JP4804854B2 - Composite torch type plasma spraying equipment - Google Patents

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Description

この発明は、当初、気体中に流れる大電流、それによって発生する1万度前後の高温度のプラズマアークを利用して、金属やセラミックス等の物質を溶融して、対象物に吹き付け、その表面に強固な皮膜を形成する、いわゆる複合トーチ型プラズマ溶射装置に関するものである。   The present invention uses a large current flowing in a gas and a high-temperature plasma arc of about 10,000 degrees generated thereby to melt a material such as metal or ceramics and spray it on an object. The present invention relates to a so-called composite torch type plasma spraying apparatus that forms a strong film.

本件発明者は、主トーチと副トーチを有する複合トーチ型プラズマ発生装置では、主トーチの主陰極は熱電子を発生させるために高温にする必要があるのに対し、該熱電子を受ける副トーチの副陰極は冷却され低温に維持される点に注目し、該主トーチの陰極と陽極の配置を逆に構成した複合トーチ型プラズマ発生装置を、先に、開発している(例えば、特許文献1、参照)。   In the composite torch type plasma generator having a main torch and a sub-torch, the inventor of the present invention requires that the main cathode of the main torch has a high temperature in order to generate thermoelectrons, whereas the sub-torch that receives the thermoelectrons. The sub-cathode is cooled and maintained at a low temperature, and a composite torch type plasma generator in which the arrangement of the cathode and anode of the main torch is reversed has been developed (for example, Patent Documents). 1, see).

この複合トーチ型プラズマ発生装置は、主陽極を有する主トーチと副陰極を有する副トーチとを備えている。前記主陽極は、その中心部を貫通する粉末材料供給管と、その外側に設けられた冷却通路と、該冷却通路の外側に位置し、該材料供給管の先端から突出する先端縁と、を備えている。この主陽極の先端面は、略椀状、即ち、内側に突な円錐台状に形成され、その先端縁が前記主陽極の陽極点となっている。   This composite torch type plasma generator includes a main torch having a main anode and a sub torch having a sub cathode. The main anode includes a powder material supply pipe penetrating through a central portion thereof, a cooling passage provided on the outside thereof, and a tip edge located outside the cooling passage and protruding from the tip of the material supply pipe. I have. The front end surface of the main anode is formed in a substantially bowl shape, that is, in a truncated cone shape protruding inward, and the front end edge serves as an anode point of the main anode.

この装置では、該副トーチの副陰極から該主トーチの主陽極に至るヘアピンアークを発生させ、この状態で前記両トーチのガス送入口からプラズマガスを供給してプラズマを発生させる。その後、処理対象材料を主トーチの前記粉末材料供給管から前記プラズマ及びプラズマアークの中心軸上に沿って放出する。   In this apparatus, a hairpin arc from the sub-cathode of the sub-torch to the main anode of the main torch is generated, and in this state, plasma gas is supplied from the gas inlets of both torches to generate plasma. Thereafter, the material to be treated is discharged from the powder material supply pipe of the main torch along the central axis of the plasma and plasma arc.

そうすると、処理対象材料は、プラズマアークの中心軸上に沿って溶融されながら進行するので、熱プラズマのエネルギーを充分享受することができる。   As a result, the material to be processed proceeds while being melted along the central axis of the plasma arc, so that the thermal plasma energy can be fully enjoyed.

特開平2002−231498号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-231498

従来例の複合トーチ型プラズマ発生装置を、複合トーチ型プラズマ溶射装置として用いると、次のような問題が発生する。
即ち、相互干渉しないプラズマアークの陽極点と粉末材料供給孔(粉末材料供給管の先端開口部)を有する陽極部の先端において、粉末材料の多くはプラズマアークに送入され、溶融粒子となって、溶射皮膜を形成するが、その他は、該プラズマアークに送入されることなく、主トーチの内外に溶融粒子及び未溶融粒子となって存在する。
When the conventional composite torch type plasma generating apparatus is used as a composite torch type plasma spraying apparatus, the following problems occur.
That is, most of the powder material is fed into the plasma arc at the anode end of the plasma arc that does not interfere with each other and the tip of the anode portion having the powder material supply hole (the tip opening portion of the powder material supply pipe) to form molten particles. The sprayed coating is formed, but the others are present as molten particles and unmelted particles inside and outside the main torch without being fed into the plasma arc.

ここで、問題となるのは、プラズマアークに送入できなかった溶射粒子が主トーチ内部の壁面に付着し、運転に支障をきたすことである。特に問題となる部位は、陽極部の先端面、即ち、内側に突な円錐台状の先端内面、であり、この先端面に溶融粒子が付着すると、陽極点及び粉末材料供給孔、並びにその近傍が損傷してしまう。そして、該粉末溶射材料の供給量が多くなればなる程、損傷度が増し、最後には粉末材料送入孔が閉塞したり、或いは水冷手段を有する陽極部のシール部が焼損したりして、溶射が出来なくなる。   Here, the problem is that the spray particles that could not be fed into the plasma arc adhere to the wall surface inside the main torch and hinder the operation. The particularly problematic part is the tip surface of the anode portion, that is, the inner surface of the tip of the truncated cone that protrudes inward, and when molten particles adhere to this tip surface, the anode point and the powder material supply hole and the vicinity thereof Will be damaged. And as the supply amount of the powder sprayed material increases, the degree of damage increases, and finally the powder material feed hole is closed or the seal part of the anode part having water cooling means is burned out. , Spraying can not be done.

ここで、その支障をきたす時間は、粉末材料の性状、供給量などにもよるが、例えば、20分以内であり、この間は、安定して溶射作業ができない。   Here, the time for causing the trouble depends on the properties of the powder material, the supply amount, etc., but is, for example, within 20 minutes, and during this time, the thermal spraying operation cannot be stably performed.

この発明は、上記事情に鑑み、安定して溶射作業が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 enable a stable thermal spraying operation.

この発明は、プラズマガス供給手段を有する主トーチと副トーチからなり、該主トーチの陽極部に材料吐出孔を設け、該材料吐出孔からプラズマ中心軸上に粉末溶射材料を送入する複合トーチ型プラズマ溶射装置において、前記陽極部に、溶射粒子の付着を防止するためのガス噴出孔を設けたことを特徴とする。   The present invention comprises a composite torch comprising a main torch having a plasma gas supply means and a sub-torch, wherein a material discharge hole is provided in an anode portion of the main torch, and a powder spray material is fed from the material discharge hole onto a plasma central axis. In the type plasma spraying apparatus, a gas ejection hole for preventing adhesion of spray particles is provided in the anode portion.

この発明のガス噴出孔は、プラズマアークの陽極点及び材料吐出孔とは、それぞれ干渉することのない位置に配設されていることを特徴とする。この発明のガス噴出孔は、材料吐出孔を中心に放射線上に、1個、又は、複数個設けられていることを特徴とする。この発明のガス噴出孔は、材料吐出孔を中心に放射線上から、オフセットした位置に等分割に設けることを特徴とする。   The gas ejection hole according to the present invention is characterized in that it is disposed at a position where it does not interfere with the anode point of the plasma arc and the material discharge hole. One or a plurality of gas ejection holes of the present invention are provided on the radiation centering on the material ejection holes. The gas ejection holes according to the present invention are characterized in that they are provided in equal divisions at positions offset from the radiation centering on the material ejection holes.

この発明のガス噴出孔から吐き出すガスは、プラズマガスであることを特徴とする。この発明の主陽極が、その中心部を貫通する材料送入管と、その外側に設けられた冷却通路と、その冷却通路の外側に位置し、前記材料送入管の先端から突出する先端縁と、を備えていることを特徴とする。この発明の主陽極の先端面が、内側に突な円錐台状に形成され、その先端縁が前記主陽極の陽極点となることを特徴とする。   The gas discharged from the gas ejection holes of the present invention is a plasma gas. The main anode of the present invention has a material feed pipe penetrating through the central portion thereof, a cooling passage provided on the outside thereof, a tip edge located outside the cooling passage and protruding from the tip of the material feed pipe And. The tip surface of the main anode of the present invention is formed in a truncated cone shape projecting inward, and the tip edge thereof serves as an anode point of the main anode.

この発明は、陽極部に、溶射粒子の付着を防止するためのガス噴出孔を設けたので、陽極部に粉末溶射材料の溶融粒子や未溶融粒子が付着するのを防止することができる。そのため、陽極部、特に、陽極点及び材料吐出孔、を清浄に維持することができるので、安定して溶射作業を行うことができる。   According to the present invention, the gas spray holes for preventing the spray particles from adhering to the anode portion are provided, so that it is possible to prevent the molten particles and unmelted particles of the powder spray material from adhering to the anode portion. Therefore, since the anode part, in particular, the anode point and the material discharge hole can be kept clean, the thermal spraying operation can be performed stably.

本件発明者は、溶射の安定した運転ができない大きな要因と考えられるのは、未溶融あるいは溶融した溶射粒子が主トーチ内部の壁面に付着することであるから、強制的にガスで吹き飛ばす装置を設ける必要がある、と考えた。しかし、前記装置を新たに設けることは、構造上及びコスト上、困難なのである。   The present inventor believes that a major factor that prevents stable operation of spraying is that unmelted or melted sprayed particles adhere to the wall surface inside the main torch, so a device for forcibly blowing off with gas is provided. I thought it was necessary. However, it is difficult to provide a new device in terms of structure and cost.

そこで、主トーチの陽極部に、該陽極部の先端縁にある陽極点と材料吐出孔に干渉しない近傍に、溶射粒子の付着を防止するためのガス噴出孔を設け、その孔に既設のプラズマガスを通すことで、溶射粒子を吹き飛ばし、陽極点と材料吐出孔の正常な状態を維持することができるようにした。   Therefore, the anode part of the main torch is provided with a gas ejection hole for preventing adhesion of spray particles near the anode point at the tip edge of the anode part and the material discharge hole, and the plasma existing in the hole is provided. By passing the gas, the sprayed particles were blown away, and the normal state of the anode point and the material discharge hole could be maintained.

更に述べると、この発明に用いるプラズマ溶射装置は、陰極及び陽極を有する主トーチと副トーチの少なくとも2個以上のトーチで構成される複トーチ型プラズマであり、大きな特徴として1万℃前後の高温のプラズマアークをトーチの外部に引き出し、そのアーク柱へ直接、溶射粉末材料を送入することができることにある。   More specifically, the plasma spraying apparatus used in the present invention is a double torch type plasma composed of at least two main torches having a cathode and an anode and a sub-torch, and has a high temperature of about 10,000 ° C. as a major feature. The plasma arc is drawn out of the torch, and the sprayed powder material can be fed directly to the arc column.

ここで、プラズマアーク柱への溶射粉末材料の送入法であるが、熱効率から、溶射粉末材料はプラズマアーク軸心と同軸に送入することが最適であるが、実際問題として、プラズマアークの軸心は、極度に高温高速であることより、粉末溶射材料は軸芯には送入されず、その近傍に送入されている。また、一部はプラズマアークにはじかれたりして送入されず、送入できても未溶融粒子となるものより、そうした溶射粒子の一部は主トーチの外へ吐き出されることなく、主トーチ内部の壁面に付着する。   Here, the sprayed powder material is fed into the plasma arc column. From the viewpoint of thermal efficiency, it is best to feed the sprayed powder material coaxially with the plasma arc axis. Since the shaft center is extremely high temperature and high speed, the powder sprayed material is not fed into the shaft core, but is fed in the vicinity thereof. Also, some of the sprayed particles are not ejected out of the main torch, rather than being blown out by the plasma arc and not delivered, and even if delivered, they become unmelted particles. Adhere to the inner wall.

ここで特に問題なのは、陽極点及び材料吐出孔への付着及びその近傍への付着であり、結果的にプラズマアーク、そして溶射を不安定なものとし、ついには粉末材料が閉塞したりして、溶射ができなくなる。そこで、陽極部先端にある陽極点と材料吐出孔に干渉しない位置にガス噴出孔を設け、その孔に既設のプラズマガスを通すことで、陽極点と材料吐出孔の近傍の溶射粒子を吹き飛ばす作用で、陽極点と材料吐出孔の形状を維持することができる。そのため、安定したプラズマアークを形成し、安定した溶射が可能となった。   Particularly problematic here is the adhesion to the anode spot and the material discharge hole and the adhesion to the vicinity thereof. As a result, the plasma arc and the thermal spraying become unstable, and the powder material eventually becomes clogged. No thermal spraying is possible. Therefore, a gas jet hole is provided at a position where it does not interfere with the anode spot at the tip of the anode section and the material discharge hole, and the sprayed particles near the anode spot and the material discharge hole are blown away by passing the existing plasma gas through the hole. Thus, the shape of the anode spot and the material discharge hole can be maintained. Therefore, a stable plasma arc was formed and stable spraying became possible.

ここで、ガス噴出孔による溶射粒子の吹き飛ばし作用で効果的なのは、溶融した溶射粒子を吹飛ばすことである。すなわち、溶射粒子は融点が2,000℃を超えるセラミックスなどの高融点材料であるのに対して、陽極部の材質は一般的に熱伝達の良好な銅が用いられている。しかし、銅は溶射粒子よりも融点が低いためプラズマにより溶融した溶射粒子が陽極部に付着すると、付着した壁面を更に溶射粒子が溶融し、陽極点と材料吐出孔を有する陽極部の形状を損なってきたので、その吹き飛ばし作用は効果が大きい。   Here, it is effective to blow off the melted sprayed particles to effectively blow off the sprayed particles by the gas ejection holes. That is, the thermal spray particles are a high melting point material such as ceramics having a melting point exceeding 2,000 ° C., whereas the anode part is generally made of copper having good heat transfer. However, since copper has a lower melting point than the spray particles, if the spray particles melted by the plasma adhere to the anode part, the sprayed particles further melt on the attached wall surface, and the shape of the anode part having anode points and material discharge holes is damaged. The blow-off action has a great effect.

この発明の第1実施例を図1、図2により説明する。
複合トーチ型プラズマ溶射装置の概略:
図1に示したのは、粉末溶射材料をプラズマ中心軸に同軸に送入できることを特徴とした代表的な複合トーチ型プラズマ溶射装置である。
図1において、粉末溶射材料20を不活性な搬送ガス6とともにプラズマ18中に供給する材料送入管19を有する主陽極3は、放出口を有する主外套4と、旋回流形成手段を有する主プラズマガス送入口5を有する絶縁物27によって、同心に保持されている。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Overview of combined torch type plasma spraying equipment:
FIG. 1 shows a typical composite torch type plasma spraying apparatus characterized in that a powder spraying material can be fed coaxially with a plasma central axis.
In FIG. 1, a main anode 3 having a material inlet pipe 19 for supplying a powder sprayed material 20 together with an inert carrier gas 6 into a plasma 18 is a main mantle 4 having an emission port, and a main mantle having swirl flow forming means. The insulator 27 having the plasma gas inlet 5 is concentrically held.

主電源7の正端子は、主陽極3に接続され、主電源7の負端子は、主外套4にスイッチ手段8を介して接続されており、これらが全体とし主トーチ1を構成している。   The positive terminal of the main power supply 7 is connected to the main anode 3, and the negative terminal of the main power supply 7 is connected to the main mantle 4 via the switch means 8, and these constitute the main torch 1 as a whole. .

次に、主トーチ1の中心軸と交叉するように配置された副トーチ起動電極10があり、この副トーチ起動電極10を囲んで、かつ先端に放出口を有する副外套11と、主トーチ1の絶縁物27と同様の絶縁物28によって同心に保持されている。   Next, there is a sub-torch activation electrode 10 disposed so as to intersect with the central axis of the main torch 1, a sub-mantle jacket 11 surrounding the sub-torch activation electrode 10 and having a discharge port at the tip, and the main torch 1. These insulators 27 are concentrically held by an insulator 28 similar to the insulator 27.

副電源14は、その正端子がスイッチ手段15を介して、副外套11に接続され、副電源14の負端子は副起動電極10と主電源7の負端子の両方に接続されており、これらが全体として副トーチ2を構成している。そして、主トーチ1と副トーチ2は、連結管26で固定され、各々は容易に脱着でき、絶縁性が保たれた構造となっている。   The secondary power supply 14 has its positive terminal connected to the secondary mantle 11 via the switch means 15, and the negative terminal of the secondary power supply 14 is connected to both the secondary starting electrode 10 and the negative terminal of the main power supply 7. Constitutes the auxiliary torch 2 as a whole. The main torch 1 and the sub torch 2 are fixed by a connecting pipe 26, and each has a structure that can be easily detached and kept insulative.

図1において、主プラズマガス送入口5より、主プラズマガス6としてアルゴン等の不活性ガスを流し、スイッチ手段9を開いた状態で、スイッチ手段8を閉じて、主電源7の高周波により主陽極3と主外套4との間で印加すると、主陽極3の先端から主外套4の放出口に向かって主起動アーク16が形成され、これによって主プラズマガス6が加熱され、プラズマ18となって主外套4の先端より主トーチ1の外部に向かって放出される。   In FIG. 1, an inert gas such as argon is flowed from the main plasma gas inlet 5 as the main plasma gas 6, the switch means 8 is closed with the switch means 9 opened, and the main anode is driven by the high frequency of the main power supply 7. When applied between 3 and the main mantle 4, a main starting arc 16 is formed from the tip of the main anode 3 toward the outlet of the main mantle 4, whereby the main plasma gas 6 is heated and becomes plasma 18. It is discharged from the tip of the main mantle 4 toward the outside of the main torch 1.

次に、スイッチ手段15を閉じて、副電源14の高周波により副トーチ起動電極10と副外套11との間で印加し、かつ、副ガス送入口12より、副ガス13として、アルゴン等の不活性ガスを送入すると、副起動アーク17が発生し、副外套11の先端の放出口よりプラズマ18が噴出される。   Next, the switch means 15 is closed and applied between the auxiliary torch starting electrode 10 and the auxiliary mantle 11 by the high frequency of the auxiliary power supply 14, and the auxiliary gas 13 is connected to the auxiliary gas 13 through the auxiliary gas inlet 12 as a secondary gas 13. When the active gas is sent in, the secondary starting arc 17 is generated, and the plasma 18 is ejected from the discharge port at the tip of the secondary mantle 11.

このようにして主トーチ1と副トーチ2の先端から噴出される各々のプラズマ18は、主トーチ1の中心軸と副トーチ2の中心軸との先端で交叉する。前記プラズマ18は導電性であるので、この状態において、スイッチ手段9を閉じると同時にスイッチ手段8及びスイッチ手段15を開くと、副トーチ起動電極10の先端から主陽極3の陽極点に至るヘアピン状のプラズマ18による導電路が形成される。   In this way, each plasma 18 ejected from the tips of the main torch 1 and the sub-torch 2 intersects at the tips of the central axis of the main torch 1 and the central axis of the sub-torch 2. Since the plasma 18 is conductive, in this state, when the switch means 9 is closed and at the same time the switch means 8 and the switch means 15 are opened, a hairpin shape extending from the tip of the auxiliary torch starting electrode 10 to the anode point of the main anode 3 is formed. A conductive path is formed by the plasma 18.

この場合、主トーチ1の構造と供給される主プラズマガス6及び副トーチ2の構造と副トーチ2に供給される副ガス13の量とを適切に選定すると、図1に示された如く、主トーチ1とほぼ同軸をなすプラズマアーク23を発生させることができる。   In this case, if the structure of the main torch 1 and the structure of the main plasma gas 6 and sub-torch 2 to be supplied and the amount of the sub-gas 13 supplied to the sub-torch 2 are appropriately selected, as shown in FIG. A plasma arc 23 that is substantially coaxial with the main torch 1 can be generated.

このようにして発生させたプラズマ18は、その始点と終点とがそれぞれ副トーチ起動電極10と主陽極3の陽極点29に確実に保持され、かつ、それらの先端は不活性ガスで保護されているので、主トーチ1に流す主プラズマガス6の量を、極めて広い範囲にわたって小流量から大流量の任意の量に設定することが可能となる。   The plasma 18 generated in this way is reliably held at the start point and the end point thereof at the auxiliary torch starting electrode 10 and the anode point 29 of the main anode 3, respectively, and the tip thereof is protected by an inert gas. Therefore, the amount of the main plasma gas 6 flowing to the main torch 1 can be set to an arbitrary amount from a small flow rate to a large flow rate over a very wide range.

材料送入管19は、主陽極3の中心部を貫通して設けられており、又、該材料送入管19の外側には、冷却液、例えば、冷却水Wが通る冷却通路33が設けられている。この冷却通路33の外周部先端には、陽極部Kの先端縁29が位置しているが、この先端縁29は前記材料送入管19の材料吐出孔30から突出している。   The material feed pipe 19 is provided through the center of the main anode 3, and a cooling passage 33 through which a cooling liquid, for example, cooling water W passes, is provided outside the material feed pipe 19. It has been. A tip edge 29 of the anode portion K is located at the tip of the outer periphery of the cooling passage 33, and the tip edge 29 protrudes from the material discharge hole 30 of the material feed pipe 19.

この主陽極3の先端面3aは、内側に突な円錐台状に形成され、その先端縁29は、陽極点となっている。この先端面3aには、溶射粒子の付着を防止するためのガス噴出孔31が設けられている。このガス噴出孔31は、プラズマアーク18の陽極点及び材料吐出孔30とはそれぞれ干渉することのない位置に配設されている。このガス噴出孔31の数や配設位置は、必要に応じて適宜選択され、例えば、配設個数として、1個又は複数が採用される。   The front end surface 3a of the main anode 3 is formed in a truncated cone shape projecting inward, and the front end edge 29 is an anode point. The distal end surface 3a is provided with a gas ejection hole 31 for preventing adhesion of spray particles. This gas ejection hole 31 is disposed at a position where it does not interfere with the anode point of the plasma arc 18 and the material discharge hole 30. The number and arrangement positions of the gas ejection holes 31 are appropriately selected as necessary. For example, one or a plurality of the gas ejection holes 31 are adopted.

材料送入管19より送入された粉末溶射材料20は、陽極部の陽極点の位置を、材料送入管19の材料吐出孔30の位置より該陽極部の先端部に近くなるように設けることにより、溶射材料20とプラズマ18の陽極点29とが干渉することなくプラズマ18中心軸と同軸の方向に高温のプラズマアーク23へ確実に供給される。   The powder sprayed material 20 fed from the material feed pipe 19 is provided so that the position of the anode point of the anode part is closer to the tip of the anode part than the position of the material discharge hole 30 of the material feed pipe 19. Thus, the thermal spray material 20 and the anode point 29 of the plasma 18 are reliably supplied to the high temperature plasma arc 23 in the direction coaxial with the central axis of the plasma 18 without interference.

この時、溶射材料20が導電性であると、該溶射材料20自体を介してプラズマ18の陽極点が不安定な状態となり得るので、該溶射材料20としては、絶縁性に富むセラミックス等が最適であるが、材料送入管19を耐熱性かつ絶縁性に富むセラミックス等の材質にすることより、金属等の導電性の材料でも対応できる。   At this time, if the thermal spray material 20 is conductive, the anode point of the plasma 18 can be unstable through the thermal spray material 20 itself. However, by using a material such as ceramics having a heat resistance and a high insulation property for the material feeding tube 19, a conductive material such as a metal can be used.

この材料送入管19から供給される溶射材料20は、いかなる高融点の溶射材料20であっても1万℃前後の高温のプラズマ18で直ちに加熱されて溶融し、溶融粒子21は、図1に示すように、プラズマアーク23に同伴されながら、あまり広がらないで母材25に向かって進行する。   The thermal spray material 20 supplied from the material feed pipe 19 is immediately heated and melted by the high-temperature plasma 18 at about 10,000 ° C. regardless of the high-melting-point thermal spray material 20, and the molten particles 21 are shown in FIG. As shown in FIG. 4, the air travels toward the base material 25 without spreading so much while being accompanied by the plasma arc 23.

この溶融粒子21を含むプラズマアーク23は、母材25に及ぼす熱負荷を軽減すべく母材25の直前で、連結管26上に設けられたプラズマ分離手段22によってプラズマ18のみが分離され、その直後に溶融粒子21は母材25に衝突し、溶射皮膜24を形成する。   In the plasma arc 23 including the molten particles 21, only the plasma 18 is separated by the plasma separation means 22 provided on the connecting pipe 26 immediately before the base material 25 in order to reduce the thermal load on the base material 25. Immediately thereafter, the molten particles 21 collide with the base material 25 to form a sprayed coating 24.

材料送入管19から供給される粉末溶射材料20は、プラズマ18の中心軸上に送入される。該溶射材料20をこのように送入すると、該溶射材料20をプラズマ18及びプラズマアーク23に交叉するように送入する場合に比べ、低出力でも溶射材料20を十分に溶融でき、高品質な溶射皮膜24が高効率で得られる。   The powder spray material 20 supplied from the material inlet tube 19 is fed onto the central axis of the plasma 18. When the thermal spray material 20 is fed in this way, the thermal spray material 20 can be sufficiently melted even at a low output as compared with the case where the thermal spray material 20 is fed so as to cross the plasma 18 and the plasma arc 23. The thermal spray coating 24 is obtained with high efficiency.

尚、主外套4、副外套10及び主陽極3、副起動電極10は、通常、何れも2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、その詳細については、説明を省略する。   Note that the main mantle 4, sub mantle 10, main anode 3, and sub starting electrode 10 all have a double structure and are cooled by circulation of water or the like. The description is omitted.

溶射材料付着防止対策:
粉末溶射材料20は、プラズマアーク23の軸心と同軸に送入することが最適であるが、実際問題として、プラズマアーク23の軸心は、極度に高温高速であることより、溶射材料20は該軸心には送入されず、その近傍に送入されている。また、その一部はプラズマアーク23にはじかれたりして送入されず、送入できても未溶融粒子となるものより、そうした溶射粒子20の一部は主トーチ3の外へ吐き出されることなく、該主トーチ3の内部の壁面に付着しようとする。
Measures to prevent thermal spray material adhesion:
The powder sprayed material 20 is optimally fed coaxially with the axis of the plasma arc 23, but as a matter of fact, the axis of the plasma arc 23 is extremely high temperature and high speed. It is not sent to the shaft center, but is sent to the vicinity thereof. In addition, some of the sprayed particles 20 are not sent by being repelled by the plasma arc 23, and some of the sprayed particles 20 are discharged out of the main torch 3 than those that become unmelted particles even if they can be sent. Instead, it tends to adhere to the inner wall surface of the main torch 3.

この時、陽極部Kのガス噴出孔31からは、主プラズマガス送入口5から送入される主プラズマガス6の一部が分流し噴出しているので、前記先端面3aに付着しようとする溶射材料20は、このガス6により吹き飛ばされ、該先端面3aに付着することができない。そのため、陽極点29と材料吐出孔30が損傷することがないため、それらの形状を正常に維持することができるので、安定したプラズマアークを形成し、安定した溶射を行うことができる。   At this time, since a part of the main plasma gas 6 fed from the main plasma gas inlet 5 is diverted and ejected from the gas ejection hole 31 of the anode part K, it tends to adhere to the tip surface 3a. The thermal spray material 20 is blown off by the gas 6 and cannot adhere to the tip surface 3a. Therefore, since the anode spot 29 and the material discharge hole 30 are not damaged, their shapes can be maintained normally, so that a stable plasma arc can be formed and stable spraying can be performed.

この発明の第2実施例を図3、図4により説明するが、図1、図2と同一図面符号は、その名称も機能も同一である。
この実施例と第1実施例との相違点は、次の通りである。
(1)陽極部3の先端部が、円錐台状に形成され、その円錐台状の先端部にガス噴出孔31が設けられていること。
(2)ガス噴出孔31が周方向に等間隔をおいて6個設けられ、各ガス噴出孔31は材料吐出孔30を中心に放射線上に位置していること。即ち、図3に示すように、ガス噴出孔31の軸心が、正面図上、材料吐出孔30の中心を通る直線(放射線)L上に位置していること。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4. The same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 have the same names and functions.
The differences between this embodiment and the first embodiment are as follows.
(1) The tip part of the anode part 3 is formed in a truncated cone shape, and the gas ejection hole 31 is provided in the truncated cone shaped tip part.
(2) Six gas ejection holes 31 are provided at equal intervals in the circumferential direction, and each gas ejection hole 31 is located on the radiation centering on the material ejection holes 30. That is, as shown in FIG. 3, the axis of the gas ejection hole 31 is located on a straight line (radiation) L passing through the center of the material discharge hole 30 in the front view.

この発明の第3実施例を図5、図6により説明するが、図3、図4と同一図面符号は、その名称も機能も同一である。
この実施例と第2実施例との相違点は、ガス噴出孔31の位置である。この実施例では、ガス噴出孔31から吐出されるプラズマガス6の進行軸芯と材料吐出孔30からの粉末溶射材料20の進行軸芯とが交叉しないように、ガス噴出孔31を材料吐出孔30に対して間隔Aだけオフセットして設けられている。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6. The same reference numerals as those in FIGS. 3 and 4 have the same names and functions.
The difference between this embodiment and the second embodiment is the position of the gas ejection hole 31. In this embodiment, the gas ejection hole 31 is made to be a material ejection hole so that the traveling axis of the plasma gas 6 discharged from the gas ejection hole 31 and the traveling axis of the powder sprayed material 20 from the material ejection hole 30 do not intersect. 30 is offset by an interval A.

即ち、図5に示すように、ガス噴出孔31の軸心が、正面図上、材料吐出孔30の中心を通る直線(放射線)Lから間隔Aを介して平行に配設されている。このようにオフセットすると、より近傍に付着しやすい溶射粒子を吹き飛ばす手段としては効果的である。   That is, as shown in FIG. 5, the axial center of the gas ejection hole 31 is arranged in parallel with a distance A from a straight line (radiation) L passing through the center of the material ejection hole 30 in the front view. Such an offset is effective as a means for blowing off spray particles that are more likely to adhere to the vicinity.

この発明の実験例について説明する。
具体的な溶射例として、
溶射出力 :180A×100v=18kW
プラズマガス :Ar ――― 71/min
副ガス :Ar ――― 21/min
キャリアガス :Ar ――― 41/min
溶射距離 :100mm
の溶射条件で、被溶射物に洗浄し、ブラストした鋼板(50×50×5)を用い、溶射材料として汎用の酸化クロムをキャリアガスとともに供給量30g/minで溶射した。
An experimental example of the present invention will be described.
As a specific spraying example,
Thermal spray output: 180A × 100v = 18kW
Plasma gas: Ar ――― 71 / min
Secondary gas: Ar ――― 21 / min
Carrier gas: Ar ――― 41 / min
Thermal spraying distance: 100mm
The sprayed material was sprayed at a supply rate of 30 g / min together with a carrier gas using a sprayed steel plate (50 × 50 × 5) washed and blasted to the sprayed material.

その結果、従来例のガス噴出孔の無い場合では、安定した溶射時間は10分前後であったのに対して、本発明のガス噴出孔31を有する場合では、同じ溶射条件で、通常の連続安定溶射時間である数時間は問題なく安定に溶射ができ、実用的な溶射が可能となった。   As a result, the stable spraying time was around 10 minutes in the case where there was no gas ejection hole of the conventional example, whereas in the case of having the gas ejection hole 31 of the present invention, the normal continuous spraying conditions were the same. A few hours, the stable spraying time, could be sprayed stably without any problem, and practical spraying became possible.

また、ここで、汎用的な単トーチによる溶射に比べてみると、
まず、代表的な溶射条件として、
溶射出力 :600A×60v=36kW
プラズマガス :Ar ――― 501/min
キャリアガス :Ar ――― 41/min
溶射距離 :100mm
の溶射条件で、同じ被溶射物、同じ溶射材料を同じ供給量で溶射した。
Also, here, compared to spraying with a general-purpose single torch,
First, as typical spraying conditions,
Thermal spray output: 600A × 60v = 36kW
Plasma gas: Ar ――― 501 / min
Carrier gas: Ar ――― 41 / min
Thermal spraying distance: 100mm
Under the same spraying conditions, the same sprayed material and the same sprayed material were sprayed at the same supply amount.

その結果、溶射出力が半分にもかかわらず、溶射効率は数十%も向上し、溶射皮膜特性についても全て良好な結果となった。特に溶射皮膜の硬度は、マイクロビッカース硬度で1000を超え、良好な耐摩耗特性を示した。   As a result, although the thermal spray output was half, the thermal spray efficiency was improved by several tens of percent and all the thermal spray coating properties were good. In particular, the hardness of the sprayed coating exceeded 1000 in terms of micro Vickers hardness, and showed good wear resistance.

本発明の第1実施例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows 1st Example of this invention. 図1の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of FIG. 本発明の第2実施例を示す拡大正面図である。It is an enlarged front view which shows 2nd Example of this invention. 図3のIV−IV線断面図である。It is the IV-IV sectional view taken on the line of FIG. 本発明の第3実施例を示す拡大正面図である。It is an enlarged front view which shows 3rd Example of this invention. 図5のVI−VI線断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 5.

符号の説明Explanation of symbols

1 主トーチ
2 副トーチ
3 主陽極
6 プラズマガス
13 副ガス
18 プラズマ
19 材料送入管
20 溶射材料
21 溶融粒子
23 プラズマフレーム
29 陽極点
30 材料吐出孔
31 ガス噴出孔
K 陽極部
1 main torch
2 Deputy torch
3 Main anode
6 Plasma gas
13 Secondary gas
18 Plasma
19 Material feed pipe
20 Thermal spray material
21 Molten particles
23 Plasma flame
29 Anode
30 Material discharge hole
31 Gas ejection hole K Anode

Claims (7)

プラズマガス供給手段を有する主トーチと副トーチからなり、該主トーチの陽極部に材料吐出孔を設け、該材料吐出孔からプラズマ中心軸上に粉末溶射材料を送入する複合トーチ型プラズマ溶射装置において、
前記陽極部に、溶射粒子の付着を防止するためのガス噴出孔を設けたことを特徴とする複合トーチ型プラズマ溶射装置
A composite torch type plasma spraying apparatus comprising a main torch having a plasma gas supply means and a sub torch, wherein a material discharge hole is provided in an anode portion of the main torch, and a powder spraying material is fed from the material discharge hole onto a plasma central axis. In
A composite torch type plasma spraying apparatus provided with a gas ejection hole for preventing adhesion of spray particles in the anode part
前記ガス噴出孔は、プラズマアークの陽極点及び材料吐出孔とは、それぞれ干渉することのない位置に配設されていることを特徴とする請求項1記載の複合トーチ型プラズマ溶射装置   2. The composite torch type plasma spraying apparatus according to claim 1, wherein the gas ejection hole is disposed at a position where the anode point of the plasma arc and the material discharge hole do not interfere with each other. 前記ガス噴出孔は、材料吐出孔を中心に放射線上に、1個、又は、複数個設けられていることを特徴とする請求項1記載の複合トーチ型プラズマ溶射装置   2. The composite torch type plasma spraying apparatus according to claim 1, wherein one or a plurality of the gas ejection holes are provided on the radiation centering on the material discharge hole. 前記ガス噴出孔は、材料吐出孔を中心に放射線上から、オフセットした位置に等分割に設けることを特徴とする請求項1、又は、2記載の複合トーチ型プラズマ溶射装置   3. The composite torch type plasma spraying apparatus according to claim 1, wherein the gas ejection holes are provided in equal divisions at positions offset from the top of the radiation centering on the material ejection holes. 前記ガス噴出孔から吐き出すガスは、プラズマガスであることを特徴とする請求項1、2、3、又は、4記載の複合トーチ型プラズマ溶射装置   5. The composite torch type plasma spraying apparatus according to claim 1, wherein the gas discharged from the gas ejection hole is a plasma gas. 前記主陽極が、その中心部を貫通する材料送入管と、その外側に設けられた冷却通路と、その冷却通路の外側に位置し、前記材料送入管の材料吐出孔から突出する先端縁と、を備えていることを特徴とする請求項1、2、3、4、又は、5記載の複合トーチ型プラズマ溶射装置   The main anode has a material feed pipe penetrating through the center thereof, a cooling passage provided on the outside thereof, and a tip edge located outside the cooling passage and projecting from a material discharge hole of the material feed pipe The composite torch type plasma spraying apparatus according to claim 1, 2, 3, 4, or 5 前記主陽極の先端面が、内側に突な円錐台状に形成され、その先端縁が前記主陽極の陽極点となることを特徴とする請求項6記載の複合トーチ型プラズマ溶射装置   7. The composite torch type plasma spraying apparatus according to claim 6, wherein a front end surface of the main anode is formed in a truncated cone shape projecting inward, and a front end edge thereof serves as an anode point of the main anode.
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