JP2015091602A - Plasma spraying device - Google Patents
Plasma spraying device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015091602A JP2015091602A JP2014227290A JP2014227290A JP2015091602A JP 2015091602 A JP2015091602 A JP 2015091602A JP 2014227290 A JP2014227290 A JP 2014227290A JP 2014227290 A JP2014227290 A JP 2014227290A JP 2015091602 A JP2015091602 A JP 2015091602A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- wire
- primary
- plasma
- passage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
- Nozzles (AREA)
Abstract
Description
本発明は、電気伝導性のワイヤにプラズマアークを移行させてプラズマフレームを発生させ、ワイヤを溶滴としながら噴射するプラズマ溶射装置に関する。 The present invention relates to a plasma spraying apparatus in which a plasma arc is transferred to an electrically conductive wire to generate a plasma flame, and the wire is sprayed while forming a droplet.
図7は従来のプラズマ溶射装置を模式的に示した断面図である。図7に示すように、従来のプラズマ溶射装置90は、一次ガス通路91aを形成する一次ガスノズル91と、一次ガスノズル91の外側に配置されて二次ガス通路92aを形成する二次ガスノズル92と、一次ガスノズル91のノズル口91bおよび二次ガスノズル92のノズル口92aの略中心軸上に配置された陰極93と、電源装置94と、二次ガスノズル92のノズル口92aの近傍に溶射用の電気伝導性のワイヤWを供給するワイヤガイド孔95とを備える。
FIG. 7 is a sectional view schematically showing a conventional plasma spraying apparatus. As shown in FIG. 7, a conventional
ワイヤWは、ワイヤガイド孔95からノズル口92aの中心軸へ向けて斜め前方に供給される。そして、一次ガス通路91aから噴出される一次ガスが、電源装置94の陽極側と二次ガスノズル92を介して間接的に接続されたワイヤWと、電源装置94の陰極側と接続された陰極93との間に生じるアークによってプラズマ化されてプラズマフレームFとなり、ワイヤWを溶滴Dとして噴射する。この溶滴Dは、二次ガス通路92aから二次ガスノズル92の前方へ噴射される二次ガスによってさらに微細化され、さらに加速されて被処理物T上に噴射され、溶射被膜Sを形成する。
The wire W is supplied obliquely forward from the
なお、このような従来のプラズマ溶射装置90においては、一次ガスとして窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスが用いられ、二次ガスとして圧縮エア、窒素ガスや炭酸ガス等のガスが用いられることとなっている(例えば、特許文献1参照。)。しかしながら、実際の運用の場合は、二次ガスとして窒素ガスや炭酸ガス等は運転コスト高となるために、低コストである圧縮エアを利用する。プラズマ溶射装置90では、この二次ガスである圧縮エアによってプラズマ化された一次ガスを包み込むことにより、プラズマ化された一次ガスの噴射を細くすることができ、しかも一次ガスの高速化を達成することが可能となっている。
In such a conventional
ところが、従来のプラズマ溶射装置90では、溶融したワイヤWの溶滴Dを二次ガスの噴射によってさらに細かなものとするとともに、各溶滴Dに十分な速度を与えているため、溶射皮膜S中の金属材料は、溶融時に二次ガスである圧縮エアの急激な絞り込みによって、プラズマフレームFの外周部からかく乱が発生する。そのため、溶滴Dとなった粒子の表面が酸化し、溶射皮膜S中に金属材料の酸化物を含むことになる。
However, in the conventional
そこで、本発明においては、溶滴となった粒子表面の酸化を低減することで、酸化物が少ない溶射皮膜を形成することが可能なプラズマ溶射装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a plasma spraying apparatus capable of forming a sprayed coating with less oxide by reducing oxidation of the particle surface that has become droplets.
本発明のプラズマ溶射装置は、陰極と、この陰極の外周に一次ガス通路を形成して陰極の先端部を覆う一次ガスノズルと、この一次ガスノズルの外側に配置されて二次ガス通路を形成する二次ガスノズルと、この二次ガスノズルのノズル口の近傍へ溶射用のワイヤを供給するワイヤ通路とを備え、ワイヤ通路より供給されるワイヤの先端と陰極との間に生じるアークにより一次ガスノズルから噴射する一次ガスをプラズマ化し、一次ガスノズルより噴射するプラズマフレームを形成してワイヤの先端を溶滴とし、この溶滴をプラズマフレームと二次ガスノズルから噴射する二次ガスによって被処理物上に噴射するプラズマ溶射装置において、一次ガスノズルと二次ガスノズルとの間に、プラズマフレームの外周部にプラズマフレームの熱を受けて高温のガス噴射とするための三次ガスを噴射する三次ガス通路を形成する三次ガスノズルを備え、三次ガスが不活性ガスであるか、あるいは、一次ガスが圧縮エアであることを特徴とするものである。 The plasma spraying device of the present invention includes a cathode, a primary gas nozzle that forms a primary gas passage on the outer periphery of the cathode and covers the tip of the cathode, and a secondary gas passage that is disposed outside the primary gas nozzle to form a secondary gas passage. A secondary gas nozzle and a wire passage for supplying a wire for thermal spraying to the vicinity of the nozzle opening of the secondary gas nozzle, and the primary gas nozzle is ejected by an arc generated between the tip of the wire supplied from the wire passage and the cathode. Plasma is formed by converting the primary gas into plasma, forming a plasma flame that is ejected from the primary gas nozzle, and using the tip of the wire as a droplet, and this droplet is ejected onto the workpiece by the secondary gas that is ejected from the plasma flame and the secondary gas nozzle. In the thermal spraying apparatus, the outer periphery of the plasma flame receives heat from the plasma flame between the primary gas nozzle and the secondary gas nozzle. A tertiary gas nozzle for forming a tertiary gas passage for injecting a tertiary gas for high temperature gas injection is provided, and the tertiary gas is an inert gas or the primary gas is compressed air It is.
