专利名称：电弧热喷雾枪及其气帽的制作方法
技术领域：
本发明涉及热喷涂装置，尤其是涉及一种双线电弧型热喷雾枪。
热喷涂是一种熔化和喷射诸如金属之类的熔融材料的细颗粒而形成涂层的工艺。一种类型的热喷雾枪是双线电弧热喷雾枪，其中两条金属线被输送成在线端部处形成电接触。它们的端部因通过金属线的电流而被一电弧熔化。压缩气体(通常是空气)射流吹过尖端而使熔融金属成雾状(喷雾)实现一熔融金属颗粒的喷雾流。电弧电流通常为数百安培的数量级。通常，电能通过喷雾枪中与金属线电气接触并将它们引导至起电弧点的供给辊和/或金属线引导器相连的电线而输入。
人们已在力图使用各种不同的用于将起雾空气喷射到熔化的金属线尖端的结构装置，以提供一有效的喷雾流，并用来导入辅助空气以改进和改善喷雾流，例如美国专利No.4,668,852(Fox等人)中所揭示的。但是，仍然还有改善喷雾流的必要，尤其需要更高速、更窄的喷雾，以降低雾化颗粒在传递过程中的氧化，用于提高涂层质量和涂覆效率。由于喷雾枪中的雾化可能是令人满意的，因而需要在不影响电弧或雾化的条件下改善喷雾流。
因此，本发明的一个目的在于提供一种可改善喷雾流的、改进的双线电弧热喷涂装置。一个具体的目的是提供这种装置来实现一更高速、更窄的喷雾流。另一个目的在于为这种装置提供一种新型的辅助气流，从而在不显著影响电弧或雾化的条件下来实现这种改进的喷雾流。还有一个目的在于为这种装置提供一种新型的气帽，以实现前述目的。
通过这样一种电弧喷雾装置，上述和其它的目的至少部分被实现了，为种装置包括一电弧喷雾枪，该喷雾枪具有一枪体和一对由该枪体呈汇聚状地保持、从而将两根金属线引导至金属线喷雾端处的接触点的管状金属线引导器。一金属线供给机构将金属线输送通过金属线引导器。枪体中在中心轴线上的主气体通道相对于诸金属线引导器而位于中心。金属线可接纳一电弧电流而形成电弧，并从而在喷雾端熔化金属。主气体通道可接纳一主压缩气体源，从而喷射使熔融金属雾化和产生其喷雾流的主气流。
枪体上与中心轴线同轴地连接有一气帽。该气帽具有多个、至少四个绕中心轴线沿弧形等间距隔开的通孔。这些通孔可接纳一辅助压缩气体源，并定向成向内并带有前向分量地将辅助气体射流朝通孔轴线在中心轴线上的一交点引导。该交点接近接触点，并在其下游侧与其隔开到足以使射流基本不干扰雾化的程度。因而喷雾流由辅助气体射流约束并加速。
上述目的也可由这样一种气帽来实现，它具有一适于装配到上述电弧热喷雾装置的枪体上的结构。该气帽具有多个如上述气帽中的那种通孔。
图1是含本发明的电弧喷雾枪前部的俯视剖视图。
图2是沿图1的2-2线剖开的竖向剖视图。
图3是图1电弧喷雾枪的侧视图，其中部和后部被剖开。
图4是图1电弧喷雾枪气帽的前视图。
图5是含本发明的气帽的另一实施例的纵向剖视图。
含本发明的双线电弧热喷雾枪10(图1-3)，除了本文所描述的气帽外，也可以是一种传统的型式。在本实例中，枪体具有三部分，即前部14、中部16和后部18(图3)。中部限定一充实腔20。锥形的前部限定一气体腔22。一定心柱24在该腔中从前、中部之间的隔板向前延伸。管形安装件28通过支承柱30中的直径孔和定心柱前端上的一斜面31而设置在中部中。金属线引导器32螺纹连接于安装件前端中。
(如本文和权利要求书中所使用的，术语“向前”和“前”是指金属线的驱动方向，“向后”和“后”是指相反的方向。术语“内”和“向内”是指朝向和指向轴线。)后部18含有一传统的金属线驱动机构34。这种金属线驱动机构可采用一小型变速电机(未示出)来驱动连接于电气绝缘的供给辊38的交错轴斜齿轮(未示出)，辊子对各金属线的张力由一弹簧张力装置40和绝缘导辊36保持。从线盘或装线筒(未示出)引导通过导辊43的金属线42由此由辊子输送通过引导器32。金属线驱动机构的类型对本发明来说并不重要，任何其它合适或其它合乎需要的机构均可使用。可在卷盘处使用一推压驱动件来更换或补充喷雾枪中的金属驱动机构。
一金属线引导器用的定位环46由一气帽48保持在枪体前部的前端内。一销50可防止该环转动。枪体14、16、18、定心柱24和定位环46由一种诸如硬塑料之类的电气绝缘材料制成。枪体各部分传统地是由例如环氧树脂或螺钉保持在一起。更具体地说，后部可具有一盖子，该盖子带有可到达金属线驱动机构的活动螺钉。
在本实例中，通过金属线引导器32而形成与金属线42电气接触。通过导电柱30而形成与金属线引导器电气连接。导电管52从含有来自电源55的电源线的标准软管54继续延伸，它们分别连接于诸柱子的底部。与金属线的电气接触的类型对本发明来说并不重要，任何其它传统或合乎需要的接触方法、诸如辊子均可使用，接触可以在远离喷雾枪的位置处实现，诸如位于金属线卷盘安装架处。
气帽48由一拧到枪体前部14上的保持环56保持于前枪体。该气帽设置成与一位于金属线引导器之间的中心处的中心轴线58同轴。本实施例中的气帽具有一位于扩张部分后面的锥形部分60，它向前逐渐变窄成一收缩孔61，从而形成一将雾化空气流从腔室22引导至金属线尖端72的主空气喷嘴。
来自一主压缩气源62的雾化空气或其它气体通过软管54被输送入管子52，并向上通过呈管状的、顶部密封的柱子30。然后，空气通过柱子中的侧孔70流入中部16中的导管腔20。空气通过隔板26中的四个孔64从导管腔引导入腔室22。O型圈68可防止空气沿保持件回返泄漏。
金属线引导器32沿向前方向汇聚，使输送通过其中的金属线的尖端(端部)72在引导器前方的一点74处彼此接触。利用通过金属线而施加的一传统的电弧能供给源(通常是直流电)，将形成一电弧，从而熔化金属线端部。由气帽的锥形部分60所形成的主喷气嘴将主空气射流沿轴向喷射通过熔融金属线端部，从而雾化并将熔融金属颗粒喷雾流喷射(示意性地由一箭头表示)到一涂覆基底上。由于金属线的接触可以位于一多少是呈不定形的电弧区域中，为此，接触点74被限定为没有电弧的、金属线的内、后边缘的接触点。
也可以使用气体类型的雾化喷嘴。例如，可以采用喷嘴通孔来代替气帽的锥形部分，如前述的美国专利No.4,668,852中所示，其与这种喷嘴和其它方面相关的部分援引在此供参考。或者，可采用两个或更多个气体喷射器，它们最好是轴对称的或同轴的，例如同轴通道。但是，为了简化和实现有效的雾化，在气帽中采用锥形部分是有利的。
为在雾化部分下游实现一高速喷雾流，气帽48最好具有一围绕喷雾端接触点74周围的、呈锥形扩张的内表面78，该扩张是朝下游(向前)方向。气帽中有多个、至少四个沿弧形等间距隔开的通孔。通常应设置尽可能多的通孔，最好是10到20个，诸如16个(图4)。这些通孔可通过一在气帽周边中的、由保持环56包绕并由O型圈84密封的环形腔82来接纳辅助压缩气源(通常是空气)。一径向通道86将该环形腔通过一气体软管90与一压缩空气源88相连，该软管连接于保持环56上一突起93上的一标准气体接头92。
通孔80定向成向内并带有前向分量地将辅助气体射流94朝通孔轴线97在中心轴线58上的一交点96引导。该交点接近接触点74，但在其下游侧与其隔开到足以使射流基本不干扰雾化的程度，因而喷雾流由辅助气体约束并加速。该交点不应比防止显著干扰所需的间隔更远离于接触点。交点较好的是位于接触点的3厘米之内，更好的是在0.5厘米到1厘米之间。这些通孔应以其与中心轴线的夹角为约30°到40°之间的方向朝该轴线上的交点汇聚，该夹角例如为35°。
这些通孔可以简单地形成为气帽中的钻孔形式，如图所示，也可以形成嵌入这些孔中的一组插入喷嘴的形式。虽然表面78的扩张是合乎需要的，但在另一实施例(图5)中，气帽98具有一用作电弧防护罩的、不扩张的圆柱形内表面102以及多个从一环形空间引导通过一朝前表面105的、向内-向前定向的通孔104。一在上游的前锥形面108如前述实施例一样形成一雾化喷嘴。该气帽可代替图1的喷雾枪中的气帽。在其它的变化形式中，电弧防护罩102可以省去，并且/或者表面105可具有一较浅的前锥形面，而不是如图示那样制成平的。按另一种方式(未示出)，这些通孔可以从圆柱形表面102中导出，但这可能会将交点96设置得离接触点74太远。在还有一种实施例(未示出)中，这些通孔可以通过一保持适当定向的管环提供。但是，将通孔提供为气帽中简单的孔的形式通常会是较为有利的。
