低功率高效率等離子噴塗裝置的製作方法

2023-11-11 09:02:57 2

專利名稱：低功率高效率等離子噴塗裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型提供了一種噴塗金屬、金屬氧化物、金屬炭化物、陶瓷和塑料等粉末材料用等離子噴塗裝置。
等離子噴塗是利用電能將氬氣、氫氣和氮氣等氣體轉化為高溫等離子體，其溫度高達16000度以上，可以噴塗金屬、金屬氧化物以及塑料等粉末。等離子噴塗槍的內部結構決定著噴塗塗層的質量。目前市場上使用的等離子噴塗設備大都為40～200kW耗電量的設備。為了保持噴塗的安定性，大多採用從噴嘴的外部與等離子體流方向垂直把粉末添加到等離子體中。高溫等離子體從噴嘴噴出後，受空氣的影響溫度急劇下降，用於加熱粉末的熱能僅為全體消耗電量的1/5～1/4，其餘的大部分熱量被水強制冷卻或釋放到周圍空氣中造成能量的白白浪費，粉末的外部添加要求產生等離子的電功率很大。因此電源供給和氣體流量控制為獨立的兩部分，不易移動。此外，由於粉末的添加方向與等離子體噴出方向垂直，粉末噴塗後，沉積在工件表面的付著率很低只有40～60％，造成粉末的浪費。為了提高噴塗效率，美國專利4127760在噴嘴側面開設了垂直送粉孔，將粉末垂直送到噴嘴的內孔，增加了噴塗效率，但是這種設備長期工作時常常造成粉末在噴嘴內孔堆積睹塞，影響噴塗層質量。另外，由於耗電功率大，噴塗時對被噴塗工件的熱衝擊也大，使工件表面高溫氧化，或者產生內部熱應力，造成工件變形。為了減少大功率等離子噴塗時對被噴塗工件的熱衝擊，要求噴槍噴嘴出口到被噴塗工件表面的距離大於150mm，而噴塗距離的增加又造成金屬粉末在噴塗過程中的高溫氧化引起塗層質量下降。除此之外，當噴塗圓孔型工件的內表面時，由於散熱效果低，對被噴塗工件的熱衝擊較大。
本實用新型的目的在於提供一種低耗電量、高噴塗效率、能夠現場噴塗的小型等離子噴塗裝置。
實現這一目的的關鍵是等離子噴塗槍的內部結構設計和相應的電源供給、氣體控制裝置的匹配。本實用新型首先從噴槍的內部結構設計著手，為了使粉末和產生等離子用氣體一同添加在陰極鎢棒(2)和陽極噴嘴(3)之間，充分利用電弧等離子的熱效應，使粉末在噴嘴內加熱、加速，降低電能量的消耗。最佳的設計陰極鎢棒(2)與陽極噴嘴(3)的幾何形狀，確定陰極鎢棒(2)的外徑為2-8mm，陽極噴嘴(3)內徑為2-8mm，在陰極鎢棒(2)的外圍設置陶瓷保護管(4)，形成供氣與供粉的通道，用來限定氣體和粉末的流速，這樣使通過陽極噴嘴內孔的粉末能夠融化並且具有較高的速度，又能避免粉末在噴嘴內部的堆積，提高了噴塗層的質量。為了達到最佳噴塗狀態，有必要調節陰極鎢棒的位置，因此，本實用新型採用將陰極鎢棒置於銅陰極(6)中，通過調節固定螺釘(1)達到調節陰極鎢棒(2)前後移動的目的。為了提高噴塗層質量在噴嘴外蓋(8)與噴嘴(3)之間設置了一個0.3～0.8mm的環狀間隙，空氣或者氮氣等冷卻氣體從間隙中噴出，在等離子體外部與等離子體呈同一方向噴到工件表面。絕緣外殼(5)和金屬體外殼(7)是為了絕緣和導熱、導電的需要而使用的。通過以上的結構設計可使該等離子噴塗裝置的電能消耗控制在1.5-13kW(根據粉末的不同有變化)，就能夠噴塗包括難溶陶瓷粉末在內的所有噴塗粉末，並且，噴塗效率等於或者高於現行的40kW等離子噴塗設備。由於縮短了等離子體出口到被噴塗工件表面的距離，有利於防止粉末噴塗過程中的氧化。另外，由於陰極可移動，因此陰極鎢棒的損耗部分可通過調節鎢棒的位置恢復原位而不必更換新鎢棒從而降低了成本。由於噴槍的長度尺寸小於130mm，可以以垂直方向噴塗直徑大於140mm的內孔。另外，該裝置的直流電源供給和氣體控制為一體化，體積小於1700×700×500mm。
表1為本實用新型與其他等離子噴塗設備的參數比較。從中可以看出本實用新型等離子設備的電能消耗只有1.5～13kW，它的噴塗有效率和噴塗層質量卻高於40kW等離子噴塗設備的效果。本實用新型設備經噴塗實驗，連續噴塗Cr2O3和金屬粉末2小時沒有發生質量問題。表2為噴塗Cr2O3，Al2O3和Ni-Cr合金的噴塗層性能。表1.本實用新型與其他等離子噴塗設備比較參數
表2部分材料的噴塗性能


