CN110042337B - 一种氩气保护微束电弧喷涂枪 - Google Patents

Abstract

一种氩气保护微束电弧喷涂枪，属于热喷涂技术领域。所述氩气保护微束电弧喷涂枪，包括枪体和辅助电极组件，导电嘴的前端设置有导丝孔一，导电嘴内设置有导丝孔二，导丝孔一和导丝孔二同轴设置在导电嘴的对称中心处，喷涂丝依次穿过导丝孔一和导丝孔二，导丝孔二的直径与喷涂丝的直径相等，导丝孔二的直径小于导丝孔一的直径，导电嘴内沿周向均匀设置2n个通气孔，n≥1，通气孔与导丝孔一连通，电气连接管一与导电嘴的后端连接，氩气通过电气连接管一进入到通气孔中，再通过导丝孔一喷出进行氩气保护。所述氩气保护微束电弧喷涂枪，涂层氧化程度低，涂层结合强度高、质量好，喷涂束流集中，喷涂束斑小，喷涂过程稳定，能耗低，节能环保。

Description

一种氩气保护微束电弧喷涂枪

技术领域

本发明涉及热喷涂技术领域，特别涉及一种氩气保护微束电弧喷涂枪。

背景技术

电弧喷涂是用电弧将金属喷涂丝加热熔化，再用压缩空气雾化，喷射到工件表面形成涂层的一种热喷涂技术。常规的电弧喷涂枪中，安装有处于同一平面中、成一定夹角的两个导电嘴。两根金属丝在送丝机的驱动下通过导电嘴持续送进，可以交于喷涂枪前方一点。两根金属丝上施加一定的喷涂电压，接触短路后就会在两根金属丝之间建立电弧，熔化金属。两个导电嘴后方安装有一个压缩空气喷口，高速喷出的压缩空气将熔化的金属吹离喷涂丝端部，雾化成小液滴，加速飞出，撞击到经过净化、粗化的工件待喷涂表面，形成涂层。为了提高小液滴的飞行速度，增加涂层和工件的结合强度，有研究工作者在压缩空气喷口处设计了拉法尔管结构，使压缩空气流速达到超音速，实现超音速电弧喷涂。

电弧喷涂具有喷涂效率高、成本低等一系列优点，在零部件的耐磨、防腐、耐高温氧化等方面的防护中应用非常广泛。但是，现有的电弧喷涂也存在以下不足：

首先，电弧喷涂束流分散，喷涂束斑大，不适合于对小尺寸、具有精细结构的零件表面进行防护处理。用于对熔化金属进行雾化和加速的压缩空气在送气管内的压力较高，通常可以达到0.4～0.6MPa，从喷口喷出后，气流发生膨胀，向四周散开。由于喷涂丝熔化的位置在喷口前方一段距离，使得被压缩空气雾化后的小液滴飞行方向并不是和压缩空气喷口轴线方向完全一致，而是呈伞状飞出。到达工件待喷涂表面时，喷涂束流的分散半径通常可以达到数十毫米。喷涂束流的分散使得电弧喷涂不适合于对小尺寸、具有精细结构的零件表面进行防护处理。另外，呈伞状飞出的小液滴在垂直于压缩空气流的同一截面上的速度是不相等的，截面中心的液滴速度最大，自中心至边缘逐渐降低，这不仅使得边缘位置的液滴撞击工件时动能低，而且使得边缘位置的液滴在空中停留时间长，撞击工件时温度也低，从而导致边缘位置涂层结合力低，容易出现缺陷。为了提高电弧喷涂对小尺寸、具有精细结构的零件表面进行防护处理的能力和涂层质量，有研究工作者开发了微束流高速电弧喷涂枪，通过采用拉法尔管结构、降低喉部尺寸、降低进气压力来达到提高喷涂颗粒速度、降低压缩空气消耗量、减小喷涂束斑直径的效果。这种微束流高速电弧喷涂枪的液滴雾化原理、喷枪结构和传统的电弧喷涂是一样的，仅通过结构的缩小，对实现电弧喷涂的微束化效果是比较有限的。

其次，电弧喷涂采用压缩空气作为喷涂气源，涂层氧化严重、质量差。传统的电弧喷涂靠压缩气体对液滴进行雾化，需要消耗大量气体，如果采用惰性气体进行喷涂，成本太高，只能使用压缩空气进行喷涂，导致小液滴在飞行过程中严重氧化，涂层中夹杂有大量的氧化物，降低了涂层中颗粒之间以及涂层和工件之间的结合力。

发明内容

为了解决现有技术存在的电弧喷涂束斑大、涂层氧化严重等技术问题，本发明提供了一种氩气保护微束电弧喷涂枪，涂层氧化程度低，涂层结合强度高、质量好，喷涂束流集中，喷涂束斑小，喷涂过程稳定，能耗低，节能环保。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种氩气保护微束电弧喷涂枪，包括枪体和辅助电极组件，所述枪体包括绝缘套一、保护罩一、水冷套组件一、电气连接管一和导电嘴，所述辅助电极组件包括绝缘套二、保护罩二、水冷套组件二、电气连接管二和辅助电极，所述导电嘴的前端设置有导丝孔一，所述导电嘴内设置有导丝孔二，所述导丝孔一和导丝孔二同轴设置在导电嘴的对称中心处，喷涂丝依次穿过导丝孔一和导丝孔二，所述导丝孔二的直径与喷涂丝的直径相等，导丝孔二供喷涂丝通过并为喷涂丝提供电连接，所述导丝孔二的直径小于导丝孔一的直径；

所述导电嘴内沿周向均匀设置2n个通气孔，n≥1，所述通气孔与导丝孔一连通；

所述导电嘴的后端与电气连接管一连接，氩气通过电气连接管一进入到通气孔中，再通过导丝孔一喷出进行氩气保护。

所述保护罩一和保护罩二连接，使枪体轴线与辅助电极轴线的夹角为30°～90°，所述枪体和辅助电极组件通过连接件连接。

所有所述通气孔的横截面积之和大于等于导丝孔一的横截面积，用以保证喷涂丝与导丝孔一内壁之间的供氩气通过的气隙的通气横截面积最小，而且速度最高。

所述导电嘴的外部设有绝缘套一，所述绝缘套一的外部设置有保护罩一，所述保护罩一与绝缘套一通过旋紧套一连接，所述电气连接管一的外部设置有水冷套组件一，所述水冷套组件一包括水冷套一、进水管一和出水管一，所述进水管一通过水冷电缆接头一与水冷电缆一连接，水冷电缆一远离水冷电缆接头一的一侧分别与喷涂电源正极和水泵连接，冷却水从水冷电缆一经进水管一进入水冷套一，对枪体进行冷却，从出水管一流出。

所述喷涂电源采用带有高频引弧器的恒压电源。

所述导电嘴为圆柱形结构。

所述辅助电极组件采用现有技术中的钨极氩弧焊枪。

本发明的有益效果：

1)导电嘴内沿周向均匀设置2n个通气孔，n≥1，通气孔与导丝孔一连通，电气连接管一与导电嘴的后端连接，电气连接管一的另一端与氩气源连接，氩气通过电气连接管一进入到通气孔中，再通过导丝孔一喷出进行氩气保护，喷涂过程在氩气保护下进行，涂层氧化程度低，涂层结合强度高、质量好；

2)保护罩一和保护罩二焊接连接，使枪体轴线与辅助电极轴线的夹角为30°～90°，导电嘴为圆柱形结构，导电嘴的前端设置有导丝孔一，导电嘴内设置有导丝孔二，所述导丝孔一和导丝孔二同轴设置在导电嘴的对称中心处，喷涂丝穿过导丝孔一和导丝孔二，所述导丝孔二的直径与喷涂丝的直径相等，导丝孔二供喷涂丝通过并为喷涂丝提供电连接，所述导丝孔二的直径小于导丝孔一的直径，熔滴液态金属处于等离子体焰流轴心位置，不易被吹分散，喷涂束流集中，喷涂束斑小，是真正意义上的微束电弧喷涂；

