CN209283566U - 大功率超音速等离子炬喷枪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及热喷涂设备技术领域，具体涉及一种大功率超音速等离子炬喷枪，包括沿同一轴线方向依序连接的绝缘后座、中间极座以及阳极极座，所述绝缘后座的内部设置阴极杆，中间极座的内部设置中间极，阳极极座的内部设置阳极，所述阴极杆、中间极和阳极同样沿同一轴线方向依序排布，所述阴极杆靠近中间极的一端设置有铪阴极和用于通入空气和可燃气体形成的混合气体分配环，所述阳极极座与中间极座设置有绝缘环；本实用新型靠近中间极的阴极杆一端，阴极杆设置有不易氧化的铪阴极，易起弧且延长了阴极的使用寿命，同时设置有用于通入空气和可燃气体形成的混合气体的分配环，确保送入腔道内的混合气体流量更均匀。

Description

大功率超音速等离子炬喷枪

技术领域

本实用新型涉及热喷涂设备技术领域，具体涉及一种大功率超音速等离子炬喷枪。

背景技术

热喷涂技术最早出现在20世纪早期的瑞士，是一种将涂层材料(粉末或丝材)送入某种热源(电弧、火焰、等离子体等)中熔化，并利用高速气流将其喷射到基体材料表面形成涂层的工艺。热喷涂涂层不但具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温和隔热等优良性能，并且能对磨损、腐蚀或加工超差引起的零件尺寸减小进行修复，在军事、航空航天、印刷、纺织、机械制造、石油化工等领域中得到了广泛的应用。随着现代工业技术的发展，机械零部件表面对高强度、高性能涂层的制备产生越来越迫切的需求。

自20世纪80年代，随着以超音速火焰喷涂为典型代表的新型热喷涂技术的问世，由于其超高的焰流速度和相对较低的温度，在高性能涂层制备方面显现出明显技术优势，使得超音速喷涂技术成为了一类最有活力、最有发展前景的热喷涂技术。超音速等离子喷涂技术在国防、工业及航空航天等重要领域有着广泛的应用前景，已成为高科技维修、制造与再制造的关键技术。

超音速等离子喷涂技术是当今热喷涂技术领域的重点发展方向之一。由于具有焰流温度高、射流速度快等特点，超音速等离子喷涂设备几乎可以喷涂任何粉末材料，且能够制备出高质量的涂层，特别是高质量的陶瓷涂层。

上世纪80年代后期，美国率先推出了试验研究型超音速等离子喷涂系统，90年代中期美国将超音速等离子喷涂系统商业化，并进一步加大了喷涂功率，代表了当时世界的先进水平。该设备通过气体流量(130～230L/min)的氩气和氢气来提高射流速度，以大功率(270KW)保证射流的足够热焓值。这种设计思路造成了能量消耗大、能量转换率低，以及喷涂成本较高，严重限制了其推广运用。随着国内外公司对超音速等离子技术深入研究，实现了在低功率(40～80KW)、气体流量(100～150L/min)下的超音速等离子喷涂。但是这种超音速等离子喷涂设备并没有解决使用昂贵气体作为等离子气体的问题，生产成本依旧很高，而且降低了喷涂效率。

实用新型内容

为了解决上述技术问题中的不足，本实用新型的目的在于：提供一种大功率超音速等离子炬喷枪,喷涂效率高，生产成本低。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案为：

所述大功率超音速等离子炬喷枪，包括沿同一轴线方向依序连接的绝缘后座、中间极座以及阳极极座，所述绝缘后座的内部设置阴极杆，中间极座的内部设置中间极，阳极极座的内部设置阳极，所述阴极杆、中间极和阳极同样沿同一轴线方向依序排布，所述中间极和阳极内同轴地设置有一相互连通的供等离子气流穿过的等离子腔道，所述阴极杆靠近中间极的一端设置有铪阴极和用于通入空气和可燃气体形成的混合气体分配环，可确保送入腔道内的气体流量更均匀，所述阳极极座与中间极座设置有绝缘环。

进一步优选，阴极杆内设置有供冷却水进入的阴极冷却水通道，中间极上设置中间极冷却水通道。

进一步优选，绝缘后座内设置有高频发生器接头、与混合气体分配环相连通的混合气体输入通道和供冷却水从阴极冷却水通道流入中间极冷却水通道的进水通道及供冷却水从中间极冷却水通道流出的出水通道，高频发生器接头用来连接等离子起弧的高频发生器，使用时，冷却水从阴极杆的阴极冷却水通道通入，冷却阴极后经绝缘后座的进水通道进入中间极冷却水通道，紧贴内壁冷却中间极，然后沿外壁返回，经中间极座的另外一路孔道流至出水通道排出。

