PL109355B1 - Method of pitting solid material external surfaces,especially in building elements and plasma torch for pittingsolid material external surfaces,especially in buildingelements - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób nadtapia¬ nia powierzchni zewnetrznej materialów stalych, zwlaszcza elementów budowlanych oraz urzadze¬ nie do nadtapiania powierzchni zewnetrznej ma¬ terialów stalych, zwlaszcza elementów budowla¬ nych.Dla zaspokojenia rosnacych wymogów budow¬ nictwa coraz wiekszego znaczenia nabiera stoso¬ wanie prefabrykowanych elementów budowla¬ nych. Sposoby ksztaltowania powierzchni zewnetrz¬ nej elementów budowlanych stosowane obecnie nie spelniaja wymogów produkcji seryjnej, a takze wymogów odnosnie trwalosci oraz wygladu este¬ tycznego.Znane sa sposoby uzyskiwania na powierzchni zewnetrznej elementów budowlanych szklistych warstw powierzchniowych przez nadtapianie, w których dla wytwarzania ciepla wymaganego do nadtapiania stosuje sie palniki tlenowo-acetyleno- we jak równiez luk elektryczny. Procesy te sa jednak bardzo powolne i skomplikowane tak, ze nie spelniaja wymogów produkcji wielkoseryjnej.Przy uzyciu powyzszych sposobów mozna uzyski¬ wac jedynie temperatury rzedu kilku tysiecy stop¬ ni Kelvina. Dlatego tez dla uzyskania nadtopio¬ nej powierzchni o wymaganej jakosci zródlo ciep¬ la musi byc utrzymywane przez dlugi okres czasu w poszczególnych punktach tej powierzchni. Tym samym nadtapianie trwa dlugo, a proces ten zwia- 10 15 20 30 zany jest z bardzo wysokimi nakladami, zas spraw¬ nosc procesu jest niewielka biorac pod uwage fakt, ze element budowlany nagrzewany jest na stosunkowo duza glebokosc.Znany jest z wegierskiego opisu patentowego nr 162488 sposób nadtapiania za posrednictwem luku elektrycznego, w którym przy uzyciu odpowiednio silnego pradu w osi luku elektrycznego wystepo¬ wac moga temperatury wielu dziesiatków tysiecy stopni Kelvina. W praktyce jednak z nadtapiana powierzchnia zewnetrzna stykac sie moze bezpo¬ srednio jedynie obszar zewnetrzny luku majacy temperature paru tysiecy stopni K. Proces ten wy¬ maga doprowadzania koniecznego do pracy urza¬ dzenia wysokiego napiecia, przysparza trudnosci przy zachowaniu przepisów bezpieczenstwa wyni¬ kajacych ze stosowania wysokiego napiecia, a przy tym dlugi i nierównomierny luk elektryczny nie daje sie doprowadzic do styku z powierzchnia podlegajaca nadtapianiu pod dowolnym zadanym katem. Z powierzchnia nadtapiana stykac sie mo¬ ze bezposrednio jedynie czesc luku, co daje w efekcie mala sprawnosc.Do stabilizacji luku elektrycznego konieczne jest stosowanie- specjalnych sposobów, a przy przecho¬ dzeniu z plyty na plyte wzglednie z okladziny na okladzine wystepuje zawsze niebezpieczenstwo zgasniecia luku. Tak wiec równiez zastosowanie 109 355109 355 luku elektrycznego nie pozwolilo na uzyskanie spo¬ sobu przydatnego w produkcji seryjnej.^'Gelein "wynBlagluf jest opracowanie sposobu któ- :«wyeliminowaniu wad znanych procesów, {pozwalalby na prJste i ekonomiczne nadtapianie fpo^jerzchni , zewietrznej materialów stalych, j zwlaