[发明专利]配有防蚀准直喷嘴的等离子炬

说明书

技术领域

本发明大体涉及等离子弧炬，尤其涉及等离子弧炬中所用的准直喷嘴的处理方法和装置，以减小腐蚀作用从而延长准直喷嘴使用寿命。

背景技术

如现有技术中所知，等离子弧炬能够将电能有效地转化成产生极高温度的热能。例如，等离子弧炬通常可在高达6000℃至7000℃的范围内操作。

已知的等离子弧炬采用水冷的、反极性的空芯铜电极。诸如氩、氮、氦、氢、空气、甲烷或氧气之类的气体通过空芯铜电极喷入，被电弧电离而生成等离子体，然后被喷入或并入加热室或加工过程。

如Hanus等人的美国专利5,362,939中所述，等离子弧炬可用两种模式来操作。在第一种模式中，称为“转移弧”，水冷后电极(阳极)将高的电压和电流施加于喷入到炬中的气体。将待热处理的材料作为相反极性的电极。这样，等离子气体通过炬中的气体涡旋生成器，并通过导电性铜准直喷嘴的中心孔出来，然后撞击到用作阴极电极的材料上。在非转移弧模式中，弧首先从炬内的阳极发出，并在炬出口处重新加在阴极上。在从第一电极跳跃到第二电极时，弧伸出到炬尖端之外，并撞击到并非电路组成部分的工件上。因而，在非转移弧模式中，炬可被用来有效地加热/熔化/挥发非导电性工件材料。

对于转移弧模式的炬，准直喷嘴通常包括铜保持件，其被拧入大体为圆柱形的炬体的工作端，炬体内含有与准直喷嘴电绝缘的后阳极电极。所述圆柱体进一步包括接收冷却水的流道，冷却水流经准直器，然后通过炬体回至出口。同样地，炬气体自身具有通向靠近准直喷嘴中心孔的涡旋生成器的通道。

对常规等离子炬的详细构造感兴趣的读者，可参照Hanus等人的美国专利5,362,939，特此将其构思全部引入本文结合作参考。

在等离子炬技术的某些应用中，炬的准直喷嘴部分受到腐蚀性材料的作用。例如，当其用于固体废物处理炉中以将炉底灰和粉煤灰混合物固化成玻璃状块体时，塑料热分解产生了氯气。氯可与氢相结合形成盐酸，其可相当迅速地腐蚀暴露于酸的铜表面。准直喷嘴绝不可被腐蚀到准直喷嘴组件内的冷却水通道破裂的程度。水流冲击到炉内过热的表面上可成为严重的安全问题，必须避免此问题。在腐蚀达到会引发渗漏的程度前，必须经常关闭和更换准直喷嘴。

转移弧等离子炬中采用的准直喷嘴也可能经历二次成弧。在这样的设置中，准直喷嘴的电压是可变动的，若其与局部等离子体电位之间的电压梯度变得足够大，则等离子的支弧会冲击准直喷嘴，点蚀和腐蚀其表面。

因此，本发明的主要目的是在等离子炬采用的准直喷嘴的暴露面上提供防蚀阻挡层。

本发明的另一目的是提供腐蚀阻挡层，其较不易受热应力与/或二次成弧的影响而破裂。

发明内容

本发明提供一种改进的等离子弧炬，其远端具有准直喷嘴，其中准直喷嘴的暴露表面和内部出孔的大部分具有防蚀覆盖层。

根据本发明的第一个实施例，防蚀覆盖层包括相当薄的非电镀的镍涂层、氧化铝涂层或镍铬合金涂层。根据另一实施例，用适当的防蚀合金，准直喷嘴的暴露表面和内部出孔的大部分以许多不同方式施加的预定的厚度的适合的防蚀合金覆盖。所述覆盖方式包括：等离子转移弧焊接法、火焰喷涂法、等离子喷涂法、爆炸接合法、热等静压制法和激光覆盖法。

附图说明

从以下优选实施例的详细叙述，尤其是当结合附图考虑时，本发明的上述特征、目的和优点对本领域技术人员来说将是显而易见的。附图中同一数字代表同一部件。

图1是转移弧等离子炬的部分剖面图，图中示出了在其远端的准直喷嘴；

图2是从等离子炬中取出的准直喷嘴的立体图；

图3是一种等离子弧炬准直喷嘴设计的剖面图；

图4是另一种准直喷嘴设计的剖面图；

图5A是图3的设计中采用的准直喷嘴保持件的侧视立体图，其暴露面上具有防蚀合金形成的覆盖层；

图5B是图5A的准直喷嘴保持件的俯视立体图；

图6是图3的设计中采用的准直喷嘴插入件的立体图，其暴露面上覆盖有层覆盖；

图7是具有覆盖层的粗铜坯的立体图，用其机加工成准直喷嘴保持件或准直喷嘴插入件；

图8所示为火焰喷涂法的示意图；

图9所示为等离子喷涂法的示意图；

图10所示为等离子转移弧覆盖法的示意图；

图11所示为将覆盖层施加在铜坯上的爆炸接合法的示意图；以及

图12A-12D所示为实施HIP法中覆盖次序的示意图。

具体实施方式