3)喷涂采用单丝进行，避免了双丝喷涂时喷涂丝熔化不同步造成的断弧问题，喷涂过程稳定，涂层质量好；

4)熔化的液态金属通过电磁力、高速等离子流力进行雾化和加速，氩气的消耗量为每分钟十几升，远低于传统电弧喷涂压缩空气的消耗量，能耗低，节能环保。

附图说明

图1是本发明实施例一的氩气保护微束电弧喷涂枪的结构示意图；

图2是本发明实施例一的导电嘴的剖视示意图；

图3是本发明实施例一的氩气保护微束电弧喷涂枪的分解图。

图中，1-喷涂丝，2-导电嘴，3-保护罩一，4-旋紧套一，5-绝缘套一，6-水冷套一，7-电气连接管一，8-出水管一，9-进水管一，10-水冷电缆接头一，11-水冷电缆接头二，12-进水管二，13-出水管二，14-连接件，15-电气连接管二，16-水冷套二，17-绝缘套二，18-旋紧套二，19-保护罩二，20-辅助电极，21-导丝孔一，22-通气孔，23-导丝孔二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”“前端”、“后端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述。术语“一”、“二”仅用于清楚描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种氩气保护微束电弧喷涂枪，涂层氧化程度低，涂层结合强度高、质量好，喷涂束流集中，喷涂束斑小，喷涂过程稳定，能耗低，节能环保。

本发明中，氩气保护微束电弧喷涂枪的喷涂方法，包括如下步骤：

步骤一，对工件待喷涂部位进行喷砂粗化和净化；

步骤二，将氩气保护微束电弧喷涂枪对准工件待喷涂部位，保持喷涂丝1轴线和待喷涂表面垂直，喷涂丝1端部和待喷涂表面距离为20mm-150mm，通氩气，氩气从喷涂丝1与导丝孔一21之间的气隙高速喷出；

步骤三，根据喷涂丝1直径调节喷涂电流，使喷涂电流处于射流过渡电流区间，启动喷涂电源，高频引弧器送出引弧脉冲，在喷涂丝1和辅助电极20之间建立电弧，熔化喷涂丝1，从喷涂丝1与导丝孔一21之间的气隙喷出的氩气电离成等离子体，流速进一步增加，熔化的金属在电磁力及等离子流力的作用下，雾化成小液滴，高速飞出，和工件待喷涂表面碰撞，形成涂层；

步骤四，喷涂丝1持续送进，氩气保护微束电弧喷涂枪移动，形成连续喷涂层，直至喷涂完成。

实施例一

如图1所示，一种氩气保护微束电弧喷涂枪，包括枪体和辅助电极组件，枪体包括绝缘套一5、保护罩一3、水冷套组件一、电气连接管一7和导电嘴2，其中，绝缘套一5、保护罩一3、水冷套组件一和电气连接管一7的结构和连接方式可采用现有技术，辅助电极组件采用现有技术中的钨极氩弧焊枪，其包括绝缘套二17、保护罩二19、水冷套组件二、电气连接管二15和辅助电极20，绝缘套二17、保护罩二19、水冷套组件二、电气连接管二15和辅助电极20的连接方式为现有技术，保护罩二19与绝缘套二17通过旋紧套二18连接，保护罩一3和保护罩二19焊接连接，使枪体轴线与辅助电极轴线的夹角为45°，枪体和辅助电极组件通过连接件14连接，连接件14就连接在枪体和辅助电极组件的坚固部位即可，起到固定连接作用，本实施例中，连接件14与水冷套一6和水冷套二16连接。

如图2所示，导电嘴2为圆柱形结构，导电嘴2的前端设置有导丝孔一21，导丝孔一21的直径为2mm，导电嘴2内设置有导丝孔二23，导丝孔二23的直径为1.2mm，导丝孔一21和导丝孔二23同轴设置在导电嘴2的对称中心处，喷涂丝1依次穿过导丝孔一21和导丝孔二23，导丝孔二23远离导丝孔一21的一端设置有锥角，便于喷涂丝1进入导丝孔二23，导丝孔二23的直径与喷涂丝1的直径相等，导丝孔二23供喷涂丝1通过并为喷涂丝1提供电连接，导丝孔二23的直径小于导丝孔一21的直径，使得喷涂丝1与导丝孔一21内壁之间存在径向距离为0.4mm的气隙，导电嘴2内沿周向均匀设置2个通气孔22，n＝1，2个通气孔22对称设置在导丝孔二23的两侧，通气孔22均与导丝孔二23平行，通气孔22与导丝孔一21连通，2个通气孔22的横截面积之和大于等于导丝孔一21的横截面积，用以保证喷涂丝1与导丝孔一21内壁之间的供氩气通过的气隙的通气横截面积最小，而且速度最高，电气连接管一7与导电嘴2的后端连接，氩气通过电气连接管一7进入到通气孔22中，再通过导丝孔一21喷出进行氩气保护。

