JP2004082024A - Internal supply type flame spraying apparatus - Google Patents

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JP2004082024A
JP2004082024A JP2002248402A JP2002248402A JP2004082024A JP 2004082024 A JP2004082024 A JP 2004082024A JP 2002248402 A JP2002248402 A JP 2002248402A JP 2002248402 A JP2002248402 A JP 2002248402A JP 2004082024 A JP2004082024 A JP 2004082024A
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powder
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Seiya Kunioka
國岡 誠也
Kazushi Furuki
古木 一志
Muneaki Nakamura
中村 宗昭
Akira Yamauchi
山内 亮
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Suzuki Motor Corp
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Suzuki Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the workability by reducing or automating a work removing the powder clogging of a jet orifice. <P>SOLUTION: A flame spraying apparatus 10 is constituted so that the jet orifice 11 of a powder supply pipe 72 is provided in a flame spraying gun 71, a powder 76 of a flame spraying raw material is supplied to a plasma jet 74 from the jet orifice 11 to be melted and the molten powder 76 is sprayed on an article to be treated to form a film. Air piping 13 for ejecting compressed air 12 to the jet orifice 11 from the inside of the powder supply pipe 72 is provided in the flame spraying gun 71. By this constitution, the adherend of the jet orifice 11 is blown off by compressed air 12 to be returned to the flow of the powder 76 in the jet orifice 11. The formation of the adherend at the jet orifice 11 being a problem peculiar to an internal supply type can be dissolved simply without decomposing the flame spraying gun 71 and interrupting flame spraying work. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末供給管の噴射口を溶射ガン内に備え、溶射原料の粉末を前記噴射口から熱源に供給することにより、当該粉末を溶融又は半溶融状態にして被処理物に吹き付けて皮膜を形成する内部供給方式溶射装置(以下、単に「溶射装置」という。)に関する。
【0002】
【従来の技術】
溶射(spraying)とは、物質を熱源で溶融又は半溶融状態にして、基板に吹き付けて膜を形成するコーティング技術の一種である。この膜の形成物質は、金属、セラミックス、プラスチックなど、熱源で蒸発又は分解しないものであれば全て対象となる。熱源には、燃焼炎、アーク、プラズマ、レーザ等が用いられる。
【0003】
電極の間に不活性ガスを流して放電すると、不活性ガスが電離して高温かつ高速のプラズマとなる。このプラズマを熱源として用いる溶射法がプラズマ溶射(plasma spraying)である。一般には、アルゴンを作動ガスとして、水冷されたノズル状の銅製陽極とタングステン製陰極とを用いる。これらの電極の間にアークを発生させると、作動ガスがアークによってプラズマ化され、ノズルから高温かつ高速のプラズマジェットとなって噴出する。このプラズマジェットに溶射材料の粉末を投入し加熱及び加速して基材に吹き付ける。燃焼炎を用いるフレーム溶射では、溶射フレームの理論的な最高温度が3000℃程度である。これに対し、プラズマ溶射では、プラズマガス温度に理論的な上限が存在しないことから、通常5000〜10000℃程度の熱プラズマが用いられるので、高融点材料の溶射に適している。
【0004】
プラズマ溶射装置は、溶射原料の粉末を溶射ガンの外側から供給するか内側から供給するかによって、外部供給方式と内部供給方式とに分けられる。内部供給方式は、外部供給方式に比べて、粉末がプラズマジェット中に入っている時間が長いため、粉末の溶融状態が良好になることにより、緻密な皮膜が容易に形成できるという利点を有する。図7は、従来の内部供給方式のプラズマ溶射装置を示す概略断面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【0005】
プラズマ溶射装置70は、溶射ガン71、粉末供給管72、粉末タンク73等を備えている。溶射ガン71の内部には、粉末供給管72の噴射口721や、図示しない陰極及び陽極が設けられている。図示しない作動ガスを溶射ガン71内に導き、陰極と陽極との間でアークを発生させると、作動ガスがプラズマ化され、高温かつ高速のプラズマジェット74が噴出する。一方、粉末タンク73から粉末供給管72内に粉末供給ガス75を流し、粉末供給ガス75に溶射材料の粉末76を乗せて溶射ガン71へ運ぶ。これにより、プラズマジェット74に粉末76を供給し、粉末76を溶融して被処理物(図示せず)に吹き付けて皮膜を形成する。また、プラズマジェット74の外側には、溶滴となった粉末76からなる溶射フレーム77が形成されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プラズマ溶射装置70には、内部供給方式に特有の問題点、すなわち噴射口721において粉末76の付着及び詰まりが発生しやすいという問題点があった。図8は図7のプラズマ溶射装置の問題点を示す要部断面図であり、図8[1]〜図8[3]の順に時間が経過する。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図7と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【0007】
図8[1]は、粉末76の付着及び詰まりが発生していない正常な場合である。この場合、噴射口721から噴射された粉末76は、全てプラズマジェット74に投入されて溶滴となり、溶射フレーム77として溶射ガン71から噴射される。
【0008】
図8[2]は、粉末76の付着及び詰まりが発生し始めた場合である。溶射口721に粉末76が付着し始めると、付着物761が発生することにより噴射口721の口径が徐々に小さくなっていく。そのため、噴射口721からプラズマジェット74に投入される粉末76の量が減少するので、溶射フレーム77’の量も減少する。
【0009】
図8[3]は、粉末76の付着及び詰まりが一段と進んだ場合である。一般に、高温のプラズマジェット74から溶射ガン71を保護するために、溶射ガン71内には冷却水を通している。そのため、プラズマジェット74に向け噴射されて溶滴になろうとしている粉末76は、噴射口721の周辺に付着すると冷却され凝固してしまう。そして、噴射口721の周辺に付着した粉末76は、冷却水の影響で冷やされるため、再び溶滴となって溶射ガン71外に噴射されることは少ない。それどころか、大きな付着物762となって、その上への溶滴の付着を誘発するとともに、粉末供給管72内の粉末76の流れも阻害する。その結果、溶射フレーム77”の量も更に減少してしまう。すなわち、成膜速度が大幅に低下する。
【0010】
噴射口721への粉末76の付着が更に進むと、粉末76が粉末供給管72内で詰まることにより、噴射口721からの粉末76の噴射が停止してしまう。この停止は、プラズマジェット74への粉末76の投入がなくなることを意味しており、溶射フレーム77が発生しなくなって皮膜の形成もできなくなる。粉末76の詰まりが発生した場合は、溶射ガン71から粉末供給管72を取り外し、粉末供給管72及び噴射口721に付着した粉末76を除去する。
【0011】
以上のとおり、内部供給方式のプラズマ溶射装置70では、時々溶射作業を中断して、溶射ガン71を分解し詰まった粉末76を取り除く作業が必要であった。溶射作業の中断は、作業性を低下させることにより、被処理物の製造コストを上昇させていた。
【0012】
【発明の目的】
そこで、本発明の主な目的は、噴射口に詰まった粉末を除去する作業を軽減又は自動化することにより、作業性を向上させた溶射装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る溶射装置は、粉末供給管の噴射口を溶射ガン内に備え、溶射原料の粉末を噴射口から熱源に供給することにより、粉末を溶融又は半溶融状態にして被処理物に吹き付けて皮膜を形成するものにおいて、粉末供給管の内側から粉末供給管の噴射口に向けて圧縮エアを噴射するエア配管が溶射ガン内に設けられたことを特徴とする(請求項1)。
