專利名稱：電弧熱噴霧槍及其氣帽的制作方法
技術領域：
本發明涉及熱噴涂裝置，尤其是涉及一種雙線電弧型熱噴霧槍。
熱噴涂是一種熔化和噴射諸如金屬之類的熔融材料的細顆粒而形成涂層的工藝。一種類型的熱噴霧槍是雙線電弧熱噴霧槍，其中兩條金屬線被輸送成在線端部處形成電接觸。它們的端部因通過金屬線的電流而被一電弧熔化。壓縮氣體(通常是空氣)射流吹過尖端而使熔融金屬成霧狀(噴霧)實現一熔融金屬顆粒的噴霧流。電弧電流通常為數百安培的數量級。通常，電能通過噴霧槍中與金屬線電氣接觸并將它們引導至起電弧點的供給輥和/或金屬線引導器相連的電線而輸入。
人們已在力圖使用各種不同的用于將起霧空氣噴射到熔化的金屬線尖端的結構裝置，以提供一有效的噴霧流，并用來導入輔助空氣以改進和改善噴霧流，例如美國專利No.4,668,852(Fox等人)中所揭示的。但是，仍然還有改善噴霧流的必要，尤其需要更高速、更窄的噴霧，以降低霧化顆粒在傳遞過程中的氧化，用于提高涂層質量和涂覆效率。由于噴霧槍中的霧化可能是令人滿意的，因而需要在不影響電弧或霧化的條件下改善噴霧流。
因此，本發明的一個目的在于提供一種可改善噴霧流的、改進的雙線電弧熱噴涂裝置。一個具體的目的是提供這種裝置來實現一更高速、更窄的噴霧流。另一個目的在于為這種裝置提供一種新型的輔助氣流，從而在不顯著影響電弧或霧化的條件下來實現這種改進的噴霧流。還有一個目的在于為這種裝置提供一種新型的氣帽，以實現前述目的。
通過這樣一種電弧噴霧裝置，上述和其它的目的至少部分被實現了，為種裝置包括一電弧噴霧槍，該噴霧槍具有一槍體和一對由該槍體呈匯聚狀地保持、從而將兩根金屬線引導至金屬線噴霧端處的接觸點的管狀金屬線引導器。一金屬線供給機構將金屬線輸送通過金屬線引導器。槍體中在中心軸線上的主氣體通道相對于諸金屬線引導器而位于中心。金屬線可接納一電弧電流而形成電弧，并從而在噴霧端熔化金屬。主氣體通道可接納一主壓縮氣體源，從而噴射使熔融金屬霧化和產生其噴霧流的主氣流。
槍體上與中心軸線同軸地連接有一氣帽。該氣帽具有多個、至少四個繞中心軸線沿弧形等間距隔開的通孔。這些通孔可接納一輔助壓縮氣體源，并定向成向內并帶有前向分量地將輔助氣體射流朝通孔軸線在中心軸線上的一交點引導。該交點接近接觸點，并在其下游側與其隔開到足以使射流基本不干擾霧化的程度。因而噴霧流由輔助氣體射流約束并加速。
上述目的也可由這樣一種氣帽來實現，它具有一適于裝配到上述電弧熱噴霧裝置的槍體上的結構。該氣帽具有多個如上述氣帽中的那種通孔。
圖1是含本發明的電弧噴霧槍前部的俯視剖視圖。
圖2是沿圖1的2-2線剖開的豎向剖視圖。
圖3是圖1電弧噴霧槍的側視圖，其中部和后部被剖開。
圖4是圖1電弧噴霧槍氣帽的前視圖。
圖5是含本發明的氣帽的另一實施例的縱向剖視圖。
含本發明的雙線電弧熱噴霧槍10(圖1-3)，除了本文所描述的氣帽外，也可以是一種傳統的型式。在本實例中，槍體具有三部分，即前部14、中部16和后部18(圖3)。中部限定一充實腔20。錐形的前部限定一氣體腔22。一定心柱24在該腔中從前、中部之間的隔板向前延伸。管形安裝件28通過支承柱30中的直徑孔和定心柱前端上的一斜面31而設置在中部中。金屬線引導器32螺紋連接于安裝件前端中。
