專(zhuān)利名稱(chēng)：用于測(cè)量等離子體射流對(duì)空氣引射量的引射保護(hù)罩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于測(cè)量等離子體射流對(duì)空氣引射量的引射保 護(hù)罩。
背景技術(shù)：
在熱等離子體材料加工的各種實(shí)際應(yīng)用中，熱等離子體通常以射流形式出現(xiàn)，并且等離 子體射流對(duì)環(huán)境氣體的引射在其中有重要影響。以等離子體噴涂為例，其過(guò)程是將金屬或非 金屬原料顆粒噴射入由等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的高溫部分電離氣體射流中，原料顆粒在高溫高 速射流中加速、加熱、熔化、撞擊工件并變形鋪展， 一片接一片、 一層覆蓋一層地形成涂層。 與低氣壓等離子體噴涂相比，在大氣壓空氣環(huán)境中進(jìn)行的等離子體噴涂具有一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)， 即不需要復(fù)雜的真空系統(tǒng)，從而可大大降低生產(chǎn)成本。但是這一技術(shù)應(yīng)用也遇到一個(gè)難題， 就是等離子體射流會(huì)引射入大量冷環(huán)境空氣，這往往對(duì)涂層質(zhì)量有不利的影響。 一方面引射 進(jìn)等離子體射流的大量冷環(huán)境空氣，導(dǎo)致等離子體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(tài)，影響涂層的質(zhì)量；另一方面，引射進(jìn)等離子體射流的環(huán)境空氣使射流中的氧 含量在射流軸向方向上迅速增加，在湍流等離子體射流的下游氣體成分已絕大部分由空氣組 成，這會(huì)引起原料顆粒和基板材料氧化，成為涂層質(zhì)量惡化乃至涂層斷裂與剝落失效的重要 原因。為了解決在大氣壓空氣環(huán)境中進(jìn)行等離子體噴涂的上述難題，常采用如下兩種方法來(lái)
減少等離子體射流對(duì)環(huán)境空氣的引射 一是增添與射流同軸噴射的惰性屏蔽氣體(氬)來(lái)減
輕射流對(duì)環(huán)境空氣的引射，研究表明采用這種方案有一定效果，能使涂層質(zhì)量有所改善；伹 根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，若要使距離等離子體發(fā)生器出口 lOcm界面出湍流射流軸線上的空氣含 量控制在10。/。以內(nèi)則增添的屏蔽氬氣流量需高達(dá)發(fā)生器自身工作氣體力量的3.75倍以上， 而在距離發(fā)生器出口 10.5cm處，要是氬等離子體湍流射流中的空氣含量從82%降低到 46%，屏蔽氣體的速度必須高達(dá)100m/s;可見(jiàn)惰性屏蔽氣保護(hù)只能用于對(duì)材料氧化要求不 高的材料加工場(chǎng)合，而且需付出的代價(jià)相當(dāng)大；另一種方法就是在射流外側(cè)添加與射流同軸 的固體保護(hù)罩，阻擋環(huán)境空氣向射流的流動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種可以精確測(cè)量等離子體射流對(duì)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下環(huán)境空氣引射量 的保護(hù)罩，從而幫助進(jìn)行對(duì)等離子體射流的特性研究及應(yīng)用。釆用射流引射保護(hù)罩的方法測(cè)量等離子射流對(duì)環(huán)境空氣的引射量的原理是用引射保護(hù)罩將等離子體射流與外界環(huán)境空氣 隔離，然后人工引入被引射氣到引射保護(hù)罩內(nèi)，通過(guò)多層金屬絲網(wǎng)將被引射氣速度降低至接 近零，以模擬真實(shí)大氣中靜止的環(huán)境空氣，當(dāng)金屬絲網(wǎng)內(nèi)被弓謝氣的靜壓等于夕卜界環(huán)境大氣 的靜壓時(shí)，即表示輸入的被引射氣流量正好等于等離子體射流引射走的氣體流量，這樣就可 以通過(guò)測(cè)量被引射氣體的流量得到等離子體射流引射的氣體流量。
