TWM625669U - 大功率電漿弧槍陰極結構 - Google Patents

Abstract

本創作涉及一種大功率電漿弧槍陰極結構，包括槍尖、槍芯、進氣管、進水管、回水管和絕緣套；槍尖包括發射尖端鎢鋼結構和雙腔室導熱銅結構，雙腔室導熱銅結構與發射尖端鎢鋼結構的銜接處設有排氣孔；槍芯包括頭部的冷卻腔和尾部的三個鑽孔，槍芯外側設置有限位凸台一和限位凸台二；槍芯頭部的外側限位凸台一上設有氣體導流結構，槍芯兩端的限位凸台之間設置內凹結構；鑽孔分別連接進氣管、進水管和回水管。限位結構的設計提高了安裝的精準度，為工業化生產提供高重複性和高穩定可控性。

Description

大功率電漿弧槍陰極結構

本創作涉及電漿弧槍領域，具體涉及一種大功率電漿弧槍陰極結構。

電漿弧槍包括轉移電漿弧槍、非轉移電漿弧槍和混合電漿弧槍幾種。當電漿弧槍用於切割時，工作環境溫度不高，散熱方便，而且不需要長時間連續工作，功率多在60 KW以內，所以電漿弧槍的陰極冷卻方式可以選用水冷或氣冷，陰極槍尖可選用銅材料或銅鑲鎢絲材料。但是，因為陰極冷卻不充分，或陰極冷卻不夠接近陰極槍尖端處，將導致陰極槍尖處過熱而影響使用時長。陰極槍尖使用銅材料或銅鑲鎢絲材料，由於銅材料耐溫不高，也將在長時間工作後融化消耗影響使用時長，且對使用功率造成限制。另外，各部件之間的導電結構和限位結構較為簡單，無法達到長時間大功率導電使用的要求。而且超高溫蒸發器對其內部使用的加熱源要求較高，頻繁更換或漏水漏氣都會嚴重影響使用效果，或造成超高溫蒸發器的損壞。

針對背景技術中的問題，本創作提出了一種用於超高溫蒸發器內連續長時間工作的大功率電漿槍陰極結構，其可連續長時間工作300小時以上，可為超高溫蒸發器提供穩定高效的電漿電弧。

為實現上述目的，本創作的技術如下：

一種大功率電漿弧槍陰極結構，包括槍尖、槍芯、進氣管、進水管、回水管和絕緣套；所述槍尖包括電漿弧發射尖端鎢鋼結構和電漿弧槍陰極槍尖雙腔室導熱銅結構，所述電漿弧槍陰極槍尖雙腔室導熱銅結構與電漿弧發射尖端鎢鋼結構的銜接處設有排氣孔；所述槍芯包括頭部的冷卻腔和尾部的三個鑽孔，所述槍芯外側設置有限位凸台一和限位凸台二，所述限位凸台一和限位凸台二與絕緣套上設置的限位結構相配合，以實現精確定位；所述槍芯頭部外側的限位凸台一上設置氣體導流結構，槍芯兩端的限位凸台之間設置內凹結構，以與絕緣套的內壁形成管狀的氣腔，所述氣腔與氣體導流結構連通；所述鑽孔分別連接進氣管、進水管和回水管，所述進水管插入槍芯內的冷卻腔並延伸至槍尖的內腔內，所述回水管與槍芯內的冷卻腔連通，所述進氣管進入槍芯內後並與槍芯側面的氣腔連通。

