一種電弧等離子體發(fā)生器及提高該發(fā)生器運行穩(wěn)定性安全性的方法
【專利摘要】發(fā)明提供一種電弧等離子體發(fā)生器及提高該發(fā)生器運行穩(wěn)定性安全性的方法，方法包括以下步驟：1）清潔疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器的中間插入段內(nèi)壁；2）采用離子鍍、磁控對靶濺射等方法在中間插入段內(nèi)壁鍍絕緣膜；3）通過測量所鍍絕緣膜的電阻，確保內(nèi)壁均勻鍍膜，確認(rèn)所鍍膜層的絕緣性能；4）組裝疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器；5）疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器連接電源、氣路及水路，引弧試驗疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器的性能。本發(fā)明對疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器的中間插入段內(nèi)壁鍍絕緣膜，減少發(fā)生器運行過程中的串弧現(xiàn)象，提高發(fā)生器的運行穩(wěn)定性及安全性。
【專利說明】一種電弧等離子體發(fā)生器及提高該發(fā)生器運行穩(wěn)定性安全性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器的中間插入段鍍絕緣膜，以提高疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器工作穩(wěn)定性及安全性的方法及采用該方法的等離子體發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]熱等離子體發(fā)生器是指能夠穩(wěn)定地維持放電、產(chǎn)生出溫度3X IO3K — 3X IO4K的等離子體的裝置，按照產(chǎn)生方式，可分為電弧等離子體發(fā)生器、高頻感應(yīng)等離子體發(fā)生器和燃燒等離子體發(fā)生器三類。
[0003]目前直流電弧等離子體發(fā)生器應(yīng)用最廣，據(jù)統(tǒng)計數(shù)字表明，它占整個市場份額的99%左右，分為轉(zhuǎn)移式和非轉(zhuǎn)移式兩類。在轉(zhuǎn)移式電弧等離子體發(fā)生器中，以被加工的工件作為陽極，發(fā)生器出口與工件間的距離、相對移動速度、工件材料的物理性能、表面形貌、粗糙度以及發(fā)生器工作電流等參數(shù)的微小變化，都可能明顯影響等離子體狀態(tài)和對材料表面的處理效果；非轉(zhuǎn)移式等離子體發(fā)生器本身包含陰極和陽極，等離子體狀態(tài)基本不受被加工工件條件的影響。
[0004]在熱等離子體的很多領(lǐng)域，例如等離子體材料表面加工領(lǐng)域，如等離子體噴涂、材料表面熔凝、熔覆等，最常用到的是非轉(zhuǎn)移式直流電弧等離子體發(fā)生器。
[0005]為獲得高的弧電壓，提高發(fā)生器功率、電弧穩(wěn)定性及發(fā)生器壽命，通常在發(fā)生器陰陽極間添加若干處于懸浮電位彼此絕緣的中間插入段，以形成穩(wěn)定在發(fā)生器軸線上的長弧。這種發(fā)生器也被稱作分段式或疊片式等離子體發(fā)生器。
[0006]由于陰陽極間中間插入段的加入，使得電弧弧柱長度加長，進而工作弧電壓升高，發(fā)生器功率增加。同時由于電弧弧根在陽極處可移動范圍很小，相對無中間插入段結(jié)構(gòu)的發(fā)生器，在一定程度上也減少了電弧分流過程，提高了電弧穩(wěn)定性及發(fā)生器壽命。應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，添加中間插入段的等離子體發(fā)生器在一定程度上可提高工藝質(zhì)量及穩(wěn)定性。
[0007]然而，由于中間插入段也都由導(dǎo)電良好的金屬材料(例如:紫銅)制成，雖然中間插入段與發(fā)生器陰陽極間絕緣、中間插入段彼此間也由絕緣材料絕緣，但仍然難以避免電弧弧柱與中間插入段間不同程度的擊穿，即發(fā)生“串弧”現(xiàn)象，燒壞發(fā)生器電極，降低等離子體發(fā)生器的工作穩(wěn)定性和安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于:克服上述已有技術(shù)的缺陷，提供一種在疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器的中間插入段金屬部件上鍍絕緣膜的方法和采用該方法的等離子體發(fā)生器，以提高疊片式或分段式等離子體發(fā)生器的運行穩(wěn)定性和安全性。
[0009]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0010]本發(fā)明提供一種可提高疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器運行穩(wěn)定性和安全性的方法，具體為在疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器的金屬中間插入段內(nèi)壁鍍絕緣膜，以防止發(fā)生器運行過程中的串弧現(xiàn)象發(fā)生，提高發(fā)生器的運行穩(wěn)定性和安全性，并提高電功率。
[0011]進一步，包括以下步驟:
[0012]1)清潔疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器的中間插入段內(nèi)壁；
[0013]2)采用離子鍍、磁控對靶濺射等方法在中間插入段內(nèi)壁鍍絕緣膜；
[0014]3)通過測量所鍍絕緣膜的電阻或顯微鏡觀測等方法，確保內(nèi)壁均勻鍍膜，確認(rèn)所鍍膜層的絕緣性能；
[0015]4)組裝疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器；
[0016]5)將疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器連接電源、氣路及水路，引弧試驗疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器的性能。
[0017]進一步，所述鍍膜的材料為耐高溫絕緣材料，例如氧化鋯、氧化鋁、氧化鈦等氧化物。
[0018]進一步，所述鍍膜的厚度為小于200微米。
