專利名稱:具有可調(diào)徑向和切向等離子氣體流比的改進(jìn)的等離子焰噴射槍的方法及裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種等離子槍裝置以及其運(yùn)用方法。通過(guò)改進(jìn)等離子氣體流的控制來(lái)提高效率。
等離子槍可特別使用于如熱噴射那樣的用途。熱噴射涉及例如金屬或陶瓷等熱可熔材料的熱軟化，以及將軟化材料以粒子的形狀推射到要涂復(fù)的基片表面。熱粒子撞到該表面上就粘結(jié)到那里。如等離子槍那樣的常規(guī)的熱射槍，既用來(lái)加熱又用來(lái)推進(jìn)粒子。在等離子噴射槍內(nèi)，熱可熔材料以粉狀供給該槍，典型地由小粒子組成，例如低于每平方英寸100網(wǎng)眼數(shù)的美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)篩篩孔大小至約5微米。
在典型的等離子裝置中，電弧產(chǎn)生于水冷卻噴管(陽(yáng)極)與鄰近配置的陰極之間。一種選用的惰性氣體流經(jīng)兩電極之間并通過(guò)電弧后被電離并加熱，就形成溫度高達(dá)15，000℃的等離子體。在電極間的氣體的運(yùn)動(dòng)有效地拉長(zhǎng)了電弧，使更多的能量傳遞給電弧。由至少部分地電離的氣體所組成的等離子體，從噴管射出，類似點(diǎn)燃的氧炔焰。
與本發(fā)明有關(guān)的通用類型的一種等離子“焰”噴射槍描述在1964年8月18日授給西賓(W.A.Siebein)等人的專利號(hào)為3，145，287、名為“等離子焰發(fā)生器和噴射槍”的美國(guó)專利中。這種類型的較新的槍結(jié)構(gòu)在序號(hào)為646，734的美國(guó)專利申請(qǐng)中有揭示，該申請(qǐng)由狄拉西奧(Anthony F.Dellassio)等人于1984年9月4日提出，申請(qǐng)的專利名稱為“等離子噴射槍用的噴管組件”，已轉(zhuǎn)讓給與現(xiàn)在發(fā)明同一個(gè)受讓人?，F(xiàn)在的發(fā)明可以作為在西賓專利或狄拉西奧申請(qǐng)中所揭示的結(jié)構(gòu)的變更來(lái)實(shí)行。
在這個(gè)時(shí)候，應(yīng)當(dāng)理解“徑向”和“切向”是相對(duì)術(shù)語(yǔ)，正如在此使用的那樣，“切向”不僅包括嚴(yán)格的切向流，而且也包括弦流，即具有有顯著的切向分量的流。而且，使用的這些術(shù)語(yǔ)與等離子流徑和/或者限定流徑的結(jié)構(gòu)例如孔或?qū)Ч艿妮S線有關(guān)。
等離子槍習(xí)慣上能用氬或用氮作為主等離子氣體來(lái)工作。對(duì)于氬來(lái)說(shuō)，該氣體以切向分量引入陰極附近的腔內(nèi)，以便給予等離子體以渦流，這在例如專利號(hào)為3，823，302、名為“等離子噴射的裝置和方法”的美國(guó)專利中有描述，該專利于1974年7月9日授給墨爾伯格(Muelberger)。那樣做的理由是在不存在渦流情況下，電弧沿噴管攜帶得不夠遠(yuǎn)(不能被氣體流足夠地拉長(zhǎng))，這樣就不會(huì)獲得所要求的高電弧電壓和高效率。
另一方面，在前述的美國(guó)專利3，145，287中所描述的徑向氣體流輸入一般是用氮的，因?yàn)樗^不容易電離，因渦流傾向于將電弧沿噴管延伸一個(gè)長(zhǎng)距離，會(huì)導(dǎo)致電弧難以產(chǎn)生。
然而，如沒(méi)有渦流，則對(duì)氮來(lái)說(shuō)，電弧電壓和效率是低的。因此，常將例如氫那樣的輔助氣體加給氮，具有易于起弧的效果，即使沒(méi)有渦流也允許有效運(yùn)行。氫在電弧起動(dòng)后加入?？刂茪漭o助氣體必然引起噴射運(yùn)行復(fù)雜和花費(fèi)大，也需要預(yù)防爆炸的特別措施。
甚至有渦流時(shí)，氬的效率亦是不合乎需要地低。在可能之處，氫再次利用作為添加物，但是，該氣體由于其易燃性以及它會(huì)使噴射涂層脆裂，常常被認(rèn)為不合乎要求的。氦是一種替代物，但是它是昂貴的和不太有效的。
一般地，每種等離子射槍是為一特定種類的形成等離子體的氣體而造的，或具有徑向進(jìn)口，或具有切向進(jìn)口?？梢允褂玫娜魏我环N氣體的槍典型地有不同的氣體分配環(huán)，這些環(huán)選擇性地嵌在陰極附近，或提供徑向流，或提供切向流;當(dāng)變換氣體時(shí)，就需要拆卸。幾項(xiàng)嘗試已經(jīng)作出，以簡(jiǎn)化這種變換。美國(guó)專利3，313，908揭示了一種等離子焰炬，它具有給不同氣體用的兩種類型的氣體進(jìn)入口，利用兩種外部氣體導(dǎo)管接頭中的任何一種，可擇一地選擇氣體進(jìn)入口。這種方法仍然需要改變那些槍接頭，且沒(méi)有提供渦流度的調(diào)節(jié)。
美國(guó)專利3，851，140號(hào)，名為“在基片上施加涂層的等離子噴射槍和方法”，于1974年11月26日授給考丘(Coucher)，該專利顯示了一種具有氣體分配環(huán)的等離子噴射槍，該環(huán)具有槍的軸線傾斜的主開(kāi)口以及徑向定向的輔助開(kāi)口。這兩套進(jìn)氣開(kāi)口同時(shí)地起作用。據(jù)認(rèn)為該環(huán)控制氣體流的變化，但是不改變環(huán)的話，決不會(huì)改變不同氣體流;在運(yùn)行期間，也決不會(huì)改變氣體流的構(gòu)造形式。
在1961年11月21日重新出版的突覬太(A.C.Ducati)等人的名為“關(guān)于增加基電極壽命的等離子流噴焰裝置和方法”的美國(guó)再版專利Re.25，088中，描述了一種氣體在兩個(gè)軸向分開(kāi)的位置上引入的等離子焰炬。在陰極附近，提供有一個(gè)徑向源作為電弧和通過(guò)第一注孔從陰極區(qū)流出的有關(guān)的等離子體的部分。在第一注孔的大直徑的下游的分開(kāi)的腔區(qū)內(nèi)，提供有切向氣源。這些分開(kāi)的進(jìn)氣源，在陰極鄰區(qū)不提供進(jìn)氣控制，而且陽(yáng)極和陰極分隔得那樣寬，以致于電弧很難產(chǎn)生。這個(gè)問(wèn)題很嚴(yán)重，以致電弧的產(chǎn)生必須通過(guò)瞬間地將例如一片石墨類的導(dǎo)體插到電極之間來(lái)達(dá)到。用這種電極分開(kāi)的結(jié)構(gòu)，就無(wú)法通過(guò)改變氣體混合物或氣體流特性來(lái)容易地產(chǎn)生電弧。
鑒于前述情況，現(xiàn)發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的等離子噴射方法與槍裝置，該裝置可以有效地單用氮?dú)庖詼u流形式運(yùn)行，它也不難起弧。
本發(fā)明的另一目的是提供一種易起弧的高效率氮?dú)獾入x子焰噴射方法與噴槍裝置，為了改良起弧特性，它避免了把氫或其他氣體加給氮的需要。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)，從以下的描述和附圖來(lái)看，是明顯的。例如，本發(fā)明允許噴射槍使用氬，或使用氮，效率最佳，又使起弧容易。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，提供有一個(gè)等離子噴射槍，它具有一個(gè)圓筒形的陰極構(gòu)件，以及一個(gè)與此同軸又從其分隔開(kāi)的空心的圓筒形陽(yáng)極噴管構(gòu)件。該等離子槍有形成等離子體的氣體用的內(nèi)部通道，其一端延伸到槍的外部。通道的另一端(即內(nèi)端)以鄰近于陰極的環(huán)形進(jìn)氣腔起始，向著氣流的方向(即下游)延伸，進(jìn)入陰極構(gòu)件與陽(yáng)極構(gòu)件之間的空間，從那里經(jīng)過(guò)陽(yáng)極噴管構(gòu)件，直至槍身外部。等離子噴射方法包括通過(guò)各自的進(jìn)口，徑向地向內(nèi)地及切向地將形成等離子體的氣體引入進(jìn)氣腔，同時(shí)選擇性地調(diào)節(jié)徑向和切向引入的每種氣體的各自的量，借此決定通過(guò)該槍的氣體的渦流度。
圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的等離子噴射槍結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，部分為剖面圖。
圖2是氣體分配環(huán)的截面圖，該環(huán)組成圖1的等離子噴射槍的一個(gè)部分，它包括徑向和切向進(jìn)氣口，該圖示意地描繪了附加在所說(shuō)進(jìn)氣口上的分開(kāi)的調(diào)節(jié)器，這些調(diào)節(jié)器可分別地調(diào)節(jié)通過(guò)徑向和切向進(jìn)氣口傳送的氣體量。
圖3和圖4是各自的運(yùn)行曲線組，該曲線代表本發(fā)明的兩種不同的運(yùn)行方式，與利用氮?dú)浣Y(jié)合的先前的運(yùn)行方式作比較。
圖5是一種圖1和圖2所示的氣體分配環(huán)的變形的實(shí)施例的徑向剖面。
參見(jiàn)附圖，首先特別看圖1，該圖部分以剖面表示，描繪了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)焰噴射槍結(jié)構(gòu)。這個(gè)槍結(jié)構(gòu)由參考號(hào)10表示其整體，它可以包括柄把部分12(這里僅畫出一部分)。槍的內(nèi)部有一個(gè)陰極構(gòu)件14，除了在其一端(朝氣體流方向向前)，是一個(gè)錐頂外;槍內(nèi)部還有一個(gè)空心的陽(yáng)極噴管構(gòu)件16，它包含1個(gè)通孔17，其變化的外形和截面尺寸與陰極構(gòu)件同軸。
如圖所示，噴管構(gòu)件孔17具有各自向外呈錐形的端部分18和20，以及一個(gè)圓筒形的中間部分22。錐端段20，是等離子焰發(fā)出處，在此后將稱為孔17的向前端或外端，而漏斗形部分18則稱為內(nèi)端?？?7的內(nèi)錐部分18的軸向長(zhǎng)度實(shí)質(zhì)上與陰極構(gòu)件14的錐端15共同延伸。構(gòu)件14上的錐度通常與孔17的內(nèi)端18的錐度相互補(bǔ)，但前者的直徑較小些，且同軸地在其中被容納，這樣就形成了一個(gè)環(huán)隙19，這個(gè)環(huán)隙的內(nèi)外直徑大小沿氣體流方向(前向)減小。
在槍結(jié)構(gòu)內(nèi)，同軸地包圍在陰極14的無(wú)錐度部分的，并與其有一徑向距離的，是一個(gè)氣體分配環(huán)28，它是由電絕緣材料制成的，用作陰極14和陽(yáng)極16的絕緣，并形成一個(gè)環(huán)形進(jìn)氣腔24，該腔鄰近環(huán)隙19的內(nèi)端(大直徑端)并與其有氣流相通，從而對(duì)于通過(guò)孔17至噴管構(gòu)件16的噴管外端的形成等離子體的氣體形成了一個(gè)內(nèi)部通道。
氣體通過(guò)進(jìn)氣口(26為其中一個(gè))，再經(jīng)過(guò)環(huán)28供給腔24，環(huán)28和腔24一起形成氣體分配裝置。
以下連系圖2，更完全地進(jìn)行描述。通過(guò)氣體分配環(huán)28引入的形成等離子體的氣體，要經(jīng)過(guò)至少一個(gè)徑向注孔和至少一個(gè)切向注孔。(圖1中僅表示有一個(gè)徑向注孔26)。
示意地表示的直流電弧發(fā)生器32通過(guò)通-斷開(kāi)關(guān)34接在陰極14與陽(yáng)極16之間。通-斷開(kāi)關(guān)37與常規(guī)的高頻、高壓?jiǎn)?dòng)器35一起與電流發(fā)生器32并聯(lián)，這在圖中有類似地表示。當(dāng)開(kāi)關(guān)34閉合時(shí)，一直流電位施加于陰極14與陽(yáng)極16之間;然后，當(dāng)開(kāi)關(guān)37閉合，瞬時(shí)地將啟動(dòng)器35輸出迭加上去，流過(guò)環(huán)隙19的氣體的電離激發(fā)等離子體的形成。
