專利名稱：電弧熱噴霧延伸槍及其氣體噴射件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(xì)顆粒而形成涂層的工藝。已沿用了30多年的一種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，這些線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)并產(chǎn)生一熔融金屬顆粒的噴霧流。電弧電流通常為數(shù)百安培的數(shù)量級。
有些場合需要在孔的內(nèi)表面或諸如汽缸孔之類的其它受限制區(qū)域進(jìn)行涂層。對于這種場合，可使用一延伸槍，其中從側(cè)部噴出的氣體射流使噴霧偏離主軸線，從而將噴霧槍插入孔中時，傾斜或偏向的噴霧朝向孔內(nèi)表面。該側(cè)向射流還可用作主霧化射流或是一中央霧化射流的輔助射流。通常，偏向射流會造成噴霧流的擴(kuò)散，尤其是在這種射流同時霧化和偏向時。正如在技術(shù)上眾所周知的，噴霧流的擴(kuò)散會造成冷卻條紋顆粒，從而降低涂層質(zhì)量，長期以來一直需要降低這種擴(kuò)散并提供一種更窄的噴霧流。
因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種可產(chǎn)生與裝置主軸線呈一角度的較窄噴霧流的、改進(jìn)的雙線延伸型電弧熱噴霧裝置。另一目的是提供這種裝置來提高在受限制區(qū)域內(nèi)的涂層質(zhì)量。又一目的是提供這種裝置來提高涂層質(zhì)量，而不會顯著影響電弧或噴霧流的霧化。還有一個目的在于為這種裝置提供一種新型的氣體噴射件，以實現(xiàn)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(xiàn)了，這種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(dǎo)至金屬線端頭處的接觸點的管狀金屬線引導(dǎo)件，一操作連接的、用于將金屬線輸送通過金屬線引導(dǎo)件的金屬線供給機(jī)構(gòu)以及一從槍體延伸出來的一氣體噴射件。諸金屬線引導(dǎo)件的引導(dǎo)軸線限定出含接觸點的一引導(dǎo)平面，金屬線可接納一電弧電流而形成電弧，并從而在金屬線端頭熔化金屬。噴射件包括一從槍體向前延伸的突出部分，該突出部分側(cè)向偏離槍體引導(dǎo)平面。該突出部分中具有一主通孔，它可接納壓縮氣體以發(fā)出一側(cè)向朝向接觸點的氣體射流，用于使熔融金屬霧化，并產(chǎn)生一個與引導(dǎo)平面呈遠(yuǎn)大于零的角、最好垂直于該平面的噴霧流。該噴射件還具有多個、至少四個沿弧形繞主通孔隔開的輔助通孔。這些輔助通孔可接納壓縮氣體，以形成基本平行于主射流的輔助氣體射流，從而使噴霧流受輔助氣體射流的限制。
上述目的還由一種適于裝配到上述電弧熱噴霧裝置的槍體上的氣體噴射件來實現(xiàn)。該噴射件具有一主通孔和多個如上述噴射件中的那種輔助通孔。


圖1是含本發(fā)明的一電弧熱噴霧槍的局部剖開的縱向剖視圖，其右側(cè)部分在槍軸線上旋轉(zhuǎn)了90°。
圖2A是圖1熱噴霧槍的后部的縱向剖視圖。
圖2B是圖1熱噴霧槍的后部的縱向剖視圖。
圖3是圖2A中所示的一支承件的正視圖。
圖4是圖2A中所示的一支承盤的正視圖。
圖5是圖1熱噴霧槍的氣體噴射件構(gòu)件的側(cè)視圖。
含本發(fā)明的雙線電弧熱噴霧槍10可以是傳統(tǒng)類型的，也可以是除本文所述氣體噴射件12以外的其它所需類型。在本實例中，槍體具有三部分，即前槍體14、細(xì)長的中槍體16和后槍體18。后槍體將氣體和電源與一對軟管線纜21分開，而且還含有一金屬線驅(qū)動機(jī)構(gòu)22。前槍體將金屬線輸送到一起以形成電弧，并具有氣體噴射件12，用于使熔融的金屬線端頭霧化并使噴霧流偏向和對其進(jìn)行限制。中槍體是連接前槍體和后槍體的一延伸件。一托架(未圖示)通常含有一整流器、一氣體調(diào)節(jié)器和金屬線卷支架，從而將電源、金屬線和氣體輸送至噴霧槍。
