CN101167412A - 可互换的等离子体喷嘴接口 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于提供用于互换每个与特定的等离子体羽状物特性关联的多种等离子体形成喷嘴的机械位置、机械定向、电连接、和水腔室密封装置的标准接口。通过提供标准的外部喷嘴构造和等离子体枪上的喷嘴夹紧组件使得多种喷嘴构造(给出不同的等离子体流的性质)能够容易地与相同的装置一起使用对于现有的设计改进喷嘴接附的灵活性。喷嘴结合到插座形成用于冷却液体从等离子体枪流动通过喷嘴到达等离子体枪内的返回路径的通道并且形成等离子体枪和喷嘴之间的电接触。

Description

可互换的等离子体喷嘴接口

对相关申请的交叉参考

本申请要求作为参考加入这里的2005年4月29日提交的美国专利申请NO.60/675,910和2006年3月30日提交的美国专利申请NO.11/392,650的35U.S.CSS119(e)的优先权。

技术领域

本发明一般地涉及用于粉末材料的热喷射的装备。更特定地，本发明涉及用于与热喷射等离子体枪一起使用的可互换的喷嘴接口。

背景技术

多种热喷射涂层已经被用于保护不同类型的部件。涂层可以提供不同的好处，诸如抵抗磨损、延缓腐蚀、控制间隙、补救磨损的部件、抵抗高温和/或增强电性质。这些好处可以基于涂层材料类型和这些材料如何施加不同。本发明的主题属于的一组喷射涂层特别地为那些经由等离子体喷射过程施加的。此过程已经在许多工业中用于施加许多不同类型的涂层。

每种材料涂层规格需要传递到粉粒以实现在零件上的需要的材料性质的特定的范围的速度和温度。改进在热喷射涂层的输送中的一致性和效率仍然是工业内普遍的目标。

由于用等离子体枪能够实现宽范围的参数，此基本的工具已经被用作喷射涂层工业中的处理工具。任何等离子体枪的关键元素为喷嘴几何结构。喷嘴几何结构的变化能够允许等离子体枪从相同的基础的装备提供不同温度和速度的涂层性质。当操作者需要施加不同类型的喷射涂层时，他们经常必须使用不同的喷嘴。从而，具有可互换的喷嘴的单一的等离子体枪能够适应多种用途并且潜在地提供对于具有固定的喷嘴几何结构的枪的重大的装备成本节约。一般地，现有技术的喷射枪和喷嘴构造的设计通常没有考虑喷嘴可互换性。现有技术的构造还使得操作者可能经常需要改变喷射枪自身。

然而，存在许多能够证明替换等离子体枪喷嘴的挑战性的因素。等离子体喷射枪必须执行数个不同的功能，以便实现成功的涂层过程。那些功能包括正确地对准喷射喷嘴以及密封等离子气体流动通过的通道。而且，需要在喷射过程期间冷却枪喷嘴以防止过热。所以，围绕喷嘴区域密封的冷却剂的正确的流动和冷却路径的足够的密封是重要的。还需要喷嘴和等离子体枪之间的电连接以用作等离子体电弧电流的返回路径。必须实现机械位置、电连接和水腔室密封装置的精确的定向以获得希望的喷射特性。

将确保全部等离子体枪部件与每个可互换的喷嘴的正确的定向同时最小化人为误差的风险的用于每个喷嘴的标准接口对于喷射涂层工业是有利的。最佳的定向能够扩展单一的热喷射等离子体枪的性能的范围。从而，本技术领域中还需要提供用于宽范围的喷嘴几何结构的最佳的、有效的和可重复的喷嘴连接的热喷射等离子体枪的标准喷嘴接口。

发明内容

本发明通过提供用于提供用于交换每个与特定的等离子体羽状物特性关联的多种等离子体形成喷嘴的机械位置、机械定向、电连接、和水腔室密封装置的标准接口满足前面提到的需求。通过提供标准的外部喷嘴构造和等离子体枪上的喷嘴夹紧组件，使得多种喷嘴构造(给出不同的等离子体流的性质)能够容易地与相同的装置一起使用，对于现有的设计改进了喷嘴接附的灵活性。

接口用作将可互换的喷嘴配合到热喷射等离子体枪主体的通用的机械方法。喷嘴可以定位为使得运载等离子体流的枪主体和喷嘴的配合的孔腔对直以形成连续地对准的腔室。在装配好的构造中，可以从枪主体运载水流通过喷嘴并且返回到返回水流通道。而且，接口提供充足的容量以在枪主体和喷嘴之间通过高达300伏特的高达800安培的电流。通过接口的实际功率将根据要喷射的特定的材料和希望的涂层特性变化。

在本发明的一个实施例中，提供了用于热喷射等离子体枪和可互换的喷嘴插头的接口。接口包括等离子体枪上的插座，插座至少部分地由导电材料制造并且具有面区段和从所述等离子体枪内延伸到面区段的第一圆柱形孔腔。喷嘴插头由导电材料制造并且具有配合的端区段、远端区段、和从配合的端区段延伸到远端区段的第二圆柱形孔腔。接口还包括用于将配合的端区段机械地固定到面区段的等离子体枪上的夹紧组件。当结合时，配合的端区段和面区段对准第一圆柱形孔腔和第二圆柱形孔腔，以便形成用于等离子体气体从第一圆柱形孔腔流动通过第二圆柱形孔腔的连续的通路，形成用于冷却液体从等离子体枪流动通过喷嘴插头并且到达等离子体枪内的返回路径的通道，并且形成等离子体枪和喷嘴插头之间的电接触。

另一个实施例提供用于与具有包括面部分和等离子体出口的喷嘴插头插座的等离子体枪一起使用的可互换的喷嘴。喷嘴包括由导电材料制造并且具有配合的端区段、远端区段、和从配合的端区段延伸到远端区段的圆柱形孔腔的喷嘴插头。喷嘴插头构造为用于形成与等离子体枪的接口，其中，配合的端区段和面部分结合以对准圆柱形孔腔和等离子体出口，形成用于等离子体气体从等离子体枪流动通过圆柱形孔腔的连续的通路。配合的端区段和面部分的结合还形成用于冷却液体从等离子体枪流动通过喷嘴并且到达等离子体枪内的返回路径的通道并且形成等离子体枪和喷嘴之间的电接触。

在另一个实施例中，提供了形成在等离子体枪和可互换的喷嘴之间的接口的方法。方法包括提供具有喷嘴插头插座和夹紧组件的等离子体枪的步骤，插座至少部分地由导电材料制造，插座具有面区段和从所述等离子体枪内延伸到所述面区段的第一圆柱形孔腔。另一个步骤包括提供由导电材料制造并且具有配合的端区段、远端区段、和从配合的端区段延伸到远端区段的圆柱形孔腔的喷嘴插头。方法还包括用夹紧组件将配合的端区段固定到面部分，其中，配合的端区段和面部分结合以对准圆柱形孔腔和等离子体出口，形成用于等离子体气体流动的通路，形成用于冷却液体从等离子体枪流动通过喷嘴插头的通道，并且形成等离子体枪和喷嘴插头之间的电接触。

本发明的附加的特征将在接下来的描述中陈述，并且将部分地从描述中变明显，或者可以通过实践本发明了解。可以依靠在下文中特别地指出的器械和组合实行和获得本发明的特征。

附图说明

被包括以提供对本发明的更进一步的理解并且加入并且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例并且与描述一起用作解释本发明的原理。在附图中：

图1提供了合并根据本发明的喷嘴接口的等离子体枪的三维透视图；

图2为根据本发明的实施例的结合的喷嘴接口的截面视图；

图3为根据本发明的实施例的喷嘴插头接口的截面视图；

图4A提供了示出了根据本发明的一个实施例的喷嘴插头的出口端的透视图；

图4B提供了示出了根据本发明的一个实施例的喷嘴插头的配合的端的透视图；

图4C提供了根据本发明的一个实施例的喷嘴插头的正视图；

图4D提供了根据本发明的一个实施例的喷嘴插头的侧视图；及

图5为根据本发明的实施例的等离子体枪主体接口的截面视图。

具体实施方式

现在详细参考本发明的优选的实施例，附图中示出了本发明的优选的实施例的示例。

图1提供了合并根据本发明的喷嘴接口的等离子体枪的三维透视图。等离子体枪20为用于喷射处于熔化状态的粉末材料，特别是用于工件表面的涂层的设备。等离子体枪20可以为级联的、多电弧等离子体枪或其它等离子体枪。等离子体依靠枪20内部的喷灯形成并且被引导通过内部等离子体通道(在图2中示出为参考符号11)到达出口喷嘴1。等离子体枪20包括插座组件(参考符号10，图5)以接收喷嘴1。如将参考图2更加详细地描述的，通过夹紧组件3在插座组件10处将喷嘴1固定到枪20。喷嘴1为可互换的零件并且能够通过释放夹紧组件3从插座组件10移除。

在图1所示的实施例中，喷嘴1在等离子体流到达粉末喷射器8之前终止。然而，可以改变喷嘴构造，例如，使得粉末在喷嘴内喷射到等离子体流内而不是当等离子体流从喷嘴出来时喷射到等离子体流内。能够在喷嘴1中使用任何内部喷嘴构造以给出不同的喷射性质，只要与喷射枪配合的喷嘴表面(例如在图3和4A中所示的)是兼容的。

图2示出了根据本发明的实施例的枪20的结合的喷嘴接口的截面视图。在接口中，喷嘴插头1安置在枪20的插座组件10内。接口包括具有多个功能的多个元件。这些功能包括提供用于喷嘴1的机械包含，提供电连接，提供冷却水(或其它流体)连接，和提供等离子体气体连接。关于图2所示的结合的机械接口更加明确地陈述这些功能。

通过喷嘴插头1的表面21和夹紧组件3的对准的表面19配合在一起形成电连接。良好的电连接对于等离子体枪的操作是重要的，用作产生等离子体电弧的电流的返回路径。表面21处的喷嘴插头1和表面19处的夹紧组件10由导电材料制造，诸如但不限于铜。

接口提供用于水或其它液体冷却介质流入和流出喷嘴插头1的通道4。水通道4从枪20流动通过喷嘴插头1内的孔14。通道4环绕插头1的一部分以允许冷却液体接触喷嘴孔腔11的外部壁。喷嘴插头1的表面2和插座组件的表面9通过可以为两件压紧螺母的形式的夹紧组件3保持压紧。虽然示出了压紧螺母，但可以使用诸如闩锁、螺栓、夹钳、或相似的张紧装置的其他夹紧组件，只要夹紧组件3是可移除的并且供应足够的张力以压紧插座内的密封O形环6，以防止喷嘴面2和插座面9之间漏水。接口应该被密封以包含在高达大约300psig的压力的水。接口包含在夹紧组件3上的凹槽，以用作用于密封水通道的两个O形环5a、5b(或等价物)的座。

再次参考图2，当喷嘴插头1被固定到插座面9使得喷嘴插头1的孔腔11与枪20的等离子体通道12对准时，形成等离子体连接。当结合在一起时，等离子体通道12和喷嘴孔腔11形成用于等离子体流动的基本上连续的路径。喷嘴孔腔11和等离子体通道12在接口处应该具有大致相同的直径，大约7-11mm。包括单一的O形环6或等价的面密封装置，以用作用于在水通道4(图2)内流动通过孔14的水或其它冷却流体的水(或其它冷却液体)密封装置。另外，可替换的高温垫片7用于从来自等离子体气体流的辐射和高温暴露屏蔽密封装置6并且确保从电中性的中心的枪孔腔12部件电绝缘。

图3示出了喷嘴插头1的单独的细节。喷嘴插头1具有1.177英寸(29.90mm)的外部插头面2直径，和足够在等离子体枪主体内机械地使喷嘴居中的深度。外部插头面2定尺寸为容纳允许等离子体气体流和足够的冷却流通过接口必需的密封装置和结构。喷嘴面2包含环形的凹槽16以部分地安置O形环6(或等价物)，以密封水通道4(图2)。凹槽为0.24英寸(0.6mm)深并且具有0.787英寸(20mm)的内部直径和0.945英寸(24.00mm)的外部直径。如在上面关于图2注意到的，高温陶瓷垫片7用作接口的部件。高温陶瓷垫片7具有0.709英寸(18.0mm)的外部直径和0.07英寸(1.8mm)的截面宽度并且放置在孔腔11和喷嘴面2上的O形环凹槽16之间。喷嘴1包括喷嘴面2上的相反孔腔13，孔腔13为0.012英寸(0.3mm)深并且具有0.712英寸(18.0mm)的直径，孔腔13用作用于高温垫片7的座，以保护前面提到的密封装置6不会暴露于与等离子体羽状物关联的高温。可替换的高温垫片7用作接口的部件，具有0.709英寸(18mm)的外部直径和0.035英寸(0.9mm)的宽度。喷嘴插头1在喷嘴面2和插座9之间的配合的表面的中心处具有直径在大约0.275到0.433英寸(7-11mm)之间的孔腔。

图4A-4D提供了根据本发明的一个实施例的喷嘴插头1的不同的透视图。图4A提供了示出了喷嘴1的远(或出口)端的透视图。图4B提供了示出了喷嘴插头1的配合的端的透视图。图4C提供了喷嘴1的正视图，并且图4D提供了喷嘴1的侧视图。如能够在图4A-4D中看到的，孔14包括在喷嘴面2内并且围绕喷嘴孔腔11放置，以提供水通道4(图2)的部分。如上面关于图3描述的，喷嘴面2包含环形的凹槽16和相反孔腔13。当安装在枪插座10(图2，5)内时，喷嘴面2结合到插座面9(图2，5)并且通过作用在喷嘴插头1的表面18上的夹紧组件3(图2)的压缩力保持到位。

图5示出了等离子体枪20的插座区域10的细节。插座区域10具有直径定尺寸为接收喷嘴面2(没有示出)的面9，该直径为大约1.183英寸(30.05mm)。插座面9包括大约0.012英寸(0.3mm)深并且具有0.709英寸(18.0mm)的直径的相反孔腔15，其用作用于高温垫片7(图2)的与喷嘴1(图2)相对的座的一侧，以保护密封装置6(图2)不会暴露于与等离子体羽状物关联的高温。枪20的等离子体通道12具有在喷嘴和枪主体之间的配合的表面的中心处的直径为0.275到0.433英寸(7-11mm)的孔腔。插座面9包含环形的凹槽17以部分地安置O形环6(图2)，以密封水通道4(图2)。凹槽为0.24英寸(0.6mm)深并且具有0.787英寸(20mm)的内部直径和0.945英寸(24.00mm)的外部直径。

本领域中的普通技术人员能够容易地想到另外的优点和修改。因此，本发明在其更宽的方面不限于在这里示出和描述的特定的细节和典型的实施例。从而，可以在不偏离通过后附的权利要求书和它们的等价物限定的总的发明构思的精神或范围的情况下作出不同的修改。

Claims (20)

1.一种用于热喷射等离子体枪和可互换的喷嘴插头的接口，其包括：

所述等离子体枪上的插座，所述插座至少部分地由导电材料制造并且具有面区段和从所述等离子体枪内延伸到所述面区段的第一圆柱形孔腔；

所述喷嘴插头由导电材料制造并且具有配合的端区段、远端区段、和从所述配合的端区段延伸到所述远端区段的第二圆柱形孔腔；及

用于将所述配合的端区段机械地固定到所述面区段的所述等离子体枪上的夹紧组件，

其中，当结合时，所述配合的端区段和所述面区段适合(a)对准所述第一圆柱形孔腔和所述第二圆柱形孔腔，以便形成用于等离子体气体从所述第一圆柱形孔腔流动通过所述第二圆柱形孔腔的连续的通路，(b)形成用于冷却液体从所述等离子体枪流动通过所述喷嘴插头并且到达所述等离子体枪内的返回路径的通道，并且(c)形成所述等离子体枪和所述喷嘴插头之间的电接触。

2.根据权利要求1所述的接口，还包括所述面区段和所述配合的端区段之间的环形的弹性密封装置，以防止冷却液体和/或等离子体气体泄漏，其中，所述插座面区段包括适用于固定所述环形的弹性密封装置的环形的凹槽。

3.根据权利要求2所述的接口，还包括环形的垫片以屏蔽所述环形的弹性密封装置不会暴露于等离子体气体，所述环形的垫片具有比所述环形的弹性密封装置更小的内部直径。

4.根据权利要求3所述的接口，还包括所述喷嘴插头和所述夹紧组件之间的至少一个冷却液体密封装置，以防止冷却液体泄漏。

5.根据权利要求4所述的接口，其中，接口构造为使得来自所述等离子体枪的冷却液体在遇到所述喷嘴插头之前流动通过所述夹紧组件。

6.根据权利要求5所述的接口，其中，喷嘴插头配合的端区段的直径为大约1.177英寸并且具有足够在插座内机械地使喷嘴插头居中的深度。

7.根据权利要求6所述的接口，其中，用于接收喷嘴插头配合的端区段的插座面区段的部分的直径为大约1.183英寸。

8.根据权利要求4所述的接口，其中，喷嘴插头配合的端区段和插座面区段每个包含大约0.024英寸深的凹槽，所述凹槽具有大约0.787英寸的内部直径和大约0.945英寸的外部直径，以用作用于所述环形的弹性密封装置的座。

9.根据权利要求8所述的接口，其中，所述环形的弹性密封装置具有大约0.801英寸的内部直径和大约0.07英寸的截面宽度。

10.根据权利要求4所述的接口，其中，喷嘴插头配合的端区段和插座面区段每个包含大约0.012英寸深的相反孔腔，所述相反孔腔具有大约0.712英寸的内部直径，以用作用于环形的垫片的座。

11.根据权利要求10所述的接口，其中，环形的垫片具有大约0.709英寸的外部直径和大约0.035英寸的截面宽度。

12.根据权利要求4所述的接口，其中，第一圆柱形孔腔和第二圆柱形孔腔每个在喷嘴配合的端区段和插座面区段之间的配合的表面处的直径为大约0.275到大约0.433英寸。

13.根据权利要求4所述的接口，其中，夹紧组件为两件压紧螺母。

14.一种用于与具有包括面部分和等离子体出口的喷嘴插头插座的等离子体枪一起使用的可互换的喷嘴，所述喷嘴包括：

由导电材料制造并且具有配合的端区段、远端区段、和从所述配合的端区段延伸到所述远端区段的圆柱形孔腔的喷嘴插头，所述喷嘴构造为用于形成与所述等离子体枪的接口，其中，所述配合的端区段和所述面部分结合以对准所述圆柱形孔腔和等离子体出口，形成用于等离子体气体从所述等离子体枪流动通过所述圆柱形孔腔的连续的通路，并且其中，结合所述配合的端区段和所述面部分还形成用于冷却液体从所述等离子体枪流动通过所述喷嘴并且到达所述等离子体枪内的返回路径的通道，并且其中，结合所述配合的端区段和所述面部分形成所述等离子体枪和所述喷嘴之间的电接触。

15.根据权利要求14所述的可互换的喷嘴，其中，喷嘴插头适合用于将所述配合的端区段机械地固定到所述面部分的所述等离子体枪上的夹紧组件。

16.根据权利要求15所述的可互换的喷嘴，其中，配合的端区段的直径为大约1.177英寸并且具有足够在插座内机械地使喷嘴插头居中的深度。

17.根据权利要求15所述的接口，其中，配合的端区段包含大约0.024英寸深的凹槽，所述凹槽具有大约0.787英寸的内部直径和大约0.945英寸的外部直径，以用作用于环形的弹性密封装置的座。

18.一种形成等离子体枪和可互换的喷嘴之间的接口的方法，其包括：

提供具有喷嘴插头插座和夹紧组件的等离子体枪，所述插座至少部分地由导电材料制造，所述插座具有面区段和从所述等离子体腔内延伸到所述面区段的第一圆柱形孔腔；

提供由导电材料制造并且具有配合的端区段、远端区段、和从所述配合的端区段延伸到所述远端区段的圆柱形孔腔的喷嘴插头；及

用所述夹紧组件将所述配合的端区段固定到所述面部分，其中，所述配合的端区段和所述面部分结合以对准所述圆柱形孔腔和等离子体出口，形成用于等离子体气体流动的通路，形成用于冷却液体从所述等离子体枪流动通过所述喷嘴插头的通道，并且形成所述等离子体枪和所述喷嘴插头之间的电接触。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，来自所述等离子体枪的冷却液体在遇到所述喷嘴插头之前流动通过所述夹紧组件。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，配合的端区段的直径为大约0.177英寸并且具有足够在插座内机械地使喷嘴插头居中的深度。

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