Interfaz de tobera de plasma intercambiable.

Una interfaz para una pistola de plasma de pulverización térmica (20) y un tapón de tobera intercambiable (1) incluyendo:

un receptáculo (10) en dicha pistola de plasma (20), estando fabricado dicho receptáculo (10) al menos parcialmente de un material conductor eléctrico y teniendo una sección de cara (9) y un primer agujero cilíndrico (12) que se extiende desde dentro de dicha pistola de plasma (20) a dicha sección de cara (9);

estando fabricado dicho tapón de tobera (1) de un material conductor eléctrico y teniendo una sección de extremo de acoplamiento (2), una sección de extremo distal, y un segundo agujero cilíndrico (11) que se extiende desde dicha sección de extremo de acoplamiento (2) a dicha sección de extremo distal;

y dicha sección de extremo de acoplamiento (2) y dicha sección de cara (9) están adaptadas, cuando están unidas, para (a) alinear dicho primer agujero cilíndrico (12) y dicho segundo agujero cilíndrico (11) con el fin de formar un paso continuo para que gas de plasma fluya desde dicho primer agujero cilíndrico (12) a través de dicho segundo agujero cilíndrico (11), (b) formar un canal (4) para que fluya líquido refrigerante desde dicha pistola de plasma (20) a través de dicho tapón de tobera (1) y a un recorrido de retorno en dicha pistola de plasma (20), y (c) crear un contacto eléctrico entre dicha pistola de plasma (20) y dicho tapón de tobera (1),

donde

la interfaz tiene la finalidad de recibir dicho tapón de tobera intercambiable (1), y

incluye un conjunto de fijación (3) en dicha pistola de plasma (20) para fijar mecánicamente dicha sección de extremo de acoplamiento (2) a dicha sección de cara (9); caracterizada porque

la interfaz está configurada de modo que el líquido refrigerante procedente de dicha pistola de plasma (20) fluya a través de dicho conjunto de fijación (3) antes de encontrar dicho tapón de tobera (1).

Interfaz de tobera de plasma intercambiable Antecedentes de la invención Campo de la invención La presente invención se refiere en general a equipo para la pulverización térmica de materiales en polvo. Más específicamente, la presente invención se refiere a una pistola pulverizadora térmica que tiene una interfaz para recibir un tapón de tobera según el preámbulo de la reivindicación 1. La invención se refiere además a una tobera intercambiable según el preámbulo de la reivindicación 13. La invención también se refiere a un método de formar una interfaz según el preámbulo de la reivindicación 16.

Descripción de la técnica relacionada Se ha usado una variedad de recubrimientos de pulverización térmica para proteger varios tipos de componentes. Los recubrimientos pueden proporcionar varios beneficios tales como resistencia al desgaste, retardo de corrosión, control de holguras, recuperación de componentes desgastados, resistencia a altas temperaturas y/o mejores propiedades eléctricas. Estos beneficios pueden diferir en base al tipo de material de recubrimiento y cómo se aplican los materiales. Un grupo de recubrimientos por pulverización a los que pertenece en particular la materia de la presente invención, son los aplicados mediante el proceso de pulverización de plasma. Este proceso ha sido usado para aplicar muchos tipos diferentes de recubrimientos en numerosas industrias.

Cada especificación de recubrimiento de material requiere un rango específico de velocidad y temperatura transferidas a la partícula de polvo para lograr las propiedades requeridas del material en la pieza. Una mejor coherencia y eficiencia en la realización de recubrimientos de pulverización térmica siguen siendo un objetivo de la industria.

