Appareil comprenant un pistolet à détonation destiné à communiquer de l'énergie à une matière pulvérulente Le brevet principal se rapporte à un appareil comprenant un pistolet à détonation destiné à com muniquer de l'énergie à une matière pulvérulente, notamment pour le revêtement d'objets avec diffé rents métaux, des alliages métalliques ou des com posés métalliques réfractaires tels que du carbure de tungstène.
Cet appareil comprend un pistolet à détonation comprenant un canon allongé ouvert à une extrémité et muni à son autre extrémité d'un dispositif comprenant une soupape pour l'introduc tion dans le canon de charges successives d'un mé lange gazeux détonant et un moyen d'allumage des- dites charges à des intervalles successifs, le canon étant muni en outre d'un tube d'entrée de la matière pulvérulente communiquant avec l'intérieur dudit canon, caractérisé en ce que ledit tube d'entrée de la matière pulvérulente pénètre axialement à l'inté rieur du canon à partir de l'extrémité de chargement de ce dernier.
Comme l'alimentation en matière pulvérulente, dans un appareil de ce genre, est interrompue seule ment par la pression des détonations vers l'arrière, il est difficile d'empêcher qu'une quantité appréciable de matière pulvérulente ne soit perdue. En outre, la matière pulvérulente est toujours répartie dans le mélange gazeux dans, la même proportion sur la longueur du canon, de sorte qu'aucun réglage n'est possible quant à la durée pendant laquelle la matière pulvérulente est soumise à l'énergie de détonation à l'intérieur du canon.
La présente invention a pour objet un appareil de ce type, qui est caractérisé par le fait que le tube d'entrée de la matière pulvérulente qui pénètre à l'intérieur du canon est relié à des moyens d'alimen- tation comportant un dispositif à pulsation agencé de manière à débiter la matière pulvérulente à des intervalles de temps réglés par rapport à l'introduc tion dans le canon des charges successives du mé lange gazeux détonant et par rapport à l'allumage desdites charges.
Avec cette alimentation en matière pulvérulente par pulsation, une quantité moindre de matière pul vérulente est perdue et la position de cette matière dans le canon du pistolet au moment de la détona tion est commandée, ce qui assure un contrôle plus grand du processus de revêtement. L'alimentation par pulsation permet également l'application d'autres matières de revêtement, ayant des températures de fusion différentes, en changeant la position de la -ma tière pulvérulente dans le canon au moment de la détonation.
Ceci modifie à la fois la durée pendant laquelle de la chaleur est appliquée aux particules et la vitesse à laquelle les particules frappent le métal à revêtir.
Les dessins annexés représentent, à titre d'exem ple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention. La fig. 1 montre schématiquement, en coupe verticale, un appareil comprenant un pistolet à déto nation. La fig. 2 est une comparaison schématique de l'effet de pulsation sur le revêtement.
La fig. 3 est une coupe verticale d'un dispositif destiné à débiter la poudre par pulsation dans l'ap pareil représenté sur la fig. 1.
Comme on le voit sur la fig. 1, un gaz combus tible, par exemple de l'acétylène, est envoyé à tra- vers un tuyau 10, et un gaz oxydant, par exemple de l'air, est envoyé à travers un, tuyau 11 dans une chambre de mélange 12 où ils forment un mélange d'alimentation gazeux détonant. La chambre 12 constitue aussi une chambre d'allumage munie d'une bougie d'allumage 15. L'allumage de la bougie 15 allume le mélange détonant, ce qui conduit à la for mation d'une onde de détonation qui se déplace à travers le canon 16 du pistolet et sort par son ex trémité ouverte. L'allumage de la bougie d'allumage 15 se fait au moyen d'une bobine d'induction 17, d'une pile 18 et d'un rupteur à came 19.
La fré quence de l'allumage est réglée par un moteur à vitesse variable 20 actionnant la came du rupteur 19.
Pour réaliser une fermeture hermétique des con duits d'arrivée du gaz, des clapets 25 sont action nés par le moteur 20 et une came 27 pour obtenir la fréquence voulue d'ouverture et de fermeture des clapets. Un tube à poudre 28 est représenté, qui se termine entre la chambre d'allumage 12 et l'extré mité ouverte du canon 16 du pistolet. La poudre est débitée par une trémie à poudre 30, montée dans un bâti 32 et pourvue d'un vibrateur de trémie 33. La trémie 30 envoie la poudre, à travers une cloi son 34,à un distributeur à vibration 35 situé dans une chambre inférieure du bâti 32, alimentée avec un gaz inerte tel que de l'azote, par une entrée 36.
Le distributeur 35 refoule la poudre vers un dispo sitif de pulsation de la poudre par l'intermédiaire d'un bec 37.
Le dispositif de pulsation de la poudre est cons titué par une petite cuvette 3 8 au fond de laquelle se trouve un tiroir 39. Ce tiroir 39 est animé d'un mouvement alternatif et entrainé par un solénoïde 40 qui, à son tour, est excité par l'intermédiaire d'un rupteur à came 42. Pour actionner ce rupteur, une came 43 est montée sur le même arbre que la came 27 et la came du rupteur 19.
A chaque cycle, le tiroir 39 s'ouvre et se ferme une fois, en laissant tomber la poudre qui s'est amassée dans la cuvette 38 dans un entonnoir à poudre 44,à partir duquel la poudre est refoulée dans le tube à poudre 28 où elle est transportée vers le canon ouvert, par le gaz porteur. Si l'on ne prévoyait pas un dispositif spécial, la pression atteinte dans le pistolet à détonation au moment de l'allumage pourrait se développer vers l'arrière à travers le tube d'alimentation de poudre et souffler la poudre sortant du dispositif de pulsa tion, ce qui détruirait tous les effets résultant de la pulsation.
Pour empêcher que cette contre-pression vers l'arrière n'atteigne le distributeur, une soupape de contrôle 45, actionnée par un solénoïde, est montée dans le tube à poudre entre le bâti 32 et le pistolet. Cette soupape est commandée par un rupteur 46 actionné par la même came 43 que le rupteur 42. Le rupteur 46 est synchronisé avec la came pour fer- mer la soupape de contrôle 45 juste avant l'étincelle et l'ouvrir aussitôt après que la détonation s'est pro duite.
Un dispositif pour l'alimentation en poudre par pulsation dans un pistolet à détonation est représenté sur la fig. 3. La poudre est entraînée dans un cou rant d'un gaz porteur tel que de l'azote et est débi tée à une vitesse constante dans un tube 50. Un cou rant d'azote ayant sensiblement la même vitesse est envoyé dans un tube parallèle 52. Les extrémités d'entrée de ces tubes sont montées au moyen d'un support 55 de façon à pouvoir pivoter dans un bâti 54 et sont étanches aux gaz.
Les extrémités de sor tie de ces tubes sont portées par une tige 56 qui est supportée, de manière à pouvoir se déplacer d'un mouvement alternatif et de manière étanche aux gaz, par un diaphragme 57 monté dans la partie supé rieure du bâti 54. Cette tige 56 est commandée par une came 59 en contact avec un poussoir 58, cette came étant entraînée par une courroie 60 à partir de l'arbre du moteur 20.
La came 59 met en mouvement la tige 56 à des intervalles de temps réguliers. Les extrémités ouver tes des tubes 50 et 52 viennent se placer alternative ment en face de l'extrémité d'entrée du tuyau d'in troduction de la poudre 28. Ainsi, une certaine quan tité de poudre est introduite dans le canon 16 du pistolet à des intervalles régulièrement espacés. Le dispositif est réglé de telle manière que la poudre passe dans le canon du pistolet seulement pendant le laps de temps ou une fraction de celui-ci où du gaz combustible s'écoule aussi dans le canon du pis tolet. Lorsque le canon est purgé avec de l'azote envoyé par le tube 52, le courant continu de poudre provenant du tube 50 est recueilli dans le fond de la trémie du bâti 54.
On a constaté que la durée de la pulsation aug mente en traversant le tube à poudre 28. Il faut, par conséquent, que le temps pendant lequel le tube d'alimentation de poudre 50 se trouve en regard du tube 28 soit relativement court pour pouvoir main tenir des durées de pulsation correspondant à 200 de la came ou moins. La fraction du cycle de fonc tionnement, pendant laquelle la poudre pénètre dans le canon du pistolet, est appelée la durée de la pul sation. Cette durée est exprimée en général en degrés de l'angle de came, l'angle total d'un allumage à l'autre étant de 360o.
On a fait fonctionner un dispositif d'alimentation par pulsation du type représenté sur la fig. 3 de la manière suivante. Du carbure de tungstène fondu finement divisé (les dimensions de la plus grande partie des particules étaient de 10 à 40 microns) con tenant, en dehors du tungstène, environ 9 a/o de cobalt et 4 % de carbone, était introduit au taux d'environ 3,85 kg par heure dans un courant d'azote de 5,7 litres par minute, et passait alors de façon continue dans le tube à poudre 50. Un courant d'azote de 11,3 litres par minute passait aussi de façon continue dans le tube 52.
Les tubes 50 et 52 passaient alternativement dans l'alignement de l'axe du tube d'alimentation 28 relié à un pistolet à déto nation de façon à donner environ quatre pulsations d'alimentation de poudre par seconde. La quantité de poudre qui traversait le tube 50 pendant la partie du cycle où elle n'est pas projetée dans le tube 28 était rassemblée et s'élevait à 40 % de la quantité totale de poudre fournie. Le rendement obtenu pour l'application du revêtement était ainsi augmenté de 400/0. Le pistolet à détonation utilisé fonctionnait avec 77,9 litres par minute environ d'acétylène et autant d'oxygène. Le pistolet était allumé quatre fois par seconde.
Une couche 71 de carbure de tungstène d'environ 1,5 mm d'épaisseur, adhérente, dense et lisse, était déposée à une cadence d'environ 6,45 cm2 par minute sur une surface d'acier 70 placée à envi ron 7,6 cm de l'extrémité ouverte du pistolet.
La tendance d'un enduit déposé sur une surface verticale, à s'épaissir sur les bords inférieurs, aux dépens des parties supérieures (fig. 2A), qu'on pou vait remarquer avec une alimentation de poudre continue, n'apparaissait plus (fig. 2B), lorsque la poudre était appliquée par pulsations au moyen de l'appareil décrit.
Apparatus comprising a detonation gun intended to impart energy to a pulverulent material The main patent relates to an apparatus comprising a detonation gun intended to impart energy to a pulverulent material, in particular for coating objects with various metals, metal alloys or refractory metal compounds such as tungsten carbide.
This apparatus comprises a detonation pistol comprising an elongated barrel open at one end and provided at its other end with a device comprising a valve for the introduction into the barrel of successive charges of a detonating gas mixture and a means of ignition of said charges at successive intervals, the barrel being further provided with an inlet tube for the powder material communicating with the interior of said barrel, characterized in that said inlet tube for the powder material penetrates axially inside the barrel from the loading end of the latter.
Since the supply of powder material in such an apparatus is interrupted only by the pressure of the rearward detonations, it is difficult to prevent an appreciable amount of powder material from being lost. Further, the pulverulent material is always distributed in the gas mixture in the same proportion over the length of the barrel, so that no adjustment is possible as to the time during which the pulverulent material is subjected to the energy of. detonation inside the barrel.
The present invention relates to an apparatus of this type, which is characterized in that the inlet tube for the pulverulent material which penetrates inside the barrel is connected to supply means comprising a device to pulsation arranged so as to deliver the pulverulent material at time intervals adjusted with respect to the introduction into the barrel of the successive charges of the detonating gaseous mixture and with respect to the ignition of said charges.
With this pulsating powdery material feed, less pulverulent material is wasted and the position of this material in the gun barrel at the time of detonation is controlled, providing greater control of the coating process. The pulsating feed also allows the application of other coating materials, having different melting temperatures, by changing the position of the powder material in the barrel at the time of detonation.
This changes both the length of time heat is applied to the particles and the rate at which the particles strike the metal to be coated.
The appended drawings show, by way of example, one embodiment of the object of the invention. Fig. 1 shows schematically, in vertical section, an apparatus comprising a detonation gun. Fig. 2 is a schematic comparison of the effect of pulsation on the coating.
Fig. 3 is a vertical section of a device intended to deliver the powder by pulsation in the apparatus shown in FIG. 1.
As seen in fig. 1, a combustible gas, for example acetylene, is sent through a pipe 10, and an oxidizing gas, for example air, is sent through a pipe 11 into a mixing chamber 12. where they form an explosive gas feed mixture. The chamber 12 also constitutes an ignition chamber provided with a spark plug 15. The ignition of the spark plug 15 ignites the detonating mixture, which leads to the formation of a detonation wave which travels through it. barrel 16 of the pistol and comes out through its open end. The ignition of the spark plug 15 is done by means of an induction coil 17, a battery 18 and a cam breaker 19.
The frequency of the ignition is regulated by a variable speed motor 20 actuating the cam of the breaker 19.
To achieve a hermetic closure of the gas inlet pipes, valves 25 are actuated by the motor 20 and a cam 27 to obtain the desired frequency of opening and closing of the valves. A powder tube 28 is shown which terminates between the ignition chamber 12 and the open end of the gun barrel 16. The powder is delivered by a powder hopper 30, mounted in a frame 32 and provided with a hopper vibrator 33. The hopper 30 sends the powder, through a sound wall 34, to a vibration distributor 35 located in a chamber. lower frame 32, supplied with an inert gas such as nitrogen, through an inlet 36.
The distributor 35 delivers the powder to a device for pulsing the powder via a nozzle 37.
The powder pulsation device is constituted by a small bowl 38 at the bottom of which is a drawer 39. This drawer 39 is driven by a reciprocating motion and driven by a solenoid 40 which, in turn, is energized. via a cam breaker 42. To actuate this breaker, a cam 43 is mounted on the same shaft as the cam 27 and the cam of the breaker 19.
With each cycle, the drawer 39 opens and closes once, dropping the powder which has collected in the bowl 38 into a powder funnel 44, from which the powder is discharged into the powder tube 28 where it is transported to the open barrel, by the carrier gas. If a special device was not provided, the pressure reached in the detonation gun at the time of ignition could build up backwards through the powder feed tube and blow the powder out of the pulsa device. tion, which would destroy any effects resulting from the pulsation.
To prevent this back pressure from reaching the dispenser, a control valve 45, actuated by a solenoid, is mounted in the powder tube between the frame 32 and the gun. This valve is controlled by a breaker 46 actuated by the same cam 43 as the breaker 42. The breaker 46 is synchronized with the cam to close the control valve 45 just before the spark and open it immediately after the detonation. happened.
A device for the supply of powder by pulsation into a detonation gun is shown in fig. 3. The powder is entrained in a stream of a carrier gas such as nitrogen and is delivered at a constant speed through a tube 50. A stream of nitrogen having substantially the same speed is sent through a tube. parallel 52. The inlet ends of these tubes are mounted by means of a support 55 so as to be able to pivot in a frame 54 and are gas-tight.
The outlet ends of these tubes are carried by a rod 56 which is supported, so as to be able to move in a reciprocating motion and in a gas-tight manner, by a diaphragm 57 mounted in the upper part of the frame 54. This rod 56 is controlled by a cam 59 in contact with a pusher 58, this cam being driven by a belt 60 from the shaft of the motor 20.
Cam 59 sets rod 56 in motion at regular time intervals. The open ends of the tubes 50 and 52 come to be placed alternately in front of the inlet end of the powder introduction pipe 28. Thus, a certain quantity of powder is introduced into the barrel 16 of the pistol. at evenly spaced intervals. The device is set so that the powder passes through the barrel of the gun only during the time or a fraction of it where combustible gas also flows into the barrel of the udder. When the barrel is purged with nitrogen sent through tube 52, the continuous stream of powder from tube 50 is collected in the bottom of the frame hopper 54.
It has been found that the duration of the pulsation increases as it passes through the powder tube 28. It is therefore necessary that the time during which the powder supply tube 50 is located opposite the tube 28 is relatively short in order to be able to hand hold pulse times corresponding to 200 of the cam or less. The fraction of the operating cycle, during which powder enters the gun barrel, is called the pulse duration. This duration is generally expressed in degrees of the cam angle, the total angle from one ignition to the next being 360o.
A pulsation feeder of the type shown in FIG. 3 as follows. Finely divided molten tungsten carbide (the dimensions of most of the particles were 10 to 40 microns) containing, apart from the tungsten, about 9% cobalt and 4% carbon, was introduced at the rate of d. 'approximately 3.85 kg per hour in a nitrogen stream of 5.7 liters per minute, and then passed continuously through the powder tube 50. A nitrogen stream of 11.3 liters per minute also passed from continuously in tube 52.
The tubes 50 and 52 passed alternately in line with the axis of the feed tube 28 connected to a detonation gun so as to give about four powder feed pulses per second. The amount of powder which passed through tube 50 during the part of the cycle where it is not projected into tube 28 was collected and amounted to 40% of the total amount of powder supplied. The yield obtained for the application of the coating was thus increased by 400/0. The detonation gun used was operated with approximately 77.9 liters per minute of acetylene and the same amount of oxygen. The gun was fired four times per second.
A layer 71 of tungsten carbide about 1.5 mm thick, adherent, dense and smooth, was deposited at a rate of about 6.45 cm2 per minute on a steel surface 70 placed at about 7 , 6 cm from the open end of the gun.
The tendency of a coating deposited on a vertical surface, to thicken at the lower edges, at the expense of the upper parts (fig. 2A), which could be observed with a continuous feed of powder, was no longer apparent ( fig. 2B), when the powder was applied by pulsations by means of the apparatus described.