CN114226741A - 一种电预热式等离子体雾化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电预热式等离子体雾化装置，包含至少两组丝材、一个电源和至少一个等离子体射流发生器，两组丝材的一端相交于等离子体射流发生器的喷口处，每组丝材分别通过送丝机构向等离子体射流发生器的喷口处不间断送料，一个电源的两极分别与两组丝材滑触连接。本发明利用钛合金丝材导热性差、电阻率高的特性，采用两组丝材配合电源进行短路加热，丝材加热速度快、热损耗小，提高了能量的利用率。

Description

一种电预热式等离子体雾化装置

技术领域

本发明涉及一种等离子体雾化装置，特别是一种电预热式等离子体雾化装置，属于3D增材制造技术领域。

背景技术

3D打印金属材料被广泛应用于航空航天、化工、医疗器械等领域。目前国内企业生产金属粉末的主要方法有真空气雾化（VIGA）、电极感应熔炼气雾化法（EIGA）、等离子旋转电极法（PREP）和等离子体雾化法（PA）。气雾化法生产效率高，但制得的粉末产品粒度分布范围宽，球形度差；等离子旋转电极雾化法制得的粉末产品球形度高，表面光滑，但平均粒径较大，细粉收得率低。

等离子体雾化法利用高温高速等离子体射流的热能将金属材料熔融，随后利用射流的机械能将熔融金属破碎、雾化，雾化液滴下落过程中在表面张力的作用下最终冷凝成球形颗粒。所产粉末具有粒径分布集中、流动性好、纯净度高等优点。但等离子体雾化法能效较低。原因在于金属材料熔融需要大量热量，而材料与等离子体射流接触时间极短，等离子体射流的热能未能被充分用于材料加热，反而需要额外的辅助热源。

专利CN108025364A采用一丝三炬的炬-丝结构，利用感应加热对金属丝材进行预加热，单位能耗31.2 kWh/kg；专利TW202012074A 采用一炬双丝的炬-丝结构，利用电弧加热对金属丝材进行预加热，单位能耗降低至4 kWh/kg。钛合金一般无磁或弱磁，利用电磁感应加热只能依靠涡流损耗发热，因此对比磁性材料加热效率低、功耗大，且设备较复杂；而电弧加热速度快，效率较高，但会增加接触区域等离子体射流与电弧的不稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电预热式等离子体雾化装置，提高金属丝材预热效率和丝材气雾化整体的能耗利用率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种电预热式等离子体雾化装置，其特征在于：包含至少两组丝材、一个电源和至少一个等离子体射流发生器，两组丝材的一端相交于等离子体射流发生器的喷口处，每组丝材分别通过送丝机构向等离子体射流发生器的喷口处不间断送料，一个电源的两极分别与两组丝材滑触连接。

进一步地，所述送丝机构包含丝材放卷装置和送丝装置，丝材放卷装置包含丝材盘、放卷支架、放卷转轴，放卷转轴的一端转动设置在放卷支架上，丝材盘中心通孔套设在放卷转轴上且放卷转轴的另一端端部设置有外螺纹，螺母套设在放卷转轴的另一端与放卷转轴螺纹连接将丝材盘锁紧固定。

进一步地，所述送丝装置包含送丝底座、升降压块、第一送丝轮、第二送丝轮、送丝电机、第一压轮、第二压轮、第一滑竿、第二滑竿、第一弹簧和第二弹簧，送丝底座的上端开有沿竖直方向的滑槽，升降压块滑动设置在送丝底座的滑槽内，第一送丝轮和第二送丝轮并列设置在送丝底座上并且第一送丝轮和第二送丝轮均通过皮带与固定在送丝底座下侧的送丝电机连接，第一压轮和第二压轮转动设置在升降压块上且第一压轮位于第一送丝轮上侧，第二压轮位于第二送丝轮上侧，第一滑竿和第二滑竿的下端固定在升降压块上侧且第一滑竿和第二滑竿的上端穿过送丝底座上端与送丝底座滑动设置，第一弹簧套设在第一滑竿上，第二弹簧套设在第二滑竿上。

