CN109695013B - 一种转移弧超音速等离子丝材喷涂装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种转移弧超音速等离子丝材喷涂装置，包括：电源，其包括大电源和小电源，所述大电源的负极和所述小电源的负极连接；转移弧等离子喷枪，其内部钨极连接所述电源负极；阳极喷嘴，其中心具有通孔，所述通孔包括第一段和第二段，所述第一段套设在转移弧等离子喷枪的阳极上，所述第二段为圆台结构；送丝接头，其一端连接所述大电流正极，另一端设置在所述第二段端口。提供了一种转移弧超音速等离子丝材喷涂装置，解决超音速等离子采用粉末喷涂材料的低效率问题，实现超音速等离子高效率喷涂作业。

Description

一种转移弧超音速等离子丝材喷涂装置
技术领域
本发明涉及涂层制备技术领域，尤其涉及一种转移弧超音速等离子丝材喷涂装置。
背景技术
超音速等离子喷涂热源温度高且能实现从3000℃至11000℃的大范围调节，喷涂粒子能被加速到350～740m/s，可用于喷涂各种难熔陶瓷材料。与其它热喷涂技术(火焰喷涂和电弧喷涂)相比，超音速等离子喷涂具有高温、高速的惰性热源，喷涂粉末粒子在射流中停留时间短，熔融或半熔融粒子撞击基体时的动量大，能量转换效率高，熔滴铺展充分，扁平度好，故其喷涂的涂层质量好(结合强度可达70MPa，孔隙率低于1％)。例如喷涂高性能WC-Co金属陶瓷涂层硬度可达1400HV以上，结合强度达72MPa，孔隙率低于0.5％。其次超音速等离子喷涂通过对电参数与气参数调控，实现对超音速射流温度、热焓和速度的大范围调控，满足了不同材料特性的喷涂要求。另外，对材料加热时间短，其加热时间是普通等离子的1/2-1/3，是超音速火焰喷涂的1/3-1/5，极大地缩短了材料在热源中的氧化时间。因此超音速等离子喷涂具有比其它热喷涂方法应用范围更加广泛的优势。
但超音速等离子喷涂的一个缺点也比较突出，喷涂效率相对较低。因为超音速等离子喷涂的喷涂材料均为粉末，采用内送粉方式进行送粉，在单位时间内相比于丝材喷涂其喷涂效率低。
针对目前超音速等离子喷涂效率低这一问题，需要提供一种高效率的超音速等离子喷涂装置。
发明内容
本发明为解决目前的技术不足之处，提供了一种转移弧超音速等离子丝材喷涂装置，解决超音速等离子采用粉末喷涂材料的低效率问题，实现超音速等离子高效率喷涂作业。
本发明通过对阳极喷嘴的结构的设计，提高喷涂效率。
本发明提供的技术方案为：一种转移弧超音速等离子丝材喷涂装置，包括：
电源，其包括大电源和小电源，所述大电源的负极和所述小电源的负极连接；
转移弧等离子喷枪，其内部钨极连接所述电源负极；
阳极喷嘴，其中心具有通孔，所述通孔包括第一段和第二段，所述第一段套设在转移弧等离子喷枪的阳极上，所述第二段为圆台结构；
送丝接头，其一端连接所述大电源正极，另一端设置在所述第二段端口。
优选的是，还包括：
送丝机，其输出端设置送丝软管，并且所述送丝软管连通所述送丝接头。
优选的是，还包括：
制冷机，其包括出水管和回水管，所述出水管连接出水电缆，所述回水管连接回水电缆，所述出水电缆与所述回水电缆连通所述转移弧等离子喷枪。
优选的是，还包括：
控制总成，其连接所述电源、所述制冷机、所述送丝机和所述转移弧等离子喷枪。
优选的是，所述阳极喷嘴为回转体形状，包括前端和后端，所述第二段位于所述前端内部，所述第一段位于所述后端内部；
所述第二段内壁与中心轴线的夹角满足：
Figure GDA0002727554360000021
其中，d1为所述前端直径，d2为所述后端直径，L为所述通孔总长度。
优选的是，通过喷涂装置的参数设定第二段的长度l，使其满足：
Figure GDA0002727554360000031