如圖號(hào)30所示，在陽(yáng)極噴管16的嘴邊，提供有粉末注入噴管，以便為從陽(yáng)極噴管16發(fā)出的等離子體引入一股氣體攜帶的涂復(fù)粒子流。從陽(yáng)極噴管16射出的等離子體吸收氣體攜帶的涂復(fù)粒子，熔化或軟化它們，將它們導(dǎo)向要涂復(fù)的表面。
因?yàn)椋诘入x子槍內(nèi)部的基本熱量是由電弧產(chǎn)生的，所以等離子槍的內(nèi)部必須要冷卻;這通常用例如水等冷卻液經(jīng)過(guò)槍的內(nèi)部通道的循環(huán)來(lái)達(dá)到。因?yàn)樵搩?nèi)部冷卻通道的安排對(duì)理解本發(fā)明是不需要的，故而圖中未加描繪。然而，應(yīng)當(dāng)理解到這些通道必須提供。適用的通道在有關(guān)的專利中，例如前述美國(guó)專利3，145，287和前述美國(guó)專利申請(qǐng)編號(hào)646，734中都有圖示。
圖2是通過(guò)氣體分配環(huán)28的截面圖，表示了徑向進(jìn)氣注孔(26，26A)和切向進(jìn)氣注孔(36，36A)，它們讓形成等離子體的氣體進(jìn)入包圍陰極14的腔24內(nèi);盡管單一徑向進(jìn)氣口和單一切向進(jìn)氣口對(duì)于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明是足夠的，但最好有每種類型的多個(gè)進(jìn)氣口，從而在圖2中，畫出了每種類型的兩個(gè)進(jìn)氣口。根據(jù)現(xiàn)在的發(fā)明，徑向和切向進(jìn)氣口氣體流必須可以分別地控制。在圖2中示意地表示了達(dá)到這一要求的氣源系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括徑向氣體流線38和40，它們由從氣源44出來(lái)，流過(guò)徑向氣流調(diào)節(jié)器42的氣體來(lái)提供。同樣地，氣體流線46和48一起接到兩個(gè)切向氣體進(jìn)氣口36和36A，從氣源44流出并經(jīng)過(guò)切向氣流調(diào)節(jié)器50來(lái)的提供氣體。當(dāng)然，如果提供給兩個(gè)不同系統(tǒng)的氣體是同樣的話，氣源44和52可以合并。
徑向氣流調(diào)節(jié)器42可以裝有手動(dòng)調(diào)整，在符號(hào)上由調(diào)整旋鈕54表示。同樣地，切向氣流調(diào)節(jié)器50可以裝有手動(dòng)調(diào)整控制，符號(hào)上由調(diào)整旋鈕56表示。
氣流調(diào)節(jié)器42和50，可以由自動(dòng)系統(tǒng)控制器62，通過(guò)在圖上58和60所指出的連接，自動(dòng)地進(jìn)行控制。從而，可用手動(dòng)調(diào)整，或由自動(dòng)系統(tǒng)控制，各自的氣體流可以相對(duì)于另一個(gè)進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到控制切向流對(duì)軸向流的比例，并根據(jù)渦流度來(lái)控制通過(guò)槍的氣體比例。如果切向流相對(duì)于徑向流增加時(shí)，渦流度就隨之而增大。
為了提供從槍噴管出來(lái)的等離子“焰”的恒定的噴射，時(shí)常要求維持一個(gè)固定的氣體總比率。從而，當(dāng)切向流對(duì)徑向流的比率改變時(shí)，常常要通過(guò)增加一種氣流和減少另一種氣流來(lái)達(dá)到維持同一總流。利用自動(dòng)系統(tǒng)控制器62可以實(shí)現(xiàn)這一要求。