US-A-5.332.885 y US-A-5.406.046 describen un aparato de pulverización de plasma para rociar material en polvo o gaseoso. El aparato incluye un plasmatrón indirecto para crear una antorcha de plasma alargada. El plasmatrón incluye un conjunto de cátodo, un elemento de ánodo anular situado a distancia del conjunto de cátodo y un canal de plasma que se extiende desde el conjunto de cátodo al elemento de ánodo y que tiene una zona con diámetro reducido situada en la región de la antorcha de plasma. El canal de plasma está delimitado por el elemento de ánodo anular así como por una pluralidad de elementos de neutrodo anulares que están aislados eléctricamente uno de otro. US-A-4.861.962 describe una antorcha de corte por arco de plasma que tiene un protector montado en su extremo inferior adyacente a una pieza de trabajo para impedir que el metal fundido dispersado llegue a la tobera de la antorcha.

La pistola de plasma ha sido usada como una herramienta de proceso en la industria de recubrimientos por pulverización debido al amplio rango de parámetros que se pueden lograr con esta herramienta básica. Un elemento clave de cualquier pistola de plasma es la geometría de la tobera. Las variaciones de la geometría de la tobera pueden permitir que una pistola de plasma proporcione propiedades de recubrimiento a diferentes temperaturas y velocidades del mismo equipo base. Cuando los operadores tienen que aplicar un tipo diferente de recubrimiento por pulverización, a menudo deben usar una tobera diferente. Así una sola pistola de plasma con toberas intercambiables puede servir para múltiples usos y proporcionar potencialmente significativos ahorros de costos en equipo en comparación con las pistolas con una geometría fija de la tobera. Por lo general, las configuraciones de pistola pulverizadora y tobera de la técnica anterior no estaban diseñadas típicamente teniendo en cuenta la intercambiabilidad de la tobera. Las configuraciones de la técnica anterior eran tales que el operador también tendría que cambiar a menudo la pistola pulverizadora propiamente dicha.

Sin embargo, hay varios factores que pueden demostrar que es un reto sustituir la tobera de una pistola de plasma. Las pistolas pulverizadoras de plasma deben realizar varias funciones diferentes con el fin de lograr un proceso de recubrimiento exitoso. Dichas funciones incluyen la alineación apropiada de la tobera pulverizadora así como el sellado del canal a través del que fluyen gases de plasma. Además, la refrigeración de la tobera de pistola durante el proceso de pulverización tiene que evitar el sobrecalentamiento. Así, son esenciales el sellado apropiado del flujo de refrigerante alrededor de la zona de tobera y el sellado adecuado del recorrido de refrigeración. Una conexión eléctrica entre la tobera y la pistola de plasma también tiene que servir como el recorrido de retorno para el flujo de corriente de arco de plasma. La orientación exacta de la posición mecánica, las conexiones eléctricas y las juntas estancas de la cámara de agua se deben lograr para obtener las características de pulverización deseadas.

Una interfaz estándar para cada tobera que asegurase la orientación apropiada de todos los componentes de la pistola de plasma con cada tobera intercambiable, minimizando al mismo tiempo el riesgo de error humano, sería beneficiosa para la industria de recubrimiento por pulverización. La orientación óptima podría ampliar el rango de prestaciones de una sola pistola de plasma de pulverización térmica. Así, subsiste en la técnica la necesidad de una interfaz de tobera estándar para una pistola de plasma de pulverización térmica que proporcione una conexión de

tobera optima, eficiente y repetible para un amplio rango de geometría de las toberas.

Resumen de la invención La invención proporciona una pistola de plasma de pulverización térmica que tiene las características de la reivindicación 1, una tobera intercambiable que tiene las características de la reivindicación 13, y un método de formar una interfaz que tiene las características de la reivindicación 16.

La presente invención satisface dicha necesidad proporcionando una interfaz estándar para proporcionar la posición mecánica, la orientación mecánica, las conexiones eléctricas, y las juntas estancas de la cámara de agua para el intercambio de una variedad de toberas de formación de plasma, cada una asociada con una característica de pluma de plasma específica. La flexibilidad de la unión de la tobera se mejora con respecto a los diseños anteriores proporcionando una configuración de tobera exterior estándar y un conjunto de fijación de tobera en la pistola de plasma de modo que múltiples configuraciones de toberas (que ofrezcan diferentes propiedades de flujo de plasma) se puedan usar fácilmente con los mismos dispositivos.

La interfaz sirve como un método mecánico común de acoplar una tobera intercambiable a un cuerpo de pistola de plasma de pulverización térmica. La tobera puede estar situada de tal manera que los agujeros de acoplamiento del cuerpo de pistola y la tobera transporten la línea de corriente de plasma hasta formar una cámara alineada de forma continua. En la configuración montada, el flujo de agua puede ser transportado desde el cuerpo de pistola, a través de la tobera, y de vuelta a un canal de flujo de agua de retorno. Además, la interfaz proporciona suficiente capacidad de paso de una corriente eléctrica de hasta 800 amperios a hasta 300 voltios entre el cuerpo de pistola y la tobera. La potencia real a través de la interfaz variará dependiendo de los materiales específicos a pulverizar y las características de recubrimiento deseadas.

En una realización de la invención, se facilita una interfaz para una pistola de plasma de pulverización térmica y un tapón de tobera intercambiable. La interfaz incluye un receptáculo en la pistola de plasma, fabricándose el receptáculo al menos parcialmente de un material conductor eléctrico y teniendo una sección de cara y un primer agujero cilíndrico que se extiende desde dentro de dicha pistola de plasma a la sección de cara. El tapón de tobera se fabrica a partir de un material conductor eléctrico y tiene una sección de extremo de acoplamiento, una sección de extremo distal, y un segundo agujero cilíndrico que se extiende desde la sección de extremo de acoplamiento a la sección de extremo distal. La interfaz también incluye un conjunto de fijación en la pistola de plasma para fijar mecánicamente la sección de extremo de acoplamiento a la sección de cara. Cuando están unidas, la sección de extremo de acoplamiento y la sección de cara alinean el primer agujero cilíndrico y el segundo agujero cilíndrico de manera que formen un paso continuo para que fluya gas de plasma desde el primer agujero cilíndrico a través del segundo agujero cilíndrico, forman... [Seguir leyendo]

1. Una interfaz para una pistola de plasma de pulverización térmica (20) y un tapón de tobera intercambiable (1) incluyendo:

un receptáculo (10) en dicha pistola de plasma (20) , estando fabricado dicho receptáculo (10) al menos parcialmente de un material conductor eléctrico y teniendo una sección de cara (9) y un primer agujero cilíndrico (12) que se extiende desde dentro de dicha pistola de plasma (20) a dicha sección de cara (9) ;

estando fabricado dicho tapón de tobera (1) de un material conductor eléctrico y teniendo una sección de extremo de acoplamiento (2) , una sección de extremo distal, y un segundo agujero cilíndrico (11) que se extiende desde dicha sección de extremo de acoplamiento (2) a dicha sección de extremo distal;

y dicha sección de extremo de acoplamiento (2) y dicha sección de cara (9) están adaptadas, cuando están unidas, para (a) alinear dicho primer agujero cilíndrico (12) y dicho segundo agujero cilíndrico (11) con el fin de formar un paso continuo para que gas de plasma fluya desde dicho primer agujero cilíndrico (12) a través de dicho segundo agujero cilíndrico (11) , (b) formar un canal (4) para que fluya líquido refrigerante desde dicha pistola de plasma (20) a través de dicho tapón de tobera (1) y a un recorrido de retorno en dicha pistola de plasma (20) , y (c) crear un contacto eléctrico entre dicha pistola de plasma (20) y dicho tapón de tobera (1) , donde la interfaz tiene la finalidad de recibir dicho tapón de tobera intercambiable (1) , y incluye un conjunto de fijación (3) en dicha pistola de plasma (20) para fijar mecánicamente dicha sección de extremo de acoplamiento (2) a dicha sección de cara (9) ; caracterizada porque la interfaz está configurada de modo que el líquido refrigerante procedente de dicha pistola de plasma (20) fluya a través de dicho conjunto de fijación (3) antes de encontrar dicho tapón de tobera (1) .

2. La interfaz de la reivindicación 1, incluyendo además una junta estanca elástica anular (6) entre dicha sección de cara (9) y dicha sección de extremo de acoplamiento (2) para evitar el escape de líquido refrigerante y/o gas de plasma, donde dicha sección de cara de receptáculo (9) incluye una ranura anular (17) adecuada para fijar dicha junta estanca elástica anular (6) .

3. La interfaz de la reivindicación 2, incluyendo además una junta estanca anular (7) para proteger dicha junta estanca elástica anular (6) contra la exposición al gas de plasma, teniendo dicha junta estanca anular (7) un diámetro interior más pequeño que el de dicha junta estanca elástica anular (6) .

4. La interfaz de la reivindicación 3, incluyendo además al menos una junta estanca de líquido refrigerante (5a) entre dicho tapón de tobera (1) y dicho conjunto de fijación (3) para evitar el escape de líquido refrigerante.

5. La interfaz de la reivindicación 4, donde la sección de extremo de acoplamiento de tapón de tobera (2) es de aproximadamente 29, 90 mm (1, 177 pulgadas) de diámetro y tiene una profundidad suficiente para centrar mecánicamente el tapón de tobera (1) dentro del receptáculo (10) .

6. La interfaz de la reivindicación 5, donde la parte de la sección de cara de receptáculo (9) para recibir la sección de extremo de acoplamiento de tapón de tobera (2) es de aproximadamente 30, 05 mm (1, 183 pulgadas) de diámetro.

7. La interfaz de la reivindicación 4, donde cada una de la sección de extremo de acoplamiento de tapón de tobera

(2) y la sección de cara de receptáculo (9) contiene ranuras (16, 17) de aproximadamente 0, 6 mm (0, 024 pulgadas) de profundo, teniendo dichas ranuras (16, 17) un diámetro interior de aproximadamente 20 mm (0, 787 pulgadas) y un diámetro exterior de aproximadamente 24 mm (0, 945 pulgadas) de manera que sirvan como un asiento para dicha junta estanca elástica anular (6) .

8. La interfaz de la reivindicación 7, donde dicha junta estanca elástica anular (6) tiene un diámetro interior de aproximadamente 20, 3 mm (0, 801 pulgadas) y anchura en sección transversal de aproximadamente 1, 778 mm (0, 07 pulgadas) .

9. La interfaz de la reivindicación 4, donde cada una de la sección de extremo de acoplamiento de tapón de tobera

(2) y la sección de cara de receptáculo (9) contiene agujeros escariados (13, 15) de aproximadamente 0, 3 mm (0, 012 pulgadas) de profundo, teniendo dichos agujeros escariados (13, 15) un diámetro interior de aproximadamente 18 mm (0, 712 pulgadas) de manera que sirvan como un asiento para la junta estanca anular (7) .

10. La interfaz de la reivindicación 9, donde la junta estanca anular (7) tiene un diámetro exterior de aproximadamente 18 mm (0, 709 pulgadas) y una anchura en sección transversal de aproximadamente 0, 9 mm

(0, 035 pulgadas) .

11. La interfaz de la reivindicación 4, donde el primer agujero cilíndrico (12) y el segundo agujero cilíndrico (11) tienen un diámetro de aproximadamente 7 mm (0, 275 pulgadas) a aproximadamente 11 mm (0, 433 pulgadas) en la superficie de acoplamiento entre la sección de extremo de acoplamiento de tobera (2) y la sección de cara de receptáculo (9) .

12. La interfaz de la reivindicación 4, donde el conjunto de fijación (3) es una tuerca de compresión de dos piezas.

13. Una tobera intercambiable para uso con una pistola de plasma (20) que tiene un receptáculo de tapón de tobera

(10) con una sección de cara (9) y una salida de plasma, incluyendo dicha tobera:

un tapón de tobera (1) fabricado a partir de un material conductor eléctrico y que tiene una sección de extremo de acoplamiento (2) , una sección de extremo distal, y un segundo agujero cilíndrico (11) que se extiende desde dicha sección de extremo de acoplamiento (2) a dicha sección de extremo distal, estando configurada dicha tobera para formar una interfaz con dicha pistola de plasma (20) donde dicha sección de extremo de acoplamiento (2) y dicha sección de cara (9) se unen para alinear dicho segundo agujero cilíndrico (11) y la salida de plasma formando un paso continuo para que gas de plasma fluya desde dicha pistola de plasma (20) a través de dicho segundo agujero cilíndrico (11) , y donde la unión de dicha sección de extremo de acoplamiento (2) y dicha sección de cara (9) crea un contacto eléctrico entre dicha pistola de plasma (20) y dicho tapón de tobera (1) , donde el tapón de tobera (1) está adaptado para un conjunto de fijación (3) en dicha pistola de plasma (20) para fijar mecánicamente dicha sección de extremo de acoplamiento (2) a dicha sección de cara (9) , y caracterizada por el hecho de que la unión de dicha sección de extremo de acoplamiento (2) y dicha sección de cara (9) también forma un canal (4) para que líquido refrigerante fluya desde dicha pistola de plasma (20) a través de dicho conjunto de fijación (3) antes de encontrar dicho tapón de tobera (1) , a través de dicho tapón de tobera (1) y a un recorrido de retorno en dicha pistola de plasma (20) .

14. La tobera intercambiable de la reivindicación 13, donde la sección de extremo de acoplamiento (2) es de aproximadamente 29, 90 mm (1, 177 pulgadas) de diámetro y tiene una profundidad suficiente para centrar mecánicamente el tapón de tobera (1) dentro del receptáculo (10) .

15. La interfaz de la reivindicación 13, donde la sección de extremo de acoplamiento (2) contiene una ranura (16) de aproximadamente 0, 6 mm (0, 024 pulgadas) de profundo, teniendo dicha ranura (16) un diámetro interior de aproximadamente 20 mm (0, 787 pulgadas) y un diámetro exterior de aproximadamente 24, 00 mm (0, 945 pulgadas) para que sirvan como un asiento para una junta estanca elástica anular (6) .

16. Un método de formar una interfaz entre una pistola de plasma (20) y una tobera intercambiable (1) , incluyendo:

proporcionar una pistola de plasma (20) que tiene un receptáculo de tapón de tobera (10) y un conjunto de fijación (3) , estando fabricado dicho receptáculo (10) al menos parcialmente de un material conductor eléctrico, teniendo dicho receptáculo (10) una sección de cara (9) y un primer agujero cilíndrico (12) que se extiende desde dentro de dicha pistola de plasma (20) a dicha sección de cara (9) ;

proporcionar un tapón de tobera (1) fabricado de un material conductor eléctrico y que tiene una sección de extremo de acoplamiento (2) , una sección de extremo distal, y un segundo agujero cilíndrico (11) que se extiende desde dicha sección de extremo de acoplamiento (2) a dicha sección de extremo distal; y dicha sección de extremo de acoplamiento (2) y dicha sección de cara (9) se unen para alinear dichos agujeros cilíndricos (11, 12) y la salida de plasma formando un paso para que fluya gas de plasma, y crear un contacto eléctrico entre dicha pistola de plasma (20) y dicho tapón de tobera (1) caracterizado porque el método incluya además:

fijar dicha sección de extremo de acoplamiento (2) a dicha sección de cara (9) con dicho conjunto de fijación (3) , formando un canal (4) para que líquido refrigerante fluya desde dicha pistola de plasma (20) a través de dicho conjunto de fijación (3) antes de encontrar dicho tapón de tobera (1) y a través de dicho tapón de tobera (1) .

17. El método de la reivindicación 16, donde la sección de extremo de acoplamiento (2) es de aproximadamente 29, 90 mm (1, 177 pulgadas) de diámetro y tiene una profundidad suficiente para centrar mecánicamente el tapón de tobera (1) dentro del receptáculo (10) .