本發(fā)明提供一種用于測(cè)量等離子體射流對(duì)空氣引射量的弓l射保護(hù)罩，所述的引射保護(hù)罩 為圓柱形引射保護(hù)罩，包括前端外擋板、內(nèi)擋板、后擋板、密封罩、絲網(wǎng)支撐柱、絲網(wǎng)壓緊 環(huán)、金屬絲網(wǎng)和引射氣入口導(dǎo)管，前端外擋板通過(guò)外螺紋與內(nèi)擋板內(nèi)螺紋孔連接在一起，并 且在前端外擋板和內(nèi)擋板射流入口中心通孔與等離子發(fā)生器出口配合端面之間有絕緣塑料環(huán)
作電氣隔離；引射氣入口導(dǎo)管用螺紋連接在前端外擋板上，引射氣由此進(jìn)入后被內(nèi)擋板阻擋 轉(zhuǎn)為徑向流動(dòng)；絲網(wǎng)支撐柱穿過(guò)絲網(wǎng)壓緊環(huán)和金屬絲網(wǎng)邊緣與壓緊螺母一起緊緊地固定在內(nèi) 擋板外緣上，絲網(wǎng)壓緊環(huán)將金屬絲網(wǎng)邊緣壓緊，金屬絲網(wǎng)巻三至四層呈圓筒狀，由絲網(wǎng)支撐 柱提供軸向和徑向的支撐，在另一端絲網(wǎng)支撐柱與壓緊螺釘通過(guò)螺紋連接在一起，壓緊螺釘 穿過(guò)絲網(wǎng)壓緊環(huán)和金屬絲網(wǎng)邊緣旋入絲網(wǎng)支撐柱一端的內(nèi)螺紋孔中。外部圓柱型密封罩與前 端外擋板和后擋板通過(guò)各自法蘭邊上的緊固螺栓、緊固螺母連接，法蘭之間加以橡膠墊圈以 保證氣密性。在引射罩內(nèi)部采用多層金屬絲網(wǎng)作為多孔壁以降低人工引入的氣體對(duì)等離子體 射流流場(chǎng)的影響，模擬真實(shí)環(huán)境下大氣中靜止的空氣，這樣當(dāng)多孔壁外引入的氣體與外界大 氣的壓力相等時(shí)，就可以測(cè)量出等離子體射流對(duì)周?chē)h(huán)境氣體的引射量。
所述的前端外擋板和內(nèi)擋板的射流入口開(kāi)孔即中心通孔大小由所采用等離子體發(fā)生器的 出口配合端面的直徑?jīng)Q定，所述的引射氣入口導(dǎo)管外徑為6mm，內(nèi)徑為4mm，所述的前端 外擋板和內(nèi)擋板內(nèi)表面平行距離為'7mm,所述的金屬絲網(wǎng)最外層與引射罩內(nèi)表面距離為 5mm，所述的弓l射罩和金屬絲網(wǎng)圍成的圓筒在軸向上可采用不同的長(zhǎng)度，所述的后擋板射流 開(kāi)口直徑為70mm,所述的絲網(wǎng)支撐柱采用標(biāo)準(zhǔn)件螺柱。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
1) 本發(fā)明的引射罩可使用不同長(zhǎng)度的金屬圓筒，同時(shí)與相應(yīng)軸向長(zhǎng)度的金屬絲網(wǎng)圓筒搭 配使用，可用來(lái)測(cè)量距離等離子體發(fā)生器出口不同長(zhǎng)度上等離子體射流對(duì)環(huán)境空氣的弓l射量； 后擋板射流出口直徑的確定是通過(guò)若千引射實(shí)驗(yàn)后確定的對(duì)射流射出影響最小的最終尺寸。
2) 本發(fā)明采用內(nèi)擋板對(duì)人工引入的引射氣體構(gòu)成阻擋使氣流轉(zhuǎn)向從而將其速度急劇降 低，并進(jìn)一步采用多層金屬絲網(wǎng)圍成圓筒構(gòu)成多孔壁結(jié)構(gòu)將引射氣流速度降低至接近于零， 以模擬真實(shí)引射環(huán)境下靜止的空氣。為保持金屬絲網(wǎng)圓筒在軸向和徑向上的形狀規(guī)則，采用 螺柱作為撐桿以及壓緊環(huán)的配合，使金屬絲網(wǎng)做到規(guī)則的張緊；另夕卜，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也保 證了金屬絲網(wǎng)邊緣不會(huì)有較大的縫隙，保證了引射氣都通過(guò)多層絲網(wǎng)減速后被射流引射走，而不是走縫隙捷徑未被減速就進(jìn)入射流區(qū)。


圖l等離子體射流引射保護(hù)罩的組裝結(jié)構(gòu)圖;
圖2是前端外擋板結(jié)構(gòu)剖面示意圖3是內(nèi)擋板結(jié)構(gòu)剖面示意圖4是引射氣入口導(dǎo)管剖面示意圖4a是引射氣入口導(dǎo)管俯視圖。
圖中
1、前端外擋板2、內(nèi)擋板3、后擋板 4、密封罩 5、絲網(wǎng)支撐柱
6、絲網(wǎng)壓緊環(huán)7、金屬絲網(wǎng)8、引射氣入口導(dǎo)管9、絕緣塑料環(huán)
10、壓緊螺母11、緊固螺母12、壓緊螺釘 13、橡膠墊圈
14、緊固螺栓
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的等離子體射流引射保護(hù)罩進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 如圖1所示為測(cè)量等離子體射流引射氣體流量參數(shù)用的射流引射保護(hù)罩，所述的射流引 射保護(hù)罩主要包括前端外擋板1、內(nèi)擋板2、后擋板3、密封罩4、絲網(wǎng)支撐柱5、絲網(wǎng)壓緊 環(huán)6、金屬絲網(wǎng)7和引射氣入口導(dǎo)管8，所述的密封罩4為圓柱形帶有法蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)，所述絲 網(wǎng)壓緊環(huán)6將金屬絲網(wǎng)7兩邊緣緊貼密封罩4內(nèi)壁壓緊，所述的前端外擋板1固定在密封罩 4上的法蘭盤(pán)上，同時(shí)前端外擋板1通過(guò)外螺紋與內(nèi)擋板2內(nèi)螺紋孔203連接在一起，所述 的引射氣入口導(dǎo)管8螺紋連接在前端內(nèi)擋板1上并與密封罩4內(nèi)腔相通。所述的絲網(wǎng)支撐柱 5前端穿過(guò)絲網(wǎng)壓緊環(huán)6和金屬絲網(wǎng)7邊緣，與壓緊螺母10 —起緊緊地固定在內(nèi)擋板2外 緣上；絲網(wǎng)支撐柱5后端穿過(guò)絲網(wǎng)壓緊環(huán)6和金屬絲網(wǎng)7邊緣，與壓緊螺母10—起固定在 后擋板3外緣。
所述的前端外擋板1為圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)，如圖2所示，圓盤(pán)中間位置的兩側(cè)設(shè)有圓柱形凸臺(tái) 102，凸臺(tái)102具有中心通孔101,所述凸臺(tái)102—側(cè)為外螺紋，另一側(cè)為光滑圃柱，前 端外擋板1圓盤(pán)邊緣周向均布有8個(gè)6mm直徑通孔103,邊緣與中心通孔101之間周向 均布著四個(gè)內(nèi)螺紋進(jìn)氣孔104，用于與引射氣入口導(dǎo)管8連接。
所述的內(nèi)擋板2也是圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)，圓盤(pán)中心為中心通孔202,圓盤(pán)上均布有8個(gè)3mm 直徑的通孔204，如圖3，內(nèi)擋板2 —惻有凸臺(tái)201，凸臺(tái)201中心為內(nèi)螺紋孔203,內(nèi) 螺紋孔203與前端外擋板1上凸臺(tái)102外螺紋相配合實(shí)現(xiàn)連接。