【0014】
溶射原料の粉末は、粉末供給管の噴射口から溶射ガンの熱源に供給され、溶滴となって被処理物に吹き付けられる。一方、噴射口には粉末の一部が付着し、溶射時間の経過とともにその付着物も大きくなって、噴射口における粉末の流れを妨げるようになる。そこで、溶射作業中に時々、エア配管から圧縮エアを噴射口に向けて噴射すると、噴射口の付着物が圧縮エアによって吹き飛ばされ、噴射口における粉末の流れが元に戻る。このように、内部供給方式に特有の問題である噴射口での付着物の発生を、溶射ガンの分解等を必要とせずに簡単に、しかも溶射作業を中断することなく解決できる。なお、圧縮エアを噴射するタイミングの基準は、例えば一定時間としてもよいし、後述するように粉末タンク内や粉末供給管内の圧力としてもよい。
【0015】
請求項2記載の溶射装置は、請求項1記載の溶射装置において、熱源の中心線に対して粉末供給管が垂直に設けられ、粉末供給管の噴射口とエア配管の噴射口とが重なるように粉末供給管とエア配管とが連結されている。そして、これらの噴射口におけるエア配管と粉末供給管とのなす角度は、エア配管の延長方向が粉末供給管の延長方向に一致する場合を0度とし、エア配管の延長方向が粉末供給管の延長方向に垂直かつ皮膜を形成する側にある場合を90度とすると、0度を越え90度未満である。このとき、エア配管から噴射される圧縮エアの流れには、熱源が溶滴を吹き付ける方向と逆の成分が生じない。つまり、溶滴の流れに逆らって圧縮エアが噴射されないので、熱源の状態の悪化が抑えられ、これにより圧縮エアの噴射中でも良好な皮膜が形成される。
【0016】
請求項3記載の溶射装置は、請求項1又は2記載の溶射装置において、エア配管が圧縮エアを粉末供給管の噴射口を経て熱源に向けて噴射する。エア配管から噴射された圧縮エアは、噴射口に付着した粉末を吹き飛ばし、この粉末を熱源へ投入する。つまり、噴射口に付着した粉末は、廃棄されるのではなく、有効に利用される。
【0017】
請求項4記載の溶射装置は、請求項3記載の溶射装置において、エア配管の噴射口における中心線を延長したとき、この中心線が熱源の中心線と交差する。このとき、エア配管から噴射された圧縮エアは、噴射口に付着した粉末を吹き飛ばし、この粉末を熱源の中心へ投入する。したがって、噴射口に付着した粉末は、廃棄されるのではなく有効に利用され、しかも、粉末は熱源の中心に投入されるので良好な溶融状態になる。
【0018】
請求項5記載の溶射装置は、請求項2記載の溶射装置において、エア配管の口径をφA[mm]、粉末供給管の口径をφD[mm]、前記角度をθとしたとき、次の関係を満たす、φDcosθ≦φA≦φD+2、というものである。エア配管の口径が大きいほど、圧縮エアの流量を増やせるので、噴射口の付着物を容易に吹き飛ばすことができる一方、溶滴の流れを妨げたり熱源の温度を低下させたり等、熱源に悪影響を与える。そこで、エア配管の口径にφA≦φD+2という上限値を設けた。逆に、エア配管の口径が小さ過ぎると、粉末供給管の噴射口とエア配管の噴射口とが重なるように、粉末供給管とエア配管とを連結できなくなる。すなわち、粉末供給管の内壁でエア配管の噴射口が開口してしまう。そうなると、エア配管から圧縮エアを噴射しても、噴射口の付着物を吹き飛ばしにくくなる。そこで、エア配管の口径にφDcosθ≦φAという下限値を設けた。
【0019】
請求項6記載の溶射装置は、請求項1乃至5のいずれかに記載の溶射装置において、エア配管に設けられ圧縮エアの流路を開閉する自動バルブと、粉末供給管に連結された粉末タンク内の圧力を測定する圧力センサと、圧力センサで測定された圧力に応じて自動バルブによる流路の開閉を制御する制御部と、を備えたものである。噴射口における粉末詰まりの有無に応じて、粉末タンク内の圧力は変化する。そこで、圧力センサ、自動バルブ及び制御部を使って、粉末タンク内の圧力に応じて圧縮エアの流路を開閉することにより、噴射口に付着した粉末の状況に応じた適切な時期(タイミング)に、自動的に圧縮エアを噴射することができる。なお、自動バルブとは、手動でなく自動的にバルブを開閉するものであり、例えばソレノイドを使った電磁バルブやモータを使った電動バルブなどのことである。
【0020】
請求項7記載の溶射装置は、請求項6記載の溶射装置において、制御部が次のように動作する。圧力センサで測定された圧力が第一の設定値以上になったときに自動バルブを介して圧縮エアの流路を開き、圧力センサで測定された圧力が第二の設定値以下になったときに自動バルブを介して圧縮エアの流路を閉じる。噴射口に付着物が生じると、噴射口が狭められることにより粉末タンク内の圧力が上昇する。このとき、自動バルブを介して圧縮エアの流路を開き、圧縮エアを噴射することにより付着物を除去する。そして、この付着物の除去により噴射口が広がると、粉末タンク内の圧力が低下する。このとき、自動バルブを介して圧縮エアの流路を閉じ、圧縮エアの流出を止める。このように、粉末タンク内の圧力が設定値に戻った時点で圧縮エアを止めることにより、熱源に最小限の影響を与えるだけで、すなわち皮膜の状態に大きな影響を与えることなく、溶射作業を連続して行なえる。
【0021】
請求項8記載の溶射装置は、請求項7記載の溶射装置において、第二の設定値が噴射口に粉末の付着及び詰まりのない正常値であり、第一の設定値が当該正常値よりも25%上昇した値である。すなわち、粉末タンク内の圧力が通常よりも25%上昇した時点で自動バルブを介して圧縮エアの流路を開き、粉末タンク内の圧力が通常に戻った時点で自動バルブを介して圧縮エアの流路を閉じる。圧縮エアを噴射する第一の設定値を正常値の25%とした理由は、例えば次のとおりである。第一の設定値を正常値の25%よりも高くするほど、粉末の流れのばらつきが大きくなるので、成膜速度のばらつきも大きくなり、これにより形成される皮膜に影響が出やすくなる。逆に、第一の設定値を正常値の25%よりも低くするほど、頻繁に圧縮エアを噴射することになるので、形成される皮膜に影響が出やすくなる。したがって、第一の設定値を正常値の25%とすることにより、形成される皮膜に大きな変化を及ぼすことなく、粉末の付着及び詰りを除去することができる。換言すると、第一の設定値は、好ましくは正常値の20%〜30%、より好ましくは正常値の23%〜27%、最も好ましくは正常値の25%である。
【0022】
請求項9記載の溶射装置は、請求項1乃至8のいずれかに記載の溶射装置において、熱源がプラズマである。プラズマは、他の熱源に比べて、極めて高温になるので、高融点材料の溶射に適する等の利点を有する。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1は本発明に係る溶射装置の第一実施形態を示す概略断面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図7及び図8と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【0024】
本実施形態の溶射装置10は、粉末供給管72の噴射口11を溶射ガン71内に備え、溶射原料の粉末76を噴射口11からプラズマジェット74に供給することにより、粉末76を溶融して被処理物(図示せず)に吹き付けて皮膜を形成するものである。そして、粉末供給管72の内側から粉末供給管72の噴射口11に向けて圧縮エア12を噴射するエア配管13が、溶射ガン71内に設けられている。
【0025】
粉末供給管72は、溶射ガン71内の粉末供給孔と、この粉末供給孔に着脱自在に接続される溶射ガン71外の可撓性チューブとからなる。エア配管13は、溶射ガン71内の圧縮エア孔と、この圧縮エア孔に着脱自在に接続される溶射ガン71外の可撓性チューブとからなる。粉末供給管72の噴射口11は、エア配管13から噴射される圧縮エア12の噴射口も兼ねている。
【0026】
粉末76は、粉末供給管72の噴射口11から溶射ガン71のプラズマジェット74に供給され、溶滴となって被処理物に吹き付けられる。一方、噴射口11には粉末76の一部が付着し、溶射時間の経過とともにその付着物も大きくなって、噴射口11における粉末76の流れを妨げるようになる。そこで、溶射作業中に時々、エア配管13から圧縮エア12を噴射口11に向けて噴射すると、噴射口11の付着物(図示せず)が圧縮エア12によって吹き飛ばされ、噴射口11における粉末76の流れが元に戻る。このように、内部供給方式に特有の問題である噴射口11での付着物の発生を、溶射ガン71の分解等を必要とせずに簡単に、しかも溶射作業を中断することなく解決できる。
【0027】
図2は本発明に係る溶射装置の第二実施形態の要部を示し、図2[1]は図2[2]の矢印IIから見た概略図、図2[2]は断面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図1と同じ部分は、図示を省略することにより又は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【0028】
本実施形態の溶射装置20は、プラズマジェット74の中心線741に対して粉末供給管72が垂直に設けられ、粉末供給管72の噴射口11とエア配管13の噴射口11とが重なるように粉末供給管72とエア配管13とが連結されている。そして、噴射口11におけるエア配管13と粉末供給管72とのなす角度θは、エア配管13の延長方向が粉末供給管72の延長方向に一致する場合を0度とし、エア配管13の延長方向が粉末供給管72の延長方向に垂直かつ皮膜を形成する側にある場合を90度とすると、0度を越え90度未満となっている。
【0029】
このとき、エア配管13から噴射される圧縮エア12の流れには、プラズマジェット74が溶滴を吹き付ける方向と逆の成分が生じない。つまり、溶滴の流れに逆らって圧縮エア12が噴射されないので、プラズマジェット74の状態の悪化が抑えられ、これにより圧縮エア12の噴射中でも良好な皮膜が形成される。
【0030】
換言すると、エア配管13は噴射口11で粉末供給管72と繋がるように配置され、エア配管13と粉末供給管72とのなす角度θは0°<θ<90°の関係を満たす。0°<θ<90°とした理由は、プラズマジェット74に逆らって圧縮エア12を噴射すると、プラズマジェット74の状態を悪化させてしまうからである。
【0031】
また、溶射装置20は、エア配管13が圧縮エア12を粉末供給管72の噴射口11を経てプラズマジェット74に向けて噴射する。これに加え、エア配管13の噴射口11における中心線(図示せず)を延長したとき、この中心線がプラズマジェット74の中心線741と交差する。そのため、エア配管13から噴射された圧縮エア12は、噴射口11に付着した粉末76を吹き飛ばし、この粉末76を更にプラズマジェット74の中心へ投入する。したがって、噴射口11に付着した粉末76は、廃棄されるのではなく有効に利用され、しかも、プラズマジェット74の中心に投入されるので良好な溶融状態になる。
【0032】
図3は本発明に係る溶射装置の第三実施形態の要部を示し、図3[1]は図3[2]の矢印IIIから見た概略図、図3[2]は断面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図1及び図2と同じ部分は図示を省略することにより又は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【0033】
本実施形態の溶射装置30は、エア配管13の口径をφA[mm]、粉末供給管72の口径をφD[mm]、噴射口11におけるエア配管13と粉末供給管72とのなす角度をθとしたとき、次の関係を満たす。
φDcosθ≦φA≦φD+2
【0034】
エア配管13の口径が大きいほど、圧縮エア12の流量を増やせるので、噴射口11の付着物を容易に吹き飛ばすことができる一方、溶滴の流れを妨げたりプラズマジェット74の温度を低下させたり等、プラズマジェット74に悪影響を与える。そこで、エア配管13の口径φAにφA≦φD+2という上限値を設けた。
【0035】
逆に、エア配管13の口径φAが小さ過ぎると、粉末供給管72の噴射口11とエア配管13の噴射口11とが重なるように、粉末供給管72とエア配管13とを連結できなくなる。すなわち、粉末供給管72の内壁でエア配管13の噴射口が開口してしまう。そうなると、エア配管13から圧縮エア12を噴射しても、噴射口11の付着物を吹き飛ばしにくくなる。そこで、エア配管13の口径φAにφDcosθ≦φAという下限値を設けた。
【0036】
エア配管13の口径φAの下限値について、更に詳しく説明する。粉末供給管72はプラズマジェット74の中心線741に対して垂直に配置されており、粉末供給管72の溶射ガン71内での開口形状は円となる。一方、エア配管13はプラズマジェット74の中心線741に対して斜めに配置されており、エア配管13の溶射ガン71内での開口形状は楕円(長手方向の長さをBとする。)となる。ここで、粉末供給管72の内壁でエア配管13の噴射口が開口しないようにするには、B≧φDとする必要がある。このとき、φA/B=cosθであるからB=φA/cosθ、したがってφA≧φDcosθとなる。
【0037】
図4は本発明に係る溶射装置の第四実施形態を示す概略断面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図1と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【0038】
本実施形態の溶射装置40は、エア配管13に設けられ圧縮エア12の流路を開閉する電磁バルブ41と、粉末供給管72に連結された粉末タンク73内の圧力(以下「タンク内圧」という。)を測定する圧力センサ42と、圧力センサ42で測定されたタンク内圧に応じて電磁バルブ41による流路の開閉を制御する制御部43とを備えたものである。
【0039】
電磁バルブ41は、ソレノイドとバルブとからなり、外部信号に応じてソレノイドが動作してバルブを開閉する一般的なものである。圧力センサ42は、例えば圧電素子等からなり、タンク内圧(気圧)に応じた信号を出力する。制御部43は、複雑な制御をするならばマイクロコンピュータが適しており、単純な制御をするならば単純な電子回路で十分である。また、制御部43を予め備えた圧力センサ42を用いてもよい。
【0040】
図5は溶射装置40の動作を示す要部断面図であり、図5[1]〜図5[3]の順に時間が経過する。以下、図4及び図5に基づき溶射装置40の動作を説明する。ただし、図5において図4と同じ部分は、図示を省略することにより又は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【0041】
まず、噴射口11に粉末76の付着及び詰まりのない場合は、圧力計42が示すタンク内圧は正常値である(図5[1])。続いて、噴射口11に付着物(付着及び詰まり)44が生じると、噴射口11が狭められることによりタンク内圧が上昇する。そして、タンク内圧が正常値よりも25%上昇すると、制御部43は電磁バルブ41を介して圧縮エア12の流路を開き(図5[2])、圧縮エア12を噴射することにより付着物44を除去する。このとき、粉末供給管72に詰まった粉末76を吸い出す効果もあるので、粉末詰まりの解消が促進される。続いて、付着物44の除去により噴射口11が広がると、タンク内圧が低下する(図5[3])。そして、タンク内圧が正常値に戻ると、制御部43は電磁バルブ41を介して圧縮エア12の流路を閉じ、圧縮エア12の流出を止める(図5[1])。このようにして圧縮エア12を止める理由は、圧縮エア12の噴射によってプラズマジェット74に投入される粉末76の条件(投入量、投入速度など)が変わってしまい、その結果形成される皮膜の性質も変わってしまうことを最低限に抑えるためである。
【0042】
なお、圧縮エア12の噴射量は、プラズマジェット74の状態、例えば出力状態に応じて調整するようにしてもよい。プラズマジェット74の状態に応じて、プラズマジェット74に影響を与えにくい圧縮エア12の噴射量も変わるからである。
【0043】
【実施例】
次に、第四実施形態の溶射装置40を使った一実施例について、図4及び図6に基づき説明する。図6は製造ラインを示す概略図である。
【0044】
図6に示す製造ラインは、試料移動ライン50に下げられた試料51を移動しつつ、試料51に対してブラスト処理及び溶射処理を施すものである。ブラストガン52及び溶射ガン71は、それぞれトラバース装置53,54に装着されている。試料51には、アルミニウム鋳造合金(AC4C)からなる板材(50×80×t8mm)を使用した。溶射材料には鉄とアルミニウムとの混合粉末を使用した。
【0045】
まず、溶射皮膜の密着性を高めるために、試料51の表面をブラストガン52を用いて粗面化する。このとき、ブラストガン52を移動軌跡55のように動かす。続いて、粗面化された試料51の表面に、溶射ガン71を用いて耐磨耗性を有する溶射皮膜を形成する。このとき、溶射ガン71を移動軌跡56のように動かす。以下に、ブラスト条件、溶射条件、及び結果について詳述する。
【0046】
(1)ブラスト条件
ブラスト材料にはホワイトアランダムを使用し、直圧式のブラスト装置を用いた。詳細を以下に示す。
ブラスト種類     直圧式
ブラスト距離     100mm
ブラスト噴射角度   90deg
直圧ノズル径     φ6mm
噴射圧力       392kPa(4kgf/cm
ブラスト材      ホワイトアランダム♯30
ブラストガン移動速度 5mm/sec
【0047】
(2)溶射条件
Fe−Al複合溶射皮膜を形成した。溶射条件は、以下のように設定した。
溶射ガン種類       直筒ガン
粉末供給方式       内部供給方式
溶射方法         プラズマ溶射
溶射距離         100mm
溶射角度         90deg
供給電流         800A
主動ガス流量(Ar)   56.8l/min
補助ガス流量(He)   7.6l/min
粉末供給孔の口径     φ2mm
粉末供給ガス流量(Ar) 5.3l/min
形成膜厚         200μm
圧縮エア孔の口径     φ2mm
圧縮エア流量       15l/min
正常時粉末タンク内圧   55kPa(8psi)
エア噴射時粉末タンク内圧 69kPa(10psi)
【0048】
(3)結果
準備した60枚の試料51に対し、1時間連続でブラスト処理及び溶射処理を実施した。その結果、約10分毎に粉末タンク73のタンク内圧の上昇が観察された。そこで、タンク内圧が正常値よりも25%上昇した時点で、圧縮エア12を噴射することにより、タンク内圧を正常値に戻すことができた。1時間の処理が終了した後、噴射口11を調べたところ、付着物及び粉末詰まりは観察されなかった。また、タンク内圧の上昇時に形成された溶射皮膜を観察したが、特に目立った変化は認められなかった。
【0049】
なお、本発明は、言うまでもなく、上記実施形態に限定されない。例えば、溶射原料として粉末を用いることができる溶射装置であれば、熱源はプラズマに限らず燃焼炎、アーク、レーザ等としてもよい。
【0050】
【発明の効果】
本発明に係る溶射装置によれば、粉末供給管の噴射口を溶射ガン内に備え、溶射原料の粉末を噴射口から熱源に供給することにより、粉末を溶融又は半溶融状態にして被処理物に吹き付けて皮膜を形成するものにおいて、粉末供給管の内側から粉末供給管の噴射口に向けて圧縮エアを噴射するエア配管を、溶射ガン内に設けたことにより、溶射作業中にエア配管から圧縮エアを噴射して、噴射口の付着物を吹き飛ばすことができる。そのため、内部供給方式に特有の問題である噴射口での付着物の発生を、溶射ガンの分解等を必要とせずに簡単に、しかも溶射作業を中断することなく解決できるので、作業性を著しく向上できる。
【0051】
請求項2記載の溶射装置によれば、熱源の中心線に対して粉末供給管を垂直に設け、粉末供給管の噴射口とエア配管の噴射口とが重なるように粉末供給管とエア配管とを連結し、噴射口におけるエア配管と粉末供給管とのなす角度を0度を越え90度未満としたことにより、溶滴の流れに逆らって圧縮エアが噴射されないので、熱源の状態の悪化が抑えられ、これにより圧縮エアの噴射中でも良好な皮膜を形成できる。
