阅读说明：本技术 一种适用于特高温环境中的等离子体弧枪 (Plasma arc gun suitable for ultra-high temperature environment ) 是由 江永斌 于 2020-06-06 设计创作，主要内容包括：本发明属于超细金属粉体材料设备的技术领域,具体涉及一种适用于特高温环境中的等离子体弧枪,等离子体弧枪的枪壳体包括套设的枪外壳和枪内壳,所述枪外壳的内壁和/或枪内壳的外壁设置有若干水流面,所述水流面与相对的壁面之间形成水流腔,所述水流腔内流通有高压循环冷却水,所述枪外壳包括前段构件和后段构件,前段构件通过螺纹或卡扣与后段构件连接,所述前段构件的前端嵌有等离子弧的喷嘴,所述高压循环冷却水冷却枪壳体及喷嘴。本发明提供的等离子体弧枪,对枪壳体和喷嘴进行有效冷却,延长等离子体弧枪的使用寿命。(The invention belongs to the technical field of ultrafine metal powder material equipment, and particularly relates to a plasma arc gun suitable for an ultrahigh-temperature environment, wherein a gun shell of the plasma arc gun comprises a gun outer shell and a gun inner shell which are sleeved, a plurality of water flow surfaces are arranged on the inner wall of the gun outer shell and/or the outer wall of the gun inner shell, a water flow cavity is formed between the water flow surfaces and the opposite wall surfaces, high-pressure circulating cooling water flows in the water flow cavity, the gun outer shell comprises a front section component and a rear section component, the front section component is connected with the rear section component through threads or buckles, a plasma arc nozzle is embedded at the front end of the front section component, and the high-pressure circulating cooling water cools the gun shell and the nozzle. The plasma arc gun provided by the invention can effectively cool the gun shell and the nozzle, and prolong the service life of the plasma arc gun.)

一种适用于特高温环境中的等离子体弧枪

技术领域

本发明属于超细金属粉体材料设备的技术领域，具体涉及一种适用于特高温环境中的等离子体弧枪。

背景技术

随着全球化的进展，人类社会己进入数字化，5G，新能源汽车，储能时代，金属超细粉体材料应用越来越多，面对原有的化学气相法制取金属超细粉体材料，因其对环境污染严重，危害性极大，采用物理气相法，利用等离子体为热源，在的密闭的空间负压环境中形成蒸发，来制备金属超细粉体，对环境不造成任何污染，是未来发展的必然趋势，但物理气相法利用等离子体为热源的等离子弧枪需进入窄小特高温金属反应器内腔或坩埚内腔，工作环境温度于1000摄氏度-3000摄氏度，目前现状在大气常温常压环境中，等离子体弧枪应用于对物体的切割，喷涂，焊接就极易消耗弧的耐高温合金喷嘴熔化，变形，造成弧的火焰偏离，扩散，目前国内国际正常使用寿命约为24小时-100小时，若等离子弧枪在特高温1000摄氏度-3000摄氏度环境中，再加上弧的喷嘴自身产生的特高温的双重叠加，很难长时间有效使用，研究新的有效的冷却吸取枪壳体及易熔部位的热能，保护枪壳体的不变形，弧的喷嘴口不熔不变形，才能达到数百小时或近千小时有效使用，是研究人员永垣的话题和需深入研究的工作。对因弧枪的损坏造成频凡的更换，对热高温炉内造成急速降温，因而造成耐高温金属反应器或坩埚器件及粒子前期生长过程中的由耐高温器件构成的通管道的断裂，损坏，以及需降低到常温后，才能对高温炉内损坏的器件更换需数日时间的降温，大大阻碍了设备有效利用率，造成产能大幅下降，从而提高了金属超细粉体的制造成本。

中国发明专利申请CN104902665A公开了一种电弧加热等离子体喷枪，包括阴极头、可换阳极喷嘴、阳极座、导电枪芯、枪体、绝缘套筒和导水芯；导电枪芯上有进气通道，绝缘套筒套在导电枪芯上，在导电枪芯与绝缘套筒之间形成的空腔设有螺旋气流通道，螺旋气流通道与阳极喷嘴以及枪芯上的进气通道相通；导电枪芯、导水芯、阳极座与枪体的水冷通道形成水冷循环系统，在阳极座水冷空腔的内壁面上设置了水冷加强筋，增加水冷接触面积，提高喷枪的冷却效率；同时将传统的阳极喷嘴拆分成阳极座和可更换阳极喷嘴，阴极拆分为阴极头和导电枪芯，使得阴、阳电极烧蚀后更换成本降低，延长电弧加热等离子体喷枪使用寿命。上述专利的不足之处在于，冷却系统对枪壳体及喷嘴的冷却效果不足。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种适用于特高温环境中的等离子体弧枪，对枪壳体和喷嘴进行有效冷却，延长等离子体弧枪的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明的目的通过下述技术方案得以实现：

一种适用于特高温环境中的等离子体弧枪，等离子体弧枪的枪壳体包括套设的枪外壳和枪内壳，所述枪外壳的内壁和/或枪内壳的外壁设置有若干水流面，所述水流面与相对的壁面之间形成水流腔，所述水流腔内流通有高压循环冷却水。

上述水流腔的形成方式是：水流腔可以切削枪外壳的内壁后与枪内壳的外壁围成，也可以切削枪内壳的外壁后与枪外壳的内壁围成，还可以切削部分枪外壳的内壁、切削部分枪内壳的外壁并使之连通而形成。当然，也可以不使用切削，而使用其他方式如打磨、铸造等形成类似的水流面。

上述高压循环冷却水于进水口处的压力为150kpa-1500kpa。

上述枪外壳包括前段构件和后段构件，前段构件通过螺纹或卡扣与后段构件连接，所述前段构件的前端嵌有等离子弧的喷嘴，所述高压循环冷却水冷却枪壳体及喷嘴。

上述喷嘴为由耐高温合金材料制成的等离子弧的喷嘴，所述喷嘴口的内径尺寸同前段构件的外径之比于1：3-60，高度之比为1:2-100。

上述枪壳体的外径尺寸同枪壳体的长度尺寸之比为1:1.5-50。

上述枪内壳的后端面与枪外壳的后端面之间通过止口结构配合，前段构件与后段构件之间通过止口结构配合。

上述枪内壳的内腔安装有阴极组件，阴极组件的组成部件由绝缘套管来隔离枪壳体，阴极组件包括阴极耐高温合金枪尖组件、循环冷却水一进一出通道及引入等离子体弧阴极的电源线、引入的等离子体弧的气体通入管及气流分布器。所述阴极组件的循环冷却水系统与枪壳体内的高压循环冷却水系统相互独立。

上述前段构件内的Y型内通道与阴极枪尖之间的间隙距离为0.03mm-5mm，且可以通过螺纹方式进行调节。

上述阴极枪尖由含钨，钼，钽，铼，铌，铱的合金材料制成。

上述前段构件的前端设置有与枪内壳前端相配合的隔离层，包括设置在前端面的径向隔离层和与枪内壳内壁接触连接的轴向隔离层，所述喷嘴嵌在轴向隔离层内，水流腔沿轴向设置，流经后段构件、前段构件后抵至径向隔离层再形成回路。

上述等离子弧由喷嘴喷出，因此直接接触等离子弧的喷嘴和径向隔离层为等离子弧枪中最高温、特易熔、易变形的部件。

上述径向隔离层的隔距为0.1-20mm，上述喷嘴内腔壁与枪内壳水流层之间的厚度为2-35mm。

上述枪外壳的后端面上设置有若干进水口和出水口，所述进水口与水流腔中的进水通道连接，所述出水口与水流腔中的出水通道连接，所述进水通道与出水通道连通，进水口、出水口与高压循环冷却水装置循环连接。

上述等离子体弧枪连接于夹套，所述夹套内设置有循环冷却水，夹套的中心为空心腔。

上述水流腔设置有2-数十个，优选为2-12个，当水流腔设置为2个时，分别为进水通道和出水通道，当水流腔设置为3个以上时，分别为至少一个的进水通道和至少一个的出水通道。

上述水流腔的优选设置方式是：上述水流面由枪内壳的外壁切削而成，水流面沿轴向分布贯穿枪内壳，所述水流面为平面或弧面。所述水流面进一步优选为平面。

上述枪壳体外表以螺纹或卡扣方式连接有耐高温保护层套，对等离子体弧枪伸入特高温环境区域进行保护，所述的耐高温材料为氧化铝，石墨，碳化硅，氧化锆或钨，钼，铼，钽，铌，铱等合金材料。

上述等离子弧的阳极同枪壳体连接形成直流等离子非转移弧或阳极同高温金属反应器或坩埚内熔溶金属导通形成直流等离子转移弧。

本发明和现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明在等离子枪壳体窄小有限的空间内，设计了良好的高压循环冷却水流系统结构，对伸入特高温环境中的等离子体弧枪有效冷却吸取枪体的热能，尤其对特易熔、易变形部件的高效冷却吸热保护，保证等离子体弧枪的长时间有效使用，使等离子体弧枪的使用寿命提高到数百乃至近千小时。

2、本发明的高压循环冷却水流系统结构通过切削枪外壳、枪内壳形成，其结构简洁，加工方法简单，适配性能好，安装方便。

附图说明

图1是本发明后段构件的剖视图；

图2是本发明前段构件的剖视图；

图3是本发明枪内壳的立体图；

图4是本发明枪壳体端面的结构示意图；

附图标记：1、枪外壳；1a、前段构件；1b、后段构件；2、枪内壳；3、水流腔；4、喷嘴；5、隔离层；6、螺纹；7a、进水口；7b、出水口；8、水流面。

具体实施方式

下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图1-4：

一种适用于特高温环境中的等离子体弧枪，等离子体弧枪的枪壳体包括套设的枪外壳1和枪内壳2，所述枪外壳1的内壁和/或枪内壳2的外壁设置有切削形成的水流腔3，所述水流腔3内流通有高压循环冷却水。

对照附图4，上述枪外壳1的内壁和/或枪内壳2的外壁设置有切削形成的水流腔3具体结构为：水流腔3可以切削枪外壳1的内壁后与枪内壳2的外壁围成，也可以切削枪内壳3的外壁后与枪外壳1的内壁围成，还可以切削部分枪外壳1的内壁、切削部分枪内壳2的外壁并使之连通而形成。结合附图3，附图中的水流面8由枪内壳2的外壁切削而成，水流面8沿轴向分布贯穿枪内壳2，所述水流面8为平面。附图中水流腔3设置12个，包括至少一个的进水通道和至少一个的出水通道，进水通道与出水通道连通形成回路。

上述枪壳体1的外径尺寸同枪壳体1的长度尺寸之比为1:1.5-50。

对照附图3，上述高压循环冷却水流系统的具体结构是：上述枪外壳1的后端面上设置有若干进水口7a和出水口7b，所述进水口7a与水流腔3中的进水通道连接，所述出水口7b与水流腔3中的出水通道连接，所述进水通道与出水通道连通，进水口7a、出水口7b与高压循环冷却水装置循环连接。

上述进水口7a与出水口7b的结构相同，进水通道与出水通道的结构亦相同，仅根据高压循环冷却水的流动方向而定，且可相互转换。

上述进水口7a与出水口7b的数量之和与水流腔的数量相同。

上述高压循环冷却水于进水口7a处的压力为150kpa-1500kpa。

对照附图1和附图2，上述枪外壳1包括前段构件1a和后段构件1b，前段构件1a通过螺纹6或卡扣与后段构件1b连接，所述前段构件1a的前端嵌有等离子弧的喷嘴4，所述高压循环冷却水冷却枪壳体1及喷嘴4。

上述喷嘴4为由耐高温合金材料制成的等离子弧喷嘴，所述喷嘴口的内径尺寸同前段构件的外径之比于1：3-60，高度之比为1:2-100。

对照附图2，为了对特易熔、易变形部件的喷嘴4及前段构件1a的前端面进行更有效冷却，上述前段构件1a的前端设置有与枪内壳2前端相配合的隔离层5，包括设置在前端面的径向隔离层和与枪内壳2内壁接触连接的轴向隔离层，所述喷嘴4嵌在轴向隔离层内，水流腔3沿轴向设置，流经后段构件1b、前段构件1a后抵至径向隔离层再形成回路。

上述径向隔离层的隔距H1为0.1-20mm，上述喷嘴4内腔壁与枪内壳2水流层之间的厚度H2为2-35mm。

对照附图1-3，上述枪内壳2和枪外壳1的安装结构是：上述枪内壳2由枪外壳1的后端插入，枪内壳2的后端面与枪外壳1的后端面之间通过止口结构配合，前段构件1a与后段构件1b之间通过止口结构配合。

上述等离子体弧枪连接于夹套，所述夹套内设置有循环冷却水，夹套的中心为空心腔。

上述枪壳体1外表以螺纹6或卡扣方式连接有耐高温保护层套，对等离子体弧枪伸入特高温环境区域进行保护，所述的耐高温材料为氧化铝，石墨，碳化硅，氧化锆或钨，钼，铼，钽等合金材料。

本发明的使用方式是：将等离子体弧枪体伸入高温反应炉体内，再伸入到金属高温反应器内腔或坩埚内腔，对金属高温反应器或坩埚内的金属材料加热蒸发，来制取金属纳米材料或金属亚微米级粉体材料，所述的金属纳米材料的颗粒d50尺寸于100nm以下，所述的金属亚微米级粉体材料的d50尺寸于100nm-3000nm，等离子体弧的后段构件以及前段构件的外部工作环境温度处于1000摄氏温度-3000摄氏温度。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。