进一步地，所述送丝机构还包含丝材校直机构，丝材校直机构包含校直支架、多个上侧校直轮、多个下侧校直轮，多个上侧校直轮沿水平方向等间距设置在校直支架上，多个下侧校直轮沿水平方向等间距设置在校直支架上且多个下侧校直轮与多个上侧校直轮相互错开，多个上侧校直轮和多个下侧校直轮的每个校直轮上均设置有螺杆调节机构。

进一步地，所述螺杆调节机构包含校直轮滑块、竖直螺杆和螺杆旋钮，校直支架的后侧开有沿竖直方向的滑槽，校直轮滑块滑动设置在滑槽内，竖直螺杆的一端转动设置在校直轮滑块上侧，竖直螺杆另一端穿过校直支架端面与校直支架螺纹连接，螺杆旋钮固定在竖直螺杆另一端端部。

进一步地，所述电源包含低压大电流变压器和导电端子，低压大电流变压器的初级线圈的两端分别连接220V市电的零线和火线，低压大电流变压器的次级线圈的两端分别连接一个导电端子，导电端子滑动设置在两组丝材上。

进一步地，所述导电端子包含钩状主体，钩状主体上端钩体的内径与丝材的直径匹配，钩状主体上端钩设在丝材的外侧，钩状主体下端通过粗铜带或者铜条与低压大电流变压器的次级线圈的两端连接。

进一步地，所述钩状主体上端端部还设置有一个钩牙，钩牙的一端铰接在钩状主体上端端部并且钩牙与钩状主体的铰轴上设置有扭簧。

进一步地，所述电源与导电端子之间回路上还设置有电流表和电源指示灯。

进一步地，还包含两根刚玉套管，两根刚玉套管沿两组丝材的输送方向设置且刚玉套管固定在雾化装置的壳体上。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、本发明利用钛合金丝材导热性差、电阻率高的特性，采用两组丝材配合电源进行短路加热，丝材加热速度快、热损耗小，提高了能量的利用率；

2、本发明电源只需要采用工频电源，加热结构简单，而且加热的温度容易控制；

3、本发明丝材端部你能够更加靠近等离子体射流发生器的中心，热利用率更好，而且丝材接触面积小，接触电阻至少为正常情况下的50倍，通入大电流时，接触区域发热更快更严重，能最先达到预热的目标问题，提高加热效率；而且电流大而接触面积小时，面电荷密度较高，液滴形成时电荷相互作用的排斥力能抵消一部分表面张力，减小雾化阻力，同时还能够减小粉末粒径，得到更细的雾化粉末。

附图说明

图1是本发明的一种电预热式等离子体雾化装置的示意图。

图2是本发明的一种电预热式等离子体雾化装置的俯视图。

图3是本发明的送丝装置的示意图。

图4是本发明的送丝机构和丝材校直机构的示意图。

图5是本发明的电源的示意图。

图6是本发明的导电端子的示意图。

具体实施方式

为了详细阐述本发明为达到预定技术目的而所采取的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例，并且，在不付出创造性劳动的前提下，本发明的实施例中的技术手段或技术特征可以替换，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1和2所示，本发明的一种电预热式等离子体雾化装置，包含至少两组丝材1、一个电源2和至少一个等离子体射流发生器3，两组丝材1的一端相交于等离子体射流发生器3的喷口处，每组丝材1分别通过送丝机构向等离子体射流发生器3的喷口处不间断送料，一个电源2的两极分别与两组丝材1滑触连接。这样，电源2与两组丝材1构成了一个完整的回路，由于钛合金丝材本身的导热性能差、电阻率高，这样可以直接将丝材1构成的回路视为电阻，电源对电阻通电进行加热，而这样的加热方式对电能的利用率极高，加热速度快，能量利用率高，而且整体的结构及其简单，相对于电磁加热等方式，大大降低了成本而且预热的效果更好。

如图3所示，送丝机构包含丝材放卷装置4和送丝装置5，丝材放卷装置4包含丝材盘6、放卷支架7、放卷转轴8，放卷转轴8的一端转动设置在放卷支架7上，丝材盘6中心通孔套设在放卷转轴8上且放卷转轴8的另一端端部设置有外螺纹，螺母套设在放卷转轴8的另一端与放卷转轴8螺纹连接将丝材盘6锁紧固定。

如图4所示，送丝装置5包含送丝底座9、升降压块10、第一送丝轮11、第二送丝轮12、送丝电机13、第一压轮14、第二压轮15、第一滑竿16、第二滑竿17、第一弹簧18和第二弹簧19，送丝底座9的上端开有沿竖直方向的滑槽，升降压块10滑动设置在送丝底座9的滑槽内，第一送丝轮11和第二送丝轮12并列设置在送丝底座9上并且第一送丝轮11和第二送丝轮12均通过皮带与固定在送丝底座9下侧的送丝电机13连接，第一压轮14和第二压轮15转动设置在升降压块10上且第一压轮14位于第一送丝轮11上侧，第二压轮15位于第二送丝轮12上侧，第一滑竿16和第二滑竿17的下端固定在升降压块10上侧且第一滑竿16和第二滑竿17的上端穿过送丝底座9上端与送丝底座9滑动设置，第一弹簧18套设在第一滑竿16上，第二弹簧19套设在第二滑竿17上。通过第一弹簧18和第二弹簧19对升降压块10施加向下的弹力，从而使第一压轮14和第二压轮15分别压在第一送丝轮11和第二送丝轮12上，保证送丝不打滑。

送丝机构还包含丝材校直机构20，丝材校直机构20包含校直支架21、多个上侧校直轮22、多个下侧校直轮23，多个上侧校直轮22沿水平方向等间距设置在校直支架21上，多个下侧校直轮23沿水平方向等间距设置在校直支架32上且多个下侧校直轮23与多个上侧校直轮22相互错开，多个上侧校直轮22和多个下侧校直轮23的每个校直轮上均设置有螺杆调节机构。螺杆调节机构包含校直轮滑块24、竖直螺杆25和螺杆旋钮26，校直支架21的后侧开有沿竖直方向的滑槽，校直轮滑块24滑动设置在滑槽内，竖直螺杆25的一端转动设置在校直轮滑块24上侧，竖直螺杆25另一端穿过校直支架21端面与校直支架21螺纹连接，螺杆旋钮26固定在竖直螺杆25另一端端部。通过上下两组校直轮22对丝材进行校直，并且通过螺杆调节机构随时调整每个校直轮的高度，从而保证最终的校直效果。

如图5和图6所示，电源2包含低压大电流变压器27和导电端子28，低压大电流变压器27的初级线圈的两端分别连接220V市电的零线和火线，低压大电流变压器27的次级线圈的两端分别连接一个导电端子28，导电端子28滑动设置在两组丝材1上。导电端子28包含钩状主体29，钩状主体29上端钩体的内径与丝材1的直径匹配，钩状主体29上端钩设在丝材1的外侧，钩状主体29下端通过粗铜带或者铜条与低压大电流变压器的次级线圈的两端连接。钩状主体29上端端部还设置有一个钩牙30，钩牙30的一端铰接在钩状主体29上端端部并且钩牙30与钩状主体29的铰轴上设置有扭簧。电源2与导电端子28之间回路上还设置有电流表31和电源指示灯32，可以通过电流表31实时监测电流强度，从而方便对电源功率进行控制，从而控制预热加热的温度，电源指示灯32则可以直观地看到电源知否构成回路，若指示灯不亮，则说明丝材端部不接触或者端子与丝材接触不亮，需要及时进行调整。

本发明的一种电预热式等离子体雾化装置还包含两根刚玉套管33，两根刚玉套管33沿两组丝材的输送方向设置且刚玉套管33固定在雾化装置的壳体上。两根刚玉套管33之间的夹角α为30-90°，通过刚玉套管33将丝材1固定住，使丝材1不发生经线的位移和弯曲。刚玉套管33由炉外伸到炉内，炉外长约1m，中间用法兰密封固定在雾化装置壳体的炉盖上，并保证两根丝材1的相交的触点位于等离子体射流发生器喷口的正下方50mm以内。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电预热式等离子体雾化装置，其特征在于：包含至少两组丝材、一个电源和至少一个等离子体射流发生器，两组丝材的一端相交于等离子体射流发生器的喷口处，每组丝材分别通过送丝机构向等离子体射流发生器的喷口处不间断送料，一个电源的两极分别与两组丝材滑触连接。