进一步优选，所述中间极与阳极之间设置石棉环，石棉环厚度为5～7mm，保证了起弧时阳极与中间极不导通，在铪阴极和中间极之间顺利起弧。

进一步优选，所述阳极极座上设置有阳极冷却水通道，阳极采用单独的冷却水路，冷却水从阳极冷却水通道的一边进入，另一边流出，从而实现对阳极的冷却。

进一步优选，所述阳极上设置有送粉嘴。

进一步优选，所述送粉嘴为径向送粉嘴，阳极内开设送粉嘴安装孔，送粉嘴的内孔为3mm。

进一步优选，铪阴极位于等离子腔道内，其头部为圆锥体并在圆锥体的尖端部镶铪。

进一步优选，绝缘后座为树脂材质，高频发生器接头、阴极杆均采用紫铜或铜合金制成，高频发生器接头的直径为10～12mm，阴极杆的外径为14～16mm，内径为8～10mm。

所述的大功率超音速等离子炬喷的使用方法，通过混合气体分配环均匀通入空气，高频发生器发出的高频信号通过高频发生器接头引入到铪阴极和中间极之间，在空气气氛下高频起弧，同时空气在中间极内反应和加速，最后通过阳极喷出形成超音速等离子射流。待超音速等离子射流稳定产生后,加入适量可燃气体,从而消耗空气中的氧气,避免金属被氧化或者含碳粉末材料的失碳现象,另外提高了等离子焰流的温度和速度。可燃气体和空气的比例约是1/30～1/20。可燃气体的压力设定至少比空气的压力高0.1MPa，一般空气的压力为0.3～0.6MPa，可燃气体的压力为0.4～0.7MPa。可燃气体可以是甲烷、丙烷、丙烯或其它可燃烃，添加比例根据气体种类不同和涂层工艺需要适当调整。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)采用压缩空气与很少量(体积分数约3％～5％)的可燃气体混合作为等离子形成的主要气体，而不使用大流量的昂贵的氩气或氢气作为等离子形成气体，大幅降低了生产成本。

(2)在靠近中间极的阴极杆一端，阴极杆设置有不易氧化的铪阴极，易起弧且延长了阴极的使用寿命，同时设置有用于通入空气和可燃气体形成的混合气体的分配环，确保送入腔道内的混合气体流量更均匀，使其在中间极内更好的反应和离化加速，从而提高了等离子焰流温度和速度，同时消耗空气中的氧。

(3)阳极内径可根据工件和工艺方便快速更换，从而降低生产成本和提高喷涂效率。

附图说明

图1本实用新型结构示意图；

图2本实用新型绝缘后座结构示意图。

图中：1、送粉嘴；2、石棉环；3、绝缘环；4、中间极冷却水通道；5、中间极座；6、混合气体分配环；7、混合气体输入通道；8、绝缘后座；9、阴极杆；10、阴极冷却水通道；11、出水通道；12、铪阴极；13、中间极；14、阳极极座；15、阳极冷却水通道；16、阳极；17、等离子腔道；18、高频发生器接头。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例做进一步描述：

实施例1

如图1和图2所示，本实用新型所述大功率超音速等离子炬喷枪，包括沿同一轴线方向依序连接的绝缘后座8、中间极座5以及阳极极座14，所述绝缘后座8的内部设置阴极杆9，中间极座5的内部设置中间极13，阳极极座14的内部设置阳极16，所述阴极杆9、中间极13和阳极16同样沿同一轴线方向依序排布，所述中间极13和阳极16内同轴地设置有一相互连通的供等离子气流穿过的等离子腔道17，所述阴极杆9靠近中间极13的一端设置有铪阴极12和用于通入空气和可燃气体形成的混合气体分配环6，可确保送入腔道内的气体流量更均匀，铪阴极12位于等离子腔道17内，其头部为圆锥体并在圆锥体的尖端部镶铪，所述阳极极座14与中间极座5设置有绝缘环3。

其中，阴极杆9内设置有供冷却水进入的阴极冷却水通道10，中间极13上设置中间极冷却水通道4；绝缘后座8内设置有高频发生器接头18、与混合气体分配环6相连通的混合气体输入通道7和供冷却水从阴极冷却水通道10流入中间极冷却水通道4的进水通道及供冷却水从中间极冷却水通道4流出的出水通道11，高频发生器接头18用来连接等离子起弧的高频发生器，使用时，冷却水从阴极杆9的阴极冷却水通道10通入，冷却阴极后经绝缘后座8的进水通道进入中间极冷却水通道4，紧贴内壁冷却中间极13，然后沿外壁返回，经中间极座5的另外一路孔道流至出水通道11排出；所述中间极13与阳极16之间设置石棉环2，石棉环2厚度为5～7mm，保证了起弧时阳极16与中间极13不导通，在铪阴极12和中间极13之间顺利起弧；所述阳极极座14上设置有阳极冷却水通道15，阳极16采用单独的冷却水路，冷却水从阳极冷却水通道15的一边进入，另一边流出，从而实现对阳极16的冷却；为了降低生产成本和提高喷涂效率，以方便地满足不同工件和工艺的使用需要，阳极16内径可变换，所述阳极16上设置有送粉嘴1，所述送粉嘴1为径向送粉嘴1，阳极16内开设送粉嘴1安装孔，送粉嘴1的内孔为3mm。