(如本文和權利要求書中所使用的，術語“向前”和“前”是指金屬線的驅動方向，“向后”和“后”是指相反的方向。術語“內”和“向內”是指朝向和指向軸線。)后部18含有一傳統的金屬線驅動機構34。這種金屬線驅動機構可采用一小型變速電機(未示出)來驅動連接于電氣絕緣的供給輥38的交錯軸斜齒輪(未示出)，輥子對各金屬線的張力由一彈簧張力裝置40和絕緣導輥36保持。從線盤或裝線筒(未示出)引導通過導輥43的金屬線42由此由輥子輸送通過引導器32。金屬線驅動機構的類型對本發明來說并不重要，任何其它合適或其它合乎需要的機構均可使用。可在卷盤處使用一推壓驅動件來更換或補充噴霧槍中的金屬驅動機構。
一金屬線引導器用的定位環46由一氣帽48保持在槍體前部的前端內。一銷50可防止該環轉動。槍體14、16、18、定心柱24和定位環46由一種諸如硬塑料之類的電氣絕緣材料制成。槍體各部分傳統地是由例如環氧樹脂或螺釘保持在一起。更具體地說，后部可具有一蓋子，該蓋子帶有可到達金屬線驅動機構的活動螺釘。
在本實例中，通過金屬線引導器32而形成與金屬線42電氣接觸。通過導電柱30而形成與金屬線引導器電氣連接。導電管52從含有來自電源55的電源線的標準軟管54繼續延伸，它們分別連接于諸柱子的底部。與金屬線的電氣接觸的類型對本發明來說并不重要，任何其它傳統或合乎需要的接觸方法、諸如輥子均可使用，接觸可以在遠離噴霧槍的位置處實現，諸如位于金屬線卷盤安裝架處。
氣帽48由一擰到槍體前部14上的保持環56保持于前槍體。該氣帽設置成與一位于金屬線引導器之間的中心處的中心軸線58同軸。本實施例中的氣帽具有一位于擴張部分后面的錐形部分60，它向前逐漸變窄成一收縮孔61，從而形成一將霧化空氣流從腔室22引導至金屬線尖端72的主空氣噴嘴。
來自一主壓縮氣源62的霧化空氣或其它氣體通過軟管54被輸送入管子52，并向上通過呈管狀的、頂部密封的柱子30。然后，空氣通過柱子中的側孔70流入中部16中的導管腔20。空氣通過隔板26中的四個孔64從導管腔引導入腔室22。O型圈68可防止空氣沿保持件回返泄漏。
金屬線引導器32沿向前方向匯聚，使輸送通過其中的金屬線的尖端(端部)72在引導器前方的一點74處彼此接觸。利用通過金屬線而施加的一傳統的電弧能供給源(通常是直流電)，將形成一電弧，從而熔化金屬線端部。由氣帽的錐形部分60所形成的主噴氣嘴將主空氣射流沿軸向噴射通過熔融金屬線端部，從而霧化并將熔融金屬顆粒噴霧流噴射(示意性地由一箭頭表示)到一涂覆基底上。由于金屬線的接觸可以位于一多少是呈不定形的電弧區域中，為此，接觸點74被限定為沒有電弧的、金屬線的內、后邊緣的接觸點。
也可以使用氣體類型的霧化噴嘴。例如，可以采用噴嘴通孔來代替氣帽的錐形部分，如前述的美國專利No.4,668,852中所示，其與這種噴嘴和其它方面相關的部分援引在此供參考。或者，可采用兩個或更多個氣體噴射器，它們最好是軸對稱的或同軸的，例如同軸通道。但是，為了簡化和實現有效的霧化，在氣帽中采用錐形部分是有利的。