[0019]本發(fā)明還提供一種電弧等離子體發(fā)生器，包括:陰極、陽極、中間插入段、絕緣套、絕緣件及連接輔件；在所述絕緣套的位于所述陰極和陽極之間嵌設(shè)有若干個間隔預(yù)定間距的中間插入段，在所述中間插入段的內(nèi)壁鍍有一層絕緣膜。
[0020]本發(fā)明的有益效果:
[0021]1)對疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器的中間插入段內(nèi)壁鍍絕緣膜，減少發(fā)生器運行過程中的串弧現(xiàn)象，提高發(fā)生器的運行穩(wěn)定性及安全性。
[0022]2)本發(fā)明的方法對包含中間插入段的等離子體發(fā)生器都適用，都可減少等離子體發(fā)生器運行過程中的串弧現(xiàn)象，提高發(fā)生器的工作穩(wěn)定性和安全性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的中間插入段鍍絕緣膜后的疊片式電弧等離子體發(fā)生器示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明的中間插入段鍍絕緣膜后的分段式電弧等離子體發(fā)生器示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明圖1的中間插入段鍍絕緣膜后的分段式或疊片式電弧等離子體發(fā)生器工作示意圖。
[0026]1陰極,2陽極,3中間插入段,4絕緣件,5絕緣套,6氣體入口，
[0027]7冷卻水路，8絕緣膜，9電弧弧柱，10等離子體射流，11冷卻水系統(tǒng)，12工作氣體，13流量計，14弧電流電壓傳感器，15工作電源
【具體實施方式】
[0028]參照圖2、3，制作中間插入段內(nèi)壁鍍絕緣膜的分段式電弧等離子體發(fā)生器，并搭建工作系統(tǒng)，等離子體發(fā)生器包括:陰極11、陽極2、中間插入段3、絕緣件4、絕緣套5、氣體入口 6、冷卻水路7、絕緣膜8 ;工作系統(tǒng)包括:等離子體發(fā)生器，冷卻水系統(tǒng)11、流量計12、弧電流電壓傳感器14、工作電源15。當(dāng)然，本發(fā)明適用于疊片式電弧等離子體發(fā)生器，如圖1所示。
[0029]本實施例中，在環(huán)形的中間插入段3的內(nèi)壁鍍有一層絕緣膜8，中間插入段3內(nèi)壁所鍍絕緣膜8為10微米厚的氧化鈦膜，陰極I由紫銅焊接鈰鎢尖端構(gòu)成，陽極2和中間插入段3為紫銅材料制成，共包括2段中間插入段，絕緣件4為聚四氟材質(zhì)，絕緣套5為尼龍材質(zhì)；冷卻水系統(tǒng)11選用溫控精度為1°C的冷卻循環(huán)水機，工作氣體12存儲于高壓氣罐，流量計13選用精度為滿量程3%的質(zhì)量流量計，弧電流電壓傳感器14選用霍爾效應(yīng)原理的傳感器，工作電源15選用100千瓦級直流等離子體電源。圖3所示的電弧等離子體發(fā)生器工作系統(tǒng)，可在工作氣體為氮氣、工作電流400A、總功率超過40kW的條件下穩(wěn)定工作。[0030] 在本發(fā)明實施例中，氧化鈦膜的厚度是10微米，也可以是2?200微米，只要能夠起到很好的絕緣作用就可以。
[0031 ] 形成上述絕緣膜8的過程主要包括如下步驟:
[0032]I)清潔疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器的中間插入段3內(nèi)壁；
[0033]2)采用離子鍍、磁控對靶濺射等方法在中間插入段3內(nèi)壁鍍絕緣膜8 ；
[0034]3)通過測量所鍍絕緣膜8的電阻或顯微鏡觀測等方法，確保內(nèi)壁均勻鍍膜，確認(rèn)所鍍膜層的絕緣性能；
[0035]4)組裝疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器；
[0036]5)疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器連接電源、氣路及水路，引弧試驗疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器的性能。
[0037]本發(fā)明通過在中間插入段3的內(nèi)壁鍍上一層厚度在10微米的氧化鈦絕緣膜8，這樣，就增加了中間插入段3的表面電阻，降低了電弧弧柱與中間插入段間電擊穿現(xiàn)象的發(fā)生，從而起到了防止串弧現(xiàn)象的發(fā)生，避免發(fā)生器工作電壓突降，提高了發(fā)生器的運行穩(wěn)定性和安全性,并提高了電功率。
【權(quán)利要求】
1.一種提高疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器運行穩(wěn)定性安全性的方法，其特征在于，包括以下步驟:1)清潔疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器的中間插入段內(nèi)壁；2)采用離子鍍、磁控對靶濺射等方法在中間插入段內(nèi)壁鍍絕緣膜；3)通過測量所鍍絕緣膜的電阻、顯微鏡觀測等方法，確保內(nèi)壁均勻鍍膜，確認(rèn)所鍍膜層的絕緣性能；4)組裝疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器；5)疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器連接電源、氣路及水路，引弧試驗疊片式或分段式電弧等離子體發(fā)生器的性能。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鍍膜的材料為耐高溫絕緣材料，例如氧化鋯、氧化鋁、氧化鈦等氧化物。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述鍍膜的厚度為小于200微米。
4.一種電弧等離子體發(fā)生器，其特征在于，包括:陰極、陽極、中間插入段、絕緣套、絕緣件及連接輔件；在所述絕緣套的位于所述陰極和陽極之間嵌設(shè)有若干個間隔預(yù)定間距的中間插入段，在所述中間插入段的內(nèi)壁鍍有一層絕緣膜。
【文檔編號】H05H1/34GK103648229SQ201310594765
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】潘文霞, 吳承康, 孟顯 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所