等离子体喷枪的制作方法

本发明涉及等离子喷涂技术领域，具体而言，涉及一种等离子体喷枪。

背景技术：

等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性的技术，可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。等离子喷涂技术是采用由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将陶瓷、合金、金属等材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固的表面层的方法。但现有的等离子喷枪需要使用冷却水对阴极和阳极进行冷却，使得部分热量存在浪费，此外，进入喷枪的用于喷涂的粉末材料的均匀性也存在一定的问题，从而导致喷涂后形成的喷涂层厚薄分布不均。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种等离子体喷枪，以使得其能够对产生的热量进行充分地利用，达到更好地喷涂效果。

本发明是这样实现的：

一种等离子体喷枪，包括阳极、枪筒、阴极组件、后座、进气管、进粉管。枪筒连接于后座和阳极之间，阳极为中空环状体结构，阳极设置有阳极冷却腔，以及与阳极冷却腔连通的第一冷却水进管和第一冷却水出管。阳极的内壁围成喷腔，第一冷却水出管套设于进粉管外与阳极冷却腔连通。阴极组件连接于后座，且阴极组件的前端伸入枪筒内与阳极相对。进气管连通于枪筒的内腔，阴极组件设置有阴极冷却腔，以及与阴极冷却腔连通的第二冷却水进管和第二冷却水出管，第二冷却水出管套设于进气管外。

进一步地，本发明的较佳实施例中，上述进气管连通于枪筒的内腔靠近阴极组件的一侧。

进一步地，本发明的较佳实施例中，上述进粉管包括进粉总管、多个进粉支管，每根进粉支管的一端均连通于进粉总管，另一端均连通于喷腔，且多根进粉支管沿阳极的周向均匀分布。

进一步地，本发明的较佳实施例中，上述进气管与枪筒的内腔的连通位置设置有用于分流的气体分布器。

进一步地，本发明的较佳实施例中，上述阴极组件包括阴极头、阴极杆，阴极头为圆锥状，阴极头连接于阴极杆的一端且正对阳极的轴心，阴极杆远离阴极头的一端连接于后座，阴极冷却腔设置于阴极杆靠近阴极头的一端。

进一步地，本发明的较佳实施例中，上述后座包括后架、轴座，后架连接于枪筒且封闭枪筒远离阳极的一端，后架和轴座均设置有通孔，阴极杆远离阴极头的一端依次穿过通孔与后架和轴座连接，且阴极杆与轴座螺纹连接，阴极杆远离阴极头的一端伸出轴座，后架设置的通孔的内壁设置有密封橡胶。

进一步地，本发明的较佳实施例中，上述枪筒内还设置有衬套，衬套的外壁与枪筒的内壁连接。

进一步地，本发明的较佳实施例中，上述阳极设置有阳极电源接线端，阴极组件设置有电源连接件。

进一步地，本发明的较佳实施例中，上述阳极的两个端面均设置有绝缘保护层。

进一步地，本发明的较佳实施例中，上述枪筒靠近阳极的一端的外壁设置有电磁线圈，电磁线圈包括压缩线圈或旋转线圈的一种或两种，当同时设置压缩线圈和旋转线圈时，旋转线圈相对压缩线圈更靠近阳极。

本发明实现的有益效果：通过设置阳极为中空环状体结构，阳极与枪筒同轴心设置，阴极组件连接于后座，且阴极组件的前端伸入枪筒内与阳极相对，从而阴极组件的前端与阳极之间的空间形成放电空间，进而气体在进入放电空间后被阴极和阳极之间形成的直流电压分解成高温等离子体，形成高温等离子体射流从阳极射出，再通过进粉管将材料输送到高温等离子射流中，粉末颗粒在高温等离子体的作用下被瞬间加热至熔化或半熔化状态，喷射出凝固在零件表面。阳极设置有阳极冷却腔，以及与阳极冷却腔连通的第一冷却水进管以及第一冷却水出管，进粉管与喷腔连通，且第一冷却水出管套设于进粉管外。进气管连通于枪筒的内腔，阴极组件设置有阴极冷却腔以及与阴极冷却腔连通的第二冷却水进管和第二冷却水出管，第二冷却水出管套设于进气管外。从而冷却水对阴极组件以及阳极进行吸热保护后，再分别对进入放电空间的气体以及排入的粉末材料进行预热，使得其气体以及粉末颗粒能够更好地在等离子体喷枪内发生变化，同时也提高了对喷枪产生的热量的利用效率，同时预热后的气体和粉末材料能够更好地在枪体内发生变化，使得喷涂的效果更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的第一实施例提供的等离子喷枪的结构示意图；

