JP2012193431A - Plasma spraying device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、気体中を流れる大電流、いわゆるアークやそれによって、発生する1万℃前後の高温度のプラズマによって、金属やセラミックス等の物質を溶融して処理対象物に吹き付け、その表面に強固な皮膜を形成するための、いわゆるプラズマ溶射装置に関するものであり、更に述べると、溶射材料として金属などの電導性ワイヤー及びセラミックなどの粉体を使用できるプラズマ溶射装置に関するものである。 The present invention melts a material such as metal or ceramics by a large current flowing in a gas, a so-called arc, or plasma generated at a high temperature of around 10,000 ° C., and sprays it on an object to be processed. More specifically, the present invention relates to a plasma spraying apparatus that can use a conductive wire such as metal and a powder such as ceramic as a spraying material.
従来のプラズマ溶射装置には、溶射材料として金属などの電導性ワイヤーを使用するものと、セラミックなどの粉体を使用するものがある。図7に示したのは、溶射材料に粉末を使用する従来の汎用的なプラズマ溶射装置の主要な部分を図示したものである。 Conventional plasma spraying apparatuses include those using a conductive wire such as metal as a spraying material and those using powder such as ceramic. FIG. 7 shows a main part of a conventional general-purpose plasma spraying apparatus using powder as a spraying material.
図7において、陰極2を有する陰極ノズル3の軸上に放出口を有する外套11と、絶縁物4によって同心に保持されており、絶縁物4に設けられたプラズマガス送入口5よりプラズマガス6が陰極2を保護すべく送入される。主電源7の負端子は、陰極2に接続され、主電源7の正端子は、スイッチ手段8を介して外套11に接続されており、これらが全体として溶射ガン(プラズマ溶射装置)1を構成している。
In FIG. 7, a
図7において、プラズマガス送入口5より、プラズマガス6としてアルゴン等の不活性ガスを流し、スイッチ手段8を閉じて、主電源7の高周波により陰極2と外套11との間で印加すると、陰極2の先端から外套11の放出口に向かってプラズマアーク22が形成され、これによってプラズマガス6が加熱され、プラズマアーク22となって外套11の先端より放出される。
In FIG. 7, when an inert gas such as argon is flowed from the
この時、溶射ガン1上に設けられた材料送入管28により搬送された粉体の溶射材料29は、プラズマアーク22軸に交叉する方向で高温のプラズマフレーム23中に送入される。そこで前記溶射材料29は、プラズマフレーム23の熱により、溶融粒子24となって、プラズマフレーム23に同伴されながら、あまり広がらないで母材(被溶射物)27に向かって進行し、溶融粒子24は母材27に衝突し、溶射皮膜26を形成する。
At this time, the powder
以上の説明では、陰極ノズル3及び外套4の内面は、通常何れも二重構造となっており、その内部を水等の循環によって冷却されているが、これは省略し図示していない。尚、以下の説明においては、各該当の冷却システムは何れもこれを省略する。
In the above description, the inner surfaces of the
図8に示したのは、溶射材料に導電性のワイヤーを使用する従来の汎用的なプラズマ溶射装置の主要な部分を図示したものである。図8において、陰極2を有する陰極ノズル3の軸上に放出口を有する外套11及び第二外套15と、絶縁物4及び絶縁物12によって同心に保持されている。
FIG. 8 shows a main part of a conventional general-purpose plasma spraying apparatus using a conductive wire as a spraying material. In FIG. 8, the
この時、絶縁物4にはプラズマガス送入口5が設けられ、該送入口5からプラズマガス6を送入することにより陰極2を保護する。また、絶縁物12には第二プラズマガス送入口13が設けられ、該送入口13から第二プラズマガス14を送入する。
At this time, the
主電源7の負端子は、陰極2に接続され、主電源7の正端子は、スイッチ手段8を介して外套11、スイッチ手段10を介して導電性ワイヤー21に接続されており、これらが全体として溶射ガン1を構成している。
The negative terminal of the
図8において、プラズマガス送入口5より、プラズマガス6としてアルゴン等の不活性ガスを流し、スイッチ手段8を閉じて、主電源7の高周波により陰極2と外套11との間で印加すると、陰極2の先端から外套11の放出口に向かってプラズマアーク22が形成され、これによってプラズマガス6が加熱され、プラズマアーク22となって外套11の先端より放出される。
