[发明专利]用于热喷枪的长寿命喷嘴以及制造和使用其的方法

说明书

热喷枪（1）和/或喷嘴（120）包括喷嘴本体和设置于喷嘴本体内的衬垫材料（123）。喷嘴本体的材料与衬垫材料（123）的材料相比，具有更低的熔化温度。衬垫材料（123）的壁厚（C）具有与喷嘴本体的壁厚（D）有关地确定的或对应的值。替代性地或者另外，喷嘴（120）的一部分的总壁厚与衬垫材料（123）的壁厚（C）的比率具有与衬垫材料（123）的壁厚（C）有关地确定的或对应的值。

相关申请的交叉引用

本申请是国际PCT申请，该国际PCT申请基于并且要求2013年1月31日提交的美国临时申请序号61/759,086的权益，该临时申请的公开内容由此通过引用被全部明确地并入本文中。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

不适用。

对光盘附录的引用

不适用。

背景技术

热喷枪中使用的喷嘴通常用衬垫材料或衬套作内衬，以便促进更长的硬件寿命。常用的衬垫材料是钨（W）。历史上，钨衬垫的壁厚是随意设置的，即基于下述这样的考虑，例如使用常规或标准直径的钨坯用于喷嘴孔直径的完整系列，其中主要关注的是制造容易。因此，没有试图研究或优化衬垫材料的诸如衬垫壁厚这样的特性。用于衬垫材料的典型的钨材料通常选择为与用于等离子枪阴极（即阴极电极）的钨材料相同。做出这种选择还出于制造容易的原因，因为它只需要单一材料的来源。

尽管与没有这种衬垫材料的喷嘴相比时，钨衬垫等离子枪喷嘴的寿命提高，然而它们会遭受裂缝甚至是破坏。裂缝被认为由钨内出现的高的局部热应力引起，并且在等离子枪操作时随时间恶化。裂缝典型地出现在已知为电弧附着带的区域或地带，这将在下文参照图3进行描述。这是一个在等离子电弧从阴极的尖部区域放电之后与衬垫材料的内表面实现电接触的地带。就是钨衬垫的这个地带被认为经历最大的热应力。

在大多数情况下，裂缝与枪（或钨衬垫）的孔轴向对齐。这些轴向裂缝（见图3中的附图标记AC）可能对总的硬件寿命以及对电弧行为有影响。然而，在一些情况下，裂缝可能替代地形成为在等离子喷嘴孔（参见图3中的附图标记LF）内沿圆周方向取向。这些裂缝比轴向裂缝更有问题，并且与钨衬垫的灾难性破坏关联；在这样的灾难性破坏中，衬垫的一些部分实际上与衬垫材料分离，进入等离子流，甚至可能被引入（或污染）由等离子喷枪敷涂的基底的涂层。至少，这些圆周裂缝的存在对等离子电弧稳定性有很大的不利影响——导致了比轴向裂缝所产生的影响甚至更大的影响。为了防止这种情况，喷嘴典型地按照具有一定规则的原理来更换；但这增加了涂层的制造成本。

由于没有一种方式来预测更会造成问题的圆周裂缝的可能性以及衬垫材料的最终灾难性破坏，所以操作配备有这种喷嘴的等离子枪的人员必须额外努力检查潜在裂缝的迹象——有时候这可以通过监控等离子枪的电压行为来检测。基于这些迹象，操作者通常停止敷涂过程，用新的喷嘴更换此喷嘴。这种不可预测性至少有降低钨衬垫喷嘴的操作寿命优势的影响。

因此，还需要改进等离子枪硬件的一致性、可预测性和操作寿命以及总的枪性能。要做到这一点的一种方式是降低喷嘴衬垫或喷嘴孔内裂缝的可能性。

发明内容

根据一个非限制性实施例，提供了一种热电或热喷枪或系统，其克服了传统或现有系统的一个或多个缺点，和/或降低了喷嘴孔内，特别是作为喷嘴孔内衬的衬垫材料内的裂缝或裂纹形成的可能性。

根据一个非限制性实施例，提供了一种包括改进的衬垫材料的热喷枪，所述热喷枪具有明显更长的操作寿命和/或降低的裂缝形成的可能性。

根据一个非限制性实施例，提供了一种用于热喷枪的喷嘴，包括为喷嘴本体制作的衬垫材料壁厚（至少沿孔的预定轴向长度），使得在电弧附着带的区域中不产生大的热应力。