可選的，所述電漿弧槍陰極槍尖雙腔室導熱銅結構具有用於將電漿弧發射尖端鎢鋼結構與電漿弧槍陰極槍尖雙腔室導熱銅結構連接的銜接腔和水冷腔。

可選的，所述槍芯的頭部外側與尾部外側分別設置有限位凸台一和限位凸台二，尾部外側的限位凸台二處設有密封結構，頭部外側的限位凸台一處設置氣體導流結構。

可選的，所述槍芯的頭部外側與絕緣套的限位結構之間設置有過氣間隙。

可選的，所述電漿弧槍陰極槍尖導熱銅結構與電漿弧發射尖端鎢鋼結構的銜接處採用插入式鋼絲防脫柱連接。

可選的，所述電漿弧槍陰極槍尖與槍芯之間採用螺紋連接，且螺紋連接處的側邊設置有限位凸台三和密封結構。

可選的，所述絕緣套為陶瓷材料。

可選的，所述進水管、回水管和進氣管均為紫銅管，且該進水管、回水管和進氣管與槍芯的連接採用插入後銀焊連接。

可選的，所述進氣管引入的惰性氣體包括氮氣、氨氣、氫氣、氬氣和氦氣中的至少一種。

相對於現有技術，本創作具有如下有益效果：

本創作限位結構的設計提高了安裝的精準度，為工業化生產提供高重複性和高穩定可控性。螺紋與限位台的配合使用及銅管插入後再銀焊設計為大功率導電提供了穩定的導通結構。水冷結構的設計使用槍尖與槍芯均可得到較好的冷卻，從而保證了陰極結構可以長時間工作。銅鑲鎢結構及排氣孔和防脫柱的設計為安裝及長時間工作提供了保證。

下面結合附圖和實施例對本創作作進一步描述。

如圖1所示，本創作提供的大功率電漿弧槍陰極結構，包括電漿弧槍陰極槍尖的導熱銅2與尖端鎢組合的銅鑲鎢結構、電漿弧槍陰極槍芯結構、進水管15、回水管10、進氣管14和絕緣套16。

所述槍尖包括電漿弧發射尖端的鎢鋼子彈頭1、電漿弧槍陰極槍尖雙腔室導熱銅2、電漿弧槍陰極槍尖雙腔室導熱銅2與尖端鎢銜接處的排氣孔4和電漿弧槍陰極槍尖雙腔室導熱銅2與尖端鎢銜接處的防脫柱3。電漿弧槍陰極槍尖與槍芯13之間通過螺紋7連接，螺紋7連接處的側邊設置有限位結構和密封結構，螺紋7與限位結構配合形成的緊密連接結構可保證大功率電能的順利導通。

所述槍芯13上設有分別連接進水管15、回水管10與進氣管14的三個鑽孔。槍芯13的頭部設有冷卻腔6，冷卻腔6與槍尖的連接處設置有內螺紋口，通過內螺紋口的邊緣處設置的限位結構三19和內密封結構實現密封緊密連接。槍芯13的尾部外側與頭部外側分別設置有一限位凸台，尾部外側的限位凸台處設置有密封結構，頭部外側的限位凸台9處設置有氣體導流結構，兩個限位凸台之間的內凹結構與絕緣套16的內壁之間形成管狀氣腔11。槍芯13的尾部連接有進水管15，進水管15插入槍芯13內的冷卻腔6。槍芯13的尾部連接有回水管10，回水管10與槍芯13內的冷卻腔6連通。槍芯13的尾部連接有進氣管14，進氣管14與槍芯13中部側面的氣腔11連通，氣體沿著槍芯13頭部外側設置的豎直導流槽與過氣間隙8進入槍尖鎢鋼外圍作為電漿弧的氣源使用，槍芯13頭部外側的導流凹槽為氣體通過的通道。通過槍芯13頭部的限位凸台與絕緣套16的內側壁及內側設置限位凸台實現精確定位，槍芯13尾部外側設置的密封結構與絕緣套16內側密封連接，同時通過槍芯13尾部外側設置的限位凸台與絕緣套16內壁及內側設置的限位凸台實現精確定位。

電漿弧槍陰極槍尖的鎢鋼為子彈頭狀，前部呈尖錐狀，中間與後部呈柱狀。鎢鋼槍尖與外噴嘴產生電漿弧的位置均為鎢鋼材料，即鎢鋼尖錐面與1/4至2/3的柱面不使用銅材料包覆，從而避免在銅材料上產生電漿弧體，達到防止銅熔點低受熱融化的問題。高熔點的鎢鋼可以為鎢材料、釷鎢合金或鑭鎢合金材料。為了達到導熱效果好的效果，要求尖端鎢的柱狀部位與導熱銅銜接腔室之間為緊密配合(close fit)而非干涉配合(interference fit)。為了防止緊密配合過程中導熱銅銜接腔內因氣體被擠壓導致尖端鎢無法插入或使用時受熱氣壓膨脹頂出尖端鎢，在銜接腔底處設置有排氣孔4。為了防止使用時尖端鎢脫落，在銜接腔的中部打孔並插入鋼絲作為防脫結構。

電漿弧槍陰極槍尖導熱銅2選用紫銅材料。為了保證長時間使用條件下不會發生漏水進入超高溫蒸發器內的問題，導熱銅結構分為尖端鎢與導熱銅2連接用的銜接腔和水冷內腔。尖端鎢受熱後，通過其側面與平端面將熱量傳導給導熱銅2銜接腔的內壁，導熱銅結構再將熱量通過設置在另一端的冷卻腔6傳導給冷卻水，兩個腔室不連接，以避免發生漏水。

電漿弧槍陰極槍尖導熱銅2與槍芯13之間採用螺紋7連接。通過螺紋7連接處設置的限位結構三19精確控制導熱銅2與槍芯13的位置，同時通過旋緊的螺紋7與限位台階處的緊密連接，保證大功率的負極電源順利從槍芯13傳導至槍尖上，避免因接觸不良導致的導電不通暢和發熱現象。電漿弧槍陰極槍尖導熱銅2與槍芯13之間連接處的槍尖導熱銅2的外側設置有1至3個O形槽5，在槍芯13的內側設置有密封面，使用O形圏進行填充密封。

電漿弧槍陰極槍芯13為紫銅材料。從槍芯13的尾部採用銀焊的方式連接三根紫銅管，分別為進水管15、回水管10和進氣管14。進水管15與回水管10和冷卻水通過連接結構連通後，可實現接入循環水進行長時間循環冷卻的效果。進氣管14引入惰性氣體實現導入電漿氣源，惰性氣體包括氮氣、氨氣、氫氣、氬氣和氦氣中的至少一種。

進水管15插入槍芯13內，穿過槍芯13內的冷卻腔6並延伸進入槍尖導熱銅2的冷卻腔6內。進水管15與槍尖導熱銅2的冷卻腔6的底壁之間的間距大於0.5 mm，以使得冷卻水流可順利流通。回水管10從槍芯13的尾部插入槍芯13內一定距離後，通過鑽孔形成的孔道與槍芯13內的冷卻腔6連通，使得冷卻水流可順利流通。進水管15與回水管10可互換，使得冷卻水倒流，可達到類似的冷卻效果。進水管15與回水管10的另一端設置的電連接結構與循環水系統連接的同時，也與電源負極聯接。進氣管14從槍芯13的尾部插入槍芯13內一定距離後，通過鑽孔形成的孔道與槍芯13的中部外側凹槽和絕緣套16之間形成的氣腔11連接。為保證水管與氣管的密封及導電效果，將進水管15、回水管10、進氣管14三根銅管均插入槍芯13內部大於1 mm深度後，再使用銀焊工藝將銅管與槍芯13尾部連接到一起。

進水管15、回水管10與進氣管14在實現通水通氣的同時，也可作為通電結構。槍芯13尾部進水或進氣後，通過管道與槍芯13的連接將大功率電能導入到槍芯13，再通過槍芯13與槍尖導熱銅2的連接以及導熱銅2與尖端鎢的連接將大功率電能順利導通，最後通過電漿氣體噴出槍體形成加熱源。

槍芯13尾部外側的凸台上設置有1至3個O形槽12。在絕緣套16的內側設置有密封面與限位台，使用O形圏進行填充以實現密封，同時採用限位結構二18實現限位。槍芯13頭部兩外側設置的限位凸台9分別與絕緣套16內側面和絕緣套16內的凸台形成限位結構一17以實現限位固定。槍芯13尾部與絕緣套16採用膠水固定，以避免槍芯13左右晃動或向前後脫出。槍芯13頭部外側設置的凸台上切割出豎直形軸向的多條導流凹槽。槍芯13頭部外側與絕緣套16內凸台之間設置有過氣間隙8，以使得氣腔11內氣體通過導流凹槽後從過氣間隙8中通過並作為電漿弧氣源使用。

絕緣套16為陶瓷材料，絕緣套16的內部形狀與內部限位凸台按以上要求設置，外部尺寸可根據電漿弧槍的槍殼設計。為便於安裝，可在絕緣套16的兩端內外設置倒角結構，在槍殼上設置水冷外套、保溫外套結構，通過噴嘴結構及高頻電弧觸發(arc strike)線等共同配合完成電漿弧槍在超高溫蒸發器內連續長時間的工作。絕緣套16主要起到在槍芯13傳輸大功率電能時在槍芯13和槍殼之間絕緣的作用。

以上所述，僅是本創作的較佳實施例而已，並非對本創作做任何形式上的限制，雖然本創作已以較佳實施例揭示如上，然而並非用以限定本創作，任何本領域技術人員，在不脫離本創作技術範圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本創作技術內容，依據本創作的技術實質對以上實施例所做的任何簡介修改、等同變化與修飾，均仍屬於本創作技術的範圍內。

1:鎢鋼子彈頭 2:導熱銅 3:防脫柱 4:排氣孔 5:O形槽 6:冷卻腔 7:螺紋 8:過氣間隙 9:限位凸台 10:回水管 11:氣腔 12:O形槽 13:槍芯 14:進氣管 15:進水管 16:絕緣套 17:限位結構一 18:限位結構二 19:限位結構三

圖1為本創作實施例的結構示意圖。

1:鎢鋼子彈頭

2:導熱銅

3:防脫柱

4:排氣孔

5:O形槽

6:冷卻腔

7:螺紋

8:過氣間隙

9:限位凸台

10:回水管

11:氣腔

12:O形槽

13:槍芯

14:進氣管

15:進水管

16:絕緣套

17:限位結構一

18:限位結構二

19:限位結構三

Claims (9)

1. 一種大功率電漿弧槍陰極結構，包含：一槍尖、一槍芯、一進氣管、一進水管、一回水管和一絕緣套；該槍尖包括一電漿弧發射尖端鎢鋼結構和一電漿弧槍陰極槍尖雙腔室導熱銅結構，該電漿弧槍陰極槍尖雙腔室導熱銅與該電漿弧發射尖端鎢鋼結構的銜接處設有一排氣孔；該槍芯包括頭部的一冷卻腔和尾部的三個鑽孔，該槍芯外側設置有一限位凸台一和一限位凸台二，該限位凸台一和該限位凸台二與該絕緣套上設置的一限位結構相配合；該槍芯頭部外側的限位凸台一上設置有一氣體導流結構，該槍芯兩端的限位凸台之間設置一內凹結構，以與該絕緣套的內壁形成管狀的一氣腔，該氣腔與該氣體導流結構連通；該鑽孔分別連接該進氣管、該進水管和該回水管，該進水管插入該槍芯內的冷卻腔並延伸至該槍尖的內腔內，該回水管與該槍芯內的冷卻腔連通，該進氣管進入該槍芯內並與該槍芯側面的氣腔連通。
2. 如請求項1之大功率電漿弧槍陰極結構，其中該電漿弧槍陰極槍尖雙腔室導熱銅結構具有用於將該電漿弧發射尖端鎢鋼結構與該電漿弧槍陰極槍尖雙腔室導熱銅結構連接的一銜接腔和一冷卻腔。
3. 如請求項1之大功率電漿弧槍陰極結構，其中該槍芯頭部外側與尾部外側分別設置有該限位凸台一和該限位凸台二，尾部外側的限位凸台二處設有一密封結構，頭部外側的限位凸台一處設置一豎直軸向氣體導流結構。
4. 如請求項1或3之大功率電漿弧槍陰極結構，其中該槍芯的頭部外側與該絕緣套的限位結構之間設置有一過氣間隙。
5. 如請求項1之大功率電漿弧槍陰極結構，其中該電漿弧槍陰極槍尖雙腔室導熱銅結構與該電漿弧發射尖端鎢鋼結構的銜接處採用插入式鋼絲防脫柱連接。
6. 如請求項1之大功率電漿弧槍陰極結構，其中該電漿弧槍陰極槍尖雙腔室導熱銅結構與該槍芯之間採用螺紋連接，且該螺紋連接處的側邊設置有一限位凸台三和一密封結構。
7. 如請求項1之大功率電漿弧槍陰極結構，其中該絕緣套為陶瓷材料。
8. 如請求項1之大功率電漿弧槍陰極結構，其中該進水管、該回水管和該進氣管均為紫銅管，且該進水管、該回水管和該進氣管與該槍芯的連接採用插入後銀焊連接。
9. 如請求項1或8之大功率電漿弧槍陰極結構，其中該進氣管引入的惰性氣體包括氮氣、氨氣、氫氣、氬氣和氦氣中的至少一種。

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