CN2568314Y - 一种等离子喷枪用喷嘴 - Google Patents

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一种等离子喷枪用喷嘴。在等离子喷枪中作为阳极，在喷嘴圆周与等离子喷出方向成10至80°夹角范围内，对称的开设2－6个斜孔，喷涂粉末沿斜孔投入喷嘴内部等离子通道中。该喷嘴用于等离子电消耗功率在2～20kW的喷枪，其喷涂效率能够达到通常40－80kW外送粉等离子喷涂的效果。

Description

一种等离子喷枪用喷嘴
本实用新型涉及一种用于热喷涂等离子喷枪的阳极喷嘴。
等离子喷涂是利用电能将氩气、氢气和氮气等气体转化为高温等离子体，其温度高达五千度以上，可以喷涂金属、金属氧化物以及塑料等粉末。阳极喷嘴是等离子喷枪中最重要的部件。等离子喷涂枪的内部结构，特别是喷嘴内部形状决定着喷枪的效率和喷涂涂层的质量。目前市场上使用的等离子喷涂大都为40～200kW耗电量的设备。为了防止粉末在喷嘴内部过熔保持喷涂的稳定性，大多采用无内侧送粉孔的直筒形喷嘴，粉末在携带气流的作用下与等离子体流方向垂直添加到喷嘴外部的等离子体中，例如美国专利4430546。高温等离子体从喷嘴喷出后，受空气的影响温度急剧下降，用于加热粉末的热能仅为全体消耗电量的1/5～1/4，其余的大部分热量被水冷却或释放到周围空气中造成能量的白白浪费，粉末的外部添加要求产生等离子的电功率很大。此外，由于粉末的添加方向与等离子体喷出方向垂直，粉末添加后，沉积在工件表面的付着率很低只有30～50％，造成粉末的浪费。为了提高喷涂效率，美国专利6137078，4127760和中国实用新型专利(88213477.9)分别在喷嘴侧面，喷嘴出口附近开设了侧向送粉孔，将粉末送到喷嘴的内部，增加了喷涂效率。但是这种送粉并非将粉末送到喷嘴内部的中间部位，而是接近出口一侧。有时为了增加高温气流与粉末的共同流动时间，也有将送粉口开设角度与等离子气流方向相反，例如PRAXAIR公司的SG-100喷枪。发明者也曾在接近喷嘴出口的内侧开设过送粉口，进行实验，结果表明并不能够减低等离子的喷涂功率。大功率等离子喷枪工作时，要求枪喷嘴出口到被喷涂工件表面距离大于150mm，过大的喷涂距离会造成金属粉末在喷涂过程中高温氧化引起涂层质量下降。除此之外，当喷涂圆孔型工件的内表面时，由于散热效果不良，对被喷涂工件的热冲击较大。
为了克服现有喷嘴的不足，本实用新型提供了一种能够降低等离子喷涂功率、特别是等离子电流，提高喷涂效率的等离子喷枪用喷嘴。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：首先从喷嘴的内部结构设计着手，在喷嘴的圆周与等离子喷出方向成10至80°夹角范围，对称的开设至少2个以上斜孔(1)作为送粉通道，粉末通过斜孔被送到等离子喷嘴内部(2)。送粉斜孔的出口设置在喷嘴内部中间10mm范围内，这样增加了粉末和等离子共同流动的时间。为了减少粉末携带气体对等离子体流动的干扰，斜孔方向应尽可能与等离子流动方向具有较小的夹角，本实用新型将夹角限定在与轴向等离子喷出方向10至80°范围，并沿圆周对称的开设至少2个以上斜孔(1)作为送粉通道，夹角越小，斜孔数越多有利于减少对等离子流的干扰。为了减少粉末在喷嘴内部过熔，造成喷嘴堵塞，从斜孔出口到喷嘴外部之间的喷嘴内部(3)为喇叭形截面。同时为了提高等离子温度和速度，喷嘴的前半部分为内径4～8mm直筒形。喷嘴长度过长容易造成粉末在喷嘴内部过熔，相反喷嘴过短不利于粉末的加热，因此喷嘴长度方向尺寸为15-50mm。
本实用新型的有益效果是，以上设计结构的喷嘴可使等离子喷涂的电能消耗控制在2-20kW(根据粉末的不同有变化)，就能够喷涂包括难溶陶瓷粉末在内的所有喷涂粉末，并且，喷涂效率等于或者高于现行的40kW等离子喷涂设备。采用该喷嘴的等离子喷枪可以缩短等离子体出口到被喷涂工件表面的距离，有利于防止粉末喷涂过程中的氧化。
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。图1是根据本发明提出的等离子喷嘴的剖面图。斜孔位于喷嘴的侧面与轴向等离子喷出方向成20°夹角，沿圆周对称的开设了4个斜孔(1)作为送粉通道，粉末通过斜孔被送到等离子喷嘴内部(2)，斜孔在喷嘴内部的出口位于喷嘴内部中间，斜孔的内径为1.5mm，从斜孔出口到喷嘴外部的喷嘴后半部分(3)内部为喇叭形截面，前半部分(4)为内径5mm直筒形，喷嘴长度方向尺寸为30mm。
表1为使用本实用新型喷嘴的等离子喷枪与其他等离子喷涂设备的比较。从中可以看出使用实用新型喷嘴的等离子设备的电能消耗只有2～20kW，它的喷涂效率和喷涂层质量却高于40kW等离子喷涂设备的效果。本实用新型喷嘴经喷涂实验，连续喷涂Cr2O3和金属粉末2小时没有发生质量问题。表2为喷涂Cr2O3，Al2O3和Ni-Cr合金的喷涂层性能。表1.使用本实用新型喷嘴喷枪与其他等离子喷涂设备比较参数
项  目   比较例1     比较例2     本发明
消耗电功率 40kW     40-80kW     2～20kW
喷涂有效率 40～60％     50～70％     60～80％
送粉形式 外部送粉     侧面内部送粉 小夹角内部送粉
喷涂送粉量 高温合金Cr2O3ZrO2 70g/min38.3g/min90g/min      50～80g/min60～70g/min100～110g/min   35～40g/min50～60g/min90～100g/min
喷涂枪尺寸 φ60×150mm      φ90×140mm   95×42×50mm
使用气体 Ar，H2，N2，He       Ar，H2，He   Ar，N2，H2
表2 部分材料的喷涂性能
粉末名称 使用功率 送粉量 涂层气孔率   硬度
Cr2O3  5-7kW  55g/min     2.5％ 1400kg/mm2
Al2O3  5-7kW  46g/min     2.0％ 1250kg/mm2
Ni-Cr  2-3kW  40g/min     1.0％ 360kg/mm2

Claims (2)

1.一种等离子喷枪用喷嘴，在等离子喷枪中作为阳极，与阴极配合在喷嘴内部形成高温等离子体，其特征是：在喷嘴的圆周与等离子喷出方向成10至80°夹角范围，对称的开设至少2个以上斜孔(1)作为送粉通道，粉末通过斜孔被送到等离子喷嘴内部(2)。
2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征是：斜孔在喷嘴内部的出口位于喷嘴内部中间10mm范围内，斜孔的内径为0.3-2mm，从斜孔出口到喷嘴外部的喷嘴后半部分(3)内部为喇叭形截面，前半部分(4)为内径3～8mm直筒形，喷嘴长度方向尺寸为15-50mm。
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