圖1是根據本實用新型提出的等離子噴槍的剖面圖。該噴槍由絕緣外殼(5)、金屬體外殼(7)、陽極噴嘴(3)、銅陰極(6)、陰極鎢棒(2)及陶瓷保護管(4)構成，其特徵在於陰極鎢棒(2)前部與其外圍的陶瓷保護管(4)之間有供通氣與供粉的通道，陰極鎢棒(2)與陽極噴嘴(3)軸向間隙對置，噴嘴外蓋(8)與陽極噴嘴(3)之間有一個寬0.3～0.8mm的環狀間隙，置於銅陰極(6)中的陰極鎢棒(2)後部有調節陰極鎢棒(2)前後移動與固定的固定螺釘(1)，噴槍長度方向尺寸小於130mm。粉末和氣體進入噴槍內部後，通過陶瓷保護管(4)之間的通道加速，進一步通過在陽極噴嘴(3)和陰極鎢棒(2)的間隙處產生等離子，粉末被加熱後從陽極噴嘴(3)噴出。圖中的固定陰極鎢棒的螺釘(1)是為了調節陰極鎢棒(2)和陽極噴嘴(3)的間隙而設置的。噴嘴外蓋(8)與陽極噴嘴(3)之間的環狀間隙，噴塗中空氣或者氮氣等冷卻氣體從間隙噴出，在等離子體外部與等離子體呈同一方向噴到工件表面，達到冷卻工件表面的目的。
實現本實用新型的最好方式在於上述噴槍內部零件的組合。為了降低電能消耗，有必要採用內送粉，使粉末和產生等離子用氣體一同添加在陰極鎢棒(2)和陽極噴嘴(3)之間。同時為了避免融化粉末在噴嘴內沉積，應最佳的設計陰極鎢棒(2)與陽極噴嘴(3)的幾何形狀，本實用新型最好陰極鎢棒(2)的外徑為3～8mm，長度為45mm，陽極噴嘴(3)內徑為3～8mm。保護管(4)用來限定氣體和粉末的流速，這樣使通過陽極噴嘴內孔的粉末能夠融化並且具有較高的速度，避免粉末在噴嘴內部的堆積。此外，為了能夠調節陰極鎢棒的位置，使陰極鎢棒置於銅陰極(6)中，通過調節固定螺絲(1)改變陰極鎢棒(2)的位置，使之達到最佳的輸出功率狀態(根據粉末不同有變化)。絕緣外殼(5)和金屬體外殼(7)是為了絕緣和導熱、導電的需要而使用的。為了噴塗內孔應儘量減小噴槍長度方向的尺寸，但是長度越小設計越困難。作為本發明的一例，長度為95mm。
權利要求1.一種低功率高效率等離子噴塗裝置，由內送粉式噴槍，直流電源供給和氣體流量控制為一體的控制櫃，水冷卻裝置和粉末供給器組成，該裝置噴塗中電能消耗在1.5～13kW之間。
2.根據權利要求1所述的噴塗裝置，其特徵是噴槍由銅陰極(6)，陰極鎢棒(2)，陽極噴嘴(3)，陶瓷保護管(4)，絕緣外殼(5)，金屬體外殼(7)，及噴嘴外蓋(8)構成，陰極鎢棒(2)前部與其外圍的陶瓷保護管(4)之間有供通氣與供粉的通道，陰極鎢棒(2)與陽極噴嘴(3)軸向間隙對置，陰極鎢棒(2)的直徑為2～8mm，陽極噴嘴(3)內孔直徑為2～8mm，噴嘴外蓋(8)與陽極噴嘴(3)之間設有一個寬0.3～0.8mm的環狀間隙，置於銅陰極(6)中的陰極鎢棒(2)後部有調節陰極鎢棒(2)前後移動與固定的固定螺釘(1)，噴槍長度方向尺寸小於130mm。
3.根據權利要求1所述的噴塗裝置，其特徵是直流電源供給和氣體流量控制為一體的控制櫃，其中氣體流量控制為質量流量控制或者壓力流量控制。
專利摘要本實用新型提供了一種噴塗金屬、金屬氧化物、金屬炭化物、陶瓷和塑料等粉末材料用等離子噴塗裝置。採用槍內送粉、直流電源和氣體流量控制合為一體的控制技術。該裝置的特徵是電能消耗功率低在1.5～13kW之間,其噴塗能力相當於與40kW外送粉等離子噴塗,該裝置為可移動型,能夠現場作業和內孔噴塗。
文檔編號B05B7/16GK2411260SQ9924344
公開日2000年12月20日 申請日期1999年8月27日 優先權日1999年8月27日
發明者高陽 申請人:高陽