[發明專利]一種應用管狀電極制備球形粉體和噴焊的裝置及方法

有效

• 申請號: 202011325368.7
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112517916B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 張爽;張敏杰;李亞輝
• 申請（專利權）人: 張爽
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;B22F12/53;B22F12/13;B22F10/00;B33Y30/00;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王薇

1.一種應用管狀電極制備球形粉體及噴焊的裝置，包括待加工材料、負電極座、管狀負電極、絕緣支座、正電極座、管狀正電極、噴嘴、噴嘴冷卻液導流隔板、噴口鋸齒板、噴嘴冷卻液進口、噴嘴冷卻液出口、電磁感應線圈、粉體收集裝置、噴焊輔助正極板、等離子電源、噴焊電源、收集裝置；待加工材料處于裝置中軸線上，其外徑與管狀負電極內徑一致，待加工材料從管狀負電極中心通入，通過管狀負電極導電作為可熔化極使用，從而使待加工原料處于等離子弧包圍環繞之中，形成的霧化射流可與等離子弧同方向噴射；

負電極座為法蘭盤狀，盤面中心開圓孔，其上設電源接口，管狀負電極插入負電極座中心的圓孔固定，負電極座的中心孔和管狀負電極組成的通道供待加工材料和惰性氣體通入；

正電極座為法蘭盤狀，盤面中心開圓孔，直徑比負電極座稍大，其上設電源接口為管狀正電極供電、噴嘴冷卻液進口，兩電極座中心圓孔同軸布置，均以待加工材料所在的中軸線為中心，兩者之間裝設絕緣支座疊放在一起，按工作方向負電極座在外側，然后依次是絕緣支座，再是正電極座，正電極座另一面與噴嘴連接；

絕緣支座為法蘭狀圓盤尺寸與正電極座一致，絕緣支座盤面開設的圓孔尺寸與負電極座的圓孔一致；

其特征在于：管狀電極分為正極和負極兩組，正、負電極同軸套在一起但不接觸，管狀正電極為內管，管狀負電極為外管，管狀正電極盤繞成近似呈截頭圓錐體的管狀，管狀正電極管口較大一側與正電極座中心同軸固定，管狀正電極的外側與噴嘴進口收縮段內壁緊貼，通過噴嘴傳遞熱的方式進行冷卻，管狀正電極起到引弧和壓縮電弧的作用；管狀負電極盤繞成近似圓柱體的管狀，夾持待加工材料，該電極通過惰性保護氣體冷卻；

噴嘴外形呈現多段收縮、擴張型曲線、直線線型；在結構上噴嘴外壁線型呈直線，因此外壁曲線在空間上呈圓柱狀，其端面圓的圓心在裝置的中軸上；其內壁為收縮、擴張型曲線，內壁曲線在空間上呈近似葫蘆狀，內壁端面圓也在裝置中軸上，噴嘴外壁與內壁一端即進口端與正電極座密封連接固定，另一端用一個圓環封閉即出口端，由噴嘴外壁、內壁和封閉的兩端共同圍繞組成一個容器，這個容器是噴嘴；

噴嘴內部設置冷卻液導流隔板，冷卻液導流隔板是由不銹鋼薄板卷成的圓筒狀，一端固定在正電極座上，在正電極座上，被冷卻液導流隔板與噴嘴內壁分隔出的那片圓環帶上設置噴嘴冷卻液進口，在噴嘴外壁靠近正電極座位置設置噴嘴冷卻液出口；

噴嘴內壁與霧化射流接觸面、噴嘴圓柱形外壁設置絕緣涂層，噴嘴內壁最外端的出口位置的設置不規則鋸齒形；

噴嘴外部設置電磁感應線圈，位置在正、負起弧處外圍；直接制粉時將噴嘴出口接入收集裝置，收集制得球形粉體；

制備球形粉體及噴焊具體步驟如下：

1）啟動時首先將惰性氣體從負電極座中心孔充入裝置內部，排空管狀電極、噴嘴、收集裝置內部空氣；隨后在噴嘴冷卻液進口通入冷卻液，打開噴嘴冷卻液出口完成冷卻液的循環通入，保持噴嘴溫度維持在20℃至80℃；

?2）完成步驟1）后，啟動管狀等離子弧發生器電極電源，一般調節輸出電流范圍為40安培至200安培，噴嘴進口內壁設置的收縮段將惰性氣體、電弧在狹窄處壓縮，待電弧激發成等離子弧后，啟動外部的電磁感應線圈，電磁線圈輸出電流為5安培至50安培，噴嘴內部的冷卻液帶來的低溫環境及外部的電磁感應將進一步壓縮、激發等離子弧；

?3）完成步驟2）后，在等離子弧趨于穩定后，向裝置中供入棒狀或絲狀的待加工材料；此時，待加工材料隨等離子弧的高溫、高速爆噴成霧狀射流顆粒，噴射進入噴嘴腔室內，而此段噴嘴內壁曲線設計為前段收縮、后段擴張，根據伯努利原理所呈現的速度、溫度、壓力關系可知，收縮段噴嘴剛好起到對超音速射流的適當減速作用，有利使于使射流顆粒膨脹成球形；在隨后進入擴張段后，射流又被加速，噴嘴在此段起到了一個“減速帶”的作用，最后噴入收集裝置而冷卻；

?4）若用于制粉，則在收集裝置收集篩分粉體；若進行噴焊，則不進行步驟4），直接由步驟3）跳轉至步驟5）;

?5）若用于噴焊，則取消步驟4）和收集裝置，從步驟3）轉到此步；裝設噴焊電源，從步驟2）中的等離子電源引出一路正極組成輔助回路，接在需要焊接、堆焊、噴涂工件上進行相應增材制造工作，此時膨脹成球后的霧狀射流直接從噴嘴噴出，打印出零部件；

?6）制造完成或者停機時，先停止供原料，然后關閉等離子、電磁線圈電源，最后再停止惰性氣體。