图2为本发明的第二实施例提供的等离子喷枪的结构示意图；

图3为本发明的第二实施例提供的等离子喷枪的阳极的轴向的剖视图。

附图标记汇总：等离子体喷枪100a；等离子体喷枪100b；喷腔101；阳极冷却腔102；放电空间103；阴极冷却腔104；第一换热腔105；第二换热腔106；阳极110；第一冷却水进管111；第一冷却水出管112；第一环形安装槽113；阳极电源接线端114；枪筒120；衬套121；绝缘胶层122；阴极组件130；阴极头131；阴极杆132；第二冷却水进管133；第二冷却水出管134；旋转件135；电源连接件136；后座140；后架141；轴座142；活动内腔143；密封橡胶144；第二环形安装槽145；进气管150；进粉管160；进粉支管161；电磁线圈170；旋转线圈171；压缩线圈172。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

第一实施例

参见附图1，本发明的第一实施例提供的一种等离子体喷枪100a，包括阳极110、枪筒120、阴极组件130、后座140、进气管150、进粉管160。

本实施例中，阳极110和阴极组件130分别连接于高压电源，再将气体通入阴极组件130和阳极110之间，使得气体在电源高压的作用下形成等离子电弧。

参见附图1，阳极110为中空环状体结构，其外壁可以为方形也可以为圆形，阳极110的内壁围成喷腔101，对应喷腔101阳极110的内壁的一端围成的腔体为圆台形，另一端为圆柱形，该圆台的最小直径与圆柱的直径相等，从而使得喷腔101的一端的开口较大，另一端的开口较小，便于等离子体从喷腔101开口较大的一端进入，再从另一端喷出，有利于对等离子体的聚集，使得喷涂的效果更好。

阳极110设置有阳极冷却腔102，本实施例中，阳极冷却腔102为环形的腔体，当然其他实施例中，阳极冷却腔102也可以只设置在阳极110一侧的内部，阳极110的外壁处设置有与阳极冷却腔102连通的第一冷却水进管111以及第一冷却水出管112。通过将冷却水从第一冷却水进管111通入，再从第一冷却水出管112排出，使得高温的等离子体电弧在通过阳极110围成的喷腔101时，能够吸收作用给阳极110的部分热量，对阳极110起到保护作用，避免阳极110烧蚀。

需要说明的是，阳极110的选用材料为金属材料，例如不锈钢、钨合金钢、镍合金钢、紫铜、黄铜等材料，其能够满足阳极110很好的导电性的同时，还具有很好的机械性能，能够长期使用而不易被破坏。

进一步地，本实施例中，阳极110的两个端面均设置有绝缘保护层(图未示)。该绝缘保护层有利于保护阳极110不被烧蚀，绝缘保护层可以选用氧化锆陶瓷或氧化铝陶瓷等材料制成。

进粉管160的一端连接送粉器，另一端穿过阳极冷却腔102与喷腔101连通，从而可以将需要进行喷涂的粉末材料通过进粉管160送入喷腔101内，在高温的等离子体电弧的作用下，粉末材料被瞬间气化成熔化或半熔化状态，然后被喷出附着在工具表面。其进行喷涂的粉末材料可以选择金属、陶瓷以及塑料等，尤其适合熔点较高的陶瓷材料。

进一步地，参见附图1，第一冷却水出管112套设于进粉管160外，从而第一冷却水出管112与进粉管之间形成第一换热腔105，从而第一冷却水出管112排出的吸收了热量的水或部分气化形成的水蒸气能够在第一换热腔105内对进粉管160内输送的粉末材料进行预热，使得对吸收的热量进行回收利用，提高热量利用效率。同时，进行预热后的粉末材料进行喷腔101内后能够更好地被熔化，使得其熔化状态更加均匀，进而喷涂时其附着能力更强，喷涂的涂层也更加均匀。

参见附图1，枪筒120为两端具有开口的中空柱状结构，枪筒120与阳极110同轴心设置，枪筒120的一端连接于阳极110的喷腔101具有较大开口的一端。阳极110与枪筒120连接的一端的外壁设置有第一环形安装槽113，从而使得枪筒120的内壁可以很好地安装在第一环形安装槽113内，使得枪筒120的内部腔体能够很好地与喷腔101进行连通，使得连接处具有很好的密闭性能，当然，还可以进一步在枪筒120和第一环形安装槽113的连接处设置密封材料，增强枪筒120内部的密封性能。

本实施例中，枪筒120的材料选用耐高温绝缘材料，例如氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、石英玻璃等材料。参见附图1，枪筒120内还设置有衬套121，衬套121的外壁与枪筒120的内壁连接。通过衬套121的设置，进一步地对枪筒120进行了保护，避免枪筒120被烧蚀。衬套121的两端分别抵接于阳极110和后座140。衬套121的选用材料为耐高温纤维绝缘材料，例如氧化锆纤维棉材料。枪筒120的外表面还设置有绝缘胶层122，通过绝缘胶层122的设置，可以进一步增强枪体的安全性，并从外壁对枪筒120进行一定的保护，也使得枪体外表面具有更好地触感，便于拿放，绝缘胶层122可以选用橡胶、硅树脂等材料制成。

参见附图1，枪筒120的一端连接于后座140，后座140包括后架141、轴座142，后架141为圆盘形结构，后架141与枪筒120连接，且封闭枪筒120远离阳极110的一端，后架141设置有用于与枪筒120连接的第二环形安装槽145，从而使得枪筒120能够很紧密地连接在后架141上，枪筒120与后架141的连接处具有很好的密封性。

阴极组件130连接于后座140，且阴极组件130的前端伸入枪筒120内，阴极组件130的前端与阳极110之间的空间形成放电空间103，进气管150连通于枪筒120的内腔，并位于靠近阴极组件130的一侧。从而当气体从进气管150进入放电空间103内后在阴极组件130和阳极110之间形成的电压下，电离成等离子体，形成等离子体电弧射流从喷腔101喷出。进入放电空间进行电离的气体为不参加反应的中性气体，例如，氩气、氦气等。

进一步地，本实施例中，进气管150与枪筒120的内腔的连通位置设置有用于分流的气体分布器(图未示)。通过气流分布器可以将进入的气体进行很好地分流使得其进入时能够更加均匀，从而形成的等离子体的射流的效果更好。

阴极组件130设置有阴极冷却腔104，阴极组件130上设置有与阴极冷却腔104连通的第二冷却水进管133以及第二冷却水出管134，第二冷却水出管134套设于进气管150外，从而第二冷却水出管134与进气管150之间形成第二换热腔106。从而将冷却水通入阴极冷却腔104内对阴极组件130进行冷却吸热，对阴极组件130起到保护作用，避免阴极组件130被烧蚀。再将冷却吸热后的含有大量热量的水从第二冷却水出管134排出，并在通过第二换热腔106的过程中与进气管150内的气体进行换热，从而使得对待进入放电空间103的气体进行预热。该换热过程提高了热量的利用效率，也使得气体进入放电空间103后能够更好地形成等离子体进行放电。具体地，本实施例中，第二冷却水出管134穿出枪筒120的部分套设于位于枪筒120外侧的进气管150。

具体地，参见附图1，本实施例中，阴极组件130包括阴极头131、阴极杆132，阴极头131连接于阴极杆132的一端，二者一体成型。阴极头131正对阳极110的轴心，阴极头131为渐缩的圆锥状，阴极杆132远离阴极头131的一端连接于后座140，阴极冷却腔104设置于阴极杆132靠近阴极头131的一端，从而能够更好地对位于放电空间103内的阴极头131进行冷却保护。其中，阴极组件130的选用材料为金属材料，例如不锈钢、钨合金钢、镍合金钢、紫铜、黄铜等材料。

