向一致且同轴;（3）加长喷咀压缩通道长度，使其比一般等离子喷枪的压缩通道长3倍，约60～100mm。（4）阴极位置采用可调式。

由于采用这种双电弧放电、轴向送粉和长通道的结构，使喷枪工作时同时产生两股等离子流，分别从两个放电通道中流出，然后再汇合从汇流通道流出喷咀。被喷涂材料既可通过等离子体的极高温区，又避免了干扰电弧放电，使喷枪能够长时间稳定工作;同时，由于轴向中心送粉，一方面使被喷涂材料能在等离子火焰的更高温区被注入，有利于材料的加热，又大大地延长了被喷涂材料与等离子火焰相互接触的时间，强化了二者的热交换，另一方面，由于材料注入方向与等离子火焰流向一致且同轴，被喷涂材料就更容易送入火焰中，使其加热更充分和均匀;另外，由于加长喷咀通道的长度，延长了等离子火焰被约束的时间，防止火焰过早流出喷咀，与大量冷空气混合，使其温度急剧下降;再者，由于阴极位置可调，使阴极杆能重复使用。

本发明喷枪具有如下优点：

1.由于被喷涂材料的粉末或丝材是以与等离子火焰同轴同向送入，因此不干扰等离子火焰的正常流动，有助于提高粒子的运动速度;同时，被喷涂材料容易送至火焰中心，大大提高粒子被加热的均匀性和材料的利用率。

2.喷涂材料送入喷枪后，不与放电电弧接触，使工作时电器参数稳定。

3.由于电弧通道和汇流通道加长，大大推迟了等离子火焰流出喷咀的时间，从而避免了等离子火焰过早地流出喷咀，与空气混合，导致温度急剧下降，这样就减小了等离体火焰轴向温度分布的衰减，提高喷枪的热效率。同时，长的喷咀汇流通道，使得等离子火焰能在更大范围内被约束，被喷涂材料与高温火焰的接触时间延长，进一步强化了两者的热交换，提高了喷涂粒子的熔化程度，显著地提高了涂层质量。

4.由于喷枪热效率提高，使得在喷涂同样材料和获得同等涂层质量的情况下，喷枪运行功率下降，节约了能源，与现有等离子喷枪相比，运行功率减少30～50%。

5.喷枪采用双弧放电，喷枪的总承载能力成倍增加，该喷枪功率可达100～150KW。

附图说明及实施例

附图1为双弧等离子喷枪主体结构示意图;

附图2为阴极结构示意图;

在附图1中，1为后枪体，2为绝缘体，3为阴极杆（两个），4为稳弧气体引入管，5为枪体，6为水套，7为喷咀（阳极），8为送粉管，9为水冷通道，10为电弧通道，11为汇流通道，12为送粉通道，α为电弧通道10与送粉孔道12之间的（轴线）夹角。实际上喷咀7（阳极）包含两个电弧通道10和一个汇流通道11。

通过枪体5把喷枪的其它部件联成一个整体。枪体5、喷咀7和后枪体1的装配要保证阴极杆3与电弧通道10严格同心，其偏心度小于0.05mm，送粉孔道12与汇流通道11要求严格同轴同心，其偏心度小于0.1mm。两个电弧通道10、汇流通道11和送粉孔道12的轴线均在一个平面上，且送粉孔道12与汇流通道11同心。两个电弧通道10分别对称位于送粉管8和汇流通道11的两侧，一个电弧通道与汇流通道的夹角α为10～25°。阴极杆3和喷咀7均通水冷却，两股冷却水通过水电缆先分别流入水套9，然后再从水套9流出，分成两股分别流入两个后枪体，从后枪体流出后各自回流。

附图2中，1为后枪体，3为阴极杆，13为锁紧螺母，14为套筒，15、16为密封胶圈。

阴极杆3是可移动式的。当适当松动锁紧螺母13时，便可用专用工具定量移动阴极杆3的位置，以便精确调整阴极与阳极之间的距离。距离调整好之后，通过旋转锁紧螺母13，压紧密封胶圈15、16，阴极杆3则被固定。调整过程十分方便。活动阴极的设计，使电极烧损后，可进行修复，重复使用，降低阴极消耗。

喷枪通过两个阴极杆和公用阳极由两个直流电源供电，两个直流电源可以安装在一起或分别安装，功率调节可以同步调节或分别调节。

喷枪工作时，先接通冷却水，同时通入等离子形成气体，再接通电源，然后同时或分别引燃两个电弧，形成两股等离子焰流，两股等离子焰流同时流入汇流通道11，汇合后流出喷咀;被喷涂的粉末或丝材经送粉管8和喷咀的送粉孔道12，以轴向送入喷咀的汇流通道11中，材料被等离子火焰加热、加速，经喷口射出，喷涂在基体表面上，形成涂层。

Claims (6)

1、一种含有阴极、电弧通道、阳极(喷咀)和送粉孔道的高效双弧等离子喷枪，其特征在于该喷枪装有两个可放电阴极和一个具有两个电弧通道和一个汇流通道的阳极(喷咀)，并有与汇流通道同轴同心的送粉孔道；被喷涂材料从喷枪后部通过送粉管和送粉孔道，轴向送入汇流通道。

2、根据权利要求1所述的喷枪，其特征在于送粉孔道和汇流通道严格同轴同心，其偏心度小于0.1mm。

3、根据权利要求1所述的喷枪，其特征在于两个电弧通道与汇流通道和送粉孔道的轴线均在同一个平面上。

4、根据权利要求1和3所述的喷枪，其特征在于两个电弧通道分别对称位于送粉管和汇流通道的两侧，且一个电弧通道与汇流通道的夹角α为10～25°。

5、根据权利要求1所述的喷枪，其特征在于汇流通道比普通喷枪的电弧通道长3倍，约60～100mm。

6、根据权利要求1所述的喷枪，其特征在于阴极杆是可移动式的，通过专用工具，可灵活调整阴极与阳极间的距离。

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