【0052】
請求項3記載の溶射装置によれば、圧縮エアを粉末供給管の噴射口を経て熱源に向けて噴射することにより、吹き飛ばされた粉末が熱源に投入されるので、噴射口に付着した粉末を廃棄するのではなく有効に利用できる。
【0053】
請求項4記載の溶射装置によれば、エア配管の噴射口における中心線を延長したとき、この中心線が熱源の中心線と交差するようにしたので、吹き飛ばされた粉末が熱源の中心に投入されることにより、噴射口に付着した粉末を廃棄するのではなく有効に利用できる。しかも、粉末は熱源の中心に投入されることから良好な溶融状態になり、これにより良好な皮膜を形成できる。
【0054】
請求項5記載の溶射装置によれば、エア配管の口径をφA[mm]、粉末供給管の口径をφD[mm]、エア配管と粉末供給管とのなす角度をθとしたとき、φDcosθ≦φA≦φD+2を満たすようにしたので、熱源に対する悪影響を抑えつつ、確実に噴射口の付着物を除去できる。つまり、φA≦φD+2としたことにより熱源に対する悪影響を抑えることができ、φDcosθ≦φAとしたことにより確実に噴射口の付着物を除去できる。
【0055】
請求項6記載の溶射装置によれば、エア配管に設けられ圧縮エアの流路を開閉する自動バルブと、粉末供給管に連結された粉末タンク内の圧力を測定する圧力センサと、圧力センサで測定された圧力に応じて自動バルブによる流路の開閉を制御する制御部とを備えたことにより、粉末タンク内の圧力に応じて圧縮エアの流路を開閉することができるので、噴射口に付着した粉末の状況に応じた適切な時期に、自動的に圧縮エアを噴射することができる。したがって、内部供給方式に特有の問題である噴射口での付着物の発生を、溶射ガンの分解等を必要とせずに簡単に、しかも溶射作業を中断することなく自動的に解決できるので、作業性を更に著しく向上できる。
【0056】
請求項7記載の溶射装置によれば、圧力センサで測定された圧力が第一の設定値以上になったときに自動バルブを介して圧縮エアの流路を開き、圧力センサで測定された圧力が第二の設定値以下になったときに自動バルブを介して圧縮エアの流路を閉じることにより、粉末タンク内の圧力が設定値に戻った時点で圧縮エアが止められるので、熱源に対する影響を最小限に抑えつつ、確実に噴射口の付着物を除去できる。すなわち、皮膜の状態に大きな影響を与えることなく、溶射作業を連続して実行できる。
【0057】
請求項8記載の溶射装置によれば、粉末タンク内の圧力が通常よりも25%上昇した時点で圧縮エアの流路を開き、粉末タンク内の圧力が通常に戻った時点で圧縮エアの流路を閉じることにより、形成される皮膜に大きな変化を及ぼすことなく、粉末の付着及び詰りを除去することができる。つまり、圧縮エアを噴射する設定値を正常値の25%、かつ圧縮エアを停止する設定値を正常値としたことにより、設定値をこれら以外の値にした場合に比べて、形成される皮膜に対する影響を最も少なくできる。
【0058】
請求項9記載の溶射装置によれば、熱源をプラズマとしたことにより、高融点材料の溶射に適する等のプラズマ特有の利点を生かしつつ、前述の作業性の向上等の本発明の効果と相俟って、より多くの分野で使用できるなど、有用性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る溶射装置の第一実施形態を示す概略断面図である。
【図2】本発明に係る溶射装置の第二実施形態の要部を示し、図2[1]は図2[2]の矢印IIから見た概略図、図2[2]は断面図である。
【図3】本発明に係る溶射装置の第三実施形態の要部を示し、図3[1]は図3[2]の矢印IIIから見た概略図、図3[2]は断面図である。
【図4】本発明に係る溶射装置の第二実施形態を示す概略断面図である。
【図5】図4の溶射装置の動作を示す要部断面図であり、図5[1]〜図5[3]の順に時間が経過する。
【図6】図5の溶射装置を使った一実施例における製造ラインを示す概略図である。
【図7】従来の内部供給方式のプラズマ溶射装置を示す概略断面図である。
【図8】図7のプラズマ溶射装置の問題点を示す要部断面図であり、図8[1]〜図8[3]の順に時間が経過する。
【符号の説明】
10,20,30,40 溶射装置
11 噴射口
12 圧縮エア
13 エア配管
41 電磁バルブ(自動バルブ)
42 圧力センサ
43 制御部
71 溶射ガン
72 粉末供給管
73 粉末タンク
74 プラズマジェット(熱源)
75 粉末供給ガス
76 粉末
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides an injection port of a powder supply pipe in a thermal spray gun, and supplies a powder of a thermal spraying material to a heat source from the injection port, thereby spraying the powder in a molten or semi-molten state to an object to be processed. The present invention relates to an internal supply type thermal spraying device (hereinafter, simply referred to as a "thermal spraying device") for forming the above.
[0002]
[Prior art]
Spraying is a type of coating technique in which a material is melted or semi-molten with a heat source and sprayed onto a substrate to form a film. The substance for forming this film is applicable to any substance that does not evaporate or decompose with a heat source, such as metal, ceramics, and plastic. As the heat source, a combustion flame, arc, plasma, laser, or the like is used.
[0003]
When an inert gas flows between the electrodes and discharge occurs, the inert gas is ionized and becomes high-temperature and high-speed plasma. A thermal spraying method using this plasma as a heat source is plasma spraying. Generally, a water-cooled nozzle-shaped copper anode and tungsten cathode are used with argon as a working gas. When an arc is generated between these electrodes, the working gas is turned into plasma by the arc, and is ejected from the nozzle as a high-temperature and high-speed plasma jet. The powder of the thermal spray material is injected into the plasma jet, heated and accelerated and sprayed on the substrate. In flame spraying using a combustion flame, the theoretical maximum temperature of the sprayed flame is about 3000 ° C. On the other hand, in plasma spraying, since there is no theoretical upper limit in the plasma gas temperature, thermal plasma of about 5,000 to 10,000 ° C. is usually used, so that it is suitable for spraying a high melting point material.
[0004]
The plasma spraying apparatus is classified into an external supply system and an internal supply system depending on whether the powder of the spray material is supplied from the outside or the inside of the spray gun. The internal supply method has an advantage that the powder is in the plasma jet for a longer time than the external supply method, so that the powder can be easily melted and a dense film can be easily formed. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a conventional internal supply type plasma spraying apparatus. Hereinafter, description will be made based on this drawing.
[0005]
The plasma spraying device 70 includes a spray gun 71, a powder supply pipe 72, a powder tank 73, and the like. Inside the thermal spray gun 71, an injection port 721 of a powder supply pipe 72, and a cathode and an anode (not shown) are provided. When a working gas (not shown) is introduced into the spray gun 71 to generate an arc between the cathode and the anode, the working gas is turned into plasma, and a high-temperature and high-speed plasma jet 74 is jetted. On the other hand, a powder supply gas 75 flows from the powder tank 73 into the powder supply pipe 72, and the powder 76 of the thermal spray material is put on the powder supply gas 75 and transported to the thermal spray gun 71. As a result, the powder 76 is supplied to the plasma jet 74, and the powder 76 is melted and sprayed on an object to be processed (not shown) to form a film. Further, outside the plasma jet 74, a thermal spray frame 77 made of powder 76 that has become a droplet is formed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the plasma spraying apparatus 70 has a problem peculiar to the internal supply method, that is, a problem that the powder 76 tends to adhere and clog at the injection port 721. FIG. 8 is a sectional view of a main part showing a problem of the plasma spraying apparatus of FIG. 7, and time elapses in the order of FIG. 8 [1] to FIG. 8 [3]. Hereinafter, description will be made based on this drawing. However, the same parts as those in FIG.
[0007]
FIG. 8A shows a normal case in which the adhesion and clogging of the powder 76 have not occurred. In this case, all of the powder 76 injected from the injection port 721 is injected into the plasma jet 74 to form a droplet, and is injected from the thermal spray gun 71 as the thermal spray frame 77.
[0008]
FIG. 8B shows a case where the adhesion and clogging of the powder 76 have started to occur. When the powder 76 starts to adhere to the thermal spray port 721, the diameter of the spray port 721 gradually decreases due to the generation of the deposit 761. Therefore, the amount of the powder 76 injected into the plasma jet 74 from the injection port 721 decreases, and the amount of the thermal spray frame 77 ′ also decreases.
[0009]
FIG. 8C shows the case where the adhesion and clogging of the powder 76 have further progressed. Generally, cooling water is passed through the spray gun 71 to protect the spray gun 71 from the high temperature plasma jet 74. Therefore, when the powder 76 which is jetted toward the plasma jet 74 to become a droplet is attached to the periphery of the jet port 721, it is cooled and solidified. Then, since the powder 76 attached to the periphery of the injection port 721 is cooled by the influence of the cooling water, it is unlikely that the powder 76 is again formed as a molten droplet and is injected outside the thermal spray gun 71. On the contrary, it becomes a large deposit 762, which causes the deposition of droplets thereon, and also impedes the flow of the powder 76 in the powder supply pipe 72. As a result, the amount of the thermal spray frame 77 "is further reduced. That is, the film forming speed is greatly reduced.
[0010]
When the powder 76 further adheres to the injection port 721, the powder 76 is clogged in the powder supply pipe 72, so that the injection of the powder 76 from the injection port 721 stops. This stop means that the injection of the powder 76 into the plasma jet 74 stops, and the spraying frame 77 does not occur and the film cannot be formed. When the clogging of the powder 76 occurs, the powder supply pipe 72 is removed from the thermal spray gun 71, and the powder 76 attached to the powder supply pipe 72 and the injection port 721 is removed.
[0011]
As described above, in the plasma spraying apparatus 70 of the internal supply system, it is necessary to interrupt the thermal spraying operation from time to time to disassemble the thermal spray gun 71 and remove the clogged powder 76. The interruption of the thermal spraying operation has reduced the workability, thereby increasing the production cost of the workpiece.
[0012]
[Object of the invention]
Therefore, a main object of the present invention is to provide a thermal spraying apparatus in which workability is improved by reducing or automating the work of removing powder clogged in an injection port.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The thermal spraying apparatus according to the present invention is provided with an injection port of a powder supply pipe in a thermal spray gun, and supplies the powder of the thermal spray raw material to the heat source from the injection port to spray the powder in a molten or semi-molten state to the workpiece. In the method for forming a film by spraying, an air pipe for injecting compressed air from an inside of the powder supply pipe toward an injection port of the powder supply pipe is provided in the spray gun.
[0014]
The powder of the thermal spray raw material is supplied to the heat source of the thermal spray gun from the injection port of the powder supply pipe, and is sprayed as a droplet onto the workpiece. On the other hand, a part of the powder adheres to the injection port, and the attached matter increases with the elapse of the spraying time, so that the flow of the powder in the injection port is obstructed. Therefore, when the compressed air is sometimes injected from the air pipe toward the injection port during the spraying operation, the adhered substance at the injection port is blown off by the compressed air, and the flow of the powder in the injection port returns to the original state. As described above, the generation of deposits at the injection port, which is a problem peculiar to the internal supply system, can be easily solved without the necessity of disassembling the thermal spraying gun and without interrupting the thermal spraying operation. The reference of the timing of injecting the compressed air may be, for example, a fixed time, or may be a pressure in a powder tank or a powder supply pipe as described later.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, in the thermal spraying apparatus according to the first aspect, the powder supply pipe is provided perpendicular to a center line of the heat source, and an injection port of the powder supply pipe and an injection port of the air pipe overlap. The powder supply pipe and the air pipe are connected to each other. The angle between the air pipe and the powder supply pipe at these injection ports is 0 degree when the extension direction of the air pipe matches the extension direction of the powder supply pipe, and the extension direction of the air pipe is Assuming that 90 degrees is perpendicular to the extending direction and on the side where the film is formed, the angle is more than 0 degrees and less than 90 degrees. At this time, in the flow of the compressed air injected from the air pipe, there is no component generated in the direction opposite to the direction in which the heat source sprays the droplet. That is, since the compressed air is not injected against the flow of the droplets, the deterioration of the state of the heat source is suppressed, whereby a good film is formed even during the injection of the compressed air.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, in the thermal spraying apparatus of the first or second aspect, the air pipe injects the compressed air toward the heat source through the injection port of the powder supply pipe. The compressed air injected from the air pipe blows off the powder attached to the injection port and throws the powder into a heat source. In other words, the powder attached to the injection port is not discarded but is effectively used.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, in the thermal spraying apparatus of the third aspect, when the center line of the injection port of the air pipe is extended, the center line intersects the center line of the heat source. At this time, the compressed air injected from the air pipe blows off the powder attached to the injection port, and throws the powder into the center of the heat source. Therefore, the powder attached to the injection port is not discarded but is effectively used, and the powder is put into the center of the heat source, so that the powder is in a good molten state.
[0018]
According to a fifth aspect of the present invention, in the thermal spraying apparatus according to the second aspect, when the diameter of the air pipe is φA [mm], the diameter of the powder supply pipe is φD [mm], and the angle is θ, the following relationship is satisfied. ΦDcos θ ≦ φA ≦ φD + 2. As the diameter of the air pipe is larger, the flow rate of compressed air can be increased, so that the deposits on the injection port can be easily blown off, while adversely affecting the heat source, such as obstructing the flow of droplets or lowering the temperature of the heat source. give. Therefore, an upper limit of φA ≦ φD + 2 is provided for the diameter of the air pipe. Conversely, if the diameter of the air pipe is too small, the powder supply pipe and the air pipe cannot be connected so that the injection port of the powder supply pipe and the injection port of the air pipe overlap. That is, the injection port of the air pipe is opened on the inner wall of the powder supply pipe. Then, even if compressed air is injected from the air pipe, it is difficult to blow off the attached matter at the injection port. Therefore, a lower limit of φDcosθ ≦ φA is provided for the diameter of the air pipe.
[0019]
According to a sixth aspect of the present invention, in the thermal spraying apparatus according to any one of the first to fifth aspects, an automatic valve provided in the air pipe for opening and closing a compressed air flow path, and a powder tank connected to the powder supply pipe. A pressure sensor for measuring the internal pressure, and a control unit for controlling the opening and closing of the flow path by the automatic valve in accordance with the pressure measured by the pressure sensor. The pressure in the powder tank changes according to the presence or absence of powder clogging at the injection port. Therefore, by using a pressure sensor, an automatic valve and a control unit to open and close the flow path of the compressed air in accordance with the pressure in the powder tank, an appropriate timing (timing) according to the state of the powder attached to the injection port. Then, compressed air can be automatically injected. The automatic valve is a valve that opens and closes automatically, not manually, and is, for example, an electromagnetic valve using a solenoid or an electric valve using a motor.
[0020]
In the thermal spraying device according to a seventh aspect, in the thermal spraying device according to the sixth aspect, the control unit operates as follows. When the pressure measured by the pressure sensor is equal to or higher than the first set value, the flow path of the compressed air is opened through the automatic valve, and when the pressure measured by the pressure sensor is equal to or less than the second set value. The compressed air flow path is closed via an automatic valve. When deposits are generated at the injection port, the pressure in the powder tank increases due to the narrowing of the injection port. At this time, the compressed air flow path is opened via the automatic valve, and the compressed air is ejected to remove the deposit. Then, when the injection port is widened by removing the deposits, the pressure in the powder tank decreases. At this time, the compressed air flow path is closed via the automatic valve, and the outflow of the compressed air is stopped. In this way, by stopping the compressed air when the pressure in the powder tank returns to the set value, the spraying operation can be performed with minimal effect on the heat source, that is, without significantly affecting the state of the coating. Can be performed continuously.
[0021]
The thermal spraying device according to claim 8 is the thermal spraying device according to claim 7, wherein the second set value is a normal value without powder adhesion and clogging at the injection port, and the first set value is higher than the normal value. This is a value increased by 25%. That is, when the pressure in the powder tank rises 25% from normal, the flow path of the compressed air is opened via the automatic valve, and when the pressure in the powder tank returns to normal, the compressed air is released via the automatic valve. Close the flow path. The reason why the first set value for injecting the compressed air is set to 25% of the normal value is as follows, for example. As the first set value is higher than 25% of the normal value, the variation in the flow of the powder increases, and the variation in the film forming speed also increases, thereby easily affecting the formed film. Conversely, the lower the first set value is below 25% of the normal value, the more frequently compressed air is jetted, so that the formed film is more likely to be affected. Therefore, by setting the first set value to 25% of the normal value, it is possible to remove adhesion and clogging of the powder without significantly changing the formed film. In other words, the first set value is preferably 20% to 30% of the normal value, more preferably 23% to 27% of the normal value, and most preferably 25% of the normal value.
[0022]
According to a ninth aspect of the present invention, in the thermal spraying apparatus according to any one of the first to eighth aspects, the heat source is plasma. Since plasma becomes extremely hot compared to other heat sources, plasma has advantages such as being suitable for thermal spraying of high melting point materials.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of a thermal spraying device according to the present invention. Hereinafter, description will be made based on this drawing. However, the same parts as those in FIG. 7 and FIG.
[0024]
The thermal spraying apparatus 10 of the present embodiment includes the injection port 11 of the powder supply pipe 72 in the thermal spray gun 71, and melts the powder 76 by supplying the powder 76 of the thermal spraying material to the plasma jet 74 from the injection port 11. The film is formed by spraying the material to be processed (not shown). An air pipe 13 for injecting compressed air 12 from the inside of the powder supply pipe 72 toward the injection port 11 of the powder supply pipe 72 is provided in the thermal spray gun 71.
[0025]
The powder supply tube 72 includes a powder supply hole in the thermal spray gun 71 and a flexible tube outside the thermal spray gun 71 detachably connected to the powder supply hole. The air pipe 13 includes a compressed air hole in the thermal spray gun 71 and a flexible tube outside the thermal spray gun 71 detachably connected to the compressed air hole. The injection port 11 of the powder supply pipe 72 also serves as an injection port of the compressed air 12 injected from the air pipe 13.
[0026]
The powder 76 is supplied from the injection port 11 of the powder supply pipe 72 to the plasma jet 74 of the thermal spray gun 71, and is sprayed as a droplet onto the workpiece. On the other hand, a part of the powder 76 adheres to the injection port 11, and the attached matter increases as the spraying time elapses, so that the flow of the powder 76 in the injection port 11 is hindered. Therefore, when the compressed air 12 is sometimes injected from the air pipe 13 toward the injection port 11 during the spraying operation, the deposits (not shown) on the injection port 11 are blown off by the compressed air 12 and the powder 76 in the injection port 11 is removed. Flow returns. As described above, the generation of the deposit at the injection port 11, which is a problem peculiar to the internal supply system, can be easily solved without the necessity of disassembling the thermal spray gun 71 and without interrupting the thermal spraying operation.
[0027]
FIG. 2 shows a main part of a second embodiment of the thermal spraying apparatus according to the present invention, wherein FIG. 2 [1] is a schematic diagram viewed from an arrow II of FIG. 2 [2], and FIG. 2 [2] is a sectional view. . Hereinafter, description will be made based on this drawing. However, the description of the same parts as those in FIG. 1 will be omitted by omitting illustration or attaching the same reference numerals.
[0028]
In the thermal spraying apparatus 20 of the present embodiment, the powder supply pipe 72 is provided perpendicular to the center line 741 of the plasma jet 74, and the injection port 11 of the powder supply pipe 72 and the injection port 11 of the air pipe 13 overlap. The powder supply pipe 72 and the air pipe 13 are connected. The angle θ between the air pipe 13 and the powder supply pipe 72 at the injection port 11 is 0 degree when the extension direction of the air pipe 13 matches the extension direction of the powder supply pipe 72, and the extension direction of the air pipe 13 Is 90 degrees when the angle is perpendicular to the extension direction of the powder supply pipe 72 and on the side on which the film is formed, the angle is more than 0 degrees and less than 90 degrees.
[0029]
At this time, the flow of the compressed air 12 injected from the air pipe 13 does not include a component opposite to the direction in which the plasma jet 74 sprays the droplet. That is, since the compressed air 12 is not injected against the flow of the droplets, the deterioration of the state of the plasma jet 74 is suppressed, and a good film is formed even during the injection of the compressed air 12.
[0030]
In other words, the air pipe 13 is disposed so as to be connected to the powder supply pipe 72 at the injection port 11, and the angle θ between the air pipe 13 and the powder supply pipe 72 satisfies the relationship of 0 ° <θ <90 °. The reason for setting 0 ° <θ <90 ° is that the state of the plasma jet 74 deteriorates when the compressed air 12 is injected against the plasma jet 74.
[0031]
In the thermal spraying device 20, the air pipe 13 injects the compressed air 12 toward the plasma jet 74 via the injection port 11 of the powder supply pipe 72. In addition, when the center line (not shown) at the injection port 11 of the air pipe 13 is extended, this center line intersects with the center line 741 of the plasma jet 74. Therefore, the compressed air 12 injected from the air pipe 13 blows off the powder 76 attached to the injection port 11, and the powder 76 is further injected into the center of the plasma jet 74. Therefore, the powder 76 adhering to the injection port 11 is not discarded but is effectively used, and is put into the center of the plasma jet 74 to be in a good molten state.
[0032]
FIG. 3 shows a main part of a third embodiment of the thermal spraying apparatus according to the present invention. FIG. 3 [1] is a schematic diagram viewed from an arrow III in FIG. 3 [2], and FIG. 3 [2] is a sectional view. . Hereinafter, description will be made based on this drawing. However, the description of the same parts as those in FIGS. 1 and 2 will be omitted by omitting illustration or by attaching the same reference numerals.
[0033]
In the thermal spraying apparatus 30 of this embodiment, the diameter of the air pipe 13 is φA [mm], the diameter of the powder supply pipe 72 is φD [mm], and the angle between the air pipe 13 and the powder supply pipe 72 at the injection port 11 is θ. Satisfies the following relationship.
φDcosθ ≦ φA ≦ φD + 2
[0034]
As the diameter of the air pipe 13 is larger, the flow rate of the compressed air 12 can be increased, so that the deposits on the injection port 11 can be easily blown off, while preventing the flow of droplets, lowering the temperature of the plasma jet 74, and the like. Adversely affects the plasma jet 74. Therefore, an upper limit of φA ≦ φD + 2 is provided for the diameter φA of the air pipe 13.
[0035]
Conversely, if the diameter φA of the air pipe 13 is too small, the powder supply pipe 72 and the air pipe 13 cannot be connected so that the injection port 11 of the powder supply pipe 72 and the injection port 11 of the air pipe 13 overlap. That is, the injection port of the air pipe 13 is opened on the inner wall of the powder supply pipe 72. Then, even if the compressed air 12 is injected from the air pipe 13, it is difficult to blow off the attached matter at the injection port 11. Therefore, a lower limit of φDcosθ ≦ φA is set for the diameter φA of the air pipe 13.
[0036]
The lower limit value of the diameter φA of the air pipe 13 will be described in more detail. The powder supply pipe 72 is arranged perpendicular to the center line 741 of the plasma jet 74, and the opening of the powder supply pipe 72 in the spray gun 71 is circular. On the other hand, the air pipe 13 is disposed obliquely with respect to the center line 741 of the plasma jet 74, and the opening shape of the air pipe 13 in the spray gun 71 is elliptical (the length in the longitudinal direction is B). Become. Here, in order to prevent the injection port of the air pipe 13 from opening on the inner wall of the powder supply pipe 72, it is necessary to satisfy B ≧ φD. At this time, since φA / B = cos θ, B = φA / cos θ, and therefore φA ≧ φDcos θ.
[0037]
FIG. 4 is a schematic sectional view showing a fourth embodiment of the thermal spraying apparatus according to the present invention. Hereinafter, description will be made based on this drawing. However, the same parts as those in FIG.
[0038]
The thermal spraying device 40 according to the present embodiment includes an electromagnetic valve 41 provided in the air pipe 13 for opening and closing the flow path of the compressed air 12, and a pressure in a powder tank 73 connected to a powder supply pipe 72 (hereinafter referred to as “tank internal pressure”). ), And a control unit 43 that controls the opening and closing of the flow path by the electromagnetic valve 41 in accordance with the tank internal pressure measured by the pressure sensor 42.
[0039]
The electromagnetic valve 41 includes a solenoid and a valve, and the solenoid operates in response to an external signal to open and close the valve. The pressure sensor 42 includes, for example, a piezoelectric element or the like, and outputs a signal corresponding to the tank internal pressure (atmospheric pressure). For the control unit 43, a microcomputer is suitable for performing complicated control, and a simple electronic circuit is sufficient for performing simple control. Further, a pressure sensor 42 provided with a control unit 43 in advance may be used.
[0040]
FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part showing the operation of the thermal spraying device 40, and time elapses in the order of FIGS. 5 [1] to 5 [3]. Hereinafter, the operation of the thermal spraying device 40 will be described with reference to FIGS. However, the description of the same parts in FIG. 5 as those in FIG. 4 will be omitted by omitting illustration or giving the same reference numerals.
[0041]
First, when there is no adhesion and clogging of the powder 76 in the injection port 11, the tank internal pressure indicated by the pressure gauge 42 is a normal value (FIG. 5 [1]). Subsequently, when deposits (adhesion and clogging) 44 occur at the injection port 11, the pressure in the tank increases due to the narrowing of the injection port 11. Then, when the tank internal pressure rises by 25% from the normal value, the controller 43 opens the flow path of the compressed air 12 via the electromagnetic valve 41 (FIG. 5 [2]) and injects the compressed air 12 to 44 is removed. At this time, since there is also an effect of sucking out the powder 76 clogged in the powder supply pipe 72, elimination of the powder clogging is promoted. Subsequently, when the injection port 11 is widened by removing the deposits 44, the tank internal pressure decreases (FIG. 5 [3]). Then, when the tank internal pressure returns to the normal value, the control unit 43 closes the flow path of the compressed air 12 via the electromagnetic valve 41 and stops the outflow of the compressed air 12 (FIG. 5 [1]). The reason why the compressed air 12 is stopped in this manner is that the conditions (the amount of the powder, the charging speed, etc.) of the powder 76 to be injected into the plasma jet 74 are changed by the injection of the compressed air 12, and the properties of the resulting film are changed. Is to minimize the change.
[0042]
The injection amount of the compressed air 12 may be adjusted according to the state of the plasma jet 74, for example, the output state. This is because the injection amount of the compressed air 12 that hardly affects the plasma jet 74 changes according to the state of the plasma jet 74.
[0043]
【Example】
Next, an example using the thermal spraying device 40 of the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a schematic diagram showing a production line.
[0044]
The production line shown in FIG. 6 performs a blast process and a thermal spray process on the sample 51 while moving the lowered sample 51 to the sample moving line 50. The blast gun 52 and the thermal spray gun 71 are mounted on traverse devices 53 and 54, respectively. For the sample 51, a plate material (50 × 80 × t8 mm) made of an aluminum casting alloy (AC4C) was used. A mixed powder of iron and aluminum was used as the thermal spray material.
[0045]
First, the surface of the sample 51 is roughened using a blast gun 52 in order to increase the adhesion of the thermal spray coating. At this time, the blast gun 52 is moved like a movement locus 55. Subsequently, a thermal spray coating having abrasion resistance is formed on the surface of the roughened sample 51 using a thermal spray gun 71. At this time, the spray gun 71 is moved like a movement locus 56. Hereinafter, blast conditions, thermal spray conditions, and results will be described in detail.
[0046]
(1) Blast conditions
As a blast material, white alundum was used, and a direct pressure blast device was used. Details are shown below.
Blast type Direct pressure type
Blast distance 100mm
Blast injection angle 90deg
Direct pressure nozzle diameter φ6mm
Injection pressure 392kPa (4kgf / cm 2 )
Blast material White Alundum $ 30
Blast gun moving speed 5mm / sec
[0047]
(2) Thermal spray conditions
An Fe—Al composite thermal spray coating was formed. Thermal spraying conditions were set as follows.
Thermal spray gun type
Powder supply method Internal supply method
Spraying method Plasma spraying
Spray distance 100mm
Spray angle 90 deg
Supply current 800A
Active gas flow rate (Ar) 56.8 l / min
Auxiliary gas flow rate (He) 7.6 l / min
Diameter of powder supply hole φ2mm
Powder supply gas flow rate (Ar) 5.3 l / min
Film thickness 200μm
Diameter of compressed air hole φ2mm
Compressed air flow rate 15 l / min
Normal time powder tank internal pressure 55kPa (8psi)
Internal pressure of powder tank during air injection 69kPa (10psi)
[0048]
(3) Result
The blast processing and the thermal spraying processing were performed on the 60 prepared samples 51 continuously for one hour. As a result, an increase in the tank internal pressure of the powder tank 73 was observed about every 10 minutes. Then, when the tank internal pressure increased by 25% from the normal value, the tank internal pressure could be returned to the normal value by injecting the compressed air 12. After the treatment for one hour, the injection port 11 was examined. As a result, no deposits or clogging of the powder were observed. Further, the thermal spray coating formed when the internal pressure of the tank was increased was observed, but no remarkable change was observed.
[0049]
It is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiment. For example, if the thermal spraying apparatus can use powder as a thermal spraying material, the heat source is not limited to plasma, but may be a combustion flame, an arc, a laser, or the like.
[0050]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the thermal spraying apparatus which concerns on this invention, the injection | pouring opening of a powder supply pipe is provided in a spraying gun, and the powder to be processed is made into a molten or semi-molten state by supplying powder of a thermal spray raw material to a heat source from an injection orifice. In the spray gun, the air pipe that sprays compressed air from the inside of the powder supply pipe toward the injection port of the powder supply pipe is provided inside the spray gun, so that the By injecting compressed air, it is possible to blow off deposits at the injection port. Therefore, it is possible to solve the problem of deposits at the injection port, which is a problem peculiar to the internal supply method, easily without disassembling the spray gun and without interrupting the spraying work. Can be improved.
[0051]
According to the thermal spraying device of the second aspect, the powder supply pipe is provided perpendicular to the center line of the heat source, and the powder supply pipe and the air pipe are arranged such that the injection port of the powder supply pipe and the injection port of the air pipe overlap. And the angle between the air pipe and the powder supply pipe at the injection port is set to more than 0 degree and less than 90 degrees, so that the compressed air is not injected against the flow of the droplets. As a result, a good film can be formed even during the injection of compressed air.
[0052]
According to the thermal spraying device of the third aspect, the blown powder is injected into the heat source by injecting the compressed air toward the heat source through the injection port of the powder supply pipe, so that the powder attached to the injection port can be removed. It can be used effectively instead of being discarded.
[0053]
According to the fourth aspect of the present invention, when the center line at the injection port of the air pipe is extended, the center line intersects the center line of the heat source, so that the blown powder is injected into the center of the heat source. By doing so, the powder adhering to the injection port can be effectively used instead of being discarded. In addition, since the powder is put into the center of the heat source, the powder is in a good molten state, whereby a good film can be formed.
[0054]
According to the thermal spraying apparatus of the fifth aspect, when the diameter of the air pipe is φA [mm], the diameter of the powder supply pipe is φD [mm], and the angle between the air pipe and the powder supply pipe is θ, φDcosθ ≦ Since φA ≦ φD + 2 is satisfied, it is possible to reliably remove deposits on the injection port while suppressing adverse effects on the heat source. That is, by setting φA ≦ φD + 2, it is possible to suppress the adverse effect on the heat source, and by setting φDcosθ ≦ φA, it is possible to reliably remove deposits on the injection port.