為在霧化部分下游實現一高速噴霧流，氣帽48最好具有一圍繞噴霧端接觸點74周圍的、呈錐形擴張的內表面78，該擴張是朝下游(向前)方向。氣帽中有多個、至少四個沿弧形等間距隔開的通孔。通常應設置盡可能多的通孔，最好是10到20個，諸如16個(圖4)。這些通孔可通過一在氣帽周邊中的、由保持環56包繞并由O型圈84密封的環形腔82來接納輔助壓縮氣源(通常是空氣)。一徑向通道86將該環形腔通過一氣體軟管90與一壓縮空氣源88相連，該軟管連接于保持環56上一突起93上的一標準氣體接頭92。
通孔80定向成向內并帶有前向分量地將輔助氣體射流94朝通孔軸線97在中心軸線58上的一交點96引導。該交點接近接觸點74，但在其下游側與其隔開到足以使射流基本不干擾霧化的程度，因而噴霧流由輔助氣體約束并加速。該交點不應比防止顯著干擾所需的間隔更遠離于接觸點。交點較好的是位于接觸點的3厘米之內，更好的是在0.5厘米到1厘米之間。這些通孔應以其與中心軸線的夾角為約30°到40°之間的方向朝該軸線上的交點匯聚，該夾角例如為35°。
這些通孔可以簡單地形成為氣帽中的鉆孔形式，如圖所示，也可以形成嵌入這些孔中的一組插入噴嘴的形式。雖然表面78的擴張是合乎需要的，但在另一實施例(圖5)中，氣帽98具有一用作電弧防護罩的、不擴張的圓柱形內表面102以及多個從一環形空間引導通過一朝前表面105的、向內-向前定向的通孔104。一在上游的前錐形面108如前述實施例一樣形成一霧化噴嘴。該氣帽可代替圖1的噴霧槍中的氣帽。在其它的變化形式中，電弧防護罩102可以省去，并且/或者表面105可具有一較淺的前錐形面，而不是如圖示那樣制成平的。按另一種方式(未示出)，這些通孔可以從圓柱形表面102中導出，但這可能會將交點96設置得離接觸點74太遠。在還有一種實施例(未示出)中，這些通孔可以通過一保持適當定向的管環提供。但是，將通孔提供為氣帽中簡單的孔的形式通常會是較為有利的。
通孔的尺寸應是這樣的，即在高壓壓縮氣源88下，朝噴霧流形成高速受阻氣流。通孔應制成具有較高的長度直徑比，以實現較高的射流速度，該長度直徑比最好為至少4∶1。通孔直徑通常應在約0.5毫米到2毫米之間，例如1.5毫米。通孔朝中心軸線上的交點匯聚，其與該軸線的夾角較好的是在約15°到80°之間，更好的是在約30°到約40°之間。壓縮空氣源88應調節成提供所需程度的約束和收縮射流或噴霧流。
如果使用一錐形內表面78(圖1)，這種內表面最好以其與中心軸線的夾角為約30°到約50°之間的方向從該軸線發散開來。該錐形表面可具有一弧度以優化氣體的擴張和加速，在這種情況下，上述的限制將適用于平均發散度。
輔助壓縮空氣(或其它氣體)源也可以利用一例如是前述美國專利No.4,668,852中所揭示的那種分配裝置而與本實例中的主氣源來自同一供給源。而且，本發明的氣帽可用于其它類型的雙線電弧槍和不同類型的帽件。按照本發明的、具有向內、向前通孔的氣帽，通過改制可裝配到任何這種噴霧槍上。
實例用塞澤·麥特苛公司的SmartArcTM電弧噴霧槍進行噴霧，該噴霧槍裝配有圖1所示類型的氣帽。向內錐形端部處氣帽的最小內徑位于金屬線引導器端部下游2.5毫米處。該氣帽的內表面以40°的軸線夾角從最小直徑處到出口2.6毫米最大直徑處發散1.2厘米的軸向距離。該氣帽具有16個1.6毫米直徑、7∶1長度直徑比的通孔，這些通孔以其與槍軸線呈35°角的方向匯聚到交點。金屬線尖端的接觸點位于金屬線引導器端部的下游1.0厘米處，通孔在軸線上的交點位于接觸點下游8毫米處。用250安培的電流、2巴(80psi)的主空氣壓力和4.8巴(70psi)的輔助空氣壓力以及約9千克/小時的噴霧速度，對1.6毫米直徑的不銹鋼線(塞澤·麥特苛公司的MetcoloyTM#2)進行噴霧。