通孔的尺寸应是这样的，即在高压压缩气源88下，朝喷雾流形成高速受阻气流。通孔应制成具有较高的长度直径比，以实现较高的射流速度，该长度直径比最好为至少4∶1。通孔直径通常应在约0.5毫米到2毫米之间，例如1.5毫米。通孔朝中心轴线上的交点汇聚，其与该轴线的夹角较好的是在约15°到80°之间，更好的是在约30°到约40°之间。压缩空气源88应调节成提供所需程度的约束和收缩射流或喷雾流。
如果使用一锥形内表面78(图1)，这种内表面最好以其与中心轴线的夹角为约30°到约50°之间的方向从该轴线发散开来。该锥形表面可具有一弧度以优化气体的扩张和加速，在这种情况下，上述的限制将适用于平均发散度。
辅助压缩空气(或其它气体)源也可以利用一例如是前述美国专利No.4,668,852中所揭示的那种分配装置而与本实例中的主气源来自同一供给源。而且，本发明的气帽可用于其它类型的双线电弧枪和不同类型的帽件。按照本发明的、具有向内、向前通孔的气帽，通过改制可装配到任何这种喷雾枪上。
实例用塞泽·麦特苛公司的SmartArcTM电弧喷雾枪进行喷雾，该喷雾枪装配有图1所示类型的气帽。向内锥形端部处气帽的最小内径位于金属线引导器端部下游2.5毫米处。该气帽的内表面以40°的轴线夹角从最小直径处到出口2.6毫米最大直径处发散1.2厘米的轴向距离。该气帽具有16个1.6毫米直径、7∶1长度直径比的通孔，这些通孔以其与枪轴线呈35°角的方向汇聚到交点。金属线尖端的接触点位于金属线引导器端部的下游1.0厘米处，通孔在轴线上的交点位于接触点下游8毫米处。用250安培的电流、2巴(80psi)的主空气压力和4.8巴(70psi)的辅助空气压力以及约9千克/小时的喷雾速度，对1.6毫米直径的不锈钢线(塞泽·麦特苛公司的MetcoloyTM#2)进行喷雾。
喷雾速度尽管没有进行定量测试，但肯定应被显著提高到没有辅助空气流的类似的喷雾速度以上，显然密度越高、氧化更低的涂层越硬。涂层的洛氏硬度比没有辅助空气射流的、以类似参数进行喷雾的、相同不锈钢的传统涂层至少大10％。而且可产生一显著变窄的喷雾流。由于交点靠近但与金属线接触点隔开，因而输入的辅助空气不会显著影响雾化颗粒的形成或甚至雾化，从而保持所得到的涂层的氧化程度较低。
尽管以上参照具体实施例详细描述了本发明，但是对于本技术领域的技术人员来说，在本发明之精神和所附权利要求书之范围内的各种变化和变型将是显而易见的。因此，本发明仅应由所附权利要求书或它们的等价内容所限定。
权利要求
1．一种电弧喷雾装置，包括一喷雾枪体；一对由该枪体呈汇聚状地保持、从而将两根金属线引导至金属线喷雾端处的接触点的管状金属线引导器；一操作连接的用于将金属线分别引导通过金属线引导器的金属线供给机构；枪体中在中心轴线上相对于诸金属线引导器而位于中心的主气体通道；以及与中心轴线同轴的一连接于枪体的气帽，金属线可接纳一电弧电流而形成电弧，并从而在喷雾端熔化金属，主气体通道可接纳一主压缩气体源，从而喷射使熔融金属雾化和产生其喷雾流的主气流，该气帽具有多个、至少四个绕中心轴线沿弧形等间距隔开的通孔，这些通孔具有通孔轴线，并可接纳一辅助压缩气体源和定向成向内并带有前向分量地将辅助气体射流朝通孔轴线在中心轴线上的一交点引导，该交点接近接触点，并在其下游侧与其隔开到足以使射流基本不干扰雾化的程度，因而喷雾流由辅助气体射流约束并加速。
2．如权利要求1所述的电弧喷雾装置，其特征在于，该多个通孔包括偶数个沿通孔直径方向相对的成对通孔。
3．如权利要求1所述的电弧喷雾装置，其特征在于，该交点距离接触点约0.5到1厘米之间。
4．如权利要求1所述的电弧喷雾装置，其特征在于，该多个通孔的数量是从10个到20个。
5．如权利要求1所述的电弧喷雾装置，其特征在于，这些通孔以其与中心轴线的夹角为约30°到40°之间的方向朝该轴线上的交点汇聚。
6．如权利要求1所述的电弧喷雾装置，其特征在于，这些通孔具有至少4∶1的长度与直径之比。
7．如权利要求1所述的电弧喷雾装置，其特征在于，该气帽具有一围绕接触点的、向前扩张的内表面，而这些通孔从该扩张内表面导出。