如图3所示，导电嘴2的外部设有绝缘套一5，绝缘套一5的外部设置有保护罩一3，保护罩一3与绝缘套一5通过旋紧套一4连接，绝缘套一5会延伸到电气连接管一7前端部分的外部，用以保证电气连接管一7与保护罩一3之间绝缘，电气连接管一7的外部设置有水冷套组件一，水冷套组件一包括水冷套一6、进水管一9和出水管一8，进水管一9通过水冷电缆接头一10与水冷电缆一连接，水冷电缆一远离水冷电缆接头一10的一侧的端部分别与喷涂电源正极和水泵连接，喷涂电源采用带有高频引弧器的恒压电源，冷却水从水冷电缆一经进水管一9进入水冷套一6，对枪体进行冷却，从出水管一8流出，喷涂丝1依次通过导电嘴2、电气连接管一7、水冷套一6、进水管一9、水冷电缆接头一10、水冷电缆一连接到喷涂电源正极。辅助电极组件采用现有技术中的钨极氩弧焊枪，辅助电极20依次通过电气连接管二15、水冷套二16、进水管二12、水冷电缆接头二11、水冷电缆二连接到喷涂电源负极，冷却水从水冷电缆二经进水管二12进入水冷套二16，对辅助电极组件进行冷却，从出水管二13流出。

本实施例中，氩气保护微束电弧喷涂枪的喷涂方法，包括如下步骤：

步骤一，对工件待喷涂部位进行喷砂粗化和净化；

步骤二，将氩气保护微束电弧喷涂枪对准工件待喷涂部位，保持喷涂丝1轴线和待喷涂表面垂直，喷涂丝1端部和待喷涂表面距离20mm，通氩气，氩气流量12L/min，氩气从喷涂丝1与导丝孔一21之间的气隙高速喷出，气流速度约为130m/s；

步骤三，调节喷涂电流到180A。启动喷涂电源，高频引弧器送出引弧脉冲，在喷涂丝1和辅助电极20之间建立电弧，熔化喷涂丝1，从喷涂丝1与导丝孔一21之间的气隙喷出的氩气电离成等离子体，流速进一步增加，熔化的金属在电磁力及等离子流力的作用下，雾化成小液滴，高速飞出，和工件待喷涂表面碰撞，形成涂层；

步骤四，喷涂丝1持续送进，氩气保护微束电弧喷涂枪移动，形成连续喷涂层，直至喷涂完成。

本实施例为细丝近距离喷涂方式。涂层和工件形成冶金结合，涂层结合强度≥200MPa。涂层基本没有氧化，与传统电弧喷涂相比，涂层结合强度更高，涂层质量更好。

实施例二

本实施例中，氩气保护微束电弧喷涂枪的结构和示意图同实施例一，只是氩气保护微束电弧喷涂枪的喷涂方法中的部分参数不同，具体为：喷涂丝1端部和待喷涂表面距离150mm，氩气流量15L/min，气流速度约为170m/s。

本实施例中，氩气保护微束电弧喷涂枪的喷涂方法，包括如下步骤：

步骤一，对工件待喷涂部位进行喷砂粗化和净化；

步骤二，将氩气保护微束电弧喷涂枪对准工件待喷涂部位，保持喷涂丝1轴线和待喷涂表面垂直，喷涂丝1端部和待喷涂表面距离150mm，通氩气，氩气流量15L/min，氩气从导电嘴2气隙高速喷出，气流速度约为170m/s；

步骤三，调节喷涂电流到180A。启动喷涂电源，高频引弧器送出引弧脉冲，在喷涂丝1和辅助电极20之间建立电弧，熔化喷涂丝1，从喷涂丝1与导丝孔一21之间的气隙喷出的氩气电离成等离子体，流速进一步增加，熔化的金属在电磁力及等离子流力的作用下，雾化成小液滴，高速飞出，和工件待喷涂表面碰撞，形成涂层；