本発明のプラズマ溶射装置によれば、一次ガス通路と二次ガス通路との間に配置されている三次ガス通路から噴射される三次ガス流れの内側が、プラズマフレームの熱を受けて高温のガス噴射を形成する。この高温のガス噴射により、その外側に噴射される二次ガスの急激な絞り込みによってプラズマフレームの外周部から発生するかく乱が抑えられ、プラズマフレームの拡散が防止されるので、溶滴となった粒子の表面の酸化が低減される。 According to the plasma spraying apparatus of the present invention, the inside of the tertiary gas flow injected from the tertiary gas passage disposed between the primary gas passage and the secondary gas passage receives the heat of the plasma flame and is a high-temperature gas. Form a jet. This high-temperature gas injection suppresses the disturbance generated from the outer periphery of the plasma flame by the rapid narrowing of the secondary gas injected to the outside and prevents the diffusion of the plasma flame. The surface oxidation is reduced.
ここで、三次ガスとしては圧縮エアや炭酸ガスなどを用いることができるが、三次ガスとしてアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスを用いることが望ましい。三次ガスとして不活性ガスを用いた場合には、二次ガスの急激な絞りこみによってプラズマフレームの外周部から発生するかく乱を防止するとともに、プラズマフレームの外周部にプラズマフレームの熱を受けた高温の不活性ガス噴射が形成される。これにより、溶滴の粒子は、高温の不活性ガス噴射の中で微細化され、加速されるため、二次ガスによる酸化から保護される。 Here, compressed air or carbon dioxide gas can be used as the tertiary gas, but it is desirable to use an inert gas such as argon gas or nitrogen gas as the tertiary gas. When an inert gas is used as the tertiary gas, the disturbance generated from the outer periphery of the plasma flame due to the rapid constriction of the secondary gas is prevented, and the plasma flame is heated at the outer periphery of the plasma flame. Inert gas injection is formed. As a result, the droplet particles are refined and accelerated in the high-temperature inert gas injection, and are thus protected from oxidation by the secondary gas.
また、本発明のプラズマ溶射装置では、一次ガスに圧縮エアを用いた場合であっても、酸化が少ない溶射皮膜を形成することが可能である。一次ガスに圧縮エアを用いた場合、一次ガスには約20%の酸素を含むことになるが、ガスがプラズマ化している状態では、溶融金属を酸化させる作用が少ないと言われているため、圧縮エアを一次ガスとして用いても、溶射皮膜の酸化は少ないはずである。しかしながら、従来のプラズマ溶射装置では、二次ガスの急激な絞り込みによってプラズマフレームがかく乱された場合には、溶滴の酸化が過度に進むために、一次ガスに圧縮エアを用いた場合、皮膜品質が低下する。一方、本発明のプラズマ溶射装置では、三次ガスによりプラズマフレームの外周部にプラズマフレームの熱を受けた高温のガス噴射を形成して、二次ガスの急激な絞り込みによるプラズマフレームのかく乱を防止できるため、一次ガスに圧縮エアを用いた場合でも酸化が少ない溶射皮膜を形成することができる。 In the plasma spraying apparatus of the present invention, it is possible to form a sprayed coating with less oxidation even when compressed air is used as the primary gas. When compressed air is used as the primary gas, the primary gas contains about 20% oxygen, but when the gas is turned into plasma, it is said that the action of oxidizing the molten metal is small. Even if compressed air is used as the primary gas, the thermal spray coating should be less oxidized. However, in the conventional plasma spraying equipment, when the plasma flame is disturbed by the rapid narrowing of the secondary gas, the oxidation of the droplets proceeds excessively. Decreases. On the other hand, in the plasma spraying apparatus of the present invention, the high temperature gas injection that receives the heat of the plasma flame is formed on the outer periphery of the plasma flame by the tertiary gas, so that the disturbance of the plasma flame due to the rapid narrowing of the secondary gas can be prevented. Therefore, even when compressed air is used as the primary gas, a sprayed coating with less oxidation can be formed.
(1)一次ガスノズルと二次ガスノズルとの間に、プラズマフレームの外周部にプラズマフレームの熱を受けて高温のガス噴射とするための三次ガスを噴射する三次ガス通路を形成する三次ガスノズルを備え、三次ガスが不活性ガスであるか、あるいは、一次ガスが圧縮エアであることにより、プラズマフレームの拡散が防止され、溶滴となった粒子の表面の酸化が低減されるので、酸化物が少ない溶射皮膜を形成することが可能となる。 (1) A tertiary gas nozzle is provided between the primary gas nozzle and the secondary gas nozzle to form a tertiary gas passage for injecting a tertiary gas for receiving a heat of the plasma flame and injecting a high temperature gas into the outer periphery of the plasma flame. Since the tertiary gas is an inert gas or the primary gas is compressed air, the diffusion of the plasma flame is prevented, and the oxidation of the surface of the particles that have become droplets is reduced. It becomes possible to form a few sprayed coatings.
(2)三次ガスとして不活性ガスを用いた場合、プラズマフレームの外周部にプラズマフレームの熱を受けた高温の不活性ガス噴射が形成され、溶滴の粒子が高温の不活性ガス噴射の中で微細化され、加速されるため、さらに二次ガスによる酸化から保護され、より酸化物が少ない溶射皮膜を形成することが可能となる。 (2) When an inert gas is used as the tertiary gas, a high-temperature inert gas jet that receives the heat of the plasma flame is formed on the outer periphery of the plasma flame, and the droplet particles are in the high-temperature inert gas jet. Therefore, it is possible to form a thermal spray coating that is further protected from oxidation by the secondary gas and contains less oxide.
