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CN1589088A - 双阳极热等离子发生器 - Google Patents

双阳极热等离子发生器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双阳极热等离子发生器，属于金属及其氧化物或碳化物的喷涂设备。该等离子发生器，包括枪体、阴极和阳极，其特征在于枪体中设有圆锥形头部的棒状阴极，阴极前面沿轴向设置两个圆筒状阳极喷嘴，即内阳极和外阳极，中间用耐高温陶瓷环绝缘连接。直流电源的正极连接在外阳极上，负极则连接在阴极上，两阳极间用转移电弧开关连接。本发明提出的热等离子发生器具有电弧稳定性好，使用寿命长的特点，尤其适于内送粉的等离子喷涂。

Description

双阳极热等离子发生器
技术领域
本发明涉及等离子喷枪，属于喷涂金属、金属氧化物或金属碳化物的喷涂设备。
背景技术
等离子喷涂是利用电能将氩、氢或氮等气体转变为高温等离子体并在阳极喷咀内形成等离子体射流，利用其高温和较高的速度将金属或金属氧化物、金属碳化物喷射到工件的表面，形成金属或其氧化物，碳化物涂层的工艺方法。等离子体射流的温度和速度的分布特性强烈地影响着涂层的气孔率和硬度。而其温度和速度分布情况又取决于等离子体发生器的结构特点，所以改进等离子发生器的结构，使之更加合理化，便成为该领域共同关心的课题。常用的等离子发生器，大多采用一对电极，即一个阴极和一个阳极，在直流电源作用下产生等离子体。在阳极通道内部，由于电磁力和等离子体气体拉力的相互作用，使高温电弧在阳极内部表面一直处于不断地运动中，使等离子体的能量不断变化，导致形成的功能涂层性能的不均匀性。产生等离子体不稳定性的原因很多，与等离子的电压、电流、气体成分均有密切的关系。为了提高等离子体的稳定性，美国专利6215091提出了在阳极喷咀外部，加一线圈形成磁场方法控制电弧。经过我们试验，这种方法很容易造成在两个阳极间放电，将内部阳极烧损的后果。另份美国专利6114649提出了在阳极加工槽沟，稳定电弧的方法，试图将电弧拉到较远的出口阳极处，但是这种结构很容易造成阳极的烧损，在涂层中出现熔化铜块。
发明内容
通过研究我们发现，提高电弧电压有利于等离子的稳定性。由于目前的等离子发生器大多采用单一阴极和单一环状阳极结构，提高电弧电压受到了限制，造成稳定性不好。本发明的目的就是为了克服这些缺点提出了将单一阳级分割成两部分，中间加以绝缘形成双阳极，将等离子弧拉到后段阳极上，这样可在不增加气体流量的情况下成倍地提高电弧电压，使等离子体的能量分布偏向于通道外部，改变通道内外等离子体温度，焓和速度等的分布，达到在较高的输入能量下，实现内送粉等离子喷涂或者制备球形粉末。
本发明的技术解决方案是这样实现的：
一种双阳极热等离子发生器，由枪体、阴极和阳极组成，其特征在于将原先的单一阳极沿垂直轴向切开一分为二，中间用耐高温绝缘陶瓷将其连接，在枪体中设置锥形头部的棒状阴极，在阴极的前面轴向设置阳极，直流电源的正极接阳极，两部分阳极之间用一转移电弧开关相连，直流电源的负极则接入阴极。
技术解决方案还包括所述的阴极的直径为3～10mm，靠近阴极的内阳极喷咀的内径与阴极直径相同，外阳极喷咀为喇叭型内孔，其最小直径与内阳极喷咀内径相同，中间绝缘环为耐高温绝缘陶瓷，其内径尺寸与内阳极内径相同。
本发明的技术解决方案还包括，本发明提出的双阳极热等离子发生器的启动方法的特征还在于用于一个转移电弧开关连接两个阳极，当开关接通时，相当于传统的单一阳极的起弧，起弧后将开关断开，由于高温等离子体导电，在后段阳极上会重新生成电弧的弧根。
与现有技术相比较，本发明提出的双阳极热等离子发生器的优点在于：①等离子电弧在后段阳极上，等离子最小电弧长度得到保证，等离子发生器稳定性好。②提高了等离子的电压，在同样输出功率下，可以降低等离子电流，提高了等离子发生器的使用寿命。③等离子的温度和功率得到了提高，有利于内送粉等离子喷涂。
附图说明
本发明的说明书附图只有一幅，示于图1中。
图1为双阳极热等离子发生器的结构示意图。
图中：1、直流电源  2、转移电弧开关  3、耐高温绝缘陶瓷环4、进气口  5、阴极  6、内阳极  7、外阳极  8、枪体
具体实施方式
如图所示的一种双阳极等离子喷枪，其中1直流电源的正极同时接外阳极7和通过转移电弧开关2接内阳极6，引弧时关闭开关2，待点燃后再断开开关2，等离子弧移至外阳极7。直流电源1的负极连接阴极5，阴极5与枪体8的间隙为工作气体的通道4，耐高温绝缘陶瓷环3，将阳极一分为二，其间由转移电弧开关相连接。

Claims (3)

1、一种双阳极热等离子发生器，包括枪体、阴极和阳极，其特征在于枪体中设有圆锥形头部的棒状阴极(5)，阴极前面沿轴线方向设置两个圆筒状阳极喷咀(6)、(7)，两阳极间用陶瓷绝缘环(3)连接，直流电源(1)的正极连接在远端的外阳极(7)上，直流电源的负极则连接阴极(5)，两个阳极间用一转移电弧开关(2)连接。
2、根据权利要求1所述的双阳极热等离子发生器，其特征在于所述的阴极的直径为3～10mm，靠近阴极的内阳极(6)喷咀的内径与阴极直径相同，外阳极(7)喷咀为喇叭型内孔，其最小直径与内阳极喷咀内径相同，中间绝缘环为耐高温陶瓷，其内径与内阳极内径相同。
3、一种权利要求1所述的双阳极热等离子发生器的启动方法，其特征在于用一个转移弧开关(2)连接两个阳极，当开关接通时，相当于传统的单一阳极起弧，起弧后将开关断开，由于高温等离子体导电，在后段阳极上会重新形成电弧弧根。
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