[發明專利]一種采用同軸保護氣流的等離子體射流保護罩無效

申請號：	201110300103.6	申請日：	2011-09-29
公開（公告）號：	CN102361529A	公開（公告）日：	2012-02-22
發明（設計）人：	王海興;魏福智;陳軒	申請（專利權）人：	北京航空航天大學
主分類號：	H05H1/26	分類號：	H05H1/26
代理公司：	北京永創新實專利事務所 11121	代理人：	趙文利
地址：	100191***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種采用同軸保護氣流等離子體射流護罩
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于等離子體材料加工領域，具體涉及一種采用同軸保護氣流的等離子體射流保護罩。

背景技術

等離子體射流常見于熱等離子體材料加工的各種實際應用中，如涂層制備或金屬材料的熔凝、熔敷等。等離子體射流工作于大氣壓空氣環境中時，會對周圍空氣產生引射作用，在射流中卷進大量冷環境空氣。一般加工過程是把金屬或非金屬原料顆粒加入到由等離子體發生器產生的高溫部分電離氣體射流中，使得原料顆粒在高溫高速射流中加速、加熱、熔化、撞擊基板并變形鋪展于基板上。如果射流中卷進空氣，空氣中的氧會使原料顆粒和基板材料氧化，嚴重影響加工質量，并且冷環境空氣會導致等離子體射流的溫度與速度在射流軸線方向上迅速降低，從而不利于原料顆粒在射流中的加速與加熱，不利于顆粒在撞擊基板前獲得較高的速度和合適的加熱狀態，進一步導致加工質量的惡化。所以，在大氣壓空氣環境中進行的等離子體射流加工需采用措施防止等離子體射流對環境空氣的引射。如果只采用固體保護罩來阻擋環境空氣向射流流動，那么保護罩的長度必須足夠長，否則效果不明顯。例如當射流出口到基板距離為100mm時，數值模擬結果表明湍流射流情形下保護罩需長達95 mm，此時的由于受回流過來的高溫射流氣體的強烈加熱，固體保護罩會上升到很高的溫度，甚至會高于固體保護罩的熔點，需要進行冷卻。增添與射流同軸噴射的惰性保護氣體也能減輕射流對環境空氣的引射，但對保護氣的流量和流速要求較高，例如數值模擬結果表明，若要使距離等離子體發生器出口10cm界面處湍流射流軸線上的空氣含量控制在10％以內，則增添的保護氣氬氣流量需高達發生器自身工作氣體流量的3.75倍以上，而在距離發生器出口10.5cm處，要使氬等離子體湍流射流中的空氣含量從82％降低到46％，保護氣體的速度必須高達100m/s?？梢姸栊员Ｗo氣保護只能用于對材料氧化要求不高的材料加工場合。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，提出一種采用同軸保護氣流的等離子體射流保護罩，用以屏蔽等離子體射流對環境空氣的引射，從而改善等離子體加工的質量。

本發明的一種采用同軸保護氣流的等離子體射流保護罩，包括絕緣塑料環、前端擋板、密封橡膠墊圈、保護罩、保護罩附加段、保護氣入口導管和各種固定螺栓螺母。在前端擋板中心通孔C與等離子體發生器出口配合端面之間，有耐高溫的絕緣塑料環作絕緣隔離；擋板上安裝有保護氣入口導管，保護氣體從該導管流進，作為主射流的引射氣體，并冷卻保護罩。保護罩與前端擋板通過法蘭邊上的緊固螺栓、緊固螺母連接，法蘭之間壓緊橡膠墊圈以隔離外界空氣；保護罩另一端有外螺紋，可以和保護罩附加段的內螺紋配合安裝。保護罩附加段可根據具體的應用條件來調整保護罩的長度，進而改變屏蔽空氣引射的效果。

本發明的優點在于：

(1)本發明的射流保護罩采用固體保護罩來阻擋環境空氣向射流流動，同時還添加了同軸噴射的惰性保護氣體，保護氣體既能進一步減少射流的引射作用，還能對固體保護罩進行冷卻，比采用水冷的系統結構簡單；

(2)本發明的射流保護罩采用附加段來調整保護罩的長度，可根據具體的需求采用相應的附加段長度，由于添加了同軸噴射的惰性保護氣體，保護罩與基板之間可以留有較大的間隙，有利于加工方便。

附圖說明

圖1是本發明的組裝結構圖；

圖2是本發明的絕緣塑料環結構剖面示意圖；

圖3是本發明的前端擋板結構剖面示意圖；

圖4是本發明的保護罩剖面示意圖；

圖5是本發明的保護罩附加段剖面示意圖。

圖中：

1-絕緣塑料環?????2-前端擋板????????3-密封橡膠墊圈

4-保護罩?????????5-保護罩附加段????6-緊固螺栓