另外，绝缘后座8为树脂材质，高频发生器接头18、阴极杆9均采用紫铜或铜合金制成，高频发生器接头18的直径为10～12mm，阴极杆9的外径为14～16mm，内径为8～10mm。出水通道11、混合气体输入通道7可采用钢材质制成，出水通道11的外径为10～12mm、内径为6～8mm，混合气体输入通道7外径为10～12mm、内径为6～8mm。中间极座5和阳极极座14为钢材质。中间极13和阳极16的材料可选紫铜或铜合金，中间极13内径为8～12mm，阳极16内径为6～12mm。

本实用新型的使用过程：

本实用新型使用时，通过混合气体分配环6均匀通入空气，高频发生器发出的高频信号通过高频发生器接头18引入到铪阴极12和中间极13之间，在空气气氛下高频起弧，同时空气在中间极13内反应和加速，最后通过阳极16喷出形成超音速等离子射流。可燃气体可以是甲烷、丙烷、丙烯或其它可燃烃，添加比例根据气体种类不同和涂层工艺需要适当调整。待超音速等离子射流稳定产生后,加入适量可燃气体,从而消耗空气中的氧气,避免金属被氧化或者含碳粉末材料的失碳现象,另外提高了等离子焰流的温度和速度。可燃气体和空气的比例约是1/30～1/20。可燃气体的压力设定至少比空气的压力高0.1MPa，一般空气的压力为0.3～0.6MPa，可燃气体的压力为0.4～0.7MPa。

Claims (9)

1.一种大功率超音速等离子炬喷枪，其特征在于，包括沿同一轴线方向依序连接的绝缘后座（8）、中间极座（5）以及阳极极座（14），所述绝缘后座（8）的内部设置阴极杆（9），中间极座（5）的内部设置中间极（13），阳极极座（14）的内部设置阳极（16），所述阴极杆（9）、中间极（13）和阳极（16）同样沿同一轴线方向依序排布，所述中间极（13）和阳极（16）内同轴地设置有一相互连通的供等离子气流穿过的等离子腔道（17），所述阴极杆（9）靠近中间极（13）的一端设置有铪阴极（12）和用于通入空气和可燃气体形成的混合气体分配环（6），所述阳极极座（14）与中间极座（5）设置有绝缘环（3）。

2.根据权利要求1所述的大功率超音速等离子炬喷枪，其特征在于，阴极杆（9）内设置有供冷却水进入的阴极冷却水通道（10），中间极（13）上设置中间极冷却水通道（4）。

3.根据权利要求2所述的大功率超音速等离子炬喷枪，其特征在于，绝缘后座（8）内设置有高频发生器接头（18）、与混合气体分配环（6）相连通的混合气体输入通道（7）和供冷却水从阴极冷却水通道（10）流入中间极冷却水通道（4）的进水通道及供冷却水从中间极冷却水通道（4）流出的出水通道（11）。

4.根据权利要求1所述的大功率超音速等离子炬喷枪，其特征在于，所述中间极（13）与阳极（16）之间设置石棉环（2）。

5.根据权利要求1所述的大功率超音速等离子炬喷枪，其特征在于，所述阳极极座（14）上设置有阳极冷却水通道（15）。

6.根据权利要求1所述的大功率超音速等离子炬喷枪，其特征在于，所述阳极（16）上设置有送粉嘴（1）。

7.根据权利要求6所述的大功率超音速等离子炬喷枪，其特征在于，所述送粉嘴（1）为径向送粉嘴（1），阳极（16）内开设送粉嘴安装孔，送粉嘴（1）的内孔为3mm。

8.根据权利要求1所述的大功率超音速等离子炬喷枪，其特征在于，铪阴极（12）位于等离子腔道（17）内，其头部为圆锥体。

9.根据权利要求3所述的大功率超音速等离子炬喷枪，其特征在于，绝缘后座（8）为树脂材质，高频发生器接头（18）、阴极杆（9）均采用紫铜或铜合金制成，高频发生器接头（18）的直径为10～12mm，阴极杆（9）的外径为14～16mm，内径为8～10mm。