(3)一次ガスとして圧縮エアを用いた場合であっても、三次ガスによりプラズマフレームの外周部にプラズマフレームの熱を受けた高温のガス噴射を形成して、二次ガスの急激な絞り込みによるプラズマフレームのかく乱を防止できるため、酸化が少ない溶射皮膜を形成することが可能となる。 (3) Even when compressed air is used as the primary gas, a high-temperature gas jet is formed on the outer periphery of the plasma flame by the tertiary gas, and the secondary gas is rapidly narrowed down. Since the plasma flame can be prevented from being disturbed, it is possible to form a sprayed coating with less oxidation.
図1は本発明の実施の形態におけるプラズマ溶射装置の概略構成図、図2は図1のプラズマトーチの主要部の詳細を示す縦断面図、図3は図2のA矢視図、図4は図1のプラズマトーチの動作説明図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a plasma spraying apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing details of a main part of the plasma torch of FIG. 1, FIG. 3 is a view taken along arrow A in FIG. FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the plasma torch of FIG. 1.
図1において、本発明の実施の形態におけるプラズマ溶射装置1は、プラズマフレームにより溶滴としたワイヤWを被処理物上に噴射するプラズマ溶射トーチ2と、プラズマ溶射トーチ2へ一次ガスおよび二次ガスを供給するガス供給源3と、プラズマ溶射トーチ2へ動作電力を供給する電源4と、ワイヤWが巻回されたワイヤリール5と、ワイヤリール5から引き出されるワイヤWの巻き癖を矯正するワイヤ矯正機6と、ワイヤWをワイヤ送りチューブ8によりプラズマ溶射トーチ2へ供給するワイヤ供給機構7とを有する。
In FIG. 1, a plasma spraying apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes a
図2に示すように、プラズマ溶射トーチ2は、一次ガス通路11を形成する一次ガスノズル10と、一次ガスノズル10の外側に配置されて二次ガス通路21を形成する二次ガスノズル20と、一次ガスノズル10と二次ガスノズル20との間に配置されて三次ガス通路31を形成する三次ガスノズル30と、一次ガスノズル10のノズル口12および二次ガスノズル20のノズル口22の略中心軸上に配置された陰極40と、二次ガスノズル20のノズル口22の近傍へ溶射用のワイヤWを供給するワイヤ通路50とを備える。
As shown in FIG. 2, the
一次ガスノズル10は、陰極40の先端部を覆うように形成されており、陰極40の外周に一次ガス通路11を形成している。この一次ガス通路11に供給される一次ガスは、プラズマフレームを発生させ、ワイヤの先端を溶滴とするためのガスであり、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスである。あるいは、この一次ガスとして、圧縮エアを用いることも可能である。一次ガス通路11によって供給される一次ガスは、陰極40の外周を旋回しながら供給され、一次ガスノズル10のノズル口12より二次ガスノズル20の前方へ噴射される。
The
三次ガスノズル30は、一次ガスノズル10の外側を包み込むように形成されており、一次ガスノズル10の外周に三次ガス通路31を形成している。三次ガスは、一次ガスにより発生させるプラズマフレームの外周部にプラズマフレームの熱を受けて高温のガス噴射を形成するためのガスであり、圧縮エアや炭酸ガス等のガスである。二次ガスノズル20は、三次ガスノズル30の外側を包み込むように形成されており、三次ガスノズル30の外周に二次ガス流路21を形成している。二次ガスは、一次ガスで形成されるプラズマフレームの噴射に対して外側から急激に絞り込むように噴射して、溶滴をさらに細かなものにするとともに、溶滴に十分な速度を与えて被処理物上に噴射するためのガスであり、圧縮エアや炭酸ガス等のガスである。
The
一次ガスは、ガス流量の変化によりプラズマフレームの温度や、速度および発生電圧を適宜変化させるため、その流量は50〜120〔L/分〕の範囲とすることが望ましい。なお、一次ガスの流量が50〔L/分〕未満の場合、プラズマフレームの速度が遅くなり、溶射皮膜の品質が低下する。一方、一次ガスの流量が120〔L/分〕超の場合、プラズマフレームの速度が速く、温度が低下するため、溶射皮膜の品質が低下する。 The primary gas preferably has a flow rate in the range of 50 to 120 [L / min] in order to appropriately change the temperature, speed, and generated voltage of the plasma flame by changing the gas flow rate. In addition, when the flow rate of the primary gas is less than 50 [L / min], the speed of the plasma flame becomes slow, and the quality of the sprayed coating is deteriorated. On the other hand, when the flow rate of the primary gas exceeds 120 [L / min], the plasma flame speed is high and the temperature is lowered, so that the quality of the sprayed coating is lowered.
二次ガスは、前述のように一次ガスで形成されるプラズマフレームの噴射に対して外側から急激に絞り込むように噴射し、溶滴をさらに細かなものにするとともに、溶滴に十分な速度を与えるため、その流量は250〜500〔L/分〕とすることが望ましい。なお、二次ガスの流量が250〔L/分〕未満の場合は、溶滴を細かなものとするには不足し、また溶滴に十分な速度を与える効果が少なくなるため、溶射皮膜の品質が低下する。一方、二次ガスの流量が500〔L/分〕超の場合は、溶滴を過剰に細かなものとするとともに、溶滴を過剰に冷却することになり、溶射皮膜の品質が低下する。 As described above, the secondary gas is injected so as to be rapidly narrowed from the outside with respect to the injection of the plasma flame formed by the primary gas, making the droplets finer and at a sufficient speed for the droplets. Therefore, the flow rate is preferably 250 to 500 [L / min]. If the flow rate of the secondary gas is less than 250 [L / min], it is insufficient to make the droplet fine, and the effect of giving a sufficient speed to the droplet is reduced. Quality deteriorates. On the other hand, when the flow rate of the secondary gas exceeds 500 [L / min], the droplets become excessively fine and the droplets are excessively cooled, so that the quality of the sprayed coating is deteriorated.