所述的內(nèi)螺紋孔203與內(nèi) 擋板2圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)的中心通孔202相通，當(dāng)前端外擋板1與內(nèi)擋板2通過(guò)凸臺(tái)102的外螺 紋與凸臺(tái)201內(nèi)螺紋孔203緊密連接在一起后，兩者中心通孔101與中心通孔202成為一個(gè)整體等直徑通孔,此通孔與等離子體發(fā)生器出口配合端面之間有絕緣塑料環(huán)9作電氣隔離。 如圖4，引射氣入口導(dǎo)管8—端801為外螺紋，軸肩803處切削出兩個(gè)平行平面805 以便于使用扳手夾持，如圖4a所示。引射氣入口導(dǎo)管8另一端802車(chē)削出三圈楔形槽804 使得套上氣管時(shí)起到密封防脫落的作用，引射氣入口導(dǎo)管4用螺紋連接在前端外擋板1的四 個(gè)內(nèi)螺紋進(jìn)氣孔104上，引射氣由此進(jìn)入后被內(nèi)擋板2阻擋轉(zhuǎn)為徑向流動(dòng)。
所述的后擋板3為圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)，如圖1，后擋板3中心開(kāi)有中心通孔301作為射流出口 ， 中心通孔301與圓盤(pán)邊緣之間周向均布有8個(gè)3mm直徑的通孔302，與內(nèi)擋板2上的八 個(gè)通孔201相對(duì)應(yīng)；八個(gè)周向均布的絲網(wǎng)支撐柱5兩端穿過(guò)這些通孔201和通孔301以及 絲網(wǎng)壓緊環(huán)6和金屬絲網(wǎng)7的邊緣與壓緊螺母10 —起緊緊地固定在內(nèi)擋板2和后擋板3外 邊緣上，金屬絲網(wǎng)7巻三至四層呈圓筒狀，由絲網(wǎng)支撐柱5提供軸向和徑向的支撐；圓柱型 密封罩4為圓筒形帶法蘭結(jié)構(gòu)，法蘭邊上開(kāi)有8個(gè)6mm直徑通孔，緊固螺栓14穿過(guò)圓柱 型密封罩4法蘭邊上的通孔、橡膠墊圈13和前端外擋板1邊緣通孔103與緊固螺母11 一 起將三者緊密連接在一起，緊固螺栓14穿過(guò)圓柱型密封罩4法蘭邊上的通孔、橡膠墊圈13 和后擋板3邊緣上通孔302與緊固螺母11 一起將三者緊密連接在一起。
前端外擋板l、內(nèi)擋板2、密封罩4、引射氣入口導(dǎo)管8、絲網(wǎng)壓緊環(huán)6、后擋板3均采 用低碳鋼經(jīng)過(guò)機(jī)械加工制成。絲網(wǎng)支撐柱5采用標(biāo)準(zhǔn)件M3螺柱，金屬絲網(wǎng)7采用網(wǎng)眼為 lmm的不銹鋼絲網(wǎng)，壓緊螺母IO、壓緊螺釘12、緊固螺栓14、緊固螺母ll均采用標(biāo)準(zhǔn) 件。
權(quán)利要求
1、用于測(cè)量等離子體射流對(duì)空氣引射量的引射保護(hù)罩，其特征在于主要包括前端外擋板、內(nèi)擋板、后擋板、密封罩、絲網(wǎng)支撐柱、絲網(wǎng)壓緊環(huán)、金屬絲網(wǎng)和引射氣入口導(dǎo)管，所述的密封罩為圓柱形帶有法蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)，所述絲網(wǎng)壓緊環(huán)將金屬絲網(wǎng)兩邊緣緊貼密封罩內(nèi)壁壓緊，所述的前端外擋板固定在密封罩上的法蘭盤(pán)上，同時(shí)前端外擋板通過(guò)外螺紋與內(nèi)擋板內(nèi)螺紋孔連接在一起，所述的引射氣入口導(dǎo)管螺紋連接在前端內(nèi)擋板上并與密封罩內(nèi)腔相通；所述的絲網(wǎng)支撐柱前端穿過(guò)絲網(wǎng)壓緊環(huán)和金屬絲網(wǎng)邊緣，與壓緊螺母一起緊緊地固定在內(nèi)擋板外緣上；絲網(wǎng)支撐柱后端穿過(guò)絲網(wǎng)壓緊環(huán)和金屬絲網(wǎng)邊緣，與壓緊螺母一起固定在后擋板外緣。