NO331815B1

NO331815B1 - Thermal spray method and device used for coating surfaces

Info

Publication number: NO331815B1
Application number: NO20012025A
Authority: NO
Inventors: Dietmar Kley
Original assignee: Sulzer Metco Osu Gmbh
Priority date: 1998-10-31
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2012-04-10
Also published as: DK1135538T3; PT1135538E; AU1044600A; NO20012025D0; DE59907320D1; DE29819453U1; ATE251678T1; ES2204168T3; NO20012025L; PL347364A1; WO2000026429A1; PL190514B1; EP1135538B1; EP1135538A1

Abstract

The invention relates to a method for thermally spraying, in particular, metals in order to coat surfaces, whereby the material used for coating is fed in the form of a wire, is melted, and is sprayed. The inventive method utilizes a plasma arc.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en innretning for termisk sprøyting, spesielt av metaller, for belegging av overflater, hvor materialet som anvendes for belegging tilveiebringes i form av en streng, smeltet og sprøy-tet. The present invention relates to a method and a device for thermal spraying, especially of metals, for coating surfaces, where the material used for coating is provided in the form of a strand, melted and sprayed.

Innretninger av denne typen er kjent i forskjellige utførelser. Således er for eksempel manuelt drevne sprøytepistoler kjent, hvor to strenger føres mot hverandre i en vinkel ved hjelp av føringsanordninger foran på en forstøvnings-gassdyse, hvor en bue som smelter strengmaterialet produseres mellom endene av strengen. Devices of this type are known in various designs. Thus, for example, manually operated spray guns are known, where two strands are guided towards each other at an angle by means of guide devices in front of an atomizing gas nozzle, where an arc which melts the strand material is produced between the ends of the strand.

Det er også kjent å produsere en smelteflamme inne i sprøytehodet ved hjelp av hvilken materialet som skal sprøytes smeltes, hvor de smeltede partik-lene deretter transporteres ved hjelp av komprimert luft eller liknende på overflaten som skal belegges. For bueteknologi kan EP-0 239 584 B med ytterligere hen-visninger nevnes utelukkende for illustrasjonsformål. It is also known to produce a melting flame inside the spray head by means of which the material to be sprayed is melted, where the melted particles are then transported by means of compressed air or the like onto the surface to be coated. For arc technology, EP-0 239 584 B with further references can be mentioned solely for illustration purposes.

US 4970091 A omhandler en fremgangsmåte og en anordning for metallisk belegging av overflater. En metallstreng tilføres kontinuerlig i anordningen gjennom en kanal og smeltes ved hjelp av en plasmabue. US 4970091 A deals with a method and a device for metallic coating of surfaces. A metal strand is continuously fed into the device through a channel and melted by means of a plasma arc.

DE 4409002 A1 beskriver oppbygningen av en plasmabue mellom en plasmabrenner og en utenforliggende elektrode for smelting av blant annet metallstrenger. DE 4409002 A1 describes the construction of a plasma arc between a plasma torch and an external electrode for melting, among other things, metal strands.

EP 0839924 A1 omhandler en fremgangsmåte og anordning for belegging av metall på innsiden av sylindriske bor der metallstrenger brukes opp som elektrode tilføres plasmabue og forbrukes. EP 0839924 A1 deals with a method and device for coating metal on the inside of cylindrical drills where metal strings are used as electrodes, fed to a plasma arc and consumed.

Formålet med oppfinnelsen har vært å tilveiebringe en metode og en innretning for sprøyting av metallisk streng hvor minst én av elektrodene ikke tilintet-gjøres. Det skal oppnås en høy effektivitet, et lavt støynivå og lett håndtering. The purpose of the invention has been to provide a method and a device for spraying metallic string where at least one of the electrodes is not destroyed. High efficiency, a low noise level and easy handling must be achieved.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for termisk sprøyting, spesielt av metaller, for belegging av The present invention provides a method for thermal spraying, especially of metals, for coating of

overflater, hvor materialet som anvendes for belegging tilføres i form av en streng, smeltet og sprøytet under anvendelse av en forstøvningsgass.der smelteenergien produseres ved hjelp av en plasmabue med komprimert luft eller inert gass, hvor buen dannes mellom en ikke-smeltende stasjonær elektrode og en smeltende elektrode i form av strengen, og det smeltede materialet sprøytes ved hjelp av forstøvningsgassen i retning av strengtilførselen, hvori gasstrømmen for surfaces, where the material used for coating is supplied in the form of a strand, melted and sprayed using an atomizing gas. where the melting energy is produced by means of a plasma arc with compressed air or inert gas, where the arc is formed between a non-melting stationary electrode and a melting electrode in the form of the strand, and the molten material is sprayed by means of the atomizing gas in the direction of the strand supply, in which the gas flow for

plasmabuen og den for forstøvningsgassen kan innstilles uavhengig av hverandre. the plasma arc and that of the atomizing gas can be set independently of each other.