三次ガスは、前述のように一次ガスにより発生させるプラズマフレームの外周部にプラズマフレームの熱を受けて高温のガス噴射を形成するため、体積比で一次ガスの流量の20〜50%の範囲とし、かつ、二次ガス噴射によるプラズマフレームのかく乱やガス拡散を抑えるため、体積比で二次ガスの流量の5〜10%の範囲とすることが望ましい。また、二次ガス噴射によるプラズマフレームのかく乱やガス拡散を抑える効果をより有効に発揮させるためには、三次ガスの流量は二次ガスの流量の増減に連動して変化させ、二次ガスの流量が少ない場合は三次ガスの流量も少なくし、二次ガスの流量が多い場合は三次ガスの流量も多くすることが望ましい。 Since the tertiary gas receives the heat of the plasma flame at the outer periphery of the plasma flame generated by the primary gas as described above and forms a high temperature gas jet, the volume ratio is set to a range of 20 to 50% of the flow rate of the primary gas. And in order to suppress the disturbance and gas diffusion of the plasma flame due to the secondary gas injection, it is desirable that the volume ratio is in the range of 5 to 10% of the flow rate of the secondary gas. In addition, in order to more effectively exert the effect of suppressing the disturbance of the plasma flame and gas diffusion due to the secondary gas injection, the flow rate of the tertiary gas is changed in conjunction with the increase and decrease of the flow rate of the secondary gas, When the flow rate is small, it is desirable to reduce the flow rate of the tertiary gas, and when the flow rate of the secondary gas is high, it is desirable to increase the flow rate of the tertiary gas.
なお、三次ガスの流量が、一次ガスの流量の20%未満あるいは二次ガスの流量の5%未満の場合、三次ガスの噴射によってプラズマフレームのかく乱やガス拡散を抑える効果が少なくなるため、溶射皮膜の品質向上の効果が得にくくなる。一方、三次ガスの流量が、一次ガスの流量の50%超あるいは二次ガスの流量の10%超の場合、三次ガスの噴射が強く発生しているため、その内側がプラズマフレームの熱を受けて高温のガス噴射を形成することが不十分となり、プラズマフレームのかく乱やガス拡散を抑える効果が十分に発揮できなくなるため、溶射皮膜の品質向上の効果が得にくくなる。 If the flow rate of the tertiary gas is less than 20% of the flow rate of the primary gas or less than 5% of the flow rate of the secondary gas, the effect of suppressing the disturbance of the plasma flame and gas diffusion by the injection of the tertiary gas is reduced. The effect of improving the quality of the film is difficult to obtain. On the other hand, when the flow rate of the tertiary gas is more than 50% of the flow rate of the primary gas or more than 10% of the flow rate of the secondary gas, the injection of the tertiary gas is strong, and the inside receives the heat of the plasma flame. Therefore, it becomes insufficient to form a high-temperature gas jet, and the effect of suppressing the disturbance of the plasma flame and the gas diffusion cannot be sufficiently exhibited, so that it is difficult to obtain the effect of improving the quality of the sprayed coating.
ワイヤ通路50は、二次ガスノズル20のノズル口22の近傍に形成されたワイヤ出口51bを有する一次ワイヤ通路51aと、この一次ワイヤ通路51aに対して所定の傾斜角θでワイヤWを供給する二次ワイヤ通路52aとから構成される。ワイヤ通路50は、一次ワイヤ通路51aと二次ワイヤ通路52aとによりワイヤWに弾性限界を超えない範囲の曲がりを与えるものである。
The
図3に示すように、一次ワイヤ通路51aは、プラズマフレームの伸展方向に長い略長方形断面形状を有し、二次ガスノズル20の外側に配置された一次ワイヤ案内部材51を直線状に貫通して形成されている。同様に、二次ワイヤ通路52aも、プラズマフレームの伸展方向に長い略長方形断面形状を有し、一次ワイヤ通路51aから離れた位置に配置された二次ワイヤ案内部材52を直線状に貫通して形成されている。
As shown in FIG. 3, the
一次ワイヤ通路51aの長辺方向の幅aは、ワイヤWの直径dよりも10%以上かつ95%以下の範囲で大きく設定されている。また、一次ワイヤ通路51aの短辺方向の幅bは、ワイヤWの直径dより3%以上かつ10%未満の範囲で大きく設定されている。なお、本実施形態におけるワイヤWの直径dは1.6mmであり、長辺方向の幅aはワイヤWの直径dよりも0.2〜1.5mm程度大きく、短辺方向の幅bはワイヤWの直径dよりも0.05〜0.15mm程度大きく設定してある。二次ワイヤ通路52aについても同様である。
The width a in the long side direction of the
なお、一次ワイヤ通路51aおよび二次ワイヤ通路52aが有する略長方形断面形状とは、長方形断面形状のほか、長方形断面形状の角部がワイヤWの外面が接しない範囲でC面取りやR面取りなどの加工が施されている形状を含むものとする。したがって、本実施形態においてワイヤWは、一次ワイヤ通路51aおよび二次ワイヤ通路52a内において長辺方向の平面または短辺方向の平面のいずれの平面に対しても垂直方向の力のみを受けることになる。
In addition, the substantially rectangular cross-sectional shape which the primary wire channel |
また、二次ワイヤ通路52aの一次ワイヤ通路51aに対する傾斜角θは、一次ワイヤ通路51aの中心線と二次ワイヤ通路52aの中心線とがなす角である。本実施形態においては、傾斜角θは1〜5°程度に設定してある。また、二次ワイヤ案内部材52は、一次ワイヤ通路51aと二次ワイヤ通路52aとが隙間cを隔てて配置される位置に設けられている。本実施形態においては、隙間cは3〜10mm程度に設定してある。
Further, the inclination angle θ with respect to the
このように本実施形態におけるプラズマ溶射トーチ2では、一次ワイヤ通路51aと二次ワイヤ通路52aとが隙間cを隔てて配置されることで、それぞれ直線状の一次ワイヤ通路51aと二次ワイヤ通路52aとにより擬似的に大きな曲線状のワイヤ通路50を形成し、ワイヤWに弾性範囲を超えない範囲の曲がりを与える。なお、一次ワイヤ通路51aおよび二次ワイヤ通路52aを、それぞれ曲線状とすることも可能である。
Thus, in the