其中，U1为工作喷涂的额定功率，U2为维弧喷涂的额定功率，v为额定送丝速率，f为喷涂装置额定频率。
优选的是，所述通孔的总长度为27～35mm；
所述前端的直径为15～20mm；
所述后端的直径为25～30mm；
所述第二段内壁与中心轴线的夹角为0.03°～0.07°。
优选的是，还包括：
负极电缆，其一端连接所述电源负极，另一端连接所述回水管与所述回水电缆的连接处；
正极电缆，其一端连接所述电源正极，另一端连接所述出水管与所述出水电缆的连接处。
优选的是，
所述第一段和所述第二段的连接处半径相同，所述第一段的端口半径和所述第二段的端口半径均大于连接处半径。
优选的是，
所述负极电缆与所述回水电缆的连接处以及所述正极电缆与所述出水电缆的连接处分别设置水电转接头。
本发明所述的有益效果：本发明提供了一种转移弧超音速等离子丝材喷涂装置，避免了传统的超音速等离子采用粉末喷涂材料喷涂效率低为问题，实现丝材喷涂，提高了喷涂的效率。同时对喷嘴的结构设计，使其能够有更高的效率。
附图说明
图1为本发明所述的转移弧超音速等离子丝材喷涂装置总体结构示意图。
图2为本发明所述的转移弧超音速等离子丝材喷涂装置转移弧等离子喷枪示意图。
图3为本发明所述的转移弧超音速等离子丝材喷涂装置阳极喷嘴主视简图。
图4为本发明所述的转移弧超音速等离子丝材喷涂装置阳极喷嘴A-A剖视简图。
图5为本发明所述的气体运行状态局部图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供了一种转移弧超音速等离子丝材喷涂装置，包括转移弧等离子喷枪，阳极喷嘴，制冷系统，送丝系统和控制系统。
如图1和2所示，电源包括大电源和小电源，大电源和小电源的负极连接构成电源的负极，正极包括两个正极，分别为：大电源正极和小电源正极。转移弧等离子喷枪的内部钨极连接电源的负极，输出端连接阳极喷嘴。阳极喷嘴连接电源的小电源正极。如图4所示，阳极喷嘴的外轮廓呈回转体形状，中心具有通孔，所述通孔包括第一段和第二段，所述第一段套设在转移弧等离子喷枪的阳极上，所述第二段为圆台；第一段与第二段的连接处的半径相同，第一段的端口和第二段的端口半径均大于连接处的半径。送丝接头的一端连接大电源正极，另一端正对所述第二段端口。
制冷系统包括制冷机、电转接头、连续水管和水电缆，用于向等离子喷枪提供循环冷却水，对转移弧等离子喷枪进行冷却降温。制冷机包括出水管和回水管，所述出水管连接出水电缆，所述回水管连接回水电缆，所述出水电缆与所述回水电缆连通所述转移弧等离子喷枪。所述负极电缆与所述回水电缆的连接处以及所述正极电缆与所述出水电缆的连接处分别设置水电转接头。
所述送丝系统包括：送丝机、送丝软管和送丝接头，送丝机的输出端连接送丝软管，送丝软管连接送丝接头。金属丝材由送丝机经送丝软管、送丝接头送至喷嘴正前方，送丝接头接电源的大电源正极。
控制总成连接所述电源、所述制冷机、所述送丝机、所述转移弧等离子喷枪、氩气、次级气。用于控制整套设备的水、电、气，实时监控设备的运行状态。如图5所示，在控制总成中，氩气和次级气分别通过压力表测量气体的压力值，通过流量计的调节形成一定比例的混合气，该混合气作为喷涂工作气体。
如图2所示，所述的转移弧等离子喷枪，等离子喷枪内部钨极接电源的负极，所述的阳极喷嘴接电源的小电源正极，所述的送丝接头接电源的大电源正极。启弧时，通过所述的控制系统打高频启弧，启弧时为非转移弧，钨极为负极，阳极喷嘴为正极，弧在喷嘴内部。在正式喷涂时，打开所述送丝机，金属丝材此时为正极，等离子弧由钨极与阳极喷嘴之间的非转移弧拉长至钨极与金属丝材之间，形成转移弧，进行喷涂。
如图3、4所示，所述阳极喷嘴为回转体形状，包括前端和后端，所述第二段位于所述前端内部，所述第一段位于所述后端内部；