步骤四，喷涂丝1持续送进，氩气保护微束电弧喷涂枪移动，形成连续喷涂层，直至喷涂完成。

本实施例为细丝远距离喷涂方式。涂层和工件形成机械结合，涂层结合强度≥20MPa。涂层氧化轻微，和传统电弧喷涂相比，涂层质量更好；和实施方式一相比，对工件的热输入更小。

实施例三

本实施例中，氩气保护微束电弧喷涂枪的结构和示意图同实施例一，只是下述结构尺寸不同，导丝孔二23的直径为1.6mm，喷涂丝1与导丝孔一21内壁之间存在径向距离为0.2mm的气隙；同时，氩气保护微束电弧喷涂枪的喷涂方法中的部分参数也不同，具体为：喷涂丝1端部和待喷涂表面距离150mm，氩气流量15L/min，气流速度约为300m/s，喷涂电流为300A。

本实施例中，氩气保护微束电弧喷涂枪的喷涂方法，包括如下步骤：

步骤一，对工件待喷涂部位进行喷砂粗化和净化；

步骤二，将氩气保护微束电弧喷涂枪对准工件待喷涂部位，保持喷涂丝1轴线和待喷涂表面垂直，喷涂丝1端部和待喷涂表面距离150mm，通氩气，氩气流量15L/min，氩气从导电嘴2气隙高速喷出，气流速度约为300m/s；

步骤三，调节喷涂电流到300A。启动喷涂电源，高频引弧器送出引弧脉冲，在喷涂丝1和辅助电极20之间建立电弧，熔化喷涂丝1，从喷涂丝1与导丝孔一21之间的气隙喷出的氩气电离成等离子体，流速进一步增加，熔化的金属在电磁力及等离子流力的作用下，雾化成小液滴，高速飞出，和工件待喷涂表面碰撞，形成涂层；

步骤四，喷涂丝1持续送进，氩气保护微束电弧喷涂枪移动，形成连续喷涂层，直至喷涂完成。

本实施例为中丝远距离高速喷涂方式。涂层和工件形成机械结合，涂层结合强度≥20MPa。涂层氧化轻微。和传统电弧喷涂相比，涂层质量更好；和实施方式二相比，喷涂效率更高。

通过上述三个实施例中导丝孔一21、导丝孔二23以及喷涂丝1与导丝孔一21之间的气隙尺寸的不同组合，以及喷涂电流、氩气流量等参数的配合，可以实现多种喷涂方式。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种氩气保护微束电弧喷涂枪，包括枪体和辅助电极组件，所述枪体包括绝缘套一、保护罩一、水冷套组件一、电气连接管一和导电嘴，所述辅助电极组件包括绝缘套二、保护罩二、水冷套组件二、电气连接管二和辅助电极，其特征在于，

所述导电嘴的前端设置有导丝孔一，所述导电嘴内设置有导丝孔二，所述导丝孔一和导丝孔二同轴设置在导电嘴的对称中心处，喷涂丝依次穿过导丝孔一和导丝孔二，所述导丝孔二的直径与喷涂丝的直径相等，所述导丝孔二的直径小于导丝孔一的直径；所述喷涂丝与导丝孔一内壁之间存在径向距离为0.4mm或者0.2mm的气隙；

所述导电嘴内沿周向均匀设置2n个通气孔，n≥1，所述通气孔与导丝孔一连通；

所述导电嘴的后端与电气连接管一连接。

2.根据权利要求1所述的氩气保护微束电弧喷涂枪，其特征在于，所述保护罩一和保护罩二连接，所述枪体和辅助电极组件通过连接件连接。

3.根据权利要求1所述的氩气保护微束电弧喷涂枪，其特征在于，所有所述通气孔的横截面积之和大于等于导丝孔一的横截面积。

4.根据权利要求1所述的氩气保护微束电弧喷涂枪，其特征在于，所述导电嘴的外部设有绝缘套一，所述绝缘套一的外部设置有保护罩一，所述保护罩一与绝缘套一通过旋紧套一连接，所述电气连接管一的外部设置有水冷套组件一，所述水冷套组件一包括水冷套一、进水管一和出水管一，所述进水管一通过水冷电缆接头一与水冷电缆一连接，水冷电缆一远离水冷电缆接头一的一侧分别与喷涂电源正极和水泵连接。

5.根据权利要求4所述的氩气保护微束电弧喷涂枪，其特征在于，所述喷涂电源采用带有高频引弧器的恒压电源。

Images