In FIG. 8, when an inert gas such as argon is flowed from the
次に、スイッチ手段10を閉じて、スイッチ手段8を開くことによって、プラズマアーク25の陽極点22は、外套11から導電性ワイヤー21へと移行し、瞬時に高温のプラズマアーク25により導電性ワイヤー21は溶融するとともに絶縁物12に設けられた第二プラズマガス送入口13から送入された多量の第二プラズマガス14によって吹きつけられ細かい溶融粒子24となり、プラズマレーム23に同伴されながら、あまり広がらないで母材(被溶射物)27に向かって進行し、溶融粒子24は母材27に衝突し、溶射皮膜26を形成する。
Next, by closing the switch means 10 and opening the switch means 8, the
この発明が解決しようとする第一の課題は、従来のプラズマ溶射装置では、まず使用する溶射材料として、粉末かワイヤー(線材)かで大別され、両方を使用したい時は、それぞれのプラズマ溶射装置が必要となり、イニシャルコストがかさみ、保管スペースも増えることである。 The first problem to be solved by the present invention is that, in the conventional plasma spraying apparatus, first, the spraying material to be used is roughly classified into powder or wire (wire), and when both are desired to be used, the respective plasma spraying is performed. Equipment is required, initial cost is increased, and storage space is increased.
この発明は、上記事情に鑑み、溶射材料としてワイヤー使用を基本構成にし、一部の部品を脱着、交換することで溶射材料に粉末でも使用できるようにすることを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to use a wire as a thermal spray material as a basic configuration, and to use a powder as a thermal spray material by removing and replacing some parts.
この発明は、陰極を有する陰極ノズルの軸上に、放出口を有する複数の外套を、絶縁物を介して直列に連設し、その先頭の外套を金属などの導電性ワイヤーが供給される導電性ワイヤー溶射用外套とし、その他の外套を粉体溶射用外套とし、前記粉体溶射用外套と前記導電性ワイヤー溶射用外套を着脱可能に連結するとともに、セラミックスなどの粉体を供給する粉体供給手段を設けたことを特徴とする。 In the present invention, a plurality of jackets having discharge ports are arranged in series via an insulator on the axis of a cathode nozzle having a cathode, and the leading jacket is supplied with a conductive wire such as metal. A powder wire-spraying mantle, a powder-spraying mantle, and the powder-spraying mantle and the conductive wire-spraying mantle are detachably connected to each other and supply powder such as ceramics. A supply means is provided.
この発明の前記導電性ワイヤーは、ワイヤー供給手段を介して前記導電性ワイヤー溶射用外套の放出口の内部、又は、前記放出口の外側近傍に供給されることを特徴とする。この発明の前記ワイヤー供給手段は、前記導電性ワイヤーをプル及びプッシュする機能を備えていることを特徴とする。この発明の前記複数の外套は、粉体溶射用外套である第一外套及び第二外套と、導電性ワイヤー溶射用外套である第三外套とからなることを特徴とする。 The conductive wire of the present invention is supplied to the inside of the discharge port of the outer jacket for conductive wire spraying or the vicinity of the outside of the discharge port through a wire supply means. The wire supply means of the present invention has a function of pulling and pushing the conductive wire. The plurality of mantles according to the present invention are characterized by comprising a first mantle and a second mantle which are powder thermal spraying mantles and a third mantle which is a conductive wire thermal mantle.
この発明の前記外套の絶縁物には、プラズマガスを旋回流にする旋回流形成孔が形成されていることを特徴とする。この発明の前記粉体溶射用外套の放出口は、アクセルノズルにより形成されることを特徴とする。この発明のアクセルノズルは、前記粉体溶射用外套に着脱されることを特徴とする。 The outer sheath of the present invention is characterized in that a swirl flow forming hole for swirling the plasma gas is formed. The discharge port of the powder spraying jacket of the present invention is formed by an accelerator nozzle. The accelerator nozzle of the present invention is characterized in that it is attached to and detached from the powder spray jacket.
この発明は、以上のように構成したので、粉体溶射用外套に導電性ワイヤー溶射用外套を着脱することにより、溶射材料として電導性ワイヤー、又は、粉体を用いることができる。そのため、1台で前記両方の溶射材料を使用することができるので、従来例に比べ、保管スペースが小さくて済む。 Since the present invention is configured as described above, a conductive wire or powder can be used as the thermal spray material by attaching and detaching the conductive wire thermal spray jacket to the powder thermal spray jacket. For this reason, since both of the thermal spray materials can be used in one unit, the storage space can be reduced compared to the conventional example.
又、本プラズマ溶射装置の主たる使用用途は、現場溶射であるが、今まで高価で現場施工が難しい大がかりであったプラズマ溶射装置が、本発明により、簡素化されイニシャルコスト及びランニングコストを下げることが出来、保守・点検も容易となるとともに、そのシステム構成は、極力コンパクト化され、移動、移設を容易にすることができる。 The main application of this plasma spraying device is on-site thermal spraying, but the plasma spraying device, which has been expensive and difficult to construct on site, has been simplified by the present invention to reduce the initial cost and running cost. The system configuration can be made as compact as possible, and can be easily moved and moved.
この発明の第1実施形態を第1図〜図4により説明する。図1に示したのは、溶射材料として、例えば、金属、カーボン、サーメットなどの電気を通すワイヤー、即ち、導電性のワイヤー、を使用するプラズマ溶射装置の主要な部分を図示したものである。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a main part of a plasma spraying apparatus using, as a thermal spray material, a wire that conducts electricity such as metal, carbon, cermet, etc., that is, a conductive wire.
図1において、陰極2を有する陰極ノズル3の軸上に放出口を有する第一外套11、第二外套15及び第三外套19と、旋回流ガス形成手段30を有する絶縁物4、絶縁物12及び絶縁物16によって同心に保持されている。前記第三外套19は、溶射材料として導電性ワイヤーを用いる場合に第二外套15に連結される外套で、所謂「導電性ワイヤー溶射用外套」ということができる。又、第一及び第二外套11,15は、セラミックなどの粉体を溶射材料とする場合に用いられる外套で、所謂「粉体溶射用外套」ということができる。前記第二外套15と前記第三外套19は、ねじなどの着脱手段(図示省略)により連結されている。
In FIG. 1, a first
図3に示された如くプラズマガス送入口5よりプラズマガス6がまずガス環状室31へ送入され、絶縁物4に形成された1つの旋回流形成孔32或いは等分に配置された複数個の旋回流形成孔32を通って、絶縁物4の内壁33を旋回するように矢印34の如く送入される。同様に、第二プラズマガス14及び第三プラズマガス18も、それぞれ絶縁物12、絶縁物16の内壁を旋回すべく送入される。
As shown in FIG. 3, the
主電源7の負端子は、陰極2に接続され、主電源7の正端子は、スイッチ手段8を介して第一外套11、スイッチ手段9を介して第二外套15に接続され、そしてスイッチ手段10を介して第三外套19に接続され、これらが全体として溶射ガン(プラズマ溶射装置)1を構成している。
The negative terminal of the
図1において、プラズマガス送入口5より、プラズマガス6としてアルゴン等の不活性ガスを流し、スイッチ手段8を閉じて、主電源7の高周波により陰極2と外套11との間で印加すると、陰極2の先端から第一外套11の放出口に向かってプラズマアーク22が形成され、これによってプラズマガス6が加熱され、プラズマアーク22となって外套11の先端の放出口(狭窄孔)11aより放出される。
In FIG. 1, when an inert gas such as argon is flowed from the
次に、スイッチ手段9を閉じて、スイッチ手段8を開くことによって、プラズマアーク25の陽極点22は第一外套4から第二外套15へと移行し、絶縁物12に設けられた第二プラズマガス送入口13から送入される第二プラズマガス14により、プラズマアークは放出口15aを通り更に伸張する。
Next, by closing the switch means 9 and opening the switch means 8, the
そして、最後にスイッチ手段10を閉じて、スイッチ手段9を開くことによって、陽極点22は、第三外套19を通り放出口19aの内部に露出している導電性ワイヤー21の先端に移行し、瞬時に高温のプラズマアーク25により導電性ワイヤー21は溶融する。
Finally, by closing the switch means 10 and opening the switch means 9, the
この様に陽極を2点以上有し、陽極点を移行させることで、陰極2から陽極(外套11,15、21)までの電位差を100V以上高め、高電圧低電流特性で電極の損耗を低減することができる。又、前記絶縁物4,12,16に旋回流形成手段(旋回流形成孔32)が設けられているので、プラズマアークの回りには強い旋回流が形成される。そのため、プラズマのサーマルピンチ効果(熱集中性)を高めると共に、溶射トーチ1の冷却損失を軽減することが出来る。
By having two or more anodes in this way and shifting the anode point, the potential difference from the
前記溶融した溶射材料は、前記絶縁物16に設けられた第三プラズマガス送入口17から送入された多量の第三プラズマガス18によって吹きつけられ細かい溶融粒子24となり、プラズマレーム23に同伴されながら、あまり広がらないで母材(被溶射物)27に向かって進行し、溶融粒子24は母材27に衝突し、溶射皮膜26を形成する。
The molten sprayed material is blown by a large amount of the
この時、導電性ワイヤー21は、任意の一定の速度で前記ワイヤー供給手段20から供給される。前記ワイヤー供給手段20は、図4に示すように、前記ワイヤーを確実に掴み供給すべく、一つの駆動モーター35によって、ワイヤープル用ホイールギア37とワイヤープッシュ用ホイールギア39の2つを駆動モーター35上のギア36によって回転し、前記ワイヤー21は、滑らないようにそれぞれプル用ピンチロール38とプッシュ用ピンチロール40を設けている。尚、以下の説明においては、各該当のワイヤー供給手段20は何れもこれを省略する。
At this time, the
次に、溶射材料として、粉体材料を用いる場合について説明する。図2は、溶射材料にセラミックス材料などの粉末を使用する場合のプラズマ溶射装置の主要な部を図示したものであるが、基本的には図1のプラズマ溶射装置1から第三外套(導電性ワイヤー溶射用外套)19と絶縁物16を取り外しただけのものである。
Next, the case where a powder material is used as the thermal spray material will be described. FIG. 2 illustrates the main part of the plasma spraying apparatus when a powder such as a ceramic material is used as the spraying material. Basically, the
プラズマ溶射装置1上に設けられた粉体材料送入管28から粉末材料29が第二外套15の放出口15aから放出される高温のプラズマフレーム23中に送入され、粉末材料29は、溶融され溶融粒子24となって、プラズマレーム23に同伴されながら、あまり広がらないで母材(被溶射物)27に向かって進行し、溶融粒子24は前記母材27に衝突し、溶射皮膜26を形成する。
A
この様に、導電性ワイヤー溶射用外套を取り外すだけで簡単に粉体材料を溶射することができる。そのため、1台のプラズマトーチ1で、溶射材料として、金属などの導電性ワイヤーと、セラミックなどの粉体を使用できるので、簡素化されイニシャルコスト及びランニングコストを下げることが出来、保守・点検も容易となる。
In this way, the powder material can be easily sprayed simply by removing the outer jacket for conductive wire spraying. Therefore, since one