噴霧速度盡管沒有進行定量測試，但肯定應被顯著提高到沒有輔助空氣流的類似的噴霧速度以上，顯然密度越高、氧化更低的涂層越硬。涂層的洛氏硬度比沒有輔助空氣射流的、以類似參數進行噴霧的、相同不銹鋼的傳統涂層至少大10％。而且可產生一顯著變窄的噴霧流。由于交點靠近但與金屬線接觸點隔開，因而輸入的輔助空氣不會顯著影響霧化顆粒的形成或甚至霧化，從而保持所得到的涂層的氧化程度較低。
盡管以上參照具體實施例詳細描述了本發明，但是對于本技術領域的技術人員來說，在本發明之精神和所附權利要求書之范圍內的各種變化和變型將是顯而易見的。因此，本發明僅應由所附權利要求書或它們的等價內容所限定。
權利要求
1．一種電弧噴霧裝置，包括一噴霧槍體；一對由該槍體呈匯聚狀地保持、從而將兩根金屬線引導至金屬線噴霧端處的接觸點的管狀金屬線引導器；一操作連接的用于將金屬線分別引導通過金屬線引導器的金屬線供給機構；槍體中在中心軸線上相對于諸金屬線引導器而位于中心的主氣體通道；以及與中心軸線同軸的一連接于槍體的氣帽，金屬線可接納一電弧電流而形成電弧，并從而在噴霧端熔化金屬，主氣體通道可接納一主壓縮氣體源，從而噴射使熔融金屬霧化和產生其噴霧流的主氣流，該氣帽具有多個、至少四個繞中心軸線沿弧形等間距隔開的通孔，這些通孔具有通孔軸線，并可接納一輔助壓縮氣體源和定向成向內并帶有前向分量地將輔助氣體射流朝通孔軸線在中心軸線上的一交點引導，該交點接近接觸點，并在其下游側與其隔開到足以使射流基本不干擾霧化的程度，因而噴霧流由輔助氣體射流約束并加速。
2．如權利要求1所述的電弧噴霧裝置，其特征在于，該多個通孔包括偶數個沿通孔直徑方向相對的成對通孔。
3．如權利要求1所述的電弧噴霧裝置，其特征在于，該交點距離接觸點約0.5到1厘米之間。
4．如權利要求1所述的電弧噴霧裝置，其特征在于，該多個通孔的數量是從10個到20個。
5．如權利要求1所述的電弧噴霧裝置，其特征在于，這些通孔以其與中心軸線的夾角為約30°到40°之間的方向朝該軸線上的交點匯聚。
6．如權利要求1所述的電弧噴霧裝置，其特征在于，這些通孔具有至少4∶1的長度與直徑之比。
7．如權利要求1所述的電弧噴霧裝置，其特征在于，該氣帽具有一圍繞接觸點的、向前擴張的內表面，而這些通孔從該擴張內表面導出。
8．如權利要求7所述的電弧噴霧裝置，其特征在于，該氣帽還具有一位于擴張內表面后面的、向前變窄的內表面，從而將主氣體流約束成主射流以實現霧化。
9．如權利要求7所述的電弧噴霧裝置，其特征在于，擴張內表面從中心軸線開始以其與該軸線的夾角為約30°到50°之間的方向發散，這些通孔軸線以其與中心軸線的夾角為約30°到約40°之間的方向朝中心軸線上的交點匯聚。
10．如權利要求9所述的電弧噴霧裝置，其特征在于，該多個通孔包括偶數個沿通孔直徑方向相對的成對通孔，該交點距離接觸點約0.5厘米到1厘米之間，該多個通孔的數量是從10個到20個。
11．如權利要求10所述的電弧噴霧裝置，其特征在于，該氣帽還具有一位于擴張內表面后面的、向前變窄的內表面，從而將主氣體流約束成主射流以實現霧化。
