一種大功率水下等離子體強(qiáng)聲源的放電電極頭的制作方法【專利摘要】本發(fā)明提出一種大功率水下等離子體強(qiáng)聲源的放電電極頭，由可拆卸放電觸頭和放電電極桿組成。可拆卸放電觸頭安裝在放電電極桿的一端，采用錐面嚙合加螺紋鎖緊的方式裝配連接，可實(shí)現(xiàn)較小的接觸電阻和良好的水密功能，既保證高的放電效率和放電穩(wěn)定性，又避免在大功率大電流情況下容易燒結(jié)的問(wèn)題，還便于放電觸頭的經(jīng)常更新維護(hù)。可拆卸放電觸頭采用高強(qiáng)度耐燒蝕的合金內(nèi)芯和導(dǎo)電性能好、抗沖擊的外部導(dǎo)電層，以采用復(fù)合結(jié)構(gòu)方式燒結(jié)或熔鑄形成一體化整體，既獲得了良好的放電特性和耐燒蝕性能，又能夠可靠分解放電觸頭承受的巨大沖擊力，同時(shí)有提高導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能，有效減少放電觸頭的熱量積累，延長(zhǎng)了放電電極頭的工作壽命?！緦＠f(shuō)明】一種大功率水下等離子體強(qiáng)聲源的放電電極頭
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001]本發(fā)明涉及一種放電電極頭，具體為一種用于大功率水下等離子體強(qiáng)聲源的高強(qiáng)度、抗沖擊和耐燒蝕的可拆卸放電電極頭。【
背景技術(shù)：
】[0002]水下等離子體強(qiáng)聲源工作時(shí)，利用高電壓(1kV以上)瞬間作用在水下兩電極之間，產(chǎn)生電弧或電暈放電行為，在兩電極間形成等離子體通道，從而產(chǎn)生能量巨大的沖擊壓力波。因此，放電電極是水下等離子體強(qiáng)聲源中將系統(tǒng)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的核心部件，直接決定了系統(tǒng)的電聲轉(zhuǎn)換效率、脈沖特性和工作壽命，也是需要經(jīng)常更換的關(guān)鍵消耗部件。當(dāng)放電電極頭部出現(xiàn)嚴(yán)重?zé)g或者折斷損壞時(shí)，就會(huì)影響水下等離子體強(qiáng)聲源的正常工作。[0003]由于大功率水下等離子體強(qiáng)聲源放電電極頭部的工作環(huán)境極其惡劣，不僅要流過(guò)高達(dá)幾十kA至幾百kA的瞬時(shí)脈沖大電流，而且還要重復(fù)承受放電電弧的燒蝕和高溫(2X14K?5X14K)，以及等離子體放電產(chǎn)生的巨大沖擊壓力(可達(dá)IGpa)。長(zhǎng)期以來(lái)，放電電極頭的質(zhì)量和壽命成為制約大功率水下等離子體強(qiáng)聲源高重復(fù)頻率和長(zhǎng)時(shí)間工作的世界難題和技術(shù)瓶頸。[0004]現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)了許多放電電極，但都存在各種各樣的缺點(diǎn)。如專利CN00204843.4(放電電極)中提到的放電電極為一體式放電電極，且通流能力小、易變形，一旦電極頭部受損，必須整體更換，勢(shì)必造成極大的人力和材料資源浪費(fèi)。而專利US4809682(Underwaterelectrodesforcontactlesslithotripsy)中提到的放電電極，雖然將電極頭和電極桿設(shè)計(jì)為組合結(jié)構(gòu)，但其裝配在一個(gè)整體襯套中，不變更換。專利CN200920101579.5(放電電極)和專利US6217531(Adjustableelectrodeandrelatedmethod)的放電電極，其電極頭和電極桿采用螺紋連接方式，但這種結(jié)構(gòu)不僅接觸電阻大，放電效率低、放電不穩(wěn)定，且在大功率大電流的情況下容易燒結(jié)，導(dǎo)致無(wú)法更換電極頭?