電源4の陽極側は、一次ワイヤ案内部材51に接続されており、この一次ワイヤ案内部材51の一次ワイヤ通路51a内を通るワイヤWに対して間接的に接続されている。一方、電源4の陰極側は、陰極40に接続されている。なお、電源4の陽極側は、ワイヤWに直接接続されることもある。
The anode side of the
上記構成のプラズマ溶射装置1では、ワイヤリール5に巻かれたワイヤWがワイヤ供給機構7によってプラズマ溶射トーチ2へ送給される際、ワイヤWの強い巻き癖がワイヤ矯正機6によって矯正され、緩やかな曲線状に伸ばされる。そして、ワイヤWはワイヤ送りチューブ8を介してワイヤ通路50へ供給される。ワイヤ通路50では、ワイヤWは一次ワイヤ通路51aおよび二次ワイヤ通路52a内で長辺方向の平面または短辺方向の平面のいずれの平面に対しても垂直方向の力のみを受けて、図4に示すようにプラズマフレームFの伸長方向へ弾性限界を超えない範囲の曲がりが与えられる。
In the plasma spraying apparatus 1 having the above configuration, when the wire W wound around the wire reel 5 is fed to the
ここで、一次ワイヤ通路51aおよび二次ワイヤ通路52aは、プラズマフレームFの伸展方向に長い略長方形断面形状を有するので、ゆがみ癖はプラズマフレームFの伸展方向に逃がされる。特に、本実施形態においては、短辺方向の幅bが、ワイヤWの直径dより3%以上かつ10%未満の範囲で大きく設定されているだけであるため、プラズマフレームFの伸展方向に対して直角方向へは逃がされない。したがって、ワイヤWの先端部分はプラズマフレームFの伸展方向に対しては多少の位置ずれが発生しても、プラズマフレームFの伸長方向に対して直角方向への位置ずれは防止され、プラズマフレームFの軸線上に位置するようになる。
Here, since the
図5はワイヤ通路の断面形状とワイヤが受ける力の方向を示している。図5において、略長方形断面Aは長方形断面形状、略長方形断面Bは長方形断面形状の角部がワイヤWの外面が接しない範囲でC面取り加工が施されている形状、略長方形断面Cは長方形断面形状の角部がワイヤWの外面が接しない範囲でR面取り加工が施されている形状である。これらの略長方形断面形状では、ワイヤWが長辺方向の平面に接しても短辺方向の平面に接しても、それぞれの平面に対して垂直方向の力のみを受けることになる。 FIG. 5 shows the cross-sectional shape of the wire passage and the direction of the force applied to the wire. In FIG. 5, a substantially rectangular cross section A is a rectangular cross section shape, a substantially rectangular cross section B is a shape in which a corner portion of the rectangular cross section is C-chamfered in a range where the outer surface of the wire W does not contact, and a substantially rectangular cross section C is a rectangular shape. The corner portion of the cross-sectional shape is a shape that has been subjected to R chamfering as long as the outer surface of the wire W does not contact. In these substantially rectangular cross-sectional shapes, regardless of whether the wire W is in contact with the plane in the long side direction or the plane in the short side direction, only the force in the direction perpendicular to each plane is received.
ワイヤWは、ワイヤ矯正機構7によっても完全に直線状には矯正できないため、ゆがみ癖が残っている。そして、ワイヤ送りチューブ8は、作業時のプラズマ溶射トーチ2の取り回しにより、様々な状態に曲がり形状が変化して一定の形状とはならない。そのため、このように形状が一定とならないワイヤ送りチューブ8内をゆがみ癖が残ったワイヤWが送られてくると、ワイヤ送りチューブ8の形状に合わせてワイヤWへ曲げやねじれの力が働く。この曲げやねじれの力によりワイヤWは弾性限度内ではバネと同様に自由に曲がりながら、力の方向が安定する位置でワイヤ送りチューブ8内を蛇行しながら送られていくことになる。
Since the wire W cannot be completely straightened even by the
このとき、上述の略長方形断面形状では、ワイヤWが短辺方向の平面に接した場合には、この短辺方向の平面に対して垂直方向、すなわちプラズマフレームFの伸展方向(以下、「X方向」と称す。)の力を受けることになり、ゆがみ癖はプラズマフレームFの伸展方向に逃がされる。そして、この短辺方向の平面にのみ接触している際に、プラズマフレームFの伸展方向に対して直角方向(以下、「Y方向」と称す。)の力が掛かった場合には、ワイヤWは短辺方向の幅bの隙間分だけ自由に移動し、長辺方向の平面に接するが、この場合も長辺方向の平面に対して垂直方向(Y方向)の力が働くため、ワイヤWの位置が安定する。特に、ねじれの力を受けた場合は、X方向とY方向の力として短辺方向と長辺方向の力に分散されて、各面に対して垂直方向に力が働き、ワイヤWのねじれを抑制する働きをするために、ワイヤWの位置は安定する。 At this time, in the above-described substantially rectangular cross-sectional shape, when the wire W is in contact with the plane in the short side direction, the direction perpendicular to the plane in the short side direction, that is, the extending direction of the plasma frame F (hereinafter, “X The distortion warp is released in the extending direction of the plasma flame F. When a force in a direction perpendicular to the extending direction of the plasma frame F (hereinafter referred to as “Y direction”) is applied while only in contact with the plane in the short side direction, the wire W Moves freely by the gap of the width b in the short side direction and touches the plane in the long side direction. In this case, too, the force in the vertical direction (Y direction) acts on the plane in the long side direction. The position of is stable. In particular, when a twisting force is applied, the forces in the X direction and the Y direction are distributed to the forces in the short side direction and the long side direction, and the force acts in the direction perpendicular to each surface, causing the wire W to twist. In order to act to suppress, the position of the wire W is stabilized.
