DD249644A1

DD249644A1 - DEVICE FOR ARC FLASH

Info

Publication number: DD249644A1
Application number: DD29090086A
Authority: DD
Inventors: Karl-Heinz Weichbrodt; Dirk Dietzschold; Gerd Schuffenhauer
Original assignee: Karl Marx Stadt Tech Hochschul
Priority date: 1986-06-03
Filing date: 1986-06-03
Publication date: 1987-09-16

Abstract

Das Geraet zum Lichtbogenspritzen wird in der Instandsetzung und in der Neufertigung zur Oberflaechenbeschichtung von Teilen eingesetzt. Ziel der Erfindung ist es, ein Lichtbogenspritzgeraet einzusetzen, das Schichten mit zonenweisen Aufbau bei vielseitiger Werkstoffzusammensetzung als Haftgrund-, Zwischen- und Funktionsschichten in einem kontinuierlich ablaufenden Prozess oekonomisch herstellen kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass im Spritzkopf des Lichtbogenspritzgeraetes 4 Kontaktduesen fuer 4 stromdurchflossene Draehte angeordnet sind, wobei wahlweise zwei bis vier Draehte kontinuierlich und/oder periodisch aufgeschmolzen und zerstaeubt werden. Fuer eine gleichmaessige Zerstaeubung des aufgeschmolzenen Materials sorgen eine zentrisch und vier konzentrisch angeordnete Duesen fuer die Zerstaeuberluft, wobei sich zwischen zwei Kontaktduesen je eine der konzentrisch angeordneten Zerstaeuberluftduesen befindet.The arc spraying equipment is used in the repair and refurbishment of surface coating of parts. The aim of the invention is to use a Lichtbogenspritzgeraet that can produce layers with zonweisen structure with versatile material composition as Haftgrund-, intermediate and functional layers in a continuously running process economically. This object is achieved according to the invention in that 4 Kontaktduesen for 4 current-carrying wires are arranged in the spray head of the electric arc spraying device, wherein optionally two to four wires continuously and / or periodically melted and atomized. For uniform atomization of the molten material, a centric and four concentrically arranged nozzles for the atomizing air are provided, whereby one of the concentrically arranged atomizing air ducts is located between each two contact nozzles.

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Für die Oberflächenbeschichtung von Einzelteilenin der Neufertigung und in der Instandhaltung sind Lichtbogenspritzgeräte in vielen Fällen geeignet. Die mit der Lichtbogenspritztechnik aufgetragenen Schichten dienen zur Erhöhung der Verschleiß- sowie Korrosionsbeständigkeit und derthermetischenBeanspruchbarkeitderTeile. Die Lichtbogenspritztechnikfindet Anwendung zur Fehlerbeseitigung an Gußstücken, im Formenbau, zur Herstellung von Wärmedämmschichten oder zum Zwecke der .Arc spraying equipment is often suitable for surface coating of parts in remanufacturing and maintenance. The arc spray applied layers serve to increase the wear and corrosion resistance and the thermal performance of the parts. The arc spraying technique finds application for troubleshooting castings, in mold making, for the production of thermal barrier coatings or for the purpose of.

Oberflächenveredlung.Surface finishing.

Characteristic of the known technical solutions

Die bekannten technischen Lösungen zum Lichtbogenspritzen (Steffens, Draht 14(1963)9 und 10) verwenden zwei drahtförmige Spritzwerkstoffe. Diese Spritzwerkstoffe werden in den Geräten zum Lichtbogenspritzen in zwei Kontaktdüsen (DE-OS 2746714) oder in zwei Kontaktschienen (Spritzpistole K9/1) so geführt, daß sie sich unter einem bestimmten Winkel treffen. An dem Schnittpunkt der beiden Drähte brennt der Lichtbogen, der das Spritzmaterial aufschmilzt. Durch ein Gas wird das aufgeschmolzene Material zerstäubt und auf die Oberfläche der Einzelteile geschleudert. Das Gas, das das aufgeschmolzene Material zerstäubt, wird im Spritzgerät durch Düsen geleitet, die entweder mittig zwischen den beiden Drähten (Spritzpistole K9/1), zentrisch zu den beiden Drähten (DE-OS 2316574) oder konzentrisch um jeden der beiden Drähte (DE-OS 2746714) angeordnet sind.The known technical solutions for arc spraying (Steffens, Wire 14 (1963) 9 and 10) use two wire-shaped spray materials. These spray materials are in the devices for arc spraying in two contact nozzles (DE-OS 2746714) or in two contact rails (spray gun K9 / 1) out so that they meet at a certain angle. At the intersection of the two wires burns the arc, which melts the spray material. By a gas, the molten material is atomized and thrown onto the surface of the items. The gas that atomizes the molten material is passed through nozzles in the sprayer, either centrally between the two wires (spray gun K9 / 1), centric to the two wires (DE-OS 2316574) or concentrically around each of the two wires (DE -OS 2746714) are arranged.

