本发明专利技术公开了一种采用同轴保护气流的等离子体射流保护罩，为圆柱形射流保护罩，包括绝缘塑料环、前端挡板、密封橡胶垫圈、保护罩、保护罩附加段、保护气入口导管和各种固定螺栓螺母。在前端挡板中心通孔C与等离子体发生器出口配合端面之间，有耐高温的绝缘塑料环作绝缘隔离；挡板上安装有保护气入口导管，保护气体从该导管流进，作为主射流的引射气体，并冷却保护罩。保护罩与前端挡板通过法兰边上的紧固螺栓、紧固螺母连接，法兰之间压紧橡胶垫圈以隔离外界空气；保护罩另一端有外螺纹，可以和保护罩附加段的内螺纹配合安装。保护罩附加段可根据具体的应用条件来调整保护罩的长度，进而改变屏蔽空气引射的效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于等离子体材料加工领域，具体涉及一种采用同轴保护气流的等离子体射流保护罩。
技术介绍
等离子体射流常见于热等离子体材料加工的各种实际应用中，如涂层制备或金属材料的熔凝、熔敷等。等离子体射流工作于大气压空气环境中时，会对周围空气产生引射作用，在射流中卷进大量冷环境空气。一般加工过程是把金属或非金属原料颗粒加入到由等离子体发生器产生的高温部分电离气体射流中，使得原料颗粒在高温高速射流中加速、加热、熔化、撞击基板并变形铺展于基板上。如果射流中卷进空气，空气中的氧会使原料颗粒和基板材料氧化，严重影响加工质量，并且冷环境空气会导致等离子体射流的温度与速度在射流轴线方向上迅速降低，从而不利于原料颗粒在射流中的加速与加热，不利于颗粒在撞击基板前获得较高的速度和合适的加热状态，进一步导致加工质量的恶化。所以，在大气压空气环境中进行的等离子体射流加工需采用措施防止等离子体射流对环境空气的引射。 如果只采用固体保护罩来阻挡环境空气向射流流动，那么保护罩的长度必须足够长，否则效果不明显。例如当射流出口到基板距离为IOOmm时，数值模拟结果表明湍流射流情形下保护罩需长达95mm，此时的由于受回流过来的高温射流气体的强烈加热，固体保护罩会上升到很高的温度，甚至会高于固体保护罩的熔点，需要进行冷却。增添与射流同轴喷射的惰性保护气体也能减轻射流对环境空气的引射，但对保护气的流量和流速要求较高，例如数值模拟结果表明，若要使距离等离子体发生器出口 IOcm界面处湍流射流轴线上的空气含量控制在10%以内，则增添的保护气氩气流量需高达发生器自身工作气体流量的3. 75倍以上，而在距离发生器出口 10. 5cm处，要使氩等离子体湍流射流中的空气含量从82%降低到46%，保护气体的速度必须高达100m/S。可见惰性保护气保护只能用于对材料氧化要求不高的材料加工场合。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，提出一种采用同轴保护气流的等离子体射流保护罩，用以屏蔽等离子体射流对环境空气的引射，从而改善等离子体加工的质量。本专利技术的一种采用同轴保护气流的等离子体射流保护罩，包括绝缘塑料环、前端挡板、密封橡胶垫圈、保护罩、保护罩附加段、保护气入口导管和各种固定螺栓螺母。在前端挡板中心通孔C与等离子体发生器出口配合端面之间，有耐高温的绝缘塑料环作绝缘隔离；挡板上安装有保护气入口导管，保护气体从该导管流进，作为主射流的引射气体，并冷却保护罩。保护罩与前端挡板通过法兰边上的紧固螺栓、紧固螺母连接，法兰之间压紧橡胶垫圈以隔离外界空气；保护罩另一端有外螺纹，可以和保护罩附加段的内螺纹配合安装。保护罩附加段可根据具体的应用条件来调整保护罩的长度，进而改变屏蔽空气引射的效果。本专利技术的优点在于(1)本专利技术的射流保护罩采用固体保护罩来阻挡环境空气向射流流动，同时还添加了同轴喷射的惰性保护气体，保护气体既能进一步减少射流的引射作用，还能对固体保护罩进行冷却，比采用水冷的系统结构简单；(2)本专利技术的射流保护罩采用附加段来调整保护罩的长度，可根据具体的需求采用相应的附加段长度，由于添加了同轴喷射的惰性保护气体，保护罩与基板之间可以留有较大的间隙，有利于加工方便。附图说明图1是本专利技术的组装结构图；图2是本专利技术的绝缘塑料环结构剖面示意图；图3是本专利技术的前端挡板结构剖面示意图；图4是本专利技术的保护罩剖面示意图；图5是本专利技术的保护罩附加段剖面示意图。图中ι-绝缘塑料环2-前端挡板3-密封橡胶垫圈4-保护罩5-保护罩附加段6-紧固螺栓7-紧固螺母8-保护气入口导管101-中心通孔A102-中心通孔B103-凸台A201-通孔A202-环形凸台203-凸台B204-中心通孔C205-进气孔401-通孔B402-中心通孔D403-凹槽404-外螺纹501-中心通孔E502-内螺纹具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是一种采用同轴保护气流的等离子体射流保护罩，为圆筒形射流保护罩， 在采用固体保护罩来阻挡环境空气向射流流动的基础上还添加了同轴喷射的惰性保护气体，保护气体在防止射流引射的同时还能对固体保护罩进行冷却。