(如本文和權(quán)利要求書中所使用的，術(shù)語“向前”和“前”是指金屬線的驅(qū)動方向，“向后”和“后”是指相反的方向。術(shù)語“內(nèi)”和“向內(nèi)”是指朝向和指向軸線。)在本實例中，后槍圖18含有金屬線驅(qū)動機(jī)構(gòu)22(圖1)。這種金屬線驅(qū)動機(jī)構(gòu)可采用一小型變速電機(jī)(未圖示)來驅(qū)動連接于電氣絕緣的供給輥30的齒輪，輥子對各金屬線的張力由一彈簧張力裝置32壓迫位于供給輥上方的絕緣導(dǎo)輥來保持。由此，從線盤或裝線筒(未圖示)引導(dǎo)通過軟管34的金屬線24由輥子輸送通入金屬線管36(圖2A)。金屬線驅(qū)動機(jī)構(gòu)的類型和位置對本發(fā)明來說并不重要，任何其它合適的傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)或其它合乎需要的機(jī)構(gòu)均可使用。可在卷盤處使用一推壓驅(qū)動來更換或補(bǔ)充噴霧槍中的金屬線驅(qū)動。
一位于驅(qū)動機(jī)構(gòu)前部的支承組件40含有豎直的接觸柱42，柱底部連接于一從電源線纜21連接出來的剛性管43，這些線纜進(jìn)而連接于一用于形成電弧的傳統(tǒng)電源45。導(dǎo)電的線管36被固定以用作支承件，并與柱中的徑向孔電氣接觸。這些管子在支承組件的一錐形部分44中向內(nèi)傾斜，然后變直而向外平行地沿中槍體16延伸。管子由一定心柱46支承于錐形部分中。
含有管襯套47的線管36最好由諸如嵌有聚四氟乙烯或二硫化鉬的塑料之類的低摩擦材料制成，它們就從驅(qū)動輥30的前面延伸出來。襯套進(jìn)入位于豎直柱42后面的管子，并在中槍體中的管子內(nèi)側(cè)繼續(xù)。中槍體具有一細(xì)長的圓筒形延伸殼48，其位于后部的一端接頭50固定于錐形部分的前端。中槍體對于具體的場合可選擇長度，例如30厘米或60厘米，這取決于需要噴涂的孔或其它受限制區(qū)域的深度。
前槍體14(圖2B)通常呈圓筒形，并具有一螺紋連接于延伸殼的前部件52。固定于前槍體中的一支承件54具有一對通孔55(圖3)，并在相對側(cè)57上被截平以供空氣流動(下面將說明)。支承件保持有一對傾斜的引導(dǎo)件60，它們從這些接頭向前延伸通過支承件56，然后再向內(nèi)彎折。這些引導(dǎo)件(和孔55)可具有矩形截面，以便于制造。一對端接頭58通過銷59向后固定于引導(dǎo)件60，用于連接到線管36的前端和管襯套47。
導(dǎo)電的金屬線引導(dǎo)件62擰入傾斜引導(dǎo)件的匯聚的前端。金屬線引導(dǎo)件分別被定位通過保持于前部件52中的一支承盤64(圖4)中的孔63。這些管子與金屬線電氣接觸而提供通過金屬線的電流，并將金屬線匯聚到金屬線的一接觸區(qū)域66。利用通過金屬線施加的一傳統(tǒng)的電弧電源(通常是直流電)，將形成一電弧，從而熔化金屬線端部。能量從其線路電源通過托架中的一整流器輸送，然后再通過線纜21、線管36和金屬線引導(dǎo)件62輸送至金屬線。
所有的構(gòu)件傳統(tǒng)地是通過螺釘、螺紋、環(huán)氧樹脂、壓配合等保持在一起，它們部分地在圖中示出。至少后槍體可具有一活動的蓋子，以便接近驅(qū)動機(jī)構(gòu)。適當(dāng)?shù)牧慵怯芍T如硬塑料之類的電絕緣材料制成，包括后槍體中的錐形部分和前槍體中的支承件。采用O型密封圈65也非常重要。