12．一種用于電弧噴霧裝置的氣帽，該裝置包括一噴霧槍體；一對由該槍體呈匯聚狀地保持、從而將兩根金屬線引導至金屬線噴霧端處的接觸點的管狀金屬線引導器；一操作連接的用于將金屬線分別引導通過金屬線引導器的金屬線供給機構；槍體中在中心軸線上相對于諸金屬線引導器而位于中心的主氣體通道；以及與中心軸線同軸的一連接于槍體的氣帽，金屬線可接納一電弧電流而形成電弧，并從而在噴霧端熔化金屬，主氣體通道可接納一主壓縮氣體源，從而噴射使熔融金屬霧化和產生其噴霧流的主氣流；其中該氣帽包括一適于將氣帽與中心軸線同軸地裝配于槍體的帽結構，該氣帽具有多個、至少四個繞中心軸線沿弧形等間距隔開的通孔，這些通孔具有通孔軸線，并可接納一輔助壓縮氣體源和定向成向內并帶有前向分量地將輔助氣體射流朝通孔軸線在中心軸線上的一交點引導，該交點接近接觸點，并在其下游側與其隔開到足以使射流基本不干擾霧化的程度，因而噴霧流由輔助氣體射流約束并加速。
13．如權利要求12所述的氣帽，其特征在于，該多個通孔包括偶數個沿通孔直徑方向相對的成對通孔。
14．如權利要求12所述的氣帽，其特征在于，該交點距離接觸點約0.5到1厘米之間。
15．如權利要求12所述的氣帽，其特征在于，該多個通孔的數量是從10個到20個。
16．如權利要求12所述的氣帽，其特征在于，這些通孔以其與中心軸線的夾角為約30°到40°之間的方向朝該軸線上的交點匯聚。
17．如權利要求12所述的氣帽，其特征在于，這些通孔具有至少4∶1的長度與直徑之比。
18．如權利要求12所述的氣帽，其特征在于，該氣帽具有一圍繞接觸點的、向前擴張的內表面，而這些通孔從該擴張內表面導出。
19．如權利要求18所述的氣帽，其特征在于，該氣帽還具有一位于擴張內表面后面的、向前變窄的內表面，從而將主氣體流約束成主射流以實現霧化。
20．如權利要求18所述的氣帽，其特征在于，擴張內表面從中心軸線開始以其與該軸線的夾角為約30°到50°之間的方向發散，這些通孔軸線以其與中心軸線的夾角為約30°到約40°之間的方向朝中心軸線上的交點匯聚。
21．如權利要求20所述的氣帽，其特征在于，該多個通孔包括偶數個沿通孔直徑方向相對的成對通孔，該交點距離接觸點約0.5厘米到1厘米之間，該多個通孔的數量是從10個到20個。
22．如權利要求21所述的氣帽，其特征在于，該氣帽還具有一位于擴張內表面后面的、向前變窄的內表面，從而將主氣體流約束成主射流以實現霧化。
全文摘要
一種電弧噴霧槍具有一對管狀金屬線引導器,它們將兩金屬線引導至線尖端處的接觸點,在那里通過金屬線的電弧電流形成電弧,因而熔化尖端。在一中心軸線上的主氣體通道噴射使熔融金屬霧化并實現噴霧流的氣流。一氣帽具有至少四個繞中心軸線沿弧形等間距隔開的通孔。這些通孔向內并帶有前向分量地將輔助氣體射流朝通孔軸線在中心軸線上的一交點引導。該交點接近接觸點,并在其下游與其隔開到足以使射流基本不干擾霧化的程度。因而噴霧流由輔助氣體射流約束并加速。
文檔編號B05B7/16GK1230470SQ9910235
公開日1999年10月6日 申請日期1999年2月12日 優先權日1998年2月20日
發明者R·貝納利, L·德梅爾, R·伯姆 申請人:塞澤·麥脫苛(美國)股份有限公司