[0055]
According to the thermal spraying device of the sixth aspect, an automatic valve provided in the air pipe for opening and closing the flow path of the compressed air, a pressure sensor for measuring the pressure in the powder tank connected to the powder supply pipe, and a pressure sensor With the control unit that controls the opening and closing of the flow path by the automatic valve according to the measured pressure, the flow path of the compressed air can be opened and closed according to the pressure in the powder tank. The compressed air can be automatically injected at an appropriate time according to the condition of the attached powder. Therefore, it is possible to easily solve the problem of deposits at the injection port, which is a problem peculiar to the internal supply system, without the necessity of disassembling the spray gun, etc., and automatically without interrupting the spraying work. Properties can be further remarkably improved.
[0056]
According to the thermal spraying apparatus of claim 7, when the pressure measured by the pressure sensor becomes equal to or more than the first set value, the compressed air flow path is opened via the automatic valve, and the pressure measured by the pressure sensor When the pressure in the powder tank returns to the set value by closing the compressed air flow path via the automatic valve when the pressure becomes less than the second set value, the compressed air is stopped. The deposits on the injection port can be surely removed while minimizing the amount of water. That is, the thermal spraying operation can be performed continuously without significantly affecting the state of the coating.
[0057]
According to the thermal spraying device of the eighth aspect, the flow path of the compressed air is opened when the pressure in the powder tank rises by 25% than usual, and the flow of the compressed air is opened when the pressure in the powder tank returns to normal. By closing the path, the adhesion and clogging of the powder can be removed without significantly changing the formed film. That is, by setting the set value for injecting compressed air to 25% of the normal value and the set value for stopping the compressed air to the normal value, the formed film is formed as compared with the case where the set value is set to any other value. To the effect.
[0058]
According to the thermal spraying apparatus of the ninth aspect, the heat source is a plasma, so that the advantages of the present invention such as the improvement of the workability described above can be obtained while utilizing the advantages specific to the plasma such as being suitable for thermal spraying of a high melting point material. In addition, usefulness can be improved, for example, it can be used in more fields.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of a thermal spraying apparatus according to the present invention.
2 shows a main part of a second embodiment of a thermal spraying apparatus according to the present invention, wherein FIG. 2 [1] is a schematic view as viewed from an arrow II of FIG. 2 [2], and FIG. 2 [2] is a sectional view. is there.
3 shows a main part of a third embodiment of a thermal spraying apparatus according to the present invention, wherein FIG. 3 [1] is a schematic diagram viewed from an arrow III of FIG. 3 [2], and FIG. 3 [2] is a sectional view. is there.
FIG. 4 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the thermal spraying device according to the present invention.
5 is a cross-sectional view of a main part showing the operation of the thermal spraying apparatus of FIG. 4, and time elapses in the order of FIG. 5 [1] to FIG. 5 [3].
FIG. 6 is a schematic diagram showing a production line in one embodiment using the thermal spraying apparatus of FIG.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a conventional internal supply type plasma spraying apparatus.
8 is a sectional view of a main part showing a problem of the plasma spraying apparatus of FIG. 7, and time elapses in the order of FIG. 8 [1] to FIG. 8 [3].
[Explanation of symbols]
10,20,30,40 Thermal spraying equipment
11 injection port
12 Compressed air
13 Air piping
41 Electromagnetic valve (automatic valve)
42 pressure sensor
43 Control unit
71 Spray gun
72 Powder supply pipe
73 powder tank
74 plasma jet (heat source)
75 Powder supply gas
76 powder

Claims (9)

粉末供給管の噴射口を溶射ガン内に備え、溶射原料の粉末を前記噴射口から熱源に供給することにより、当該粉末を溶融又は半溶融状態にして被処理物に吹き付けて皮膜を形成する内部供給方式溶射装置において、
前記粉末供給管の内側から当該粉末供給管の噴射口に向けて圧縮エアを噴射するエア配管が前記溶射ガン内に設けられた、
ことを特徴とする内部供給方式溶射装置。
An inner portion of a spray gun provided with an injection port of a powder supply pipe, in which the powder of the thermal spray raw material is supplied to a heat source from the injection port to make the powder in a molten or semi-molten state and spray the object to form a film. In the supply type thermal spraying equipment,
An air pipe for injecting compressed air from the inside of the powder supply pipe toward an injection port of the powder supply pipe was provided in the thermal spray gun,
An internal supply type thermal spraying device characterized by the above-mentioned.
前記熱源の中心線に対して前記粉末供給管が垂直に設けられ、前記粉末供給管の噴射口と前記エア配管の噴射口とが重なるように当該粉末供給管と当該エア配管とが連結され、
これらの噴射口における前記エア配管と前記粉末供給管とのなす角度は、前記エア配管の延長方向が前記粉末供給管の延長方向に一致する場合を0度とし、前記エア配管の延長方向が前記粉末供給管の延長方向に垂直かつ前記皮膜を形成する側にある場合を90度とすると、0度を越え90度未満である、
請求項1記載の内部供給方式溶射装置。
The powder supply pipe is provided perpendicular to the center line of the heat source, and the powder supply pipe and the air pipe are connected such that an injection port of the powder supply pipe and an injection port of the air pipe overlap with each other,
The angle between the air pipe and the powder supply pipe at these injection ports is 0 degree when the extension direction of the air pipe matches the extension direction of the powder supply pipe, and the extension direction of the air pipe is the When the angle perpendicular to the extending direction of the powder supply pipe and on the side on which the film is formed is 90 degrees, the angle is more than 0 degree and less than 90 degrees.
The internal supply type thermal spraying device according to claim 1.
前記エア配管は、前記圧縮エアを前記粉末供給管の噴射口を経て前記熱源に向けて噴射する、
請求項1又は2記載の内部供給方式溶射装置。
The air pipe injects the compressed air toward the heat source through an injection port of the powder supply pipe,
The internal supply type thermal spraying device according to claim 1.
前記エア配管の噴射口における中心線を延長したとき、当該中心線が前記熱源の中心線と交差する、
請求項3記載の内部供給方式溶射装置。
When extending the center line at the injection port of the air pipe, the center line intersects the center line of the heat source,
The internal supply type thermal spraying apparatus according to claim 3.
前記エア配管の口径をφA[mm]、前記粉末供給管の口径をφD[mm]、前記角度をθとしたとき、次の関係を満たす、
φDcosθ≦φA≦φD+2、
請求項2記載の内部供給方式溶射装置。
When the diameter of the air pipe is φA [mm], the diameter of the powder supply pipe is φD [mm], and the angle is θ, the following relationship is satisfied.
φDcosθ ≦ φA ≦ φD + 2,
An internal supply type thermal spraying apparatus according to claim 2.
前記エア配管に設けられ前記圧縮エアの流路を開閉する自動バルブと、前記粉末供給管に連結された粉末タンク内の圧力を測定する圧力センサと、この圧力センサで測定された圧力に応じて前記自動バルブによる流路の開閉を制御する制御部と、
を備えた請求項1乃至5のいずれかに記載の内部供給方式溶射装置。
An automatic valve provided in the air pipe for opening and closing the flow path of the compressed air, a pressure sensor for measuring a pressure in a powder tank connected to the powder supply pipe, and a pressure sensor according to the pressure measured by the pressure sensor. A control unit that controls opening and closing of the flow path by the automatic valve,
The internal supply type thermal spraying device according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
前記制御部は、前記圧力センサで測定された圧力が第一の設定値以上になったときに前記自動バルブを介して前記流路を開き、前記圧力センサで測定された圧力が第二の設定値以下になったときに前記自動バルブを介して前記流路を閉じる、
請求項6記載の内部供給方式溶射装置。
The control unit opens the flow path via the automatic valve when the pressure measured by the pressure sensor is equal to or greater than a first set value, and the pressure measured by the pressure sensor is set to a second set value. Closing the flow path via the automatic valve when the value becomes equal to or less than the value,
An internal supply type thermal spraying apparatus according to claim 6.
前記第二の設定値は前記噴射口に前記粉末の付着及び詰まりのない正常値であり、前記第一の設定値は当該正常値よりも25%上昇した値である、
請求項7記載の内部供給方式溶射装置。
The second set value is a normal value without adhesion and clogging of the powder at the injection port, and the first set value is a value that is 25% higher than the normal value.
The internal supply type thermal spraying apparatus according to claim 7.
前記熱源がプラズマである、
請求項1乃至8のいずれかに記載の内部供給方式溶射装置。
The heat source is a plasma;
An internal supply type thermal spraying apparatus according to claim 1.
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