Es ist außerdem ein Lichtbogtenspritzgerät bekannt (DD-PS 98622), das neben der zentrischen Zerstäuberluftdüse Zusatzdüsen aufweist, deren verlängerte Achsen sich auf einem Punkt der verlängerten Achse der zentrischen Zerstäuberluftdüse jenseits des Lichtbogens schneiden. Dadurch soll eine feinere Zerstäubung erreicht werden.There is also known an arc spray device (DD-PS 98622), which has, in addition to the centric Zerstäuberluftdüse auxiliary nozzles whose extended axes intersect at a point on the extended axis of the centric Zerstäuberluftdüse beyond the arc. This is to achieve a finer atomization.

In allen Fällen handelt es sich um 2-Draht-Lichtbogenspritzpistolen, die nur einen einheitlichen Schichtaufbau gestatten. Ein zonenweiser Schichtaufbau mit unterschiedlicher Werkstoffzusammensetzung ist so nur nach Neubestückung der Spritzgeräte mit anderen Spitzdrähten möglich. Das erfordert jedoch eine Unterbrechung des Spritzprozesses, ist zeitaufwendig und qualitätsmindernd.In all cases, these are 2-wire arc spray guns, which allow only a uniform layer structure. A zonewise layer structure with different material composition is possible only after re-assembly of the sprayers with other sharp wires. However, this requires an interruption of the injection process, is time consuming and quality-reducing.

Zur Beseitigung dieses Nachteiles wurden mehrere 2-Draht-Lichtbogenspritzgeräte eingesetzt, die entweder gleichzeitig oder abwechselnd arbeiten (DE-PS 1965457) entsprechend der gewünschten Schichtzusammensetzung. Dadurch entstehen ein höherer technischer und ökonomischer Aufwand und Erschwernisse in der ständigen Gewährleistung optimaler Spritzparameter.To eliminate this disadvantage, several 2-wire arc spraying devices were used, which operate either simultaneously or alternately (DE-PS 1965457) according to the desired layer composition. This results in a higher technical and economic effort and difficulties in the permanent guarantee of optimum spray parameters.

Ein zonenweiser Schichtaufbau mit unterschiedlichen Eigenschaften kann teilweise günstiger erreicht werden, indem das Spritzgerät neben den beiden Drähten eine Pulverzuführeinrichtung aufweist (DE-OS 1813349), die eine wahlweise Pulverzuführung in den Spritzstrahl gestattet. Bei dieser Lösung ist aber eine Reproduzierbarkeit der Schichtzusammensetzung schwierig zu erreichen, da die Pulver leicht entmischen, eine gleichmäßige und zuverlässige Pulverförderung sehr kompliziertA zonewise layer structure with different properties can be achieved partially cheaper by the sprayer in addition to the two wires has a powder feeder (DE-OS 1813349), which allows an optional powder feed into the spray jet. In this solution, however, a reproducibility of the layer composition is difficult to achieve because the powders segregate easily, a uniform and reliable powder delivery very complicated

und eine exakte und vollständige Einbringung des Pulvers in den Lichtbogenbereich nicht möglich ist. Die Variationsbreite in der Schichtzusammensetzung wird auch dadurch begrenzt, daß die als SpriUdraht herstellbaren Werkstoffe nur selten in Pulverform existieren.and exact and complete introduction of the powder into the arc region is not possible. The range of variation in the layer composition is also limited by the fact that the materials that can be produced as SpriUdraht rarely exist in powder form.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein Lichtbogenspritzgerät zu entwickeln, das Schichten mit einem zonenweisen Aufbau als Haftgrund-, Zwischen- und Funktionsschichten einfach und in einem kontinuierlich ablaufenden Prozeß herstellen kann. Die Materialökonomie soll durch Vermeidung von Überdosierungen verbessert, die Spritzleistung erhöht, die Nutzungsdauer beschichteter Teile optimal entsprechend den Anforderungen gestaltet werden und der Anwendungsbereich der Gerätetechnik erweitert werden.The aim of the invention is to develop an arc spray device that can produce layers with a zonal structure as primer, intermediate and functional layers easily and in a continuously running process. The material economy is to be improved by avoiding overdosing, increasing the spraying efficiency, optimizing the service life of coated parts according to the requirements and expanding the field of application of the device technology.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, Schichten auf Teile aufzutragen, die einen zonenweisen Schichtaufbau aufweisen, beliebige, reproduzierbare Zusammensetzung besitzen und spezielle Aufgaben als Haftgrund-, Zwischen- und Funktionsschichten erfüllen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Schichten in einem kontinuierlichen ablaufenden Spritzprozeß unter Verwendung eines Lichtbogenspritzgerätes, daß im Spritzkopf 4 Kontaktdüsen oder 4 Kontaktschienen zur Führung der Spritzdrähte und zur Stromübertragung besitzt, hergestellt werden.The object of the invention is to apply layers to parts which have a zone-wise layer structure, possess any desired, reproducible composition and fulfill specific tasks as priming, intermediate and functional layers. According to the invention the object is achieved in that layers in a continuous running injection molding process using an arc spraying device that in the spray head 4 contact nozzles or 4 contact rails for guiding the spray wires and power transmission, are produced.

Die Kontaktdüsen sind konzentrisch um eine zentrale Zerstäuberluftdüse angeordnet. Sie sind dabei so geneigt, daß die Achsen von zwei diagonal gegenüberliegenden Kontaktdüsen einen Winkel von 20° bis 45° bilden und die Achse der zentralen Zerstäuberluftdüse als Winkelhalbierende fungiert. Zwischen je zwei Kontaktdüsen befindet sich mindestens eine weitere Zerstäuberluftdüse, die vorzugsweise auf der Geraden zwischen zwei Kontaktdüsen liegt, jedoch auch einen größeren Abstand von der zentralen Zerstäuberluftdüse aufweisen kann. In jedem Fall sind die Zerstäuberluftdüsen mittig zwischen zwei Kontaktdüsen angeordnet und ihre verlängerten Achsen schneiden sich mit der verlängerten Achse der zentralen Zerstäuberluftdüse an deren Schnittpunkt mit den verlängerten Achsen der Kontaktdüsen bzw, maximal 4mm danach. Die erfindungsgemäße Lösung gestattet es, das Lichtbogenspritzgerät gleichzeitig mit maximal 4 verschiedenen Spritzwerkstoffen auszurüsten, wobei die Zufuhr der einzelnen Drähte mit einer speziellen, gesteuerten Drahtvorschubeinrichtung periodisch und/oder kontinuierlich erfolgen kann.The contact nozzles are arranged concentrically around a central atomizing air nozzle. They are so inclined that the axes of two diagonally opposite contact nozzles form an angle of 20 ° to 45 ° and the axis of the central Zerstäuberluftdüse acts as an angle bisector. Between each two contact nozzles is at least one further atomizing air nozzle, which preferably lies on the straight line between two contact nozzles, but may also have a greater distance from the central Zerstäuberluftdüse. In any case, the atomizing air nozzles are centered between two contact nozzles and their extended axes intersect with the extended axis of the central atomizing air nozzle at their intersection with the extended axes of the contact nozzles, respectively, a maximum of 4mm thereafter. The solution according to the invention makes it possible to equip the arc spray gun at the same time with a maximum of 4 different spray materials, wherein the supply of the individual wires with a special, controlled wire feed device can be done periodically and / or continuously.

In der Regel werden zwei Drähte, zwischen denen der Lichtbogen brennt, gleichzeitig transportiert, abgeschmolzen und zerstäubt. Wird ein anderer Draht bzw. ein anderes Drahtpaar für die nächste Zone der Spritzschicht gefordert, so wird die Zuführung der nicht mehr benötigten Drähte bzw. des nicht mehr benötigten Drahtes abgeschaltet und der Drahtvorschub der anderen Drähte bzw. des anderen Drahtes eingeschaltet. Die Drähte werden im Lichtbogen aufgeschmolzen, danach zerstäubt und bilden auf dem beschichteten Teil eine Zone mit veränderter Zusammensetzung gegenüber der zuerst aufgetragenen Zone der Spritzschicht.As a rule, two wires between which the arc burns are simultaneously transported, melted and atomized. If another wire or another pair of wires is required for the next zone of the sprayed layer, the supply of the unneeded wires or the unneeded wire is switched off and the wire feed of the other wires or of the other wire is switched on. The wires are melted in the arc, then atomized and form on the coated part of a zone of altered composition with respect to the first applied zone of the sprayed layer.