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0005]為了克服現(xiàn)有放電電極的不足，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度、耐燒蝕、抗沖擊、低成本、可拆卸的大功率水下等離子體強(qiáng)聲源放電電極頭。[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:[0007]所述一種大功率水下等離子體強(qiáng)聲源的放電電極頭，其特征在于:由可拆卸放電觸頭和放電電極桿組成；[0008]所述放電電極桿由放電電極主體和可拆卸放電觸頭安裝孔組成;可拆卸放電觸頭安裝孔處于放電電極主體一端;所述可拆卸放電觸頭安裝孔為分段盲孔;分段盲孔的內(nèi)段為螺紋孔段，分段盲孔的外段為錐面孔段；[0009]所述可拆卸放電觸頭由合金內(nèi)芯和外部導(dǎo)電層組成;合金內(nèi)芯與外部導(dǎo)電層采用整體燒結(jié)法或熔鑄法加工為一體化結(jié)構(gòu);合金內(nèi)芯與外部導(dǎo)電層同軸對(duì)中，且合金內(nèi)芯凸出外部導(dǎo)電層端部的結(jié)構(gòu)為圓錐形結(jié)構(gòu)，圓錐形結(jié)構(gòu)頂端為圓弧面;外部導(dǎo)電層外表面加工為三段，依次為拆卸工作段、與放電電極桿中錐面孔段配合的嚙合錐面段、以及以與放電電極桿中螺紋孔段配合的鎖緊螺紋段；[0010]所述可拆卸放電觸頭中外部導(dǎo)電層外表面的嚙合錐面段以及鎖緊螺紋段，對(duì)應(yīng)裝入放電電極桿中的錐面孔段和螺紋孔段;鎖緊螺紋段與螺紋孔段螺紋鎖緊裝配，嚙合錐面段與錐面孔段錐面嚙合。[0011]進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種大功率水下等離子體強(qiáng)聲源的放電電極頭，其特征在于:在采用整體燒結(jié)法或熔鑄法加工前，合金內(nèi)芯嵌入外部導(dǎo)電層部分的根部加工成圓錐臺(tái)型。[0012]進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種大功率水下等離子體強(qiáng)聲源的放電電極頭，其特征在于:在采用整體燒結(jié)法或熔鑄法加工前，合金內(nèi)芯嵌入外部導(dǎo)電層部分的根部加工成帶有圓錐外螺紋。[0013]進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種大功率水下等離子體強(qiáng)聲源的放電電極頭，其特征在于:放電電極桿中的錐面孔段，以及可拆卸放電觸頭的嚙合錐面段的錐度為10?50度。[0014]進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種大功率水下等離子體強(qiáng)聲源的放電電極頭，其特征在于:合金內(nèi)芯圓弧面的圓弧半徑R取I?5mm。[0015]進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種大功率水下等離子體強(qiáng)聲源的放電電極頭，其特征在于:合金內(nèi)芯的材料采用銅媽合金或稀土銅媽合金。[0016]進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種大功率水下等離子體強(qiáng)聲源的放電電極頭，其特征在于:外部導(dǎo)電層的材料采用錫青銅、鉻青銅或鈹青銅中的一種。[0017]有益效果[0018]本發(fā)明具有以下有益效果:[0019](I)本發(fā)明的可拆卸放電觸頭與放電電極桿采用錐面嚙合加螺紋鎖緊的方式裝配連接，可實(shí)現(xiàn)較小的接觸電阻和良好的水密功能，既保證了高的放電效率和放電穩(wěn)定性，又避免在大功率大電流情況下容易燒結(jié)的問(wèn)題，還便于放電觸頭的拆卸更新維護(hù)。[0020](2)本發(fā)明的可拆卸放電觸頭采用高強(qiáng)度耐燒蝕的合金內(nèi)芯和導(dǎo)電性能好、抗沖擊的外部導(dǎo)電層，以采用復(fù)合結(jié)構(gòu)方式燒結(jié)或熔鑄形成一體化整體，既獲得了良好的放電特性和耐燒蝕性能，又能夠可靠分解放電觸頭承受的巨大沖擊力，同時(shí)有提高導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能，有效減少放電觸頭的熱量積累，延長(zhǎng)了放電電極頭的工作壽命。[0021](3)本發(fā)明的可拆卸放電觸頭頂端的合金內(nèi)芯凸出部分加工成一定曲率、上細(xì)下粗的圓錐形結(jié)構(gòu)，既利于放電起弧，又提高了放電觸頭的抗沖擊和抗折斷能力;其后端的外部導(dǎo)電層加工成嚙合錐面和鎖緊螺紋，既實(shí)現(xiàn)了良好的導(dǎo)電性能和拆卸鎖緊性能，又具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗沖擊性能。[0022](4)本發(fā)明的合金內(nèi)芯采用銅鎢合金等高強(qiáng)度耐燒蝕電極材料，可獲得良好的放電特性和耐燒蝕性能;其根部設(shè)計(jì)成圓錐臺(tái)型或圓錐螺紋，可提高合金內(nèi)芯和外部導(dǎo)電層的結(jié)合強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度。[0023](5)本發(fā)明的外部導(dǎo)電層采用鉻青銅等導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、抗沖擊性能強(qiáng)的材料，采用復(fù)合結(jié)構(gòu)與合金內(nèi)芯燒結(jié)形成一體化整體，在保證導(dǎo)電特性的同時(shí)，能夠可靠分解高重復(fù)頻率、長(zhǎng)時(shí)間工作條件下放電觸頭承受的巨大沖擊力，有效減少放電觸頭的熱量積累，延長(zhǎng)電極頭的工作壽命。[0024]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。【附圖說(shuō)明】[0025]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:[0026]圖1是本發(fā)明的大功率水下等離子體強(qiáng)聲源的放電電極頭整體結(jié)構(gòu)。[0027]圖2是本發(fā)明的可拆卸放電觸頭結(jié)構(gòu)示意圖。[0028]圖中，卜可拆卸放電觸頭，2-放電電極桿，3-合金內(nèi)芯，4-外部導(dǎo)電層，5-拆卸扳手面，6-嚙合錐面，7-鎖緊螺紋?！揪唧w實(shí)施方式】[0029]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。[0030]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。[0031]參照?qǐng)D1，本發(fā)明用于大功率水下等離子體強(qiáng)聲源的放電電極頭由可拆卸放電觸頭I和放電電極桿2組成?？刹鹦斗烹娪|頭I安裝在放電電極桿2的一端，采用錐面嚙合加螺紋鎖緊的方式裝配連接，可實(shí)現(xiàn)較小的接觸電阻和良好的水密功能，既保證高的放電效率和放電穩(wěn)定性，又避免在大功率大電流情況下容易燒結(jié)的問(wèn)題，還便于放電觸頭的經(jīng)常更新維護(hù)。[0032]放電電極桿2由放電電極主體和可拆卸放電觸頭安裝孔組成?？刹鹦斗烹娪|頭安裝孔處于放電電極主體一端;所述可拆卸放電觸頭安裝孔為分段盲孔;分段盲孔的內(nèi)段為螺紋孔段，分段盲孔的外段為錐面孔段?？刹鹦斗烹娪|頭安裝孔與放電電極主體共軸同心，保證與可拆卸放電觸頭實(shí)現(xiàn)緊密裝配連接。放電電極主體的另一端及外部結(jié)構(gòu)，需要根據(jù)放電電極桿的安裝要求加工成相應(yīng)的形狀和尺寸。