本發(fā)明運(yùn)用的最有用的方式之一，在于獲得容易起弧和高運(yùn)行效率的結(jié)合。當(dāng)把氮用為形成等離子體氣體時(shí)，這個(gè)目的特別有用。氮作為形成等離子體的氣體是所要的，因?yàn)樗诨瘜W(xué)性能上是惰性的，必然安全，特別地因?yàn)榈鳛橐环N雙原子氣體，利用其分子分離和再結(jié)合的特性，具有傳遞熱的潛力。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)氣體渦流存在下，用氮難以起弧。起弧的這一困難明顯地是伴隨著渦流增加電弧路徑有效長(zhǎng)度的結(jié)果。然而，一旦起動(dòng)后，為了獲得從電弧到氣體的能量傳遞的較高的效率，從而提供給氣體更大的加熱，通過(guò)引起增大的渦流來(lái)增加電弧路徑的有效長(zhǎng)度，是所要求的。
這樣，本發(fā)明運(yùn)用的最有用的方式之一是僅用徑向流來(lái)開(kāi)始該過(guò)程，觸發(fā)電弧，接著引入切向流;此后，增加切向流分量，最好成比例地減小徑向流分量，以便維持一個(gè)基本不變的總流，在此期間，增加從電弧傳遞到氣體的能量。當(dāng)?shù)米鳛樾纬傻入x子體的氣體時(shí)，這種運(yùn)行方式特別有用。
顯著地，本發(fā)明允許單獨(dú)使用氮來(lái)產(chǎn)生電弧，電弧的產(chǎn)生是容易的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了從熱觀點(diǎn)來(lái)看高度有效的連續(xù)運(yùn)行的方式。與用氮的通常的裝置相比，它表示出有顯著的優(yōu)點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性，在通常的裝置里，為了有助起弧、且同時(shí)達(dá)到高效率的運(yùn)行特性，必須使用例如氫那樣的氣體添加物。
在以上描述的裝置中，當(dāng)電弧起弧時(shí)，如只用徑向流，則從電弧供給氣體的功率是相當(dāng)?shù)偷?。然而，隨著切向分量的增加，合成渦流通過(guò)電極(14，16)間的通道(19)，并流經(jīng)噴管的氣體流道22，20，逐漸地增加電弧長(zhǎng)度，由此增加電壓，并增加從電弧給予形成等離子體的氣體的能量。因此，傳遞給電弧的功率量，通過(guò)調(diào)節(jié)切向引入氣體與徑向引入氣體的比率，是可以調(diào)整的。
徑向?qū)η邢驓怏w流比率的調(diào)整也決定了在槍噴管內(nèi)的電弧的物理位置，即電弧碰擊陽(yáng)極噴管16的內(nèi)表面的平均位置。例如，已徑發(fā)現(xiàn)，如果切向流增加得足夠大，就有可能迫使電弧延伸噴管通道17的整個(gè)長(zhǎng)度，并碰擊陽(yáng)極噴管構(gòu)件16的外端面或與其相連。這個(gè)端面處于外界空氣中，這個(gè)結(jié)果對(duì)該端面是有害的，因此是不合要求的。然而，這是用來(lái)說(shuō)明當(dāng)電弧變長(zhǎng)時(shí)會(huì)發(fā)生什么情況。通過(guò)改變切向流的比率，可以選擇不同的電弧長(zhǎng)度，通過(guò)選擇性地變化電弧終端位置，由此散布了電弧在噴管上的磨損，使噴管的壽命可以增加。
盡管本發(fā)明的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是允許用例如氮那樣單一氣體的等離子槍作有效運(yùn)行，在徑向和切向地引進(jìn)氣流時(shí)，如用不同的氣體，也可以有效地應(yīng)用本發(fā)明。例如，有可能使用氮作為主氣體，僅以徑向引入，接著在電弧已起弧后，以切向流加入例如氫那樣的輔助氣體。氫添加物增加由電弧所取得的能量，造成渦流的切向流通過(guò)槍通道，也會(huì)增加由電弧所給出的能量，以致這兩個(gè)因素協(xié)同地作用，由加長(zhǎng)電弧來(lái)提高效率。從分開(kāi)的氣源引入分開(kāi)的氣體描繪在圖2中。
圖3和圖4是兩組曲線，描繪在本發(fā)明兩種不同運(yùn)行方式中的運(yùn)行結(jié)果，并與先前的使用氮?dú)浣Y(jié)合的運(yùn)行方式進(jìn)行比較。圖3說(shuō)明電弧電壓是如何變化的，圖4說(shuō)明在不同運(yùn)行條件下，熱效率是怎樣變化的。
先參見(jiàn)圖3，最低曲線64描繪出在以氮作為形成等離子體的氣體流中加入氫但沒(méi)有任何渦流時(shí)，運(yùn)行電壓作為氫添加量的函數(shù)的變化情況。使用了每小時(shí)75立方英尺的恒定氮?dú)饬鳎尤氲臍涓鶕?jù)最下面的橫坐標(biāo)刻度而變化。這樣，當(dāng)氫量從零至每小時(shí)15立方英尺(15CFH)變化時(shí)，其運(yùn)行電壓的總增加量約為從60伏至70伏。
通過(guò)對(duì)照，曲線66表示僅用氮時(shí)，運(yùn)行電壓怎樣隨渦流的增加而增大。一個(gè)每小時(shí)75立方英尺(75CFH)的總流量維持不變，而切向氣體流和因而產(chǎn)生的渦流的比例是增加的。在圖3中切向流氣體流速由橫坐標(biāo)上部的刻度表示。這樣，不增加總的形成等離子體的氣體流，實(shí)質(zhì)上較高的電弧電壓就可達(dá)到，如曲線66所示，這是通過(guò)簡(jiǎn)單地調(diào)整以切向流傳送到進(jìn)氣腔24去的相對(duì)氣體量，以便在結(jié)合的氣體流內(nèi)提供一個(gè)增大的渦流分量而達(dá)到的。
當(dāng)由曲線66描繪的同一實(shí)驗(yàn)是用每小時(shí)75立方英尺(75 CFH)的氮與每小時(shí)15立方英尺(15 CFH)的氫的混合氣體來(lái)重復(fù)做時(shí)，就獲得由曲線68表示的性能結(jié)果。這樣，可以看出，渦流和添加氫兩者對(duì)于增加電弧電壓都是有效的。
電弧電壓通常是和從電弧傳給形成等離子體的氣體的能量方面的槍的熱效率密切相關(guān)的，即高電壓通常指示了高效率。然而，通過(guò)測(cè)量提供給電弧的電功率及通過(guò)減去因排給冷卻水的熱而引起的槍的功率損失量(溫度升值乘以流速)就有可能測(cè)量實(shí)際熱效率。這個(gè)差值表示了傳遞給等離子體的實(shí)際功率，以及涂復(fù)工藝上的有效性。熱效率是該差值對(duì)功率源的比率。因4中的曲線64A，66A，68A描繪了前面分別參照?qǐng)D3中的曲線64，66，68所描述的每組運(yùn)行條件的熱效率。在圖4中，表示有和圖3相同的橫坐標(biāo)刻度。
非常有趣和顯著的是即使存在渦流由曲線66A所描繪的純氮?dú)饬髟囼?yàn)的效率比起由曲線64A所描繪的氮?dú)浣Y(jié)合的效率要高很多。而且，盡管圖3中曲線66和68之間的電壓特性分開(kāi)得相當(dāng)大，這兩種運(yùn)行方式的熱效率卻沒(méi)有大的不同，如圖可見(jiàn)，曲線66A和68A的間隔很接近。
雖然以上專門討論的所有例子都涉及氮，或者氮和氫的結(jié)合，可以理解到，對(duì)于用其他例如氬那樣的形成等離子體的氣體，或者其他形成等離子體的氣體的各種結(jié)合，本發(fā)明也是非常有用的。例如，用氬作為主氣體，將氮作為輔助氣體，也是可以的。
如附圖圖5中分配環(huán)28A內(nèi)所示意地表示的那樣，一些或全部的徑向流口，例如26B、26C，可以在它們的徑向平面內(nèi)傾斜，以便它們和電極14，16的軸成銳角，這樣流口的徑向內(nèi)端位于其徑向外端的前方，于是就給予形成等離子體的氣體的氣流一個(gè)向前的軸向分量。
在以上說(shuō)明中，已經(jīng)意指到所謂“切向”流是非常清楚地作了限定和可鑒別的，它與徑向流大有區(qū)別。然而，應(yīng)當(dāng)理解，不在絕對(duì)徑向方向的任何氣體流，都可以考慮有一切向分量。從而，不脫離本發(fā)明的精神，可以合乎要求地對(duì)切向進(jìn)氣口提供一個(gè)氣流進(jìn)口，它并不給進(jìn)入氣體提供最大的切向效果，這可有意地將進(jìn)氣口在能提供純徑向輸入的位置和能提供最大切向輸入的位置之間裝成一定角度來(lái)達(dá)到。另一方面，“徑向”進(jìn)氣口實(shí)際上可能有一個(gè)小的切向分量，而“切向”進(jìn)氣口則有大切向分量。
本發(fā)明的另一有用特征是在控制方面可作簡(jiǎn)單的變化即在百分之一百的徑向流和百分之一百的切向流之間作變化。徑向流一般用氮，而切向流一般用氬。這樣，該裝置可以很快地從一種氣體變至另一種氣體。
盡管該發(fā)明已聯(lián)系特定的最佳實(shí)施例進(jìn)行圖示和描述，但在這個(gè)技術(shù)中熟練的技術(shù)人員會(huì)想到各種變更和修改。從而，下面的權(quán)利要求
用來(lái)限定本發(fā)明對(duì)于先前技術(shù)的有效范圍，并且包括屬于本發(fā)明真正精神和有效范圍的所有變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種使用等離子槍來(lái)產(chǎn)生等離子體的方法，該槍具有一個(gè)空心的圓筒形陽(yáng)極噴管構(gòu)件和一個(gè)圓筒形陰極構(gòu)件，這兩個(gè)構(gòu)件同軸地配置并彼此分隔開(kāi)，以便給形成等離子體的氣體限定內(nèi)部通道，該通道具有延伸至該槍外部的一端，由一鄰近于陰極的環(huán)狀進(jìn)氣腔形成的內(nèi)端，和延伸于陰極與陽(yáng)極構(gòu)件之間的中間段，所說(shuō)的方法包括將形成等離子體的氣體徑向地向內(nèi)引入進(jìn)氣腔內(nèi)，以及將形成等離子體的氣體以具有切向分量的方式引入進(jìn)氣腔，同時(shí)選擇性地調(diào)節(jié)徑向和切向引入的氣體的比例，由此建立和決定通過(guò)該槍的氣體的渦流度。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種方法，其中所說(shuō)的徑向和切向氣體的引入是同時(shí)發(fā)生的。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種方法，其中氣體在初始時(shí)僅徑向地引入，接著在陰極和陽(yáng)極構(gòu)件之間施加電壓起弧，然后切向地引入氣體以建立通過(guò)該槍的氣體的渦流。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3的一種方法，其中形成等離子體的氣體本質(zhì)上由氮組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種方法，包括的附加步驟為將電壓施加在陰極和陽(yáng)極構(gòu)件之間用以起弧以及調(diào)整切向引入氣體對(duì)徑向引入氣體的比率，借此控制傳遞給電弧的功率量。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種方法，包括的附加步驟為在氣體流建立后，將電壓施加在陰極和陽(yáng)極構(gòu)件之間用以起弧，然后調(diào)整切向引入氣體對(duì)徑向引入氣體的比率，由此控制在槍噴管內(nèi)的電弧長(zhǎng)度或電弧物理位置。
7.如權(quán)利要求
1所述的一種方法，其中具有不同電離特性的不同氣體，各自徑向地和切向地引入。
8.權(quán)利要求
1的方法，進(jìn)一步包括徑向和切向氣體流作相反變化而保持總氣體流不變。
9.一種包括等離子槍的產(chǎn)生等離子體的裝置，包括一個(gè)槍體，該槍體具有空心的圓筒形的陽(yáng)極噴管構(gòu)件和配置在其中并與其分隔開(kāi)的圓筒形的陰極構(gòu)件，以便在槍內(nèi)形成形成等離子體的氣體流用的通道，并延伸到槍的外部，所說(shuō)的陰極和陽(yáng)極噴管構(gòu)件共同作用，使得在所說(shuō)的通道內(nèi)產(chǎn)生形成等離子體的電弧，所說(shuō)的通道的內(nèi)端是由鄰近陰極構(gòu)件的環(huán)狀進(jìn)氣腔形成的，并在隔開(kāi)的陰極和陽(yáng)極構(gòu)件之間及通過(guò)所說(shuō)的陽(yáng)極噴管構(gòu)件延伸;配置在所說(shuō)的等離子槍體內(nèi)用以將形成等離子體的氣體引入所說(shuō)的進(jìn)氣腔內(nèi)的氣體分配裝置，該氣體分配裝置包括至少一個(gè)徑向進(jìn)氣孔和至少一個(gè)切向進(jìn)氣孔，該孔延伸進(jìn)并終止于所說(shuō)的進(jìn)氣腔內(nèi)，通過(guò)所說(shuō)的各自的進(jìn)氣孔的徑向和切向的形成等離子體的氣體相互作用以產(chǎn)生通過(guò)所說(shuō)氣體通道的氣體渦流;各自的調(diào)節(jié)裝置，用于控制流過(guò)所說(shuō)的徑向和切向進(jìn)氣孔的氣體量;及相對(duì)于另一個(gè)來(lái)調(diào)整所說(shuō)的調(diào)節(jié)裝置的裝置，用以控制通過(guò)所說(shuō)氣體通道的氣體的渦流對(duì)軸向流的比例。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9的一種裝置，其中所說(shuō)的氣體分配裝置包括多個(gè)徑向進(jìn)氣孔和多個(gè)切向進(jìn)氣孔，這些進(jìn)氣孔沿所說(shuō)的進(jìn)氣腔的周邊間隔開(kāi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求
9的一種裝置，其中在所說(shuō)的陰極和陽(yáng)極噴管構(gòu)件之間的空間的實(shí)質(zhì)部分是一環(huán)形，且其中有一個(gè)所說(shuō)的圓筒形陽(yáng)極噴管構(gòu)件與所說(shuō)的陰極構(gòu)件的實(shí)質(zhì)上的軸向重疊。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11的一個(gè)裝置，其中所說(shuō)的環(huán)形有一個(gè)小的徑向尺寸以便促使其間的電弧迸發(fā)。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12的一個(gè)裝置，包括將氣體攜帶的涂復(fù)粒子引入到等離子體流內(nèi)的裝置，該等離子體流從所說(shuō)的噴管構(gòu)件射出和從所說(shuō)的陰極構(gòu)件向下游流。
14.權(quán)利要求
9的等離子體裝置，其中所說(shuō)的徑向進(jìn)氣孔基本上徑向地向內(nèi)地對(duì)準(zhǔn)所說(shuō)陰極的中心軸線，但是在和所說(shuō)的軸線公共的平面內(nèi)有傾斜以便給所說(shuō)的氣體提供一個(gè)向前的軸向運(yùn)動(dòng)分量。
專利摘要
等離子槍有空心的、圓筒形的陽(yáng)極噴管構(gòu)件和在其中同軸配置的圓筒形陰極構(gòu)件。兩構(gòu)件共同作用為形成等離子體的氣體形成內(nèi)部通道。在槍體內(nèi)，通道一端包括鄰近于陰極的環(huán)狀進(jìn)氣腔。通道沿氣體流方向前進(jìn)，在陰極和陽(yáng)極構(gòu)件之間限定為環(huán)形空間，接著繼續(xù)通過(guò)陽(yáng)極噴管構(gòu)件到達(dá)槍體外部。形成等離子體的氣體通過(guò)各自的進(jìn)口切向地和徑向地引入進(jìn)氣腔。提供選擇性地調(diào)節(jié)徑向和切向引入的各自的氣體量的裝置可決定通過(guò)槍的氣體渦流度。
文檔編號(hào)B05B7/16GK87103360SQ87103360
公開(kāi)日1987年11月18日 申請(qǐng)日期1987年5月5日
發(fā)明者阿瑟杰·法佩爾 申請(qǐng)人:珀金·埃爾默公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan