DE102010037848A1 - Method for spraying welding-rod materials on electric arc wire, involves supplying compressed gas towards base substrate at high speed - Google Patents

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Gerd Paczkowski
Dr. Rupprecht Christian
Prof. Wielage Bernhard
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Technische Universitaet Chemnitz
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Technische Universitaet Chemnitz
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    • C23C4/131—Wire arc spraying

Abstract

The method involves supplying the welding-rod materials (3) to a base substrate (1) through a contact pipe (4). A nozzle (7) is located between the contact pipe and voltage source (5), for supplying compressed gas towards the base substrate at high speed. The ends of welding-rod materials are melted by a voltage source. The melted welding-rod material is sprayed and coated on the surface (1a) of base substrate corresponding to the supply of high-speed compressed gas from nozzle. An independent claim is included for device for spraying welding-rod materials on electric arc wire.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum thermischen Spritzen, insbesondere zum Lichtbogenspritzen mit Zusatzwerkstoff, wie es beispielsweise das Drahtlichtbogenspritzen ist, nach dem Oberbegriff des ersten und sechsten Patentanspruchs, wobei ein Zusatzwerkstoff, meist zwei elektrisch leitende Drähte, durch einen Lichtbogen aufgeschmolzen und mittels eines Druckgases (auch als Zerstäubergas bezeichnet) mit hohen Geschwindigkeiten im Bereich 1 Mach und größer auf eine vorbereitete Oberfläche gespritzt werden.The invention relates to a method and apparatus for thermal spraying, in particular for arc spraying with filler material, as it is, for example, the wire arc spraying, according to the preamble of the first and sixth claim, wherein a filler material, usually two electrically conductive wires, melted by an arc and means a compressed gas (also called atomizing gas) are sprayed at high speeds in the range of 1 Mach and larger on a prepared surface.

Dazu wird ein Brenner mit einer entsprechenden Düse mit einer vorzugsweise zentrischen Strömungsöffnung für das Druckgas verwendet. Die Drähte werden durch stromführende Hülsen mit unterschiedlicher Polung zugeführt, wobei dafür eine Drahtvorschubeinrichtung Verwendung findet.For this purpose, a burner with a corresponding nozzle with a preferably centric flow opening for the compressed gas is used. The wires are fed through current-carrying sleeves with different polarity, with a wire feed device being used for this purpose.

Beispielsweise beim Drahtlichtbogenspritzen wird ein Kurzlichtbogen erzeugt, der infolge seiner hohen Temperatur (ca. 5000 K) den drahtförmigen Spritzzusatzwerkstoff partiell aufschmilzt. Eine oder mehrere Zerstäubergasdüsen (führen das Zerstäubergas gerichtet zu der aufgeschmolzenen Materialphase. Infolge des dynamischen Drucks der Zerstäubergasströmung wird die Materialphase zerstäubt und durch Impulsübertragung der Gasphase im resultierenden Freistrahl beschleunigt. Bei herkömmlichen Verfahren (Stand der Technik) wird die Zerstäubergasmenge kontinuierlich gefördert. Dies führt zu massiven Rezirkulationsgebieten hinter dem drahtförmigen Spritzzusatzwerkstoff, mit der Folge, dass aufgeschmolzenes Spritzgut im Bereich der Drahtenden auf den wirbelförmigen Trajektorien verweilt. In dieser Zeit wird der Werkstoff infolge des Luftsauerstoffs der Umgebungs- bzw. Druckluft oxidiert. Durch das kontinuierliche Abschmelzen des Drahtes vergrößert sich die rezirkulierende Menge der schmelzflüssigen Phase, mit dem Resultat einer inhomogen Zerstäubung kritisch angewachsenen Schmelztropfen. Der sich um die Drahtenden ausbreitende Freistrahl baut eine so genannte ”Karmansche Wirbelstraße” auf. Diese hat zur Folge, dass der partikelbeladene Freistrahl extrem aufweitet (divergiert). Durch die hohe Divergenz gelangt ein Teil der Partikelphase in langsame Außenbereiche der Zerstäubergasströmung und steht somit einer materialeffizienten Beschichtung (vor allem bei kleinen Bauteilen) entgegen.For example, when wire arc spraying a short arc is generated, which partially melts the wire-shaped spray additive due to its high temperature (about 5000 K). One or more nebulizer gas nozzles (direct the nebulizer gas to the molten material phase.) As a result of the dynamic pressure of the nebulizer gas flow, the material phase is nebulized and accelerated by momentum transfer of the gaseous phase in the resulting free jet To massive recirculation areas behind the wire-shaped spray additive, with the result that molten spray material dwells on the vortex-shaped trajectories in the area of the wire ends.At this time, the material is oxidized due to the atmospheric oxygen of the ambient or compressed air.On the continuous melting of the wire increases the recirculating amount of the molten phase, with the result of an inhomogeneous atomization critically grown melting droplets.The free jet spreading around the wire ends builds a so-called Karman vortex street "on. This has the consequence that the particle-laden free jet extremely dilates (diverges). Due to the high divergence, part of the particle phase enters slow outer areas of the atomizing gas flow and thus opposes a material-efficient coating (especially in the case of small components).