如图1所示，保护罩包括绝缘塑料环1、前端挡板2、密封橡胶垫圈3、保护罩4、保护罩附加段5、紧固螺栓6、紧固螺母7和保护气入口导管8。所述的绝缘塑料环1如图2所示，具有凸台A103，绝缘塑料环1设有中心通孔AlOl 和中心通孔B102(射流入口)，绝缘塑料环1套在等离子体发生器上，将发生器和保护罩绝缘，根据发生器尺寸确定相应的中心通孔AlOl直径，射流从中心通孔B102喷出进入保护罩内最后冲击到基板上。所述的前端外挡板2如图1、图3所示，边缘带有法兰盘的圆盘形结构，圆盘一端设有凸台B203，凸台B203具有中心通孔C204，绝缘塑料环1嵌进中心通孔C204里面。前端外挡板2边缘沿周向均布有12个通孔A201，通过紧固螺栓6和螺母7与保护罩4固定在一起。边缘与中心通孔C204之间沿周向均布着8个内螺纹进气孔205，用于与保护气入口导管8连接。在前端外挡板2边缘内侧还具有一环形凸台202，其与保护罩4的凹槽403配合挤压密封橡胶垫圈3以保证密封性。所述的保护罩4如图4所示，边缘带有法兰盘的圆筒形结构，具有中心通孔D402， 一端边缘带有法兰盘结构，周向均布有12个通孔B401，通孔B401内侧有凹槽403，凹槽403 和前端挡板2的环形凸台202配合作为密封之用。圆筒的另一端设有外螺纹404，外螺纹 404和保护罩附加段5的内螺纹502配合使用来调整保护罩长度从而满足不同的加工要求。 所述的保护罩4采用同轴喷射的惰性保护气体代替空气作为主射流的引射气体以防止氧化，并冷却保护罩4。所述的保护罩附加段5如图5所示，也是圆筒形结构，具有中心通孔E501，一端有内螺纹502，内螺纹502和保护罩4的外螺纹404配合，根据实际应用要求选取不同长度的保护罩附加段5。所述的保护气入口导管8通过内螺纹进气孔205固定，将保护气输入到中心通孔 D402里，同轴喷射的惰性保护气体从所述的保护气入口导管8进入，代替空气作为被射流引射的气体，并吸收保护罩4内壁面的热量，从而冷却保护罩4。保护气的进气大小根据实际应用调节，选取相应的流量。所述的前端挡板2、保护罩4、保护罩附加段5均采用低碳钢经过机械加工制成。紧固螺栓6和紧固螺母7均采用标准件。绝缘套环1的绝缘材料选用具有良好机械加工性能的聚四氟乙烯材料。密封橡胶垫圈3为耐高温材料橡胶圈。权利要求1.一种采用同轴保护气流的等离子体射流保护罩，其特征在于，包括绝缘塑料环、前端挡板、保护罩、密封橡胶垫圈、保护罩附加段和保护气入口导管；所述的绝缘塑料环具有凸台A，设有中心通孔A和中心通孔B，绝缘塑料环套在等离子体发生器上，射流从中心通孔B喷出进入保护罩内最后冲击到基板上；所述的前端外挡板为边缘带有法兰盘的圆盘形结构，圆盘一端设有凸台B，凸台B具有中心通孔C，绝缘塑料环嵌进中心通孔C里面；前端外挡板边缘设有通孔A，用于与保护罩固定连接；圆盘边缘与中心通孔C之间沿周向均布内螺纹进气孔，用于与保护气入口导管连接；前端外挡板边缘内侧具有一环形凸台，其与保护罩的凹槽配合挤压密封橡胶垫圈；所述的保护罩为边缘带有法兰盘的圆筒形结本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种采用同轴保护气流的等离子体射流保护罩，其特征在于，包括绝缘塑料环、前端挡板、保护罩、密封橡胶垫圈、保护罩附加段和保护气入口导管；所述的绝缘塑料环具有凸台Ａ，设有中心通孔Ａ和中心通孔Ｂ，绝缘塑料环套在等离子体发生器上，射流从中心通孔Ｂ喷出进入保护罩内最后冲击到基板上；所述的前端外挡板为边缘带有法兰盘的圆盘形结构，圆盘一端设有凸台Ｂ，凸台Ｂ具有中心通孔Ｃ，绝缘塑料环嵌进中心通孔Ｃ里面；前端外挡板边缘设有通孔Ａ，用于与保护罩固定连接；圆盘边缘与中心通孔Ｃ之间沿周向均布内螺纹进气孔，用于与保护气入口导管连接；前端外挡板边缘内侧具有一环形凸台，其与保护罩的凹槽配合挤压密封橡胶垫圈；所述的保护罩为边缘带有法兰盘的圆筒形结构，具有中心通孔Ｄ，一端边缘带有法兰盘结构，周向均布有通孔Ｂ，通孔向内侧有凹槽，凹槽和前端挡板的环形凸台配合作为密封之用；圆筒的另一端设有外螺纹，外螺纹和保护罩附加段的内螺纹配合；所述的保护罩附加段为圆筒形结构，具有中心通孔Ｅ，一端有内螺纹，内螺纹和保护罩的外螺纹配合。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王海兴，魏福智，陈轩，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11
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