2.根据权利要求1所述的一种电预热式等离子体雾化装置，其特征在于：所述送丝机构包含丝材放卷装置和送丝装置，丝材放卷装置包含丝材盘、放卷支架、放卷转轴，放卷转轴的一端转动设置在放卷支架上，丝材盘中心通孔套设在放卷转轴上且放卷转轴的另一端端部设置有外螺纹，螺母套设在放卷转轴的另一端与放卷转轴螺纹连接将丝材盘锁紧固定。

3.根据权利要求2所述的一种电预热式等离子体雾化装置，其特征在于：所述送丝装置包含送丝底座、升降压块、第一送丝轮、第二送丝轮、送丝电机、第一压轮、第二压轮、第一滑竿、第二滑竿、第一弹簧和第二弹簧，送丝底座的上端开有沿竖直方向的滑槽，升降压块滑动设置在送丝底座的滑槽内，第一送丝轮和第二送丝轮并列设置在送丝底座上并且第一送丝轮和第二送丝轮均通过皮带与固定在送丝底座下侧的送丝电机连接，第一压轮和第二压轮转动设置在升降压块上且第一压轮位于第一送丝轮上侧，第二压轮位于第二送丝轮上侧，第一滑竿和第二滑竿的下端固定在升降压块上侧且第一滑竿和第二滑竿的上端穿过送丝底座上端与送丝底座滑动设置，第一弹簧套设在第一滑竿上，第二弹簧套设在第二滑竿上。

4.根据权利要求3所述的一种电预热式等离子体雾化装置，其特征在于：所述送丝机构还包含丝材校直机构，丝材校直机构包含校直支架、多个上侧校直轮、多个下侧校直轮，多个上侧校直轮沿水平方向等间距设置在校直支架上，多个下侧校直轮沿水平方向等间距设置在校直支架上且多个下侧校直轮与多个上侧校直轮相互错开，多个上侧校直轮和多个下侧校直轮的每个校直轮上均设置有螺杆调节机构。

5.根据权利要求4所述的一种电预热式等离子体雾化装置，其特征在于：所述螺杆调节机构包含校直轮滑块、竖直螺杆和螺杆旋钮，校直支架的后侧开有沿竖直方向的滑槽，校直轮滑块滑动设置在滑槽内，竖直螺杆的一端转动设置在校直轮滑块上侧，竖直螺杆另一端穿过校直支架端面与校直支架螺纹连接，螺杆旋钮固定在竖直螺杆另一端端部。

6.根据权利要求1所述的一种电预热式等离子体雾化装置，其特征在于：所述电源包含低压大电流变压器和导电端子，低压大电流变压器的初级线圈的两端分别连接220V市电的零线和火线，低压大电流变压器的次级线圈的两端分别连接一个导电端子，导电端子滑动设置在两组丝材上。

7.根据权利要求6所述的一种电预热式等离子体雾化装置，其特征在于：所述导电端子包含钩状主体，钩状主体上端钩体的内径与丝材的直径匹配，钩状主体上端钩设在丝材的外侧，钩状主体下端通过粗铜带或者铜条与低压大电流变压器的次级线圈的两端连接。

8.根据权利要求7所述的一种电预热式等离子体雾化装置，其特征在于：所述钩状主体上端端部还设置有一个钩牙，钩牙的一端铰接在钩状主体上端端部并且钩牙与钩状主体的铰轴上设置有扭簧。

9.根据权利要求6所述的一种电预热式等离子体雾化装置，其特征在于：所述电源与导电端子之间回路上还设置有电流表和电源指示灯。

10.根据权利要求1所述的一种电预热式等离子体雾化装置，其特征在于：还包含两根刚玉套管，两根刚玉套管沿两组丝材的输送方向设置且刚玉套管固定在雾化装置的壳体上。

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