本发明专利技术公开了一种水冷等离子体射流保护罩，包括绝缘塑料环、前端挡板、保护罩内筒、保护罩外筒等。前端挡板射流入口中心通孔与等离子发生器出口配合端面之间，用绝缘塑料环作电气隔离；保护罩外筒与前端挡板通过法兰外围的固定连接，法兰之间压紧橡胶垫圈以保证外筒和前端挡板之间的密封性；保护罩内外筒间也使用同样的密封方法；内筒外壁采用轴向均布开槽的方式，使得冷却水流速加快、流体分布均匀，冷却效果更好。冷却水从前端挡板进水口流入，经过入口处集液腔后沿着保护罩内筒外壁对保护罩进行冷却，经过集液腔由保护罩外筒上的出水口流出。本发明专利技术屏蔽等离子体射流对空气引射，使空气不能进入基板加工区域，达到很好的冷却效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热等离子体材料加工领域，具体涉及一种水冷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。在大气压空气环境中进行等离子体加工时，不需要复杂的真空系统， 从而可大大降低生产成本。但是这一技术应用也遇到一个难题，就是等离子体射流的引射作用。当射流喷射入静止的气体环境时，由于射流流体和环境气体间的动量交换，环境气体会被引射进射流从而进入材料的加工区域，空气中的氧可能会使材料(尤其是金属材料) 氧化，被喷涂的材料或者工件材料的氧化往往对加工效果有不利影响，成为涂层质量恶化乃至涂层断裂与剥落失效的重要原因。引射进等离子体射流的大量冷环境空气还会使等离子体温度与速度在射流轴线方向上迅速降低，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，影响涂层的质量。所以在空气环境中利用等离子体射流进行材料加工时，需要防止等离子体射流对环境空气的引射，可在射流外侧添加与射流同轴的固体保护罩的方法来阻挡环境空气向射流的流动。数值模拟研究结果表明，为了完全排除环境空气引射对材料加工质量的影响，同轴固体保护罩长度必须足够长，例如射流出口到基板距离为IOOmm时，湍流射流情形下保护罩需长达95mm、即保护罩末端与基板之间的间隙约为5mm时可以完全排除环境空气的引射。由于环境空气完全被隔离，保护罩内的流场中会出现回流涡，受回流过来的高温气体的强烈加热，固体保护罩温度急剧升高，甚至会高于固体保护罩的熔点，此外保护罩还可能被强烈氧化，影响使用寿命，所以需要对保护罩进行冷却。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，提出一种可以屏蔽等离子体射流对环境空气引射的保护罩，从而改善等离子体加工的质量。本专利技术的一种水冷等离子体射流保护罩，为圆筒形射流保护罩，包括绝缘塑料环、 前端挡板、保护罩内筒、保护罩外筒、密封橡胶垫圈和各种固定螺栓螺母。在前端挡板中心通孔与等离子体发生器出口配合端面之间有绝缘塑料环作绝缘隔离；保护罩外筒与前端挡板通过法兰边上的紧固螺栓、紧固螺母连接，法兰之间用橡胶垫圈密封保证冷却水不外漏； 保护罩内筒与保护罩外筒也是通过法兰边上的紧固螺栓、紧固螺母连接，内筒与外筒的密封性靠法兰之间的橡胶垫圈；冷却水从前端挡板进水口流入，对保护罩内筒进行冷却，经过集液腔由保护罩外筒上的出水口流出。保护罩内筒与前端挡板之间也有一橡胶垫圈，用来保证冷却水不流进射流区域。本专利技术的优点在于(1)本专利技术的射流保护罩采用同轴内外筒设计，在内筒外壁采用轴向凹槽水流通道，并使用水作为冷却介质，冷却介质方便易得，且热容大，能有效的降低保护罩的温度；(2)本专利技术的射流保护罩与加工基板有一定的间隙，射流气体能从此间隙流出，但环境空气不能从此间隙进入加工区。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外筒结构剖面示意图；图5是本专利技术的保护罩内筒结构剖面示意图。图中1-绝缘塑料环4-密封橡胶垫圈B7-保护罩内筒101-中心通孔A201-通孔 A204-小凸台 A502-通孔 C505-集液腔702-凹槽 C705-环形槽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。本专利技术是一种水冷等离子体射流保护罩，如图1所示，包括绝缘塑料环1、前端挡板2、密封橡胶垫圈A3、密封橡胶垫圈B4、保护罩外筒5、密封橡胶垫圈C6、保护罩内筒7、紧固螺栓8和紧固螺母9。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，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，为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上套有密封橡胶垫圈B4，通过保护罩内筒7挤压密封，保证冷却水不能从此处流出。凸台B203具有中心通孔C205，绝缘塑料环1嵌进中心通孔C205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8和螺母9与保护罩外筒5 的通孔B501固定在一起。边缘与中心通孔C205之间设有一个冷却水入口 202，用于注入冷却水。在前端外挡板2边缘内侧还具有一环形小凸台A204，与保护罩外筒5的凹槽503配合挤压密封橡胶垫圈A3以保证密封性。所述的保护罩外筒5如图1、图4所示，为两端边缘都带有法兰盘的圆筒形结构， 两端分别周向均布有12个通孔B501和通孔C502，还分别设有凹槽A503和凹槽B504，凹槽2-前端挡板 5-保护罩外筒 8-紧固螺栓 102-中心通孔B 202-冷水入口 205-中心通孔C 503-凹槽A 506-出水口 703-小凸台B3-密封橡胶垫圈A 6-密封橡胶垫圈C 9-紧固螺母 103-凸台A 203-凸台B 501-通孔B 504-凹槽B 701-中心通孔D 704-通孔DA503、凹槽B504分别和前端挡板2的小凸台A204、保护罩内筒7的小凸台B703配合作为密封之用。在圆筒的一端(冷却水出口方向)还具有集液腔505和出水口 506，冷却水流经保护罩外筒5的内壁流进集液腔505，最后从出水口 506流出。所述的保护罩内筒7如图1、图5所示，为一端边缘带有法兰盘的圆筒形结构，设有中心通孔D701，带有法兰盘结构的一端，周向均布有12个通孔D704，通过紧固螺栓和紧固螺母与保护罩外筒5的通孔C502固定在一起。带有法兰盘结构的一端还设有小凸台B703， 小凸台B703和凹槽B504配合，挤压密封橡胶垫圈C6保证密封性。保护罩内筒7外壁轴向设有凹槽C702，冷却介质(水)沿轴向流经内筒外壁的凹槽C702，到环形槽705处，进入集液腔505，汇合经出水口 506流出，从而对保护罩内筒7进行快速水冷却。等离子体射流从中心通孔D701进入，对位于内筒开口端处的基板进行加工/喷涂。所述的前端挡板2、保护罩外筒5、保护罩内筒7均采用低碳钢经过机械加工制成。 紧固螺栓8和紧固螺母9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耐高温聚四氟乙烯材料。密封橡胶垫圈A3、密封橡胶垫圈B4、密封橡胶垫圈C6为耐高温材料橡胶圈。权利要求1.一种水冷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、密封橡胶垫圈A、密封橡胶垫圈B、保护罩外筒、密封橡胶垫圈C和保护罩内筒；所述的绝缘塑料环具有凸台，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上套有密封橡胶垫圈B，通过保护罩内筒挤压密封；凸台B具有中心通孔C，绝缘塑料环嵌进中心通孔C中；前端外挡板边缘设有通孔A，用于与保护罩外筒的通孔B固定连接；边缘与中心通孔C之间设有一个冷却水入口，用于注入冷却水；在前端外挡板边缘内侧还具有一环形小凸台A，与保护罩外筒的凹槽A配合挤压密封橡胶垫圈A ；所述的保护罩外筒为两端边缘都带有法兰盘本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种水冷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、密封橡胶垫圈Ａ、密封橡胶垫圈Ｂ、保护罩外筒、密封橡胶垫圈Ｃ和保护罩内筒；所述的绝缘塑料环具有凸台，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上套有密封橡胶垫圈Ｂ，通过保护罩内筒挤压密封；凸台Ｂ具有中心通孔Ｃ，绝缘塑料环嵌进中心通孔Ｃ中；前端外挡板边缘设有通孔Ａ，用于与保护罩外筒的通孔Ｂ固定连接；边缘与中心通孔Ｃ之间设有一个冷却水入口，用于注入冷却水；在前端外挡板边缘内侧还具有一环形小凸台Ａ，与保护罩外筒的凹槽Ａ配合挤压密封橡胶垫圈Ａ；所述的保护罩外筒为两端边缘都带有法兰盘的圆筒形结构，两端分别设有通孔Ｂ和通孔Ｃ，还分别设有凹槽Ａ和凹槽Ｂ，凹槽Ａ、凹槽Ｂ分别和前端挡板的小凸台Ａ、保护罩内筒的小凸台Ｂ配合；在圆筒的一端还具有集液腔和出水口，冷却水流经保护罩外筒的内壁流进集液腔，最后从出水口流出；所述的保护罩内筒为一端边缘带有法兰盘的圆筒形结构，设有中心通孔Ｄ，带有法兰盘结构的一端，设有通孔Ｄ，与保护罩外筒的通孔Ｃ固定连接；带有法兰盘结构的一端还设有小凸台Ｂ，小凸台Ｂ和凹槽Ｂ配合，挤压密封橡胶垫圈Ｃ；保护罩内筒外壁轴向设有凹槽Ｃ，冷却介质沿轴向流经内筒外壁的凹槽Ｃ，到环形槽处，进入集液腔，汇合经出水口流出。...
【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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