8．如权利要求7所述的电弧喷雾装置，其特征在于，该气帽还具有一位于扩张内表面后面的、向前变窄的内表面，从而将主气体流约束成主射流以实现雾化。
9．如权利要求7所述的电弧喷雾装置，其特征在于，扩张内表面从中心轴线开始以其与该轴线的夹角为约30°到50°之间的方向发散，这些通孔轴线以其与中心轴线的夹角为约30°到约40°之间的方向朝中心轴线上的交点汇聚。
10．如权利要求9所述的电弧喷雾装置，其特征在于，该多个通孔包括偶数个沿通孔直径方向相对的成对通孔，该交点距离接触点约0.5厘米到1厘米之间，该多个通孔的数量是从10个到20个。
11．如权利要求10所述的电弧喷雾装置，其特征在于，该气帽还具有一位于扩张内表面后面的、向前变窄的内表面，从而将主气体流约束成主射流以实现雾化。
12．一种用于电弧喷雾装置的气帽，该装置包括一喷雾枪体；一对由该枪体呈汇聚状地保持、从而将两根金属线引导至金属线喷雾端处的接触点的管状金属线引导器；一操作连接的用于将金属线分别引导通过金属线引导器的金属线供给机构；枪体中在中心轴线上相对于诸金属线引导器而位于中心的主气体通道；以及与中心轴线同轴的一连接于枪体的气帽，金属线可接纳一电弧电流而形成电弧，并从而在喷雾端熔化金属，主气体通道可接纳一主压缩气体源，从而喷射使熔融金属雾化和产生其喷雾流的主气流；其中该气帽包括一适于将气帽与中心轴线同轴地装配于枪体的帽结构，该气帽具有多个、至少四个绕中心轴线沿弧形等间距隔开的通孔，这些通孔具有通孔轴线，并可接纳一辅助压缩气体源和定向成向内并带有前向分量地将辅助气体射流朝通孔轴线在中心轴线上的一交点引导，该交点接近接触点，并在其下游侧与其隔开到足以使射流基本不干扰雾化的程度，因而喷雾流由辅助气体射流约束并加速。
13．如权利要求12所述的气帽，其特征在于，该多个通孔包括偶数个沿通孔直径方向相对的成对通孔。
14．如权利要求12所述的气帽，其特征在于，该交点距离接触点约0.5到1厘米之间。
15．如权利要求12所述的气帽，其特征在于，该多个通孔的数量是从10个到20个。
16．如权利要求12所述的气帽，其特征在于，这些通孔以其与中心轴线的夹角为约30°到40°之间的方向朝该轴线上的交点汇聚。
17．如权利要求12所述的气帽，其特征在于，这些通孔具有至少4∶1的长度与直径之比。
18．如权利要求12所述的气帽，其特征在于，该气帽具有一围绕接触点的、向前扩张的内表面，而这些通孔从该扩张内表面导出。
19．如权利要求18所述的气帽，其特征在于，该气帽还具有一位于扩张内表面后面的、向前变窄的内表面，从而将主气体流约束成主射流以实现雾化。
20．如权利要求18所述的气帽，其特征在于，扩张内表面从中心轴线开始以其与该轴线的夹角为约30°到50°之间的方向发散，这些通孔轴线以其与中心轴线的夹角为约30°到约40°之间的方向朝中心轴线上的交点汇聚。
21．如权利要求20所述的气帽，其特征在于，该多个通孔包括偶数个沿通孔直径方向相对的成对通孔，该交点距离接触点约0.5厘米到1厘米之间，该多个通孔的数量是从10个到20个。
22．如权利要求21所述的气帽，其特征在于，该气帽还具有一位于扩张内表面后面的、向前变窄的内表面，从而将主气体流约束成主射流以实现雾化。
全文摘要
一种电弧喷雾枪具有一对管状金属线引导器,它们将两金属线引导至线尖端处的接触点,在那里通过金属线的电弧电流形成电弧,因而熔化尖端。在一中心轴线上的主气体通道喷射使熔融金属雾化并实现喷雾流的气流。一气帽具有至少四个绕中心轴线沿弧形等间距隔开的通孔。这些通孔向内并带有前向分量地将辅助气体射流朝通孔轴线在中心轴线上的一交点引导。该交点接近接触点,并在其下游与其隔开到足以使射流基本不干扰雾化的程度。因而喷雾流由辅助气体射流约束并加速。
文档编号B05B7/16GK1230470SQ9910235
公开日1999年10月6日 申请日期1999年2月12日 优先权日1998年2月20日
发明者R·贝纳利, L·德梅尔, R·伯姆 申请人:塞泽·麦脱苛(美国)股份有限公司