この発明の第2実施形態を図5により説明するが、図1〜図4と同一符号はその名称も機能も同一である。第1実施形態との相違点は、電源及びワイヤー供給手段である。即ち、この実施形態では、導電性ワイヤー21を第三外套19の内壁から供給するのではなく、プラズマ溶射装置1の外部から第三外套19の放出口19aの外側近傍に供給するもので、溶射皮膜26の形成動作としては、前記第実施形態と同様である。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5. The same reference numerals as those in FIGS. 1 to 4 have the same names and functions. The difference from the first embodiment is the power supply and wire supply means. That is, in this embodiment, the
また、導電性ワイヤー21の融点が高く、或いは導電性ワイヤー21の径を大きくしたり、供給速度を上げて溶射量を大幅に増やしたい場合は、溶射出力を上げるべく更に補助電源42を増設できるシステムになっている。
Further, when the melting point of the
この発明の第3実施形態を図6により説明するが、図1〜図4と同一符号はその名称も機能も同一である。この実施形態では、主な目的として緻密な溶射皮膜26が要求される場合、このニーズに応ずるため、溶融粒子23を加速すべく第二外套15に脱着可能なアクセルノズル41を設けたものである。このアクセルノズル41の吐出し部41aの内壁は、プラズマアーク22の陽極点25を受けることもあって、強力な水冷手段(図示省略)を有している。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6. The same reference numerals as those in FIGS. 1 to 4 have the same names and functions. In this embodiment, when a dense sprayed
このアクセルノズル41は、第二外套15の放出口(吐出し部)に位置しており、吐出し部41aの径と長さの変化で溶射トーチ1内の圧力が変化し、結果的にプラズマ速度を変化させることができる。例えば、内径が同一で長さの異なるAアクセルノズル(例えば、長さ10mm)とBアクセルノズル(例えば、長さ20mm)では、当然Bアクセルノズルの方が内圧が上がり、プラズマ速度も増加するが、電位差が大きくなり、出力も増加する。そのため、アクセルノズルBの負荷は大きくなるので、より冷却強化が必要となる。前記アクセルノズル41は、用途に応じて最適な吐出し口の径(吐出し径)と吐出し口の長さ(吐出し長さ)のものを使用しなければならない。
The
1 溶射ガン
2 陰極
3 陰極ノズル
4 絶縁物
6 プラズマガス
11 第一外套
11a 放出口
12 絶縁物
14 第二プラズマガス
15 第二外套
16 絶縁物
18 第三プラズマガス
19 第三外套
19a 放出口
20 ワイヤー供給手段
21 導電性ワイヤー
22 プラズマアーク
23 プラズマフレーム
28 材料材料供給管
29 粉末材料
30 旋回流ガス形成手段
32 旋回流形成孔
41 アクセルノズル
41a 吐出し口
DESCRIPTION OF
Claims (7)
その先頭の外套を金属などの導電性ワイヤーが供給される導電性ワイヤー溶射用外套とし、その他の外套を粉体溶射用外套とし、
前記粉体溶射用外套と前記導電性ワイヤー溶射用外套を着脱可能に連結するとともに、セラミックスなどの粉体を供給する粉体供給手段を設けたことを特徴とするプラズマ溶射装置。 On the axis of a cathode nozzle having a cathode, a plurality of mantles having discharge ports are connected in series via an insulator,
The top jacket is a conductive wire spray jacket to which conductive wires such as metal are supplied, and the other jacket is a powder spray jacket.
A plasma spraying apparatus characterized in that the powder spraying jacket and the conductive wire spraying jacket are detachably connected and provided with powder supply means for supplying powder such as ceramics.
7. The plasma spraying apparatus according to claim 6, wherein the accelerator nozzle is detachably provided on the powder spraying jacket.
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- 2011-03-17 JP JP2011059407A patent/JP2012193431A/en active Pending
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