所述第二段内壁与中心轴线的夹角满足：
Figure GDA0002727554360000051
其中，d1为所述前端直径，d2为所述后端直径，L为所述通孔总长度。
优选的是，通过喷涂装置的参数设定第二段的长度l，使其满足：
Figure GDA0002727554360000052
其中，U1为工作喷涂的额定功率，U2为维弧喷涂的额定功率，v为额定送丝速率，f为喷涂装置额定频率。
通孔的总长度为27～35mm；第一段端口直径为15～20mm；第二段端口直径为25～30mm。
α的取值范围为：0.03-0.07°。
本发明中优选的为0.033°；通孔(喷嘴)其它尺寸分别为：通孔的总长度L：30mm，第二段端口直径d1为28mm；第一段端口直径d2为19mm。在该尺寸下，喷涂速度相比α为0°尺寸条件下提高10％-20％。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种转移弧超音速等离子丝材喷涂装置，其特征在于，包括：
电源，其包括大电源和小电源，所述大电源的负极和所述小电源的负极连接；
转移弧等离子喷枪，其内部钨极连接所述电源负极；
阳极喷嘴，其中心具有通孔，所述通孔包括第一段和第二段，所述第一段套设在转移弧等离子喷枪的阳极上，所述第二段为圆台结构；
所述阳极喷嘴接所述电源的小电源正极；送丝接头，其一端连接所述大电源正极，另一端设置在所述第二段端口；
所述阳极喷嘴为回转体形状，包括前端和后端，所述第二段位于所述前端内部，所述第一段位于所述后端内部；
所述第二段内壁与中心轴线的夹角满足
Figure FDA0002762133070000011
其中，d1为所述前端直径，d2为所述后端直径，L为所述通孔总长度。
2.根据权利要求1所述的转移弧超音速等离子丝材喷涂装置，其特征在于，还包括：
送丝机，其输出端设置送丝软管，并且所述送丝软管连通所述送丝接头。
3.根据权利要求2所述的转移弧超音速等离子丝材喷涂装置，其特征在于，还包括：
制冷机，其包括出水管和回水管，所述出水管连接出水电缆，所述回水管连接回水电缆，所述出水电缆与所述回水电缆连通所述转移弧等离子喷枪。
4.根据权利要求3所述的转移弧超音速等离子丝材喷涂装置，其特征在于，还包括：
控制总成，其连接所述电源、所述制冷机、所述送丝机和所述转移弧等离子喷枪。
5.根据权利要求4所述的转移弧超音速等离子丝材喷涂装置，其特征在于，通过喷涂装置的参数设定第二段的长度l，使其满足
Figure FDA0002762133070000021
其中，U1为工作喷涂的额定功率，U2为维弧喷涂的额定功率，v为额定送丝速率，f为喷涂装置额定频率。
6.根据权利要求5所述的转移弧超音速等离子丝材喷涂装置，其特征在于，
所述通孔的总长度为27～35mm；
所述前端的直径为15～20mm；
所述后端的直径为25～30mm；
所述第二段内壁与中心轴线的夹角为0.03°～0.07°。
7.根据权利要求4所述的转移弧超音速等离子丝材喷涂装置，其特征在于，还包括：
负极电缆，其一端连接所述电源负极，另一端连接所述回水管与所述回水电缆的连接处；
正极电缆，其一端连接所述电源正极，另一端连接所述出水管与所述出水电缆的连接处。
8.根据权利要求1所述的转移弧超音速等离子丝材喷涂装置，其特征在于，
所述第一段和所述第二段的连接处半径相同，所述第一段的端口半径和所述第二段的端口半径均大于连接处半径。
9.根据权利要求7所述的转移弧超音速等离子丝材喷涂装置，其特征在于，
所述负极电缆与所述回水电缆的连接处以及所述正极电缆与所述出水电缆的连接处分别设置水电转接头。
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