[0033]參照?qǐng)D2，本發(fā)明的可拆卸放電觸頭I由合金內(nèi)芯3和外部導(dǎo)電層4組成。合金內(nèi)芯3與外部導(dǎo)電層4采用整體燒結(jié)法或熔鑄法加工為一體化復(fù)合結(jié)構(gòu)。這種一體化復(fù)合結(jié)構(gòu)中，合金內(nèi)芯3除頂端外露部分，其余部分外圍復(fù)合了外部導(dǎo)電層4，這種外包復(fù)合結(jié)構(gòu)可提高可拆卸放電觸頭I整體的抗沖擊和抗折斷能力，同時(shí)提高導(dǎo)電和導(dǎo)熱能力。在燒結(jié)或熔鑄加工前，合金內(nèi)芯3嵌入外部導(dǎo)電層部分的根部粗加工成圓錐臺(tái)型或加工帶有圓錐螺紋，可以增加其與外部導(dǎo)電層4的連接面積，可提高合金內(nèi)芯3與外部導(dǎo)電層4的結(jié)合強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度。燒結(jié)或熔鑄時(shí)，合金內(nèi)芯3和外部導(dǎo)電層4同軸對(duì)中，提高可拆卸放電觸頭I的抗沖擊強(qiáng)度。合金內(nèi)芯3和外部導(dǎo)電層4燒結(jié)或熔鑄成一體化結(jié)構(gòu)后，再對(duì)可拆卸放電觸頭I進(jìn)行一次性成型加工。[0034]可拆卸放電觸頭I頂端的合金內(nèi)芯3凸出部分加工成帶有圓弧、上細(xì)下粗的圓錐形結(jié)構(gòu)，既利于放電起弧，又提高了合金內(nèi)芯3頂端的抗沖擊和抗折斷能力。圓弧半徑R取I?5mm，R越小更利于放電起弧，曲率R越大更利于提高放電觸頭的抗沖擊和抗折斷能力。[0035]可拆卸放電觸頭I外部導(dǎo)電層4外表面加工為三段，依次為拆卸工作段、與放電電極桿中錐面孔段配合的嚙合錐面段、以及以與放電電極桿中螺紋孔段配合的鎖緊螺紋段。[0036]如圖2所示，拆卸工作段為拆卸扳手面5，便于可拆卸放電觸頭I的安裝和鎖緊，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)可拆卸放電觸頭I的快速拆卸和更換。[0037]可拆卸放電觸頭I后端的外部導(dǎo)電層4加工成嚙合錐面段6、鎖緊螺紋段7，這種錐度結(jié)合螺紋與放電電極桿2的連接方式，避免了單一螺紋連接方式接觸電阻大、易燒結(jié)和易松動(dòng)、水密封差等問(wèn)題，可以保證小的接觸電阻和水密封功能，實(shí)現(xiàn)高的放電效率和放電穩(wěn)定性，同時(shí)還能防止在大功率大電流情況下連接部位發(fā)生燒結(jié)的現(xiàn)象。嚙合錐面段6的錐度尺寸及鎖緊螺紋段7的尺寸根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)計(jì)，既要保證較小的接觸電阻(小于100μΩ)，還要保證良好的水密功能(大于60MPa)。嚙合錐面6的錐度尺寸一般取錐度為10?50度、長(zhǎng)度為10?50mm，錐度越小、長(zhǎng)度越大嚙合效果越好。鎖緊螺紋7的尺寸一般取直徑為6?30mm、長(zhǎng)度為10?50mm，直徑、長(zhǎng)度越大鎖緊效果越好。[0038]合金內(nèi)芯3采用銅鎢合金(如CuW60?90)或者稀土銅鎢合金(如添加La2O3或Y2O3或Ce2O3稀土氧化物)之類的高強(qiáng)度耐燒蝕電極材料，可獲得良好的放電特性和耐燒蝕性能，合金內(nèi)芯的直徑為4?10mm。。銅鎢合金利用銅的高導(dǎo)電率和鎢的高熔點(diǎn)，具有出色的抗電弧燒蝕、抗熔焊性和良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性。在銅鎢合金中添加稀土氧化物，可進(jìn)一步提高銅鎢合金的耐燒蝕性能。