Es ist auch möglich, den 3. und/oder 4. Draht in den Lichtbogen zwischen den beiden anderen Drähten zu transportieren, ohne die Stromzufuhr über die Kontaktdüsen einzuschalten. Der 3. und/oder 4. Draht übernehmen dann die Aufgabe eines Kaltdrahtes.It is also possible to transport the 3rd and / or 4th wire into the arc between the other two wires without turning on the power supply via the contact nozzles. The 3rd and / or 4th wire then take over the task of a cold wire.

Um auch bei 4 Spitzdrähten und wechselweisem Abschmelzen der Spritzdrähte eine gleichmäßige Zerstäubung zu erreichen, wurde ein Zerstäuberluftdüsensystem geschaffen, das neben der zentralen Zerstäuberluftdüse weitere Zerstäuberluftdüsen zwischen den Kontaktkdüsen aufweist. Über einen äußeren Düsenring wird ein zusätzlicher Luftstrahl geleitet, der den Spritzstrahl einschnürt und eine Beschleunigung der Spritzpartikel bewirkt.In order to achieve uniform atomization even with 4 point wires and alternate melting of the spray wires, a Zerstäuberluftdüsensystem was created, which has in addition to the central Zerstäuberluftdüse further Zerstäuberluftdüsen between the Kontaktkdüsen. An additional jet of air is passed through an outer nozzle ring, which constricts the spray jet and causes an acceleration of the spray particles.

embodiment

Die erfindungsgemäße Lösung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dabei zeigt Figur 1: Spritzkopf mit vier stromdurchflossenen Drähten.The solution according to the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. 1 shows: spray head with four current-carrying wires.

Der Spritzkopf besteht aus einem zentrisch angeordneten Kegel aus elektrisch nicht leitendem Material. Zentrisch im Kegel ist eine Zerstäuberluftdüse 2 vorhanden. Konzentrisch um die Zerstäuberluftdüse 2 sind vier Drahtführungsrohre angeordnet, die mit den Kontaktdüsen 1 verbunden sind. Kontaktdüsen 1 und Drahtführungsrohre werden durch Aussparungen im Kegelmantel in ihrer Lage zueinander fixiert. Die Kontaktdüsen 1 sind jeweils 90° gegeneinander versetzt. Auf der Geraden, die die Mittelpunkte von je zwei Kontaktdüsen 1 verbindet, befindet sich mittig je eine Zerstäuberluftdüse 3 im Kegel. Diese Zerstäuberluftdüsen 3 sind dabei so geneigt, daß der gemeinsame Schnittpunkt ihrer verlängerten Achsen 4mm vom Schnittpunkt der verlängerten Achsen der Kontaktdüsen 1 entfernt ist.The spray head consists of a centrally arranged cone made of electrically non-conductive material. Centric in the cone, a Zerstäuberluftdüse 2 is present. Concentric around the atomizing air nozzle 2 four wire guide tubes are arranged, which are connected to the contact nozzles 1. Contact nozzles 1 and wire guide tubes are fixed by recesses in the conical surface in their position to each other. The contact nozzles 1 are each offset by 90 ° from each other. On the straight line, which connects the centers of two contact nozzles 1, is located centrally in each case a Zerstäuberluftdüse 3 in the cone. These atomizing air nozzles 3 are inclined so that the common point of intersection of their extended axes 4mm away from the intersection of the extended axes of the contact nozzles 1.

Der Kegel mit den Drahtführungsrohren und den Kontaktdüsen 1 wird von einer Hülldüse umschlossen, die mit der Außendüse einen Düsenring 4 bildet. Die Außendüse ist am Gehäuse verstellbar befestigt.The cone with the wire guide tubes and the contact nozzles 1 is enclosed by a Hülldüse which forms a nozzle ring 4 with the outer nozzle. The outer nozzle is adjustably attached to the housing.

Eine Lichtbogenspritzpistole mit einem Spritzkopf entsprechend Figur 1 wird beispielsweise zum Auftragen einer 1 mm dicken Schicht auf ein instandzusetzendes Teil verwendet. Um die hohen Anforderungen an die Haftfestigkeit sowie die Verschleißfestigkeit der Schicht zu erfüllen, wird eine Schicht aufgetragen, die aus einer Haftgrundschicht und einer Funktionsschicht besteht. Zu diesem Zweck werden in dem erfindungsgemäßen Gerät zum Lichtbogenspritzen zwei Drähte aus 45CrSi 34 und zwei Drähte aus 110 MnCrTi 8 verwendet. Zur Erzeugung der Haftgrundschicht werden die beiden Drähte aus 45CrSi 34 verwendet. Nachdem eine Schichtdicke von 0,15 mm erreicht ist, wird der Vorschub der Drähte aus 45 CrSi 34 abgeschaltet bei gleichzeitigem Beginn des Vorschubs der Drähte aus 110MnCrTi8, die dann zur Herstellung der verschleißfesten Funktionsschicht eingesetzt werden.An arc spray gun with a spray head according to FIG. 1 is used, for example, for applying a 1 mm thick layer to a part to be repaired. In order to meet the high demands on the adhesion and the wear resistance of the layer, a layer is applied, which consists of a primer layer and a functional layer. For this purpose, two wires of 45CrSi 34 and two wires of 110 MnCrTi 8 are used in the apparatus according to the invention for arc spraying. To create the primer layer, the two wires of 45CrSi 34 are used. After a layer thickness of 0.15 mm is reached, the feed of the wires of CrSi 34 is switched off while the beginning of the feed of the wires of 110MnCrTi8, which are then used to produce the wear-resistant functional layer.

In einem anderen Fall ist es notwendig, auf ein Teil eine Schicht von 2,0 mm Dicke aufzutragen. Hohe Haftfestigkeit und gute Gleiteigenschaften und Verschleißbeständigkeit werden gefordert. Das. Lichtbogenspritzgerät wird mit folgenden Spritzdrähten versehen: SnBz6, zweimal 10 MnSi6 und 50 MnCrTi4. Das Herstellen der Schicht beginnt mit dem Auftragen einer 0,2 mm dicken Schicht aus den Spitzdrähten SnBz6 und 10MnSi6 als Haftgrundschicht. Danach wird eine 1,3mm dicke Zwischenschicht unter Verwendung der billigeren Spritzdrähte 10 MnSi 6 aufgetragen, um abschließend die Funktionsschicht aus den Spritzdrähten SnBz6 und 50MnCrTi4 aufzutragen.In another case, it is necessary to apply a layer of 2.0 mm thickness to one part. High adhesion and good sliding properties and wear resistance are required. The. Arc spray gun is equipped with the following spray wires: SnBz6, twice 10 MnSi6 and 50 MnCrTi4. The preparation of the layer begins with the application of a 0.2 mm thick layer of the wires SnBz6 and 10MnSi6 as a primer layer. Thereafter, a 1.3 mm thick intermediate layer is applied using the cheaper injection wires 10 MnSi 6 to finally apply the functional layer of the injection wires SnBz6 and 50MnCrTi4.

Die Herstellung von Haftgrund-, Zwischen- und Funktionsschicht erfolgt ohne Unterbrechung des Spritzablaufes, da mit dem Zuschalten des Vorschubs eines neuen Drahtes der Vorschub der nicht mehr benötigten Drähte abgeschaltet wird.The production of primer, intermediate and functional layer is carried out without interrupting the injection process, since with the addition of the feed of a new wire, the feed of the wires no longer required is turned off.

Claims

1. Apparatus for arc spraying, characterized in that arranged in its spray head 4 contact rails or 4 contact nozzles (1) according to Figure 1 concentrically about a central Zerstäuberluftdüse (2) so that the extended axes of two diagonally opposite contact nozzles (1) or contact rails form an angle of 20 ° to 45 ° and intersect with the extended axis of the central atomizing air nozzle (2) at one point.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that in its spray head in addition to the centrally arranged Zerstäuberluftdüse (2) further Zerstäuberluftdüsen (3) concentrically around the Zerstäuberluftdüse (2) are arranged, wherein between each two contact nozzles (1) at least one further Zerstäuberluftdüse (3).

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the existing in its spray head further Zerstäuberluftdüsen (3) between the contact nozzles (1) are arranged centrally and are preferably on the imaginary line between the centers of two contact nozzles (1).

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the extended axes of the further atomizing air nozzles (3) intersect on the axis of the central atomizing air nozzle (2), wherein the point of intersection is preferably identical to the intersection of the extended axes of the contact nozzles (1), but also a maximum of 4mm further away from the spray head.