Videre tilveiebringes en innretning for termisk sprøyting, spesielt av metaller, for belegging av overflater, som består av sprøytepistol-hus 2, sprøyte-streng-tilførselshode 5, en plasmafakkel 6 som produserer komprimert luft, en bunt fleksible rør for tilførsel av elektrisk kraft og tilførsel av komprimert luft, et fleksibelt tilførselsrør 8 for tilførselshode 5, en forstøvningsgassdyse 10, en elektrode 16, isolerende elementer 19 som omgir nevnte elektrode, så vel som reguleringsanordninger som eksempelvis sørger for at tilførselshastigheten for den komprimerte luften for plasmafakkelen 6 og tilførselshastigheten for komprimert luft for dannelsen av forstøvningsgassen 12 kan innstilles forskjellig. Furthermore, a device for thermal spraying, especially of metals, for coating surfaces is provided, which consists of a spray gun housing 2, a spray string supply head 5, a plasma torch 6 that produces compressed air, a bundle of flexible tubes for supplying electrical power and supply of compressed air, a flexible supply pipe 8 for supply head 5, an atomizing gas nozzle 10, an electrode 16, insulating elements 19 which surround said electrode, as well as regulation devices which, for example, ensure that the supply rate for the compressed air for the plasma torch 6 and the supply rate for compressed air for the formation of the atomizing gas 12 can be set differently.

Fakkel (torch) -hoder med en plasmabue er som sådanne kjent som skjæ-re hode r for anvendelse ved skjæring av metallark og drevet med komprimert luft. I denne bueplasmaskjæringen anvendes varmeenergien og den kinetiske energien av en ionisert gasskolonne (plasma) for å smelte metallet og skyve det ut fra skjæreåpningen. Denne egenskapen benyttes i oppfinnelsen ved at plasmabuen er en plasmabue av komprimert luft, og en streng for forstøvning tilføres til et slikt plasmaskjærehode. Fortrinnsvis dannes buen mellom en ikke-smeltende stasjonær elektrode og en smeltende streng. Det smeltede materialet sprøytes i retning av strengtilførselen. Plasmabuen antennes først mellom de to elektrodene. En elektrisk ledende streng virker som en elektrode. Strengen, som forbrukes slik at den blir borte, rykker etter antennelse frem i samsvar med dette. Torch heads with a plasma arc are as such known as cutting heads for use in cutting metal sheets and powered by compressed air. In this arc plasma cutting, the heat energy and kinetic energy of an ionized gas column (plasma) is used to melt the metal and push it out of the cutting opening. This property is used in the invention in that the plasma arc is a plasma arc of compressed air, and a string for atomization is supplied to such a plasma cutting head. Preferably, the arc is formed between a non-fusible stationary electrode and a fusible strand. The molten material is sprayed in the direction of the strand feed. The plasma arc is first ignited between the two electrodes. An electrically conductive string acts as an electrode. The string, which is consumed so that it disappears, advances accordingly after ignition.

Ytterligere utførelser av oppfinnelsen er angitt i de avhengige kravene; spesielt kan fakkelhodet, som nevnt i det foregående, utformes som en komprimert-luft-plasmabuefakkel. På passende måte anordnes tilførselsdysen for strengen med forstøvningsgassen i en vinkel til senterlinjen av plasmafakkelen; i en ytterligere utførelse er f.eks. denne vinkelen mellom strengtilførselen og plasmafakkel-senterlinjen ca. 75°. Further embodiments of the invention are set forth in the dependent claims; in particular, the torch head, as mentioned above, can be designed as a compressed-air plasma arc torch. Suitably, the supply nozzle for the string of atomizing gas is arranged at an angle to the center line of the plasma torch; in a further embodiment is e.g. this angle between the string supply and the plasma torch centerline approx. 75°.