一方、丸形断面や長丸断面の場合には、ワイヤWは丸形断面や長丸断面の曲面に接すると、この曲面に対して垂直方向の力だけを受けることになり、ワイヤWは曲面に沿って自由に移動することができる。特に、ねじれの力を受けた場合に、ワイヤWは曲面に沿って自由に回転するために、ワイヤWのねじれを抑制しない。このため、ワイヤWが受ける力の方向が定まらず、ワイヤWの位置は不定となる。 On the other hand, in the case of a round cross section or a long round cross section, when the wire W is in contact with the curved surface of the round cross section or the long round cross section, it receives only a force perpendicular to the curved surface. Can move freely along. In particular, when the twisting force is received, the wire W freely rotates along the curved surface, and thus the twist of the wire W is not suppressed. For this reason, the direction of the force received by the wire W is not determined, and the position of the wire W is indefinite.
このように本実施形態におけるプラズマ溶射装置1では、ワイヤWの先端部分はプラズマフレームFの中心部へワイヤWを安定して供給することができる。そして、一次ガス通路11から噴出される一次ガスが、電源4の陽極側に一次ワイヤ案内部材51を介して間接的に接続されたワイヤWと、電源4の陰極側に接続された陰極40との間に生じるアークによってプラズマ化されてプラズマフレームFとなり、ワイヤWを溶滴Dとして噴射する。この溶滴Dは、二次ガス通路21から二次ガスノズル20の前方へ噴射される二次ガスによってさらに微細化され、さらに加速されて被処理物T上に噴射され、溶射皮膜Sを形成する。
As described above, in the plasma spraying apparatus 1 according to the present embodiment, the tip portion of the wire W can stably supply the wire W to the central portion of the plasma frame F. And the primary gas ejected from the
このとき、本実施形態におけるプラズマ溶射装置1では、一次ガス通路11と二次ガス通路21との間に配置されている三次ガス通路31から噴射される三次ガス流れの内側が、プラズマフレームFの熱を受けて高温のガス噴射Gを形成する。この高温のガス噴射Gにより、その外側に噴射される二次ガスの急激な絞り込みによってプラズマフレームFの外周部から発生するかく乱を抑えることで、プラズマフレームFのガス拡散を防止することができ、溶滴Dとなった粒子の表面の酸化が低減される。これにより、被処理物T上に酸化が少ない溶射皮膜Sを形成することが可能となっている。
At this time, in the plasma spraying apparatus 1 in the present embodiment, the inside of the tertiary gas flow injected from the
また、このように本実施形態におけるプラズマ溶射装置1では、三次ガスによりプラズマフレームFの外周部にプラズマフレームFの熱を受けた高温のガス噴射を形成して、二次ガスの急激な絞り込みによるプラズマフレームFのかく乱を防止できるため、一次ガスとして圧縮エアを用いた場合であっても、酸化が少ない溶射皮膜Sを形成することが可能である。 Further, in this way, in the plasma spraying apparatus 1 according to the present embodiment, the high temperature gas injection that receives the heat of the plasma flame F is formed on the outer periphery of the plasma flame F by the tertiary gas, and the secondary gas is rapidly narrowed down. Since the disturbance of the plasma flame | frame F can be prevented, even if it is a case where compressed air is used as a primary gas, it is possible to form the sprayed coating S with little oxidation.
また、三次ガスとして不活性ガスである窒素ガスやアルゴンガスなどを用いた場合には、上述のように二次ガスの急激な絞りこみによってプラズマフレームFの外周部から発生するかく乱を防止するとともに、プラズマフレームFの外周部にプラズマフレームFの熱を受けた高温の不活性ガス噴射が形成される。これにより、溶滴Dの粒子は、高温の不活性ガス噴射により粒子の成分変化が防止された状態で微細化され、加速されるために、二次ガスによる酸化から保護される。これにより、さらに酸化が少ない溶射皮膜Sを形成することが可能となる。 In addition, when nitrogen gas, argon gas, or the like, which is an inert gas, is used as the tertiary gas, the disturbance generated from the outer peripheral portion of the plasma flame F due to the rapid constriction of the secondary gas as described above is prevented. A high-temperature inert gas jet that receives the heat of the plasma flame F is formed on the outer periphery of the plasma flame F. Thereby, the particles of the droplet D are protected from being oxidized by the secondary gas because they are refined and accelerated in a state in which the change in the components of the particles is prevented by high-temperature inert gas injection. Thereby, it becomes possible to form the thermal spray coating S with less oxidation.