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測(cè)量等離子體射流對(duì)空氣引射量的弓l射保護(hù)罩，其特征在于:所述的所述的前端外擋板為圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)，圓盤(pán)中間位置的兩側(cè)設(shè)有圓柱形凸臺(tái)，凸臺(tái)具有 中心通孔，所述凸臺(tái)一側(cè)為外螺紋，另一側(cè)為光滑圓柱，前端外擋板圓盤(pán)邊緣周向均布有 通孔，邊緣與中心通孔之間周向均布內(nèi)螺紋進(jìn)氣孔，用于與弓謝氣入口導(dǎo)管連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測(cè)量等離子體射流對(duì)空氣引射量的弓l射保護(hù)罩，其特征在于所述的內(nèi)擋板是圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)，圓盤(pán)中心為中心通孔，圓盤(pán)上均布有通孔，內(nèi)擋板一側(cè)有凸 臺(tái)，凸臺(tái)中心為內(nèi)螺紋孔，所述的內(nèi)螺紋孔與內(nèi)擋板圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)的中心通孔相通，當(dāng)前端 外擋板與內(nèi)擋板通過(guò)凸臺(tái)的外螺紋與凸臺(tái)內(nèi)螺紋孔緊密連接在一起后，兩者中心通孔成為 一個(gè)整體等直徑通孔，此通孔與等離子體發(fā)生器出口配合端面之間有絕緣塑料環(huán)作電氣隔 離。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于測(cè)量等離子體射流對(duì)空氣引射量的引射保護(hù)罩，其特征在于 引射氣入口導(dǎo)管一端為外螺紋，軸肩處切削出兩個(gè)平行平面以便于使用扳手夾持，引射氣 入口導(dǎo)管另一端車(chē)削出楔形槽使得套上氣管時(shí)起到密封防脫落的作用，引射氣入口導(dǎo)管用 螺紋連接在前端外擋板的四個(gè)內(nèi)螺紋進(jìn)氣孔上，引射氣由此進(jìn)入后被內(nèi)擋板阻擋轉(zhuǎn)為徑向 流動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于測(cè)量等離子體射流對(duì)空氣引射量的引射保護(hù)罩，包括前端外擋板、內(nèi)擋板、后擋板、密封罩、絲網(wǎng)支撐柱、絲網(wǎng)壓緊環(huán)、金屬絲網(wǎng)和引射氣入口導(dǎo)管，所述的前端外擋板固定在密封罩上的法蘭盤(pán)上，同時(shí)前端外擋板通過(guò)外螺紋與內(nèi)擋板內(nèi)螺紋孔連接在一起，所述的引射氣入口導(dǎo)管螺紋連接在前端內(nèi)擋板上并與密封罩內(nèi)腔相通；所述的絲網(wǎng)支撐柱前端穿過(guò)絲網(wǎng)壓緊環(huán)和金屬絲網(wǎng)邊緣，與壓緊螺母一起緊緊地固定在內(nèi)擋板外緣上；絲網(wǎng)支撐柱后端穿過(guò)絲網(wǎng)壓緊環(huán)和金屬絲網(wǎng)邊緣，與壓緊螺母一起固定在后擋板外緣。該引射保護(hù)罩模擬真實(shí)引射環(huán)境下靜止的空氣，保證了引射氣都通過(guò)多層絲網(wǎng)減速后被射流引射走，而不是走縫隙捷徑未被減速就進(jìn)入射流區(qū)。
文檔編號(hào)G01F15/00GK101539448SQ200910082580
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月27日
發(fā)明者張亞民, 湯海濱, 王海興, 賈少霞, 魏福智 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)