På passende måte er den sentriske strengtilførselen omgitt av forstøv-ningsgass-dysen i en ringformet anordning. Conveniently, the centric strand supply is surrounded by the atomizing gas nozzle in an annular arrangement.

Det kan være fordelaktig dersom en plasmafakkel med inert gass forbindes med forstøvningsgass-dysen, og/eller at en ikke-metallisk streng kan forbindes med forstøvningsgass-dysen for smelting og sprøyting. It can be advantageous if a plasma torch with inert gas is connected to the atomizing gas nozzle, and/or that a non-metallic string can be connected to the atomizing gas nozzle for melting and spraying.

En spesiell fordel med oppfinnelsen ligger bl.a. i det faktum at en høyere smeltehastighet kan oppnås; påføringseffektiviteten kan økes med minst 10%, støvdannelse og materialfordamping reduseres. A particular advantage of the invention lies i.a. in the fact that a higher melting rate can be achieved; application efficiency can be increased by at least 10%, dust formation and material evaporation are reduced.

I en ytterligere utførelse, avhengig av anvendelsen av innretningen i henhold til oppfinnelsen, kan minst to fakkelhoder med tilknyttede strengtilførsels- og forstøvningsgass-dyser tilveiebringes. I dette tilfellet er det mulig å tilføre forskjellige materialer til de forskjellige fakkelhodene og så påføre blandingen av materialer på overflaten som skal belegges. In a further embodiment, depending on the application of the device according to the invention, at least two torch heads with associated string supply and atomization gas nozzles can be provided. In this case, it is possible to supply different materials to the different torch heads and then apply the mixture of materials to the surface to be coated.

Ytterligere detaljer, fordeler og trekk ved oppfinnelsen kan sees fra føl-gende beskrivelse og tegning. Further details, advantages and features of the invention can be seen from the following description and drawing.

Fig. 1 viser en forenklet gjengivelse av en innretning i henhold til oppfinnelsen; og Fig. 1 shows a simplified rendering of a device according to the invention; and

fig. 2 viser en forstørret delfremstilling av hodedesignet for innretningen i henhold til oppfinnelsen. fig. 2 shows an enlarged partial representation of the head design for the device according to the invention.

Innretningen, generelt indikert med 1, består av et sprøytepistol-hus 2 med et håndtak 3 utformet som en aktiveringsbryter 4, hvor et sprøytestreng-tilførsels-hode 5 og et plasmafakkelhode 6 med komprimert luft, hvis senterlinjer i eksemplet som her er vist danner en vinkel på 75°, er forbundet med huset 2. En bunt fleksible rør 7, som bare er skissert, med tilførsel av elektrisk kraft og tilførsel av komprimert luft er forbundet med plasmafakkelhodet 6, mens et fleksibelt tilfør-selsrør 8 for strengen 9 er forbundet med strengtilførselshodet 5. Den komprimerte luften tilføres via huset 2, slik det spesielt kan sees på fig. 2. The device, generally indicated by 1, consists of a spray gun housing 2 with a handle 3 designed as an activation switch 4, where a spray string supply head 5 and a plasma torch head 6 with compressed air, whose center lines in the example shown here form a angle of 75°, is connected to the housing 2. A bundle of flexible pipes 7, only sketched, with supply of electric power and supply of compressed air is connected to the plasma torch head 6, while a flexible supply pipe 8 for the string 9 is connected with the string supply head 5. The compressed air is supplied via the housing 2, as can be seen in particular in fig. 2.

Strengen 9 kommer ut foran på forstøvningsgass-dysen 10, og smeltes i en plasmabue 11 og projiseres som en sprøytestråle 12 på en ikke-avbildet overflate ved hjelp av forstøvningsgassen. The string 9 comes out in front of the atomizing gas nozzle 10, and is melted in a plasma arc 11 and projected as a spray jet 12 onto a non-imaged surface by means of the atomizing gas.

På fig. 2 er ikke selve strengen som skal smeltes avbildet, men det vises bare en strengkanal 13 som på sentrisk måte går gjennom forstøvningsgass-dysen 10. Forstøvningsgassen tilføres gjennom huset 2 via korresponderende kanaler 14 til et ringkammer 15, som på sin side omgir kanalen 13 for strengen i en hovedsakelig sentrisk anordning. Inne i plasmafakkelhodet 6 er det anordnet en elektrode 16 med en Zr/Hf-innleggsdel 17, og i dette tilfelle er det også anordnet en sentrisk tilførsel 18 for komprimert luft som er omgitt av isolerende elementer 19. In fig. 2, the strand itself to be melted is not depicted, but only a strand channel 13 is shown which passes centrally through the atomizing gas nozzle 10. The atomizing gas is supplied through the housing 2 via corresponding channels 14 to an annular chamber 15, which in turn surrounds the channel 13 for the string in a mainly centric arrangement. Inside the plasma torch head 6, an electrode 16 is arranged with a Zr/Hf insert part 17, and in this case there is also arranged a centric supply 18 for compressed air which is surrounded by insulating elements 19.

Ikke detaljert vist er reguleringsanordninger som eksempelvis sørger for at tilførselshastigheten for den komprimerte luften for plasmafakkelen 6 og tilførsels- hastigheten for komprimert luft for dannelsen av forstøvningsgass-strålen kan innstilles forskjellig. Not shown in detail are control devices which, for example, ensure that the supply speed for the compressed air for the plasma torch 6 and the supply speed for compressed air for the formation of the atomizing gas jet can be set differently.

Eksemplet i henhold til oppfinnelsen som er beskrevet kan selvsagt modi-fiseres på forskjellige måter uten å komme bort fra den grunnleggende idéen. Buen kan således produseres ikke bare mellom fakkelen som en katode og f.eks. sprøytestrengen som en anode, som vist på figuren, men den kan også produseres inne i fakkelen mellom en katode og en anode, slik at elektrisk ikke-ledende strenger, f.eks. plast-ommantlede oksidpulverfylte strenger, også kan bearbeides. Denne utførelsen gjør innretningen mer fleksibel under bearbeiding av forskjellige materialer. The example according to the invention that has been described can of course be modified in various ways without straying from the basic idea. The arc can thus be produced not only between the torch as a cathode and e.g. the spray string as an anode, as shown in the figure, but it can also be produced inside the torch between a cathode and an anode, so that electrically non-conductive strings, e.g. plastic-sheathed oxide powder-filled strands, can also be processed. This design makes the device more flexible when processing different materials.

Claims

1. Process for thermal spraying, especially of metals, for coating surfaces, where the material used for coating is supplied in the form of a strand, melted and sprayed using an atomizing gas, characterized in that the melting energy is produced by means of a plasma arc with compressed air or inert gas, where the arc is formed between a non-melting stationary electrode and a melting electrode in the form of the string, and the molten material is sprayed by means of the atomizing gas in the direction of the string supply, in which the gas flow of the plasma arc and that of the atomizing gas can be set independently of each other.

2. Method according to claim 1, characterized in that said string is surrounded by the atomizing gas in an annular device.

3. Method according to any of the preceding claims, characterized in that said atomizing gas is an inert gas or compressed air.

4. Method according to any of the preceding claims, characterized in that said string is advanced at an angle which is adjustable in relation to the center line of the plasma arc.

5. Method according to any of the preceding claims, characterized in that the angle between the string and the plasma arc is approx.

75°.

6. Device for thermal spraying, especially of metals, for coating surfaces, characterized in that it consists of a spray gun housing (2), a spray string supply head (5), a plasma torch (6) which produces compressed air, a bundle of flexible pipes for supplying electric power and supplying compressed air, a supply pipe (8 ) for the string supply head (5), an atomizing gas nozzle (10), an electrode (16), insulating elements (19) surrounding said electrode, as well as regulating devices which ensure that the supply rate of the compressed air for the plasma torch (6) and the supply rate of compressed air for the formation of the atomizing gas (12) can be set differently.

7. Device according to claim 6, characterized in that the supply nozzle (5) for the string with the atomization gas nozzle (10) is arranged at an angle which is adjustable in relation to the center line of the plasma torch (6).

8. Device according to any of the preceding claims, characterized in that the angle between the string supply (8) and the plasma torch (6) is approx. 75°.

9. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that said atomizing gas nozzle (10) surrounds the centric strand supply (13) in an annular device.

10. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that a non-metallic string is connected to the atomizing gas nozzle for melting and spraying.

11. Device according to any of the preceding claims, characterized in that at least two torch heads are arranged with associated string supply and atomization gas nozzles.