來自主壓縮氣體源62(圖1)的霧化用空氣或其它氣體通過線纜軟管21和剛性管43被輸送至支承柱42的底部(與電源一起)。柱子中的側(cè)孔72將空氣輸送入組件40中的一腔室70。組件前壁74中的四個孔(未圖示)將空氣引至錐形部分44中的一第二腔室72(圖2A)，因而通過中槍體的外殼48所形成的一管道74。空氣流經(jīng)截平的支承件54而到達(dá)一前腔室76。一小部分空氣流過支承盤中的一軸向孔77(例如8毫米直徑)而吹走外部的噴霧材料，從而使槍體前表面上的堆積降低到最低程度。
電弧槍裝置的上述諸方面的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)對于本發(fā)明來說并不重要，無需限于本實例?？梢圆捎闷渌慕Y(jié)構(gòu)。例如，延伸外殼48可以省去，代替的是用剛性管來輸送金屬線、電源和氣體并在后槍體與前槍體之間提供支承，如美國專利No.4,853,513中所揭示的，該專利與這種輸送和支承有關(guān)的部分援引在此供參考。可如該專利所揭示的那樣將剛性管(或其它諸如使用外殼的結(jié)構(gòu))彎曲，但該剛性管也可以是直的。
同樣，外殼和管子的物理連接細(xì)節(jié)也并不重要。與金屬線的電氣接觸類型對于本發(fā)明來說也并不重要，可以采用任何其它傳統(tǒng)或所需要的接觸方式，諸如輥子。例如，電氣接觸可以在遠(yuǎn)離噴霧槍的位置處實現(xiàn)，諸如位于金屬線卷盤安裝架處。更廣泛地說，通常所需要的是電源到金屬線的連接、兩根金屬線、氣體和電源(除非后者從后面?zhèn)鲗?dǎo)至金屬線)為槍體的接納、金屬線驅(qū)動機(jī)構(gòu)(可以在金屬線長度的任何位置)、將金屬線輸送入起電弧接觸區(qū)域的前槍體、前槍體的延伸支承件以及氣體朝前槍體的輸送件。
氣體噴射件12(圖2B和5)通過一保持環(huán)78(或諸如螺釘、棘爪或部件螺紋之類的其它合適的固定系統(tǒng))連接于前槍體的前端。有利的是，用一偏心銷79來使部件在支承盤64(圖4)的一相應(yīng)孔81中定向。(提供一第二孔，以允許噴射件輔助性的180°定向。)為幫助限定氣體噴射件，金屬線引導(dǎo)件62的引導(dǎo)軸線80限定出含接觸區(qū)域66的一引導(dǎo)平面。噴射件具有一底部84和一從該底部向前延伸的突出部分86，該突出部分側(cè)向偏離引導(dǎo)平面。該突出部分的朝內(nèi)表面88應(yīng)靠近金屬線的接觸區(qū)域，但與其充分隔開到不致受電弧的損壞。
該突出部分中具有一導(dǎo)管腔90，該腔具有一連接于前支承盤64中一相應(yīng)孔93的孔91，以接納來自前槍體中腔室76的壓縮空氣。(一第二圓盤孔93’可適應(yīng)輔助性的180°定向。)該突出部分中還具有一主通孔92，它連接到導(dǎo)管腔以接納壓縮空氣(或其它氣體)。主通孔朝向金屬線接觸區(qū)域，因而一主氣體射流94朝側(cè)向而使熔融金屬霧化并產(chǎn)生其噴霧流96。以相對于引導(dǎo)平面遠(yuǎn)大于零(通常至少為70°)的角來引導(dǎo)氣體射流，最好是基本垂直于該引導(dǎo)平面，以產(chǎn)生垂直于噴霧槍裝置主軸線98的噴霧流，從而在孔側(cè)壁上實現(xiàn)最佳的噴霧。通孔具有傳統(tǒng)的或其它所需的截面，例如是一圓孔，或是一諸如十字形(如圖所示)之類的形狀，或是一如國際專利申請、國際公開No.WO91/12183中所示的C形。不用單形狀通孔，可將第二通孔或更多這樣的通孔設(shè)置在主通孔旁并朝向接觸區(qū)域，以幫助霧化和使噴霧偏向。
突出部分另外還具有多個、至少四個沿弧形繞主通孔92而隔開的、名義上與其平行的輔助通孔。應(yīng)具有盡可能多個輔助通孔，通常在4到16個之間，例如為如圖所示的八個通孔。這些通孔可較為方便地從導(dǎo)管腔90引出，但也可以連接到一單獨調(diào)節(jié)的壓縮氣體源，以形成輔助氣體射流104。噴霧流96受輔助氣體射流限制而降低了過大范圍的噴霧。這些輔助通孔不朝向接觸點，并與主通孔隔開到不干擾電弧或主射流霧化的程度。或者，輔助通孔應(yīng)與主通孔靠近到足以使噴霧流變窄。
輔助通孔與主通孔軸線106的徑向距離最好相等，但也可以具有略微不同的距離，例如以不同的距離錯開從而允許有更多的孔，或者這些通孔可設(shè)置在一扁平環(huán)中，以在兩側(cè)形成吹動噴霧流的約束。孔的弧形間隔設(shè)置最好相等，但并不一定需要這樣；例如，可能需要省去一或三個最靠近底部84的孔，以降低對電弧和霧化的任何干擾。而且，術(shù)語“名義上平行”是指輔助通孔可以從嚴(yán)格平行于主通孔的狀態(tài)變化約達(dá)30°。但是，輔助通孔最好是基本平行于主通孔，即在約10°的范圍內(nèi)，以在無顯著干擾的情況下使噴霧流變窄。
輔助通孔102可以簡單地形成如圖所示的突出部分中鉆孔的形式，也可以形成一組嵌入這種鉆孔中的噴嘴插入物的形式，或是由一圈管子形成。但是，將通孔提供成簡單的孔的形式通常應(yīng)該足夠了。通孔的尺寸應(yīng)制成這樣，在壓縮氣體源88的高壓下，朝噴霧流形成高速的受抑制流。通孔應(yīng)制成具有較高的長度與直徑之比，以實現(xiàn)較高的射流速度，該長度直徑比最好至少為4∶1。輔助通孔的直徑通常約在0.5毫米到2毫米之間，例如是1.6毫米。壓縮空氣源88應(yīng)被調(diào)節(jié)成提供可對噴霧流實現(xiàn)所需程度的限制和收縮的有效的射流。在本實例中，輔助通孔為在圍繞主通孔軸線的一13毫米螺栓分布圓上的八個1.6毫米直徑、6.5毫米長度的平行孔。噴霧也可以是傳統(tǒng)式的。例如，用250安培電流、3.3巴(50psi)氣壓和約9千克/小時的噴速對1.6毫米直徑的不銹鋼絲(塞澤.麥脫苛公司的MetcoloyTM#2)進(jìn)行噴霧。
本發(fā)明的氣體噴射件可以用于其它類型的雙線電弧噴霧槍和不同類型的噴頭件。在一個實施例中，噴射件包括一從槍體延伸出來并與其形成一體的簡單突出部分。在其它實施例中，本發(fā)明的具有上述主通孔和輔助通孔的氣體噴射件可以通過適當(dāng)改制而裝配到不同結(jié)構(gòu)的噴霧槍中。
盡管以上參照具體實施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在本發(fā)明之精神和所附權(quán)利要求書之范圍內(nèi)的各種變化和變型將是顯而易見的。因此，本發(fā)明僅應(yīng)由所附權(quán)利要求書或它們的等價內(nèi)容所限定。
權(quán)利要求
1．一種電弧噴霧延伸裝置，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(dǎo)至金屬線端頭處的接觸區(qū)域的管狀金屬線引導(dǎo)件；一操作連接的、用于將金屬線分別引導(dǎo)通過金屬線引導(dǎo)件的金屬線供給機(jī)構(gòu)；以及一連接于槍體的噴射件，諸金屬線引導(dǎo)件的引導(dǎo)軸線限定出一引導(dǎo)平面，金屬線可接納一電弧電流而形成電弧，并從而在金屬線端頭熔化金屬，其中噴射件包括一從槍體向前延伸的突出部分，該突出部分側(cè)向偏離引導(dǎo)平面，并具有一其中可接納壓縮氣體的主通孔，從而發(fā)出一側(cè)向朝向接觸區(qū)域的主氣體射流，用于使熔融金屬霧化，并產(chǎn)生一個與引導(dǎo)平面呈遠(yuǎn)大于零的角的噴霧流；其改進(jìn)包括，該突出部分還具有多個、至少四個繞主通孔沿弧形隔開的輔助通孔，這些輔助通孔可接納壓縮氣體，從而實現(xiàn)名義上平行于主射流的輔助氣體射流，因而噴霧流由輔助氣體射流約束。
2．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該多個輔助通孔的數(shù)量為4到16個。