Aus der Druckschrift EP 0 879 645 A2 ist zwar eine Lösung bekannt, durch welche die Standzeit der Vorrichtung verlängert werden soll. Dafür wird in die den Draht umgebende stromführende Hülse seitlich ein sogenanntes Spülgas eingebracht, welches die auf der Oberfläche des Drahtes befindlichen lockeren Verunreinigungen in der Gegenrichtung der Vorschubrichtung des Drahtes entfernt. Vorzugsweise wird dazu ein Teil des Spülgases des Zerstäubergasstromes abgezweigt. Dies beseitigt jedoch nicht die vorgenannten Nachteile des sich unerwünscht absetzenden aufgeschmolzenen Materials auf Bereichen der Düse oder des Drahtes.From the publication EP 0 879 645 A2 Although a solution is known by which the life of the device is to be extended. For this purpose, a so-called purge gas is introduced laterally into the current-carrying sleeve surrounding the wire, which removes the loose impurities located on the surface of the wire in the opposite direction of the feed direction of the wire. Preferably, a part of the purge gas of the Zerstäubergasstromes is branched off. However, this does not eliminate the aforementioned disadvantages of undesirable settling of molten material on areas of the nozzle or wire.

Mit einem in der Druckschrift DE 433 46 10 A1 beschriebenen Verfahren zum thermischen Spritzen sollen relativ raue Verschleißschichten erzeugt werden, indem die auf die Oberfläche auftreffenden Partikel größer als 0,2 mm sind. und durch die Wirkung der Schwerkraft auf die Oberfläche gelangen. Dabei ist es möglich, die Partikel durch Impulse, insbesondere durch Druckgasimpulse, aus dem geschmolzenen Zusatzwerkstoff auszulösen. Die durch das Druckgas erzeugten Geschwindigkeiten sind somit nur sehr gering. Dieses Verfahren ist für die Erzeugung dünner gleichmäßiger und fest haftender Schichten nicht geeignet. Weiterhin wird durch diese Lösung nicht das Absetzen aufgeschmolzener Partikel auf der Düse oder am Draht verhindert. Systembedingt ist es mit diesem Verfahren nur möglich, mit einem nach unten weisenden Brenner zu arbeiten, wodurch in andere Raumrichtungen keine Beschichtungen möglich sind.With one in the publication DE 433 46 10 A1 described methods for thermal spraying relatively rough wear layers are to be generated by the impacting particles on the surface are greater than 0.2 mm. and get to the surface through the action of gravity. It is possible to trigger the particles by pulses, in particular by compressed gas pulses, from the molten filler material. The velocities generated by the compressed gas are thus very low. This method is not suitable for the production of thin uniform and firmly adhering layers. Furthermore, this solution does not prevent the settling of molten particles on the nozzle or on the wire. Due to the system, it is only possible with this method to work with a burner pointing downwards, whereby no coatings are possible in other spatial directions.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum thermischen Hochgeschwindigkeits-Spritzen mit Zusatzwerkstoff zu entwickeln, die ein unerwünschtes Absetzen des Aufgeschmolzenen Materials an der Düse oder am Zusatzmaterial vermeidet und bei hohen Partikelgeschwindigkeiten eine Schicht hoher Qualität bei einem homogenen Schichtaufbau gewährleistet.The invention has for its object to develop a device for high-speed thermal spraying with filler, which avoids unwanted settling of the molten material at the nozzle or the additional material and ensures high-quality layer at high particle speeds in a homogeneous layer structure.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des ersten und sechsten Patentanspruchs gelöst.This object is achieved with the features of the first and sixth claim.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Bei dem Verfahren zum thermischen Hochgeschwindigkeits-Spritzen, insbesondere zum Lichtbogenspritzen mit Zusatzwerkstoff, der durch einen mittels Elektroden erzeugten Lichtbogen aufgeschmolzen wird, strömt ein Druckgases mit hoher Geschwindigkeit durch eine Düse aus und spritzt das aufgeschmolzene Material des Zusatzwerkstoffes auf eine vorbereitete Oberfläche, wobei das Druckgas erfindungsgemäß mit einer modulierten/pulsierenden Gasströmung hoher Geschwindigkeit erzeugt und dadurch dadurch die Ausbildung eines quasistationären Wirbelfeldes des aufgeschmolzenen Materials im Bereich der Enden des Zusatzwerkstoffes eingeschränkt oder verhindert wird.In the method for high-speed thermal spraying, in particular for arc spraying with filler material, which is melted by an arc generated by electrodes, a compressed gas flows through a nozzle at high speed and injects the molten material of the filler material onto a prepared surface, wherein the compressed gas produced according to the invention with a high-speed modulated / pulsating gas flow, thereby limiting or preventing the formation of a quasi-stationary vortex field of the molten material in the region of the ends of the filler material.

