DD159785A1 - METHOD AND DEVICE FOR PLASMA TEMPING - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Plasmabeschichten, insbesondere mittels oxidationsgefaehrdeter Beschichtungswerkstoffe,vorzugsweise zur Regenerierung metallischer Verschleissteile unter Verwendung von Plasmabeschichtungsbrennern und -anlagen sowie zusaetzlicher Nutzung von Brenngasen und Kuehlmitteln. Es ist das Ziel der Erfindung, die Effektivitaet des Plasmabeschichtens oxidationsgefaehrdeter Beschichtungswerkstoffe unter Senkung des technischen Fertigungsaufwandes und des Gasverbrauchs zu erhoehen.Erfindungsgemaess wird im wesentlichen der an sich ungeschuetzte Spritzgutstrahl zwischen Plasmaduese und Werkstueck sowie dessen Auftreffflaeche gaenzlich von einem reduzierenden Flammenmantel eingehuellt und das Werkstueck an der der Auftreffflaeche gegenueberliegenden Seite mit Tieftemperaturstrahlen beaufschlagt,wobei die heissen Abgase die Strahlduesen beruehren. Das Ausfuehrungsbeispiel beschreibt mit Bemessungswerten insbesondere die ebenfalls erfindungsgemaesse Vorrichtung, bei der konzentrisch um die Plasmaduese Oeffnungen fuer die Flammengase angeordnet sind und die Strahlduesen fuer die Tieftemperaturstrahlen innerhalb besonderer Strahlkammern liegen.The invention relates to a method and a device for plasma coating, in particular by means of oxidation-hazardous coating materials, preferably for the regeneration of metallic wear parts using plasma coating burners and equipment and additional use of fuel gases and coolants. It is the object of the invention to increase the effectiveness of the plasma coating of oxidation-prone coating materials while reducing the technical production costs and gas consumption. According to the invention, the inherently unprotected jet of spray material between the plasma nozzle and the work piece and its impact surface is substantially enveloped by a reducing flame casing and the work piece is gripped the surface opposite the impact surface is subjected to low-temperature radiation, the hot exhaust gases touching the jet dews. The Ausfuehrungsbeispiel describes with design values in particular also the device according to the invention, in which are arranged concentrically around the plasma nozzle openings for the flame gases and the Strahlduesen for the cryogenic beams are within special jet chambers.
Description
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
.Die Erfindujig betrifft ein Verfahren, und Vorrichtung zum Plasmabeschichten, insbesondere mittels oxidationsgefährdeter· Beschichtungswerkstoffe, vorzugsweise zur !Regenerierung metallischer Verschleißteile unter Verwendung von PlasmabeSchichtungsbrennern und -anlagen sowie zusätzlicher Brenngase im Prozeßablauf, wobei das Aufspritzen oxidations- und/oder hitzeempfindlicher Spritzschichten und Bauteile mit Hilfe von Kühlmitteln erfolgt.The invention relates to a method and apparatus for plasma coating, in particular by means of oxidation-prone coating materials, preferably for regeneration of metallic wear parts using plasma coating burners and systems and additional fuel gases in the process flow, wherein the spraying of oxidation and / or heat-sensitive spray coatings and components with Help of coolants takes place.
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Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Es ist bekannt; daß zum Plasmaspritsen mit oxidationsgefährdeten Spritswerkstoffen Schutzgase zum Schütze des Spritzgutstrahles verwendet werden« Für derartige Schutz-· gas-Spritzteclmologien werden spezielle jSchutzgasdüsen oder -kammern eingesetzt, Entscheidender Nachteil von Schutzgaskämmern.sind der hohe Pertigungs- und Handhabungsaufwand sowie die begrenzte Verwendbarkeit für sperrige Teile« Die gleichen Nachteile haben auch Plasmaspritzkaimiiern, die an Stelle eines Schutzgases ein Vakuum beinhalten«» Dies trifft insbesondere auf Lösungen ähnlich der US-PS 3114826 ZU5 wo vorgeschlagen wird, den Plasma-Spritzstrahl durch eine kräftige Gasströmung einzuhüllen mit dem Zweck, das Werkstück zu kühlen und/oder die Spritzschicht vor .Oxidation zu schützen» .It is known; that protective gases are used to protect the jet of sprayed material for plasma spraying with spray materials susceptible to oxidation. "Special protective gas nozzles or chambers are used for such protective gas injection technologies. The major disadvantage of protective gas chambers is the high production and handling costs and limited usability for bulky parts." The same drawbacks have also plasma spraying caimiiern, which contain a vacuum in place of a protective gas «» This is particularly true in solutions similar to US-PS 3114826 TO 5 where it is proposed to envelop the plasma spray jet by a strong gas flow with the purpose to the workpiece cool and / or protect the sprayed layer from oxidation. »
Der Nachteil von Schutzgasdüsen zur Ausrüstung von Plasmasprit zbr eimern besteht einerseits im hohen Fertigungsaufwand für diese Düsen und im hohen Verbrauch an Schutzgasen pro Zeiteinheit und.andererseits in den hohen Spritzgutverlustensowie in einer notwendigen Leistungserhöhung zum Ausgleich des Kühleffektes des Schutzgases« Weiterhin ist auch bekannt, daß zusätzlich zu einer Hüllströmung aus Schutzgasen im Bereich der Austrittsoffnung der Hülldüse ein Brenngasgemisch axial konzentrisch dem Spritzgutstrahl zugeführt wird*- Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß der hohe Fertigungsaufwand für die Hülldüse nach wie vor existiert und sogar noch durch die zusätzliche Anordnung von Brenngasgemischkanälen erhöht wird, daß nach wie vor ein Aufwand zur Kühlung .der Hülldüse erforderlich ist, daß ein Ansetzen von Spritzgut an der-Hülldüseninnenwandung nicht vermeidbar ist, was zu Betriebsstörungen führt und daß die Spritzschichtqualität auf dem Werkstück hinter den theoretisch erreichbaren -"Werten wesentlich zurücksteht, was insbesondere Korrosions- und Verschleißbeständigkeit sowie Haftfestigkeit betrifft.The disadvantage of protective gas nozzles for equipping plasma sprayers is, on the one hand, the high production costs for these nozzles and the high consumption of protective gases per unit time. And, on the other hand, the high spray material losses and a necessary increase in power to compensate for the cooling effect of the protective gas In addition to an envelope flow of inert gases in the region of the outlet opening of the cladding nozzle, a fuel gas mixture is fed axially concentrically to the jet of sprayed material. A disadvantage of this method is that the high production outlay for the cladding nozzle still exists and is even increased by the additional arrangement of fuel gas mixture channels in that an expense for cooling the enveloping nozzle is still required, that the application of sprayed material to the inner wall of the sheath nozzle can not be avoided, which leads to malfunctions and that the sprayed layer quality on the workpiece is high In addition to the theoretically achievable values, it is significantly less stringent, particularly with regard to corrosion and wear resistance as well as adhesion.
Weiterhin ist nach der DE-AS 2 615 022 bekannt, daß die dem Plasmaspritzstrahl ausgesetzte Fläche -des Werkstücks direkt anschließend mittels eines aus einer Düse, austretenden Gasstrahles gekühlt 'wird,' wobei die Kühlung mit flüssiger Kohlensäure erfolfc. Zur Führung der Kohlensäure vor der Strahldüse wird ein Strang bzwe Rohr ,verwendet, dessen Länge mindestens 50mal so groß wie dessen Durchmesser und mindesten; lOOOmal so groß wie der Durchmesser der Strahldüse ist« Außerdem -kann des: Kühlstrahl vor, hinter oder seitlich zum Plasmaspritzstrahl oder rings um diesen angeordnet sein« Die Erprobung dieses Verfahrens brachte jedoch eine Eeihe von.Nachteilen ' zutage, die die praktische Nutzung verhindern«, Bo ist ein stabiler Betrieb der Kühlstrahldüsen, mit flüssiger Kohlensäure auch bei weiter Variation der Betriebswerte nicht möglich, weil sich die Kühlstrahldüsen in kürzester' Frist durch feste Kohlensäure zusetzen. Außerdem kommt es durch die besondere Anordnung des Kühlstrahls zum Plasmaspritzstrahl einerseits nur zu einer ungenügenden Kühlung und andererseits zur. Beeinträchtigung der Strömung des Plasmaspritzstrahls, was die JSpritzschichtqualität mindert.Furthermore, it is known from DE-AS 2 615 022 that the area exposed to the plasma spraying jet -the workpiece is then cooled directly by means of a gas jet emerging from a nozzle, wherein the cooling takes place with liquid carbonic acid. For guiding the carbonic acid prior to the jet nozzle, a strand or tube e is used, the length of at least 50 ma l as large as its diameter and at least; One hundred times as large as the diameter of the jet nozzle is "In addition, the cooling jet can be located in front of, behind, or to the side of the plasma spray jet." However, the testing of this process revealed a series of "disadvantages" which prevent its practical use. , Bo is a stable operation of the cooling jet nozzles, with liquid carbonic acid even with wide variation of the operating values not possible because the cooling jet nozzles clog in a very short time by solid carbonic acid. In addition, due to the special arrangement of the cooling jet to the plasma spray jet on the one hand only insufficient cooling and on the other hand. Impairing the flow of the plasma spray jet, which reduces the JSpritzschichtqualität.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Durch die Erfindung ist die Effektivität des Plasmabeschichtens oxidationsgefährdeter Beschichtungswerkstoffe unter Senkung eines hohen technischen Fertigungsaufwandes und Gasverbrauches zu erhöhen.By means of the invention, the effectiveness of the plasma coating of oxidation-prone coating materials is to be increased while reducing a high technical manufacturing outlay and gas consumption.
Das Wesen der ErfindungThe essence of the invention
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Vorrichtung zum Plasmabeschichten oxidationsgefährdeter Beschichtungswerkstoffe zu entwickeln und Maßnahmen vorzusehen, welche den Fertigungs- und Betriebsaufwand gegenüber den bekannten technischen Lösungen verringern, die- Beschich-The invention is therefore based on the object to develop a method and apparatus for plasma coating of oxidation-prone coating materials and provide measures that reduce the manufacturing and operating costs compared to the known technical solutions, the-
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Verzicht auf die üblichen/Hülldüsen oder Schutzeinrichtungen der Spritzgutstrahl auf seinem an sich freien Weg zwischen Plasmadüsenmündung und Werkstück gänzlich von einem vorzugsweise gleichmäßigen und konischen, jedoch zumindest in seinem Innern stets reduzierend eingestellten Flammenmantel eingehüllt wird, der auch die Auftrefffläche des Spritzgutstrahles auf dem Werkstück völlig umgibt, wobei -die.Flammengaszufuhr zum Spritzgutstrahl '-unmittelbar in oder an der Plasmadüse mit Unterschallgeschwindigkeit erfolgt, und daß das Werkstück auf seiner dem Spritzgutstrahl abgewandten Seite in dem dem Spritzgutstrahl entgegengesetzten Bereich mit einem-oder mehreren Tieftemperaturgassbrahlen und/oder Flüssigkeitsstrahlen beaufschlagt wird? die möglichst frei von reaktionsfähigem Sauerstoff sind, wobei die Menge desAccording to the invention, this object is achieved in that waiving the usual / Hülldüsen or protective devices of the spray on its own free path between the plasma nozzle mouth and workpiece is completely enveloped by a preferably uniform and conical, but at least in its interior always reducing set flame jacket, the also completely surrounds the area of impact of the jet of sprayed material on the workpiece, whereby the flute gas supply to the spray material jet is effected directly in or at the plasma nozzle at subsonic speed, and the workpiece is turned on its side facing away from the spray material jet in the region opposite the sprayed material stream several low-temperature gas brains and / or liquid jets is applied? which are as free as possible from reactive oxygen, the amount of
. Strahlmittels proportional zur elektrischen Plasmaleitung und umgekehrt proportional zur Werkstückmasse unterhalb der Spritzgutschicht eingestellt wird, derart, daß die heißen Abgase des Spritzgutstrahles und des Flammenmantels, die zur Erzeugung der Tief teoiperaturgasstrahlen und/oder Flüssigkeitsstrahlen verwendeten Strahldüsen direkt oder indirekt berühren« Als Strahlmittel werden vorzugsweise gasförmige oder flüssiges Stickstoff-Argon oder Propan-Butan verwendet* Eine zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung besteht aus einem an sich bekannten Plasmaspritzbrenner,, bei dem unmittelbar im Bereich der Plasmadüsenmündung ein oder mehrere vorzugsweise konisch sich verjüngende und konzentrisch zur Mittelbohrung der Plasmadüse ausgerichtete Lochringe oder Kreisschlitze zur Zuführung der Flammengase angeordnet sind, deren radialer Abstand zur Längsachse der Plasmadüse etwa das ein- bis sechsfache des engsten Mittel"3· bohrungsdurchmessers der Plasmadüse beträgt, die im wesent-, Blasting agent is set proportionally to the electrical plasma line and inversely proportional to the workpiece mass below the Spritzgutschicht, such that the hot exhaust gases of the spray and the flame jacket, the direct and indirect teoiperaturgasstrahlen and / or liquid jets used for generating the jet nozzles jet or jet directly " or liquid nitrogen-argon or propane-butane used. A device suitable for carrying out the method according to the invention consists of a plasma spray torch known per se, in which one or more preferably conically tapered and concentrically aligned to the central bore of the plasma nozzle perforated rings directly in the region of the plasma nozzle orifice or circular slits for feeding the flame gases are arranged, whose radial distance to the longitudinal axis of the plasma around the one- to six-fold of the narrowest means "3 x bore diameter the plasma nozzle, which is essentially
' liehen auf gleicher Ebene mit der Plasmadüsenmündung enden und die getrennt'oder gemeinsam-von einem Kreisringraum aus versorgt werden, wobei dieser Kreisringraum vorzugsweise durch die Plasmadüse- selbst und einen Überwurf gebildet wird und wobei der Kreisringraum mit den Flammengäsleitungen zur'Lent end on the same level with the plasma nozzle orifice and the separated' or be supplied together from a circular annulus, said annulus is preferably formed by the Plasmadüse- itself and a throw and wherein the annular space with the Flammengäsleitungen the
' Zuführung der Flammengase verbunden ist« Die Strahldüsen zur Erzeugung der auf die Spritzgutfläche gerichteten Tieftemperaturgasstrahlen und/oder Flüssigkeitsstrahlen werden auf der dem Spritzgutstrahl entgegengesetzten Seite, d· h. auf der Rückseite des Werkstückes innerhalb von Strahlkammern angeordnet 5 die ihrerseits -allseitig möglichst dicht an der Werkstückoberfläche abschließen und zu dieser hin offen sinde Es wurde festgestellt, daß mit der erfindungsgeraäßen Lösung die an sich nachteilige Injekt.orwirkung des SpritzgutStrahles· gegenüber seiner Umgebung vorteilhaft au seinem eigenen Schute und dem seiner Auftreffüäche auf dem Werkstück genutzt werden kann und daß weiterhin die frisch erzeugte und hochaktivierte Spritzgutschicht durch die erfindungsgemäße Strahlbehandlmig qualitativ so verbessert wird, daß Korrosions- und Verschleiß» beständigkeit sowie ihre Haftfestigkeit erhöht sind* Weiterhin hat sich herausgestellt, daß es durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise und die Anordnung der Kühldüsen zu einer-Erwärmung der Kühldüsen kommt., was deren Zusetzen verhindert und daneben durch stabilisierte und bessere Küh-. lung zu einer höheren Spritzschichtqualität führt.The jet nozzles for producing the cryogenic gas jets and / or liquid jets directed onto the spray material surface are formed on the side opposite the jet of sprayed liquid, ie. on the back side of the workpiece located within beam chambers 5 which in turn -allseitig close as possible finish on the workpiece surface and toward open e It has been found that with the erfindungsgeraäßen solution adverse se Injekt.orwirkung of SpritzgutStrahles · respect to its environment advantageous can be used on its own barge and its Auftreffüäche on the workpiece and that further the freshly produced and highly activated Spritzgutlschicht is qualitatively improved by the Strahlbehandlmig invention so that corrosion and wear resistance and their adhesive strength are increased * Furthermore, it has been found that it comes by the inventive method and the arrangement of the cooling nozzles to a-heating of the cooling nozzles, which prevents their clogging and next by stabilized and better cooling. leads to a higher spray coat quality.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden« In der dazugehörigen Zeichnung ist die Vorrichtung zur Ausführung 'des Verfahrens im Schnitt dargestellt.The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment. In the accompanying drawing, the device for carrying out the method is shown in section.
Im oberen Teil der Zeichnung ist ein Plasmabrenner unvollständig dargestellt, wobei sich im Zentrum der Plasmadüse 1 die Katode 2 befindet, die Plasmadüse 1 über einen Kühlwasser· zulauf 3 und Kühlwasserablauf 4, welche durch ein Leitrohr 5 voneinander getrennt sind, intensiv· gekühlt wird, die Plasmadüsenmündung 6 konisch erweitert ist und die Pulverzuführung 7 in die konische Plasmadüsenmündung 6 eingeleitet ist. Zwischen Katode 2 und Plasmadüse 1 ist der Plasmabogen 8 gesundet, der durch Zuführung von Pulver mittels .der.PuIverzu-In the upper part of the drawing, a plasma torch is shown incomplete, with the cathode 2 is located in the center of the plasma nozzle 1, the plasma nozzle 1 via a cooling water inlet 3 and cooling water drain 4, which are separated by a guide tube 5, is intensively cooled, the plasma nozzle orifice 6 is flared and the powder feed 7 is introduced into the conical plasma nozzle orifice 6. Between cathode 2 and plasma nozzle 1, the plasma bow 8 is healthy, which can be recovered by supplying powder by means of the powder.
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Öüse Ί entsprechend beträgt; der minimale Durchmesser des Spritzgutstrahles 9 etwa 10-mm unmittelbar an der Plasma-; ciüsenmündung 6 bei 40 kW elektrischer Plasma leistung« In 15 Kim Abstand von. der Längsachse der Plasmadüse 1 ist ein ICreisschlitz· 10 von 0,3 mm Breite angeordnet, dessen. Mündung mit der Plasmadüsenmündung 6 abschließt, der mit einem Eonuswinkel von 30° auf den Spritzgutstrahl 9 gerichtet ist und der durch die Plasmadüse 1 und den Überwurf 11 gebildet wird.t. Der Kreisschlitz 10 steht in V-er- · bindung mit dem Kreisringraum 12, der seinerseits mit den Flammengasleitungen 13 verbunden, ist«, Im. Zusammenspiel mit der Injektorwirkung des Spritzgutstrahls 9 wird durch eine Wasserstoffgasanlage von 8 mr/h, die mit O55 "bar 'Überdruck ' durch den Kreisschlitz 10 gepreßt wird, der Flammenmantel erzeugt,· der nur an seiner Außenfläche mit der Umgebungsluft brennt« Der Flammenmantel 14 reicht von der Plasmadüsenmündung 6 bis zum rotierenden Werkstück 15 und hüllt auch die Auftrefffläche IG des SpritsgutStrahls eint Die vom Spritzgutstrahl 9 erzeugte Spritzschicht wird an der ent- . .gegengesetzten Seite des Werkstücks 15 zwei Flüssigkeitsstrahlen -17 .ausgesetzt, die durch flüssigen Stickstoff von 10 l/min bei 3 "β&£ Strahldruck gebildet werden und innerhalb einer kupfernen, beheizten Kühlkammer 18 angeordnet sinde Der Pfeil gibt die Rotationsrichtung des Werkstücks 15 ane Die Kühlkammer 18 ist nur zum Werkstück I5 hin offen und schließt zu dessen Oberfläche bis auf 1 mm Distanz dichtÖüse Ί is accordingly; the minimum diameter of Spritzgutstrahles 9 about 10-mm directly to the plasma; muzzle 6 at 40 kW of electrical plasma power «At 15 kim distance from. the longitudinal axis of the plasma nozzle 1 is a ICreisschlitz · 10 of 0.3 mm width arranged, the. Mouth with the plasma nozzle opening 6 closes, which is directed with a Eonuswinkel of 30 ° to the spray material 9 and which is formed by the plasma nozzle 1 and the cap 11. The circular slot 10 is in V-connection with the annulus space 12, which in turn is connected to the flame gas lines 13. "In conjunction with the injector effect of the spray material jet 9 is by a hydrogen gas system of 8 mr / h, with O 5 5 "bar 'overpressure' is pressed through the circular slot 10, the flame jacket generates · burns only on its outer surface with the ambient air« The flame jacket 14 extends from the plasma nozzle orifice 6 to the rotating workpiece 15 and also wraps the impact surface IG of Spritsgutstrahl t the spray coating produced by Spritzgutstrahl 9 is .ausgesetzt two liquid jets -17 at the decision. .gegengesetzten side of the workpiece 15, the "β by liquid nitrogen of 10 l / min at 3 & £ jet pressure are formed and within a copper, heated e are arranged cooling chamber 18. the arrow indicates the direction of rotation of the workpiece 15 on e the cooling chamber 18 is only to the workpiece toward I5 open and close to its surface to 1 mm distance tight
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Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD23088281A DD159785A1 (en) | 1981-06-17 | 1981-06-17 | METHOD AND DEVICE FOR PLASMA TEMPING |
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| DD159785A1 true DD159785A1 (en) | 1983-04-06 |
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Family Applications (1)
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| DD23088281A DD159785A1 (en) | 1981-06-17 | 1981-06-17 | METHOD AND DEVICE FOR PLASMA TEMPING |
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|---|---|
| DD (1) | DD159785A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4505945A (en) * | 1983-04-29 | 1985-03-19 | Commissariat A L'energie Atomique | Process and apparatus for coating a member by plasma spraying |
| EP0203556A2 (en) * | 1985-05-31 | 1986-12-03 | Stoody Deloro Stellite, Inc. | Flame spray method |
| FR2652807A1 (en) * | 1989-10-05 | 1991-04-12 | Glaverbel | CERAMIC WELDING METHOD AND LANCE INTENDED FOR THE IMPLEMENTATION OF SUCH A METHOD. |
-
1981
- 1981-06-17 DD DD23088281A patent/DD159785A1/en not_active IP Right Cessation
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Legal Events
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| ENJ | Ceased due to non-payment of renewal fee |