进一步地，参见附图1，后架141和轴座142设置有通孔，阴极杆132远离阴极头131的一端穿过通孔连接于后座140，阴极杆132与轴座142螺纹连接，具体地轴座142的后部设置有螺纹孔，阴极杆132的后端设置有与该螺纹孔配合的外螺纹，且阴极杆132远离阴极头131的一端伸出轴座142，后架141上设置有与第二冷却水进管133以及第二冷却水出管134配合的活动内腔143。当阴极杆132通过螺纹转动进行调节时，第二冷却水进管133以及第二冷却水出管134能够分别在对应的活动内腔143中活动。从而可以通过转动阴极杆132的后端，来调节阴极头131和阳极110之间的距离，从而可以通过机械的方式来调节等离子体喷枪100a的输入功率，阴极头131和阳极110之间的距离越大，等离子体喷枪100a的输入功率越大。当增大阴极头131和阳极110之间的距离时，拉长了喷枪内电弧，相对延长了工作气在喷枪内的停留时间，从而提高了加热温度。阴极杆132的末端设置有旋转件135，旋转件135位于轴座142的外部，从而便于对以阴极杆132进行旋转，调节阴极头131与阳极110之间的距离。

通孔的内壁设置有密封橡胶144，从而阴极杆132的非螺纹部分能够紧密地设置在通孔内，使得放电空间103具有很好地密封性。

进一步地，参见附图1，本实施例中，阳极110设置有阳极电源接线端114，阴极组件130设置有电源连接件136。等离子体喷枪100a以转移弧方式工作，阴极组件130设置的电源连接件136分别连接到电源控制器主电源的负极和引弧高频电源的负极。阳极110设置的阳极电源接线端114分别连接到电源控制器主电源的正极和引弧高频电源的正极。

第二实施例

参见附图2，本发明的第二实施例提供的等离子体喷枪100b，也包括阳极110、枪筒120、阴极组件130、后座140、进气管150、进粉管160。其各部件直接的连接与设置参照第一实施例，此处不再进行赘述。

本实施例中不同与第一实施例之处在于，参见附图2，枪筒120前部的外壁设置有电磁线圈170，电磁线圈170包括旋转线圈171和压缩线圈172。旋转线圈171相对压缩线圈172更靠近阳极。当然，其他实施例中，也可以单独设置旋转线圈171或压缩线圈172。本实施例中，设置压缩线圈172的作用是产生压缩磁场，使得枪筒120内的等离子体电弧压缩，使得粉末材料能够获得更高的加热稳定；设置旋转线圈171的作用是使枪筒120的等离子体电弧形成旋流方式，使得粉末材料能够更加均匀地被进行加热熔化。

进一步地，参见附图3，本实施例中，进粉管160包括进粉总管(图未示)、多个进粉支管161，每根进粉支管161的一端均连通于进粉总管，每根进粉支管161的另一端均连通于喷腔101，且多根进粉支管161沿阳极110的周向均匀分布。同样地，每个进粉支管161处还设置有与进粉支管161进行换热的第一冷却水出管112。通过上述多个进粉支管161的设置，使得粉末材料能够从多个方向均匀地进入喷腔101内进行熔化，从而使得其熔化的非常均匀，进而喷涂的涂层更加均匀，喷涂效果更好。

综上所述，通过设置阳极110为中空环状体结构，阳极110与枪筒120同轴设置，阴极组件130连接于后座140，且阴极组件130的前端伸入枪筒120内与阳极110相对，从而阴极组件130的前端与阳极110之间的空间形成放电空间103，进而气体在进入放电空间103后被阴极组件130和阳极110之间形成的直流电压分解成高温等离子体，形成高温等离子体射流从阳极110射出，再通过进粉管160将材料输送到高温等离子射流中，粉末颗粒在高温等离子体的作用下被瞬间加热至熔化或半熔化状态，喷射出凝固在零件表面。

阳极110设置有阳极冷却腔102，以及与阳极冷却腔102连通的第一冷却水进管111以及第一冷却水出管112，进粉管160与喷腔101连通，且第一冷却水出管112套设于进粉管160外。进气管150连通于枪筒120的内腔，阴极组件130设置有阴极冷却腔104以及与阴极冷却腔104连通的第二冷却水进管133和第二冷却水出管134，第二冷却水出管134套设于进气管150外。从而冷却水对阴极组件130以及阳极110进行吸热保护后，再分别对进入放电空间的气体以及排入的粉末材料进行预热，使得其气体以及粉末颗粒能够更好地在等离子体喷枪内发生变化，同时也提高了对喷枪产生的热量的利用效率，同时预热后的气体和粉末材料能够更好地在枪体内发生变化，使得喷涂的效果更好。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和表示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。