Durch die Reduzierung oder Vermeidung des sich aufbauenden Wirbelgebietes aufgeschmolzener Partikel des Zusatzwerkstoffes, welches im Bereich hinter den Enden des Zusatzwerkstoffes (in Strömungsrichtung gesehen) hervorgerufen wird, kann ein Absetzen von Partikeln/Tropfen des aufgeschmolzenen Materials auf dem Brenner bzw. Bauteilen des Brenners der Düse und/oder am Zusatzwerkstoff vermieden werden bzw. werden daran abgesetzte Partikel/Tropfen gelöst. Dadurch wird ein unerwünschtes Absetzen von Partikeln/Tropfen des aufgeschmolzenen Zusatzwerkstoffes an dem Brenner/der Düse und/oder am Zusatzwerkstoff selbst vermieden, wodurch ein gleichmäßigeres Auftragen des Zusatzwerkstoffes auf dem Grundwerkstoff gegeben ist.By reducing or avoiding the constituent vortex region of melted particles of the filler material, which in the area behind the ends of the filler material (Seen in the flow direction), settling of particles / drops of the molten material on the burner or components of the burner of the nozzle and / or the filler material can be avoided or detached thereon particles / drops. As a result, undesirable settling of particles / drops of molten filler material at the burner / nozzle and / or the filler material itself is avoided, whereby a more uniform application of the filler material is given on the base material.

Bevorzugt wird eine modulierte/pulsierende Gasströmung bei einer zeitlichen Veränderung des Gasvolumenstroms des Druckgases unter Verwendung einer Zerstäubergasdüse erzeugt.Preferably, a modulated / pulsating gas flow is generated at a time variation of the gas volume flow of the compressed gas using a Zerstäubergasdüse.

Die unter hohem Druck stehende Gasströmung expandiert dabei bevorzugt auf Geschwindigkeiten größer Mach 1. Diese hohe Geschwindigkeit gewährleistet eine fest haftende Beschichtung auf dem Grundwerkstoff.The high-pressure gas flow preferably expands to speeds greater than Mach 1. This high speed ensures a firmly adhering coating on the base material.

Vorteilhafter Weise erfolgt die Modulation der Gasströmung des Druckgases in Abhängigkeit von der Frequenz der Strom-Spannungsquelle der Elektroden. Es ist jedoch auch möglich die Frequenz/Modulation des Druckgases unabhängig von der Frequenz der Strom-Spannungsquelle der Elektroden zu steuern bzw. zu regeln.Advantageously, the modulation of the gas flow of the compressed gas in dependence on the frequency of the current-voltage source of the electrodes. However, it is also possible to control the frequency / modulation of the compressed gas regardless of the frequency of the current-voltage source of the electrodes or regulate.

Die gepulste Gasströmung, welche zur Vermeidung des Absetzten und/oder zur Ablösung von Tropfen aus dem Nebel des aufgeschmolzenen Zusatzwerkstoffes führt, wird dabei bevorzugt in Abhängigkeit von den elektrischen Parametern (Strom, Spannung und Strom-Spannungs-Kennlinie) der Elektroden und/oder in Abhängigkeit von den strömungsmechanischen Bedingungen an die jeweilige Beschichtungsaufgabe angepasst.The pulsed gas flow, which leads to avoid sedimentation and / or detachment of droplets from the mist of the molten filler material, is thereby preferably as a function of the electrical parameters (current, voltage and current-voltage characteristic) of the electrodes and / or in Depending on the fluid mechanical conditions adapted to the respective coating task.

Die Vorrichtung weist eine Einrichtung zur Erzeugung eines Druckgases aufweist, welches mit hoher Geschwindigkeit durch eine Düse ausströmt und das aufgeschmolze Material des Zusatzwerkstoffes auf eine Oberfläche spritzt, wobei erfindungsgemäß Mittel vorgesehen sind, durch welche eine modulierte/pulsierende Gasströmung hoher Geschwindigkeit erzeugbar ist.The device has a device for generating a compressed gas, which flows out at high speed through a nozzle and the molten material of the filler injected onto a surface, wherein means are provided according to the invention, through which a modulated / pulsating gas flow of high speed can be generated.

Durch diese Mittel ist insbesondere eine modulierte/pulsierende Gasströmung bei einer zeitlichen Veränderung des Zerstäubergasvolumenstroms erzeugbar.By means of this, in particular a modulated / pulsating gas flow can be generated with a temporal change of the atomizing gas volume flow.

Die Mittel sind insbesondere in Form von Ventilen ausgebildet, welche die Gasströmung verändern (z. B. Hochleistungsventilen, die eine schnelle Schaltfrequenz gewährleisten).The means are designed in particular in the form of valves which change the gas flow (eg high-performance valves which ensure a fast switching frequency).

Um ein Expandieren/Beschleunigen des Gasstroms zu gewährleisten, ist die Düse in der Art einer Zerstäubergasdüse, insbesondere einer Laval-Düse ausgebildet, die sich in Strömungsrichtung des Gases zuerst verjüngt und anschließend wieder erweitert, wodurch der Gasstrom zuerst gebremst wird und anschließend expandiert, wodurch dessen Geschwindigkeit wieder zunimmt.In order to ensure an expansion / acceleration of the gas flow, the nozzle is designed in the manner of a Zerstäubergasdüse, in particular a Laval nozzle, which tapers in the flow direction of the gas first and then expanded again, whereby the gas flow is first braked and then expanded, thereby whose speed increases again.

Dabei ist der Zusatzwerkstoff in Bezug auf die Längsachse der Düse in einem flachen Anstellwinkel geneigt, der maximal 25°, vorzugsweise ca. 10° ± 5° beträgt.In this case, the filler material is inclined with respect to the longitudinal axis of the nozzle in a shallow angle of attack, which is a maximum of 25 °, preferably about 10 ° ± 5 °.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass die Drahtvorschubeinrichtung, mit welcher der Zusatzwerkstoff nachgeführt wird, nicht wie bisher üblich ein kontinuierliches Nachführen des Drahtes realisiert, sondern den Drahtvorschub diskontinuierlich, bzw. schrittweise regelt, derart, dass das Nachführen des Drahtes insbesondere in Abhängigkeit/Korrelation mit den Impulsen der pulsierenden Gasströmung des Druckgases erfolgt.A further advantageous embodiment of the invention is that the wire feed device, with which the filler material is tracked, not realized as usual a continuous tracking of the wire, but the wire feed discontinuously, or gradually regulates, such that the tracking of the wire in particular Dependence / correlation with the pulses of the pulsating gas flow of the compressed gas takes place.

Der gedankliche Ansatz der Erfindung beruht auf einer gezielten, dem Prozess angepassten ”modulierten” Gasströmung hoher Geschwindigkeit (bzw. einer zeitlichen Veränderung des Zerstäubergasvolumenstroms) zur Verhinderung des Absetzend der Schmelzphase/der Partikeltröpfchen an Brennerkomponenten.The conceptual approach of the invention is based on a targeted, "high velocity" 'modulated' gas flow adapted to the process (or a temporal change in nebulizer gas volume flow) to prevent settling of the melt phase / particle droplets on burner components.

Diese ”Pulsung” wird bevorzugt durch Hochleistungsmagnetventile realisiert, die ihr Regelsignal in Abhängigkeit vom Zeitintervall des Ab- bzw. Aufschmelzens einer entsprechenden Materialfraktion des drahtförmigen Spritzzusatzwerkstoffes beziehen. Die unter hohem Druck stehende Gasströmung wird durch geeignete Zerstäubergasdüsen (Laval ähnlich) gerichtet auf Geschwindigkeiten größer Mach 1 expandiert. Das Impulsartige Auftreffen der Gasphase führt zu einer feinen und homogenen Zerstäubung der Materialphasen. Das sich aufbauende quasistationäre Wirbelfeld (hinter den Drahtenden) wird infolge des gepulsten Gasstroms stark reduziert und bewirkt eine Minimierung der Strahldivergenz. Die Rezirkulationsgebiete im Bereich der Drahtenden werden ebenfalls stark verkleinert, so dass der Schmelzfilm bzw. Tropfen nicht oder nur teilweise in diesen Wirbelgebieten rezirkulieren und oxidieren. Das Regelsignal der Magnetventile wird zur besseren Prozesssteuerung mit dem Regelkreis der Strom-Spannungsquelle synchronisiert.This "pulsation" is preferably realized by high-performance solenoid valves, which relate their control signal as a function of the time interval of melting or melting a corresponding material fraction of the wire-shaped spray additive. The high pressure gas flow is directed through suitable nebulizer gas nozzles (Laval similar) directed to speeds greater than Mach 1. The impulsive impact of the gas phase leads to a fine and homogeneous atomization of the material phases. The resulting quasi-stationary vortex field (behind the wire ends) is greatly reduced due to the pulsed gas flow and minimizes beam divergence. The recirculation areas in the region of the wire ends are also greatly reduced, so that the melt film or drops do not or only partially recirculate and oxidize in these fluidized areas. The control signal of the solenoid valves is synchronized for better process control with the control circuit of the current-voltage source.

Die Zerstäubergasdüsen werden für diesen Prozess massestromspezifisch ausgelegt. Erreichbare Ergebnisse:

  • 1. homogen zerstäubte Materialphase (homogener Schichtaufbau)
  • 2. verringerte Oxidation des Spritzzusatzwerkstoffes
  • 3. Schichten hoher Güte
  • 4. Partikelgeschwindigkeiten größer 300 m/s
  • 5. Materialeffiziente Beschichtung (Erhöhung des Auftragwirkungsgrades)
The nebulizer gas nozzles are designed mass flow-specific for this process. Achievable results:
  • 1. homogeneously atomized material phase (homogeneous layer structure)
  • 2. reduced oxidation of the spray additive
  • 3. High quality layers
  • 4. Particle velocities greater than 300 m / s
  • 5. Material-efficient coating (increase of the order efficiency)

Um die Qualität lichtbogengespritzter Beschichtungen zu verbessern, ist eine konsequente Anpassung der Prozessführung unter strömungsdynamisch optimierten Bedingungen zwingend erforderlich. Es ist davon auszugehen, dass bereits geringfügige Veränderungen an marktgängiger Brennertechnik ausreichen, um deutliche Verbesserungen zu erzielen. Da der Bereich des Hochgeschwindigkeitsspritzens mit Lichtbogensystemen bisher nur ungenügend erschlossen wurde, soll durch die gezielte Auslegung der zur Erzeugung Oberschallschneller Gasströmungen notwendigen Expansionsdüsen der partikelbeladene Freistrahl so beeinflusst werden, dass sich höhere Partikelgeschwindigkeiten und geringere Spritzstrahldivergenzen einstellen. Grundlage für die Erfindungsmeldung ist die Ausnutzung einer gepulsten Hochgeschwindigkeitsgasströmung.In order to improve the quality of arc-sprayed coatings, a consistent adaptation of the process control under flow-dynamic optimized conditions is absolutely necessary. It can be assumed that even minor changes to marketable burner technology are sufficient to achieve significant improvements. Since the area of high-speed spraying with arc systems has hitherto only been insufficiently developed, the particle-laden free jet should be influenced by the targeted design of the expansion nozzles necessary for the generation of supersonic gas flows, so that higher particle velocities and lower jet divergences occur. The basis for the disclosure of the invention is the exploitation of a pulsed high-velocity gas flow.

Die durch Ventile gepulste Gasströmung wird in Abhängigkeit von den elektrischen Parametern (Strom, Spannung und Strom-Spannungs-Kennlinie) und in Abhängigkeit von den strömungsmechanischen Bedingungen, die zur Tropfenablösung führen, an die jeweilige Beschichtungsaufgabe angepasst.The gas flow pulsed by valves is adapted to the respective coating task, depending on the electrical parameters (current, voltage and current-voltage characteristic) and on the fluid-mechanical conditions that lead to droplet detachment.

Durch den Einsatz einer gepulsten Zerstäubergasströmung wird eine homogenere und feinere Partikelphase erwartet Die Ausprägung starker Turbulenzballen im Bereich der Drahtspitzen, welche für die massive Aufweitung des partikelbeladenen Freistrahls verantwortlich ist, soll reduziert werden. Im Zusammenhang einer gezielt expandierenden (vorgespannten) Gasströmung sollen Partikelgeschwindigkeiten von über 300 m/s erreicht werden.A more homogeneous and finer particle phase is expected through the use of a pulsed atomizing gas flow. The expression of strong turbulence bales in the area of the wire tips, which is responsible for the massive expansion of the particle-laden free jet, is to be reduced. In the context of a deliberately expanding (prestressed) gas flow, particle velocities of more than 300 m / s are to be achieved.

Es kommen als Druckgas homogen strömende, zum Teil expandierende, heiße bzw. kalte, vorgespannte Prozessgase (verschiedener Art- bspw. Brenn-, Inertgase, Verbrennungsprodukte usw.) zur Anwendung.Compressed gases used are homogeneously flowing, partly expanding, hot or cold, tempered process gases (of various types, for example, combustible, inert gases, combustion products, etc.).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and an accompanying drawing.

In der Zeichnung ist eine Einrichtung zur Beschichtung der Oberfläche 1a eines Grundwerkstoffs 1 dargestellt, wodurch mittels Drahtlichtbogenspritzen eine Spritzschicht 2 erzeugt wurde.In the drawing is a device for coating the surface 1a a base material 1 represented, whereby means of wire arc spraying a sprayed layer 2 was generated.

Dazu wird ein Zusatzwerkstoff 3, hier zwei Drähte, in Kontaktrohren 4 geführt. Beide Kontaktrohre 4 sind an eine Spannungsquelle 5 angeschlossen, so dass diese unterschiedlich gepolt sind. Der Zusatzwerkstoff 3 ist durch jeweils eine Drahtvorschubeinrichtung 6 nachführbar. Dessen Schmelzen erfolgt über die Spannungsquelle 5, durch deren Anlegen zwischen den aufeinander zuweisenden Enden des Zusatzwerkstoffes ein Lichtbogen gebildet wird, wodurch die Enden des Zusatzwerkstoffes 3 aufschmelzen. Durch eine zentrisch zwischen den Kontaktrohren 5 angeordnete Düse 7, die eine Längsachse A aufweist, strömt ein Druckgas 8 (dargestellt durch einen Pfeil) gepulst und mit hoher Geschwindigkeit in Richtung zum Grundwerkstoff 1, wodurch das aufgeschmolzene Material des Zusatzwerkstoffes 3 auf die Oberfläche 1a spritzt und die Spritzschicht 2 erzeugt. Dabei bildet sich ein Nebel 3a aus dem abgeschmolzenen Zusatzwerkstoff aus, dessen Tropfen durch das gepulste Druckgas sich nicht an der Düse 7 bzw. den Kontaktrohren 4 oder dem Zusatzwerkstoff 3 absetzen können. Sollten sich Schmelztropfen dennoch absetzen, so werden diese durch den pulsierenden Gasstrom wieder gelöst und in Richtung zur Oberfläche 1a des Grundwerkstoffs transportiert.This is a filler material 3 , here two wires, in contact tubes 4 guided. Both contact tubes 4 are connected to a voltage source 5 connected so that they are poled differently. The additional material 3 is by a wire feed device 6 trackable. Its melting takes place via the voltage source 5 , by the creation of which between the mutually facing ends of the filler material, an arc is formed, whereby the ends of the filler material 3 melt. Through a centric between the contact tubes 5 arranged nozzle 7 having a longitudinal axis A, a pressurized gas flows 8th (represented by an arrow) pulsed and at high speed towards the base material 1 , whereby the molten material of the filler material 3 on the surface 1a splashes and the sprayed layer 2 generated. This forms a fog 3a from the molten filler material whose drops are not at the nozzle due to the pulsed compressed gas 7 or the contact tubes 4 or the filler material 3 can settle. Should melt droplets nevertheless settle, they will be released again by the pulsating gas flow and towards the surface 1a transported the base material.

Durch die Spannungsquelle 5 wird bevorzugt ein Wechselstrom oder ein gepulster Gleichstrom erzeugt, wobei das Druckgas 8 durch eine entsprechende Einrichtung 9, die ein nicht bezeichnetes Hochleistungsventil aufweist, insbesondere in Abhängigkeit der Frequenz der Spannungsquelle (insbesondere synchron dazu) gepulst wird.By the voltage source 5 Preferably, an alternating current or a pulsed direct current is generated, wherein the compressed gas 8th by an appropriate device 9 having a non-designated high performance valve, in particular in response to the frequency of the voltage source (in particular synchronously thereto) is pulsed.

Wird durch die Spannungsquelle Gleichstrom zur Verfügung gestellt, pulsiert lediglich das Druckgas.If DC power is provided by the voltage source, only the pressurized gas pulsates.

Die erforderliche Frequenz des Pulsierens des Druckgases, die für das Verhindern des Absetzens von Tropfen an der Anlage oder deren Entfernen erforderlich ist, kann durch wenige Versuche ermittelt werden.The required frequency of the pulsation of the compressed gas, which is required for preventing the deposition of drops on the system or their removal, can be determined by a few experiments.

Der Drahtanstellwinkel α des Zusatzwerkstoffes 3 ist sehr flach und liegt bevorzugt im Bereich von ca. 10° bezogen auf die Längsachse A der Düse 7.The Drahtanstellwinkel α of the filler material 3 is very shallow and is preferably in the range of about 10 ° with respect to the longitudinal axis A of the nozzle 7 ,

Der Durchströmquerschnitt der Düse 7 verringert sich in Strömungsrichtung in der Art eines Diffusors und erweitert sich dann wieder in der Art eines Konfusors, wodurch das Druckgas 8 beschleunigt wird. Dessen Geschwindigkeit beträgt nach der Düse 1 Mach und mehr, wodurch eine hervorragende Homogenität der Spritzschicht 2 und eine gute Haftung auf dem Grundwerkstoff 1 gewährleistet wird.The flow area of the nozzle 7 decreases in the flow direction in the manner of a diffuser and then widens again in the manner of a confuser, whereby the compressed gas 8th is accelerated. Its speed is after the nozzle 1 Mach and more, ensuring excellent homogeneity of the sprayed layer 2 and good adhesion to the base material 1 is guaranteed.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0879645 A2 [0004] EP 0879645 A2 [0004]
  • DE 4334610 A1 [0005] DE 4334610 A1 [0005]

Claims (13)

Verfahren zum thermischen Spritzen, insbesondere zum Lichtbogenspritzen mit Zusatzwerkstoff, der durch einen mittels Elektroden erzeugten Lichtbogen aufgeschmolzen wird, wobei ein Druckgases mit hoher Geschwindigkeit durch eine Düse ausströmt und das aufgeschmolzene Material des Zusatzwerkstoffes auf eine Oberfläche spritzt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckgas mit einer modulierten/pulsierenden Gasströmung hoher Geschwindigkeit erzeugt und dadurch die Ausbildung eines quasistationären Wirbelfeldes des aufgeschmolzenen Materials im Bereich der Enden des Zusatzwerkstoffes eingeschränkt oder verhindert wird.Method for thermal spraying, in particular for arc spraying with additional material, which is melted by an arc generated by means of electrodes, wherein a compressed gas flows through a nozzle at high speed and injects the molten material of the filler material onto a surface, characterized in that a compressed gas with a generated modulated / pulsating gas flow of high velocity and thereby the formation of a quasi-stationary vortex field of the molten material in the region of the ends of the filler material is limited or prevented. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die modulierte/pulsierende Gasströmung des Druckgases ein Absetzen von Partikeln/Tropfen des aufgeschmolzenen Materials an der Düse und/oder am Zusatzwerkstoff verhindert wird und/oder daran abgesetzte Partikeln/Tropfen gelöst werden.A method according to claim 1, characterized in that by the modulated / pulsating gas flow of the pressurized gas settling of particles / drops of the molten material at the nozzle and / or the filler material is prevented and / or settled particles / drops are solved. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine modulierte/pulsierende Gasströmung bei einer zeitlichen Veränderung des Gasvolumenstroms des Druckgases unter Verwendung einer Zerstäubergasdüse erzeugt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that a modulated / pulsating gas flow is generated at a time change of the gas volume flow of the compressed gas using a Zerstäubergasdüse. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die unter hohem Druck stehende Gasströmung auf Geschwindigkeiten größer Mach 1 expandiert.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the high-pressure gas flow to speeds greater than Mach 1 expands. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulation der Gasströmung des Druckgases in Abhängigkeit von der Frequenz der Strom-Spannungsquelle der Elektroden erfolgt.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the modulation of the gas flow of the compressed gas in dependence on the frequency of the current-voltage source of the electrodes takes place. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gepulste Gasströmung in Abhängigkeit von den elektrischen Parametern (Strom, Spannung und Strom-Spannungs-Kennlinie) der Elektroden und/oder in Abhängigkeit von den strömungsmechanischen Bedingungen an die jeweilige Beschichtungsaufgabe angepasst wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the pulsed gas flow is adjusted depending on the electrical parameters (current, voltage and current-voltage characteristic) of the electrodes and / or depending on the fluid mechanical conditions of the respective coating task , Vorrichtung zum thermischen Spritzen, insbesondere zum Lichtbogenspritzen mit Zusatzwerkstoff, der durch einen mittels Elektroden erzeugten Lichtbogen aufgeschmolzen wird, wobei die Vorrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung eines Druckgases aufweist, welches mit hoher Geschwindigkeit durch eine Düse ausströmt und das aufgeschmolze Material des Zusatzwerkstoffes auf eine vorbereitete Oberfläche spritzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung des Druckgases Mittel aufweist, durch welche eine modulierte/pulsierende Gasströmung hoher Geschwindigkeit erzeugbar ist.Apparatus for thermal spraying, in particular for arc spraying with additional material, which is melted by an arc generated by means of electrodes, wherein the apparatus comprises means for generating a compressed gas which flows at high speed through a nozzle and the molten material of the filler material on a prepared surface injects, characterized in that the means for generating the compressed gas comprises means by which a modulated / pulsating gas flow of high speed can be generated. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Mittel eine modulierte/pulsierende Gasströmung bei einer zeitlichen Veränderung des Zerstäubergasvolumenstroms erzeugbar ist.Apparatus according to claim 7, characterized in that by the means a modulated / pulsating gas flow at a temporal change of the atomizing gas volume flow can be generated. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel in Form von die Gasströmung verändernden Ventilen ausgebildet sind.Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the means in the form of the gas flow changing valves are formed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse in der Art einer Zerstäubergasdüse, insbesondere einer Laval-Düse ausgebildet ist.Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that the nozzle is designed in the manner of a Zerstäubergasdüse, in particular a Laval nozzle. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Düse in Strömungsrichtung des Gases zuerst verjüngt und anschließend erweitert.Device according to one of claims 7 to 10, characterized in that the nozzle first tapers in the flow direction of the gas and then expanded. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse eine Längsachse (A) aufweist und der Zusatzwerkstoff in Bezug auf die Längsachse der Düse in einem flachen Winkel geneigt ist, wobei der der Anstellwinkel insbesondere maximal 25° beträgt.Device according to one of claims 7 to 11, characterized in that the nozzle has a longitudinal axis (A) and the filler material is inclined with respect to the longitudinal axis of the nozzle at a shallow angle, wherein the angle of attack is in particular a maximum of 25 °. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzwerkstoff durch eine Drahtvorschubeinrichtung 6 nachführbar ist, wobei das Nachführen des Drahtes „schrittweise” in Korrelation mit den Impulsen der pulsierenden Gasströmung des Druckgases erfolgt.Device according to one of claims 7 to 12, characterized in that the filler material by a wire feed device 6 is trackable, wherein the tracking of the wire "stepwise" in correlation with the pulses of the pulsating gas flow of the compressed gas takes place.
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