3．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，諸通孔的長度與直徑之比至少為4∶1。
4．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該突出部分中具有一與主通孔和輔助通孔相通的導(dǎo)管腔，該腔可通過槍體接納壓縮氣體。
5．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，主氣體射流和輔助氣體射流基本垂直地朝向引導(dǎo)平面。
6．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，輔助氣體射流基本平行于主射流。
7．一種氣體噴射件，用于從一電弧噴霧延伸裝置產(chǎn)生傾斜的噴霧流，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(dǎo)至金屬線端頭處的接觸區(qū)域的管狀金屬線引導(dǎo)件；一操作連接的、用于將金屬線分別引導(dǎo)通過金屬線引導(dǎo)件的金屬線供給機(jī)構(gòu)；以及一連接于槍體的噴射件，諸金屬線引導(dǎo)件的引導(dǎo)軸線限定出一引導(dǎo)平面，金屬線可接納一電弧電流而形成電弧，并從而在金屬線端頭熔化金屬；其中噴射件包括一底部和一從該底部延伸出來的突出部分，該底部適于將噴射件裝配到槍體上，使突出部分側(cè)向偏離引導(dǎo)平面，該突出部分中具有一可接納壓縮氣體的主通孔，從而發(fā)出一朝向接觸區(qū)域的主氣體射流，用于使熔融金屬霧化，并產(chǎn)生一個與引導(dǎo)平面呈遠(yuǎn)大于零的角的噴霧流，該突出部分還具有多個、至少四個繞主通孔沿弧形隔開的輔助通孔，這些輔助通孔可接納壓縮氣體，從而實現(xiàn)名義上平行于主射流的輔助氣體射流，因而噴霧流由輔助氣體射流約束。
8．如權(quán)利要求7所述的氣體噴射件，其特征在于，該多個輔助通孔為4到16個。
9．如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，諸通孔的長度與直徑之比至少為4∶1。
10．如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，該突出部分中具有一與主通孔和輔助通孔相通的導(dǎo)管腔，該腔可通過槍體接納壓縮氣體。
11．如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，主氣體射流和輔助氣體射流基本垂直地朝向引導(dǎo)平面。
12．如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，輔助氣體射流基本平行于主射流。
全文摘要
一種電弧噴霧裝置具有一對匯聚的金屬線引導(dǎo)件,以將兩根金屬線引導(dǎo)至線端頭處的接觸區(qū)域,在那里電弧使端頭熔化。一氣體噴射件具有一從槍體向前延伸的突出部分,并側(cè)向偏離一由引導(dǎo)件軸線限定的引導(dǎo)平面。該突出部分具有一主通孔,以發(fā)出一朝向接觸區(qū)域的主氣體射流,用于使熔融金屬霧化和產(chǎn)生一與引導(dǎo)平面呈遠(yuǎn)大于零的角的噴霧流。至少四個輔助通孔沿弧形繞主通孔隔開。輔助通孔形成基本平行于主射流的輔助氣體射流,因而噴霧流受輔助氣體射流約束。
文檔編號B23K9/04GK1228361SQ99103680
公開日1999年9月15日 申請日期1999年3月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月11日
發(fā)明者R·貝納利 申請人:塞澤·麥脫苛(美國)股份有限公司