[0039]外部導(dǎo)電層4采用錫青銅(如QSn6.5)、鉻青銅(如QCr0.5)及鈹青銅(如QBe2.0)等導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、抗沖擊性能強(qiáng)的材料，與合金內(nèi)芯3整體燒結(jié)形成一體化復(fù)合結(jié)構(gòu)，在保證導(dǎo)電特性的同時(shí)，能夠可靠分解大功率、高重復(fù)頻率、長(zhǎng)時(shí)間工作條件下合金內(nèi)芯3承受的巨大沖擊力，有效減少合金內(nèi)芯3的熱量積累，延長(zhǎng)合金內(nèi)芯3的工作壽命。[0040]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。【主權(quán)項(xiàng)】1.一種大功率水下等離子體強(qiáng)聲源的放電電極頭，其特征在于:由可拆卸放電觸頭和放電電極桿組成；所述放電電極桿由放電電極主體和可拆卸放電觸頭安裝孔組成;可拆卸放電觸頭安裝孔處于放電電極主體一端;所述可拆卸放電觸頭安裝孔為分段盲孔;分段盲孔的內(nèi)段為螺紋孔段，分段盲孔的外段為錐面孔段；所述可拆卸放電觸頭由合金內(nèi)芯和外部導(dǎo)電層組成;合金內(nèi)芯與外部導(dǎo)電層采用整體燒結(jié)法或熔鑄法加工為一體化結(jié)構(gòu);合金內(nèi)芯與外部導(dǎo)電層同軸對(duì)中，且合金內(nèi)芯凸出外部導(dǎo)電層端部的結(jié)構(gòu)為圓錐形結(jié)構(gòu)，圓錐形結(jié)構(gòu)頂端為圓弧面;外部導(dǎo)電層外表面加工為三段，依次為拆卸工作段、與放電電極桿中錐面孔段配合的嚙合錐面段、以及以與放電電極桿中螺紋孔段配合的鎖緊螺紋段；所述可拆卸放電觸頭中外部導(dǎo)電層外表面的嚙合錐面段以及鎖緊螺紋段，對(duì)應(yīng)裝入放電電極桿中的錐面孔段和螺紋孔段;鎖緊螺紋段與螺紋孔段螺紋鎖緊裝配，嚙合錐面段與錐面孔段錐面嚙合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種大功率水下等離子體強(qiáng)聲源的放電電極頭，其特征在于:在采用整體燒結(jié)法或熔鑄法加工前，合金內(nèi)芯嵌入外部導(dǎo)電層部分的根部加工成圓錐臺(tái)型。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種大功率水下等離子體強(qiáng)聲源的放電電極頭，其特征在于:在采用整體燒結(jié)法或熔鑄法加工前，合金內(nèi)芯嵌入外部導(dǎo)電層部分的根部加工成帶有圓錐外螺紋。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一所述一種大功率水下等離子體強(qiáng)聲源的放電電極頭，其特征在于:放電電極桿中的錐面孔段，以及可拆卸放電觸頭的嚙合錐面段的錐度為10?50度。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種大功率水下等離子體強(qiáng)聲源的放電電極頭，其特征在于:合金內(nèi)芯圓弧面的圓弧半徑R取I?5mm。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種大功率水下等離子體強(qiáng)聲源的放電電極頭，其特征在于:合金內(nèi)芯的材料采用銅鎢合金或稀土銅鎢合金。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種大功率水下等離子體強(qiáng)聲源的放電電極頭，其特征在于:外部導(dǎo)電層的材料采用錫青銅、鉻青銅或鈹青銅中的一種。【文檔編號(hào)】G10K15/06GK105845123SQ201610160836【公開(kāi)日】2016年8月10日【申請(qǐng)日】2016年3月21日【發(fā)明人】雷開(kāi)卓,張勇,屈健康,付增祥,史文濤,滕舵,胡喆,樊志博,樊旭超【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)