なお、本実施形態においては、一次ワイヤ通路51aおよび二次ワイヤ通路52aの両方をプラズマフレームの伸展方向に長い略長方形断面形状を有するものとしているが、いずれか一方のみをプラズマフレームの伸展方向に長い略長方形断面形状を有するものとすることも可能である。この場合、プラズマフレームの伸展方向に長い略長方形断面形状を有する一次ワイヤ通路または二次ワイヤ通路により、ワイヤWのゆがみ癖をプラズマフレームFの伸展方向に逃がして、ワイヤWの先端部分をプラズマフレームFの中心部へ供給することができる。
In the present embodiment, both the
三次ガスとして圧縮エアおよび不活性ガスである窒素ガスを用いた場合と、三次ガスを用いない場合とで、比較試験を実施した。本実施例では、溶射材料としてアルミニウム系合金を用い、溶射皮膜の酸化度合いの指標として、溶射皮膜の自然電位を測定して、三次ガスの効果を確認した。さらに、ランニングコスト低減の手法として、一次ガス、二次ガスおよび三次ガスの全てのガスを、安価な圧縮エアを用いて溶射皮膜を作成し、溶射皮膜の自然電位を測定して、3次ガスの効果を確認した。図6は自然電位測定方法を示す説明図である。 A comparative test was performed when compressed air and nitrogen gas, which is an inert gas, were used as the tertiary gas, and when no tertiary gas was used. In this example, an aluminum alloy was used as the thermal spray material, and the natural potential of the thermal spray coating was measured as an index of the degree of oxidation of the thermal spray coating to confirm the effect of the tertiary gas. Furthermore, as a method of reducing running costs, all gases of primary gas, secondary gas, and tertiary gas are created using inexpensive compressed air, and the natural potential of the sprayed coating is measured to determine the tertiary gas. The effect of was confirmed. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a natural potential measurement method.
図6に示すように自然電位の測定は、飽和KClの塩橋を用いて試験片(試験TP)の溶射皮膜表面に5w%NaClの環境を作り、照合電極として飽和塩化銀電極を用いて、テスターにより自然電位を測定した。なお、電位の測定数値を安定させるために、測定開始から600秒後の電位を測定値とした。試験結果のまとめを表1に、表1の各条件での皮膜の自然電位測定結果を表2に示す。 As shown in FIG. 6, the natural potential is measured by creating a 5 w% NaCl environment on the sprayed coating surface of the test piece (test TP) using a salt bridge of saturated KCl, and using a saturated silver chloride electrode as a reference electrode. The natural potential was measured with a tester. In order to stabilize the measured value of the potential, the potential after 600 seconds from the start of measurement was taken as the measured value. A summary of the test results is shown in Table 1, and the results of measuring the natural potential of the film under the conditions shown in Table 1 are shown in Table 2.
表1に示すように、三次ガスを用いない場合と三次ガスに圧縮エアを用いた場合とでは、三次ガスに圧縮エアを用いた方が約60mV低い電位を示した。また、三次ガスに不活性ガスである窒素ガスを用いた場合では、約150mV低い値を示した。さらに、全てのガスを安価な圧縮エアを用いた場合では、約50mV低い値を示した。このことから、三次ガスを利用することで、溶射皮膜内部の酸化が少ないことが確認できた。 As shown in Table 1, when the tertiary gas was not used and when the compressed gas was used as the tertiary gas, the potential using the compressed air as the tertiary gas was lower by about 60 mV. In addition, when nitrogen gas, which is an inert gas, was used as the tertiary gas, the value was reduced by about 150 mV. Furthermore, when inexpensive compressed air was used for all the gases, the value was about 50 mV lower. From this, it was confirmed that by using the tertiary gas, there was little oxidation inside the sprayed coating.
本発明のプラズマ溶射装置は、鋼構造物の表面に防錆用溶射皮膜を形成するための装置として有用である。 The plasma spraying apparatus of the present invention is useful as an apparatus for forming a rust-proof spray coating on the surface of a steel structure.
1 プラズマ溶射装置
2 プラズマ溶射トーチ
3 ガス供給源
4 電源
5 ワイヤリール
6 ワイヤ矯正機
7 ワイヤ供給機構
10 一次ガスノズル
11 一次ガス通路
12 ノズル口
20 二次ガスノズル
21 二次ガス通路
22 ノズル口
30 三次ガスノズル
31 三次ガス通路
40 陰極
50 ワイヤ通路
51 一次ワイヤ案内部材
51a 一次ワイヤ通路
52 二次ワイヤ案内部材
52a 二次ワイヤ通路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
前記一次ガスノズルと前記二次ガスノズルとの間に、前記プラズマフレームの外周部に前記プラズマフレームの熱を受けて高温のガス噴射とするための三次ガスを噴射する三次ガス通路を形成する三次ガスノズルを備え、
前記三次ガスが不活性ガスである
ことを特徴とするプラズマ溶射装置。 A cathode, a primary gas nozzle that forms a primary gas passage on the outer periphery of the cathode and covers the tip of the cathode, a secondary gas nozzle that is disposed outside the primary gas nozzle to form a secondary gas passage, and the secondary gas nozzle A wire passage for supplying a wire for thermal spraying to the vicinity of the nozzle opening of the gas nozzle, and a primary gas injected from the primary gas nozzle by an arc generated between the tip of the wire supplied from the wire passage and the cathode. Plasma is formed, a plasma flame is ejected from the primary gas nozzle, the tip of the wire is used as a droplet, and the droplet is ejected onto the object to be processed by the secondary gas ejected from the plasma flame and the secondary gas nozzle. In plasma spraying equipment,
A tertiary gas nozzle is formed between the primary gas nozzle and the secondary gas nozzle to form a tertiary gas passage for injecting a tertiary gas for receiving a heat of the plasma flame and injecting a high temperature gas into an outer peripheral portion of the plasma flame. Prepared,
The plasma spraying apparatus, wherein the tertiary gas is an inert gas.
前記一次ガスノズルと前記二次ガスノズルとの間に、前記プラズマフレームの外周部に前記プラズマフレームの熱を受けて高温のガス噴射とするための三次ガスを噴射する三次ガス通路を形成する三次ガスノズルを備え、
前記一次ガスが圧縮エアである
ことを特徴とするプラズマ溶射装置。 A cathode, a primary gas nozzle that forms a primary gas passage on the outer periphery of the cathode and covers the tip of the cathode, a secondary gas nozzle that is disposed outside the primary gas nozzle to form a secondary gas passage, and the secondary gas nozzle A wire passage for supplying a wire for thermal spraying to the vicinity of the nozzle opening of the gas nozzle, and a primary gas injected from the primary gas nozzle by an arc generated between the tip of the wire supplied from the wire passage and the cathode. Plasma is formed, a plasma flame is ejected from the primary gas nozzle, the tip of the wire is used as a droplet, and the droplet is ejected onto the object to be processed by the secondary gas ejected from the plasma flame and the secondary gas nozzle. In plasma spraying equipment,
A tertiary gas nozzle is formed between the primary gas nozzle and the secondary gas nozzle to form a tertiary gas passage for injecting a tertiary gas for receiving a heat of the plasma flame and injecting a high temperature gas into an outer peripheral portion of the plasma flame. Prepared,
The plasma spraying apparatus, wherein the primary gas is compressed air.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014227290A JP5960229B2 (en) | 2014-11-07 | 2014-11-07 | Plasma spraying equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014227290A JP5960229B2 (en) | 2014-11-07 | 2014-11-07 | Plasma spraying equipment |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010276142A Division JP5649942B2 (en) | 2010-12-10 | 2010-12-10 | Plasma spraying equipment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015091602A true JP2015091602A (en) | 2015-05-14 |
JP5960229B2 JP5960229B2 (en) | 2016-08-02 |
Family
ID=53195127
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014227290A Active JP5960229B2 (en) | 2014-11-07 | 2014-11-07 | Plasma spraying equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5960229B2 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0368469A (en) * | 1989-08-04 | 1991-03-25 | Osaka Denki Co Ltd | Method and device for plasma wire spraying |
JPH0641039B2 (en) * | 1989-12-20 | 1994-06-01 | 特殊電極株式会社 | Plasma arc welding method |
JPH09308970A (en) * | 1996-05-22 | 1997-12-02 | Shimazu Kogyo Kk | Plasma arc torch |
JP2000071076A (en) * | 1998-08-28 | 2000-03-07 | Daihen Corp | Plasma arc cutting torch |
JP2000312973A (en) * | 1999-04-28 | 2000-11-14 | Komatsu Ltd | Plasma cutting method, device and plasma torch |
JP2008229705A (en) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | Daihen Corp | Plasma gma welding torch and plasma gma welding method |
JP5649942B2 (en) * | 2010-12-10 | 2015-01-07 | 株式会社フジエンジニアリング | Plasma spraying equipment |
-
2014
- 2014-11-07 JP JP2014227290A patent/JP5960229B2/en active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0368469A (en) * | 1989-08-04 | 1991-03-25 | Osaka Denki Co Ltd | Method and device for plasma wire spraying |
JPH0641039B2 (en) * | 1989-12-20 | 1994-06-01 | 特殊電極株式会社 | Plasma arc welding method |
JPH09308970A (en) * | 1996-05-22 | 1997-12-02 | Shimazu Kogyo Kk | Plasma arc torch |
JP2000071076A (en) * | 1998-08-28 | 2000-03-07 | Daihen Corp | Plasma arc cutting torch |
JP2000312973A (en) * | 1999-04-28 | 2000-11-14 | Komatsu Ltd | Plasma cutting method, device and plasma torch |
JP2008229705A (en) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | Daihen Corp | Plasma gma welding torch and plasma gma welding method |
JP5649942B2 (en) * | 2010-12-10 | 2015-01-07 | 株式会社フジエンジニアリング | Plasma spraying equipment |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5960229B2 (en) | 2016-08-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5826057B2 (en) | Composite welding method and welding torch for composite welding | |
JP5589079B2 (en) | Composite welding method | |
JP6127300B2 (en) | Welding method, welding nozzle and welding apparatus | |
JP5649942B2 (en) | Plasma spraying equipment | |
WO2017022585A1 (en) | Gas-shielded arc welding method | |
JP2016016430A (en) | Welding equipment with double nozzle | |
JP5512501B2 (en) | Plasma spraying equipment | |
JP3261518B2 (en) | Plasma arc torch | |
JP5960229B2 (en) | Plasma spraying equipment | |
JP6411814B2 (en) | Arc spraying method and arc spray gun used therefor | |
JP2013202677A (en) | Double gas-shielded arc welding method and torch used in the same | |
US9987703B2 (en) | Plasma spraying apparatus | |
KR102259499B1 (en) | diffuser corn for welding torch | |
US10610954B2 (en) | Welding apparatus and plasma welding method | |
CN204867750U (en) | Tungsten utmost point argon arc welds welder nozzle | |
WO2023013386A1 (en) | Shield jig and gas shield arc welding device | |
JP2017202508A (en) | Welding method | |
JPS62207585A (en) | Chip for arc welding | |
Kelkar | WJM Technologies | |
US20140166630A1 (en) | Plasma spraying apparatus | |
JP2016535678A (en) | Method of overlaying electric arc with gas protection consisting of argon / helium gas mixture | |
JP2013049900A (en) | Arc wire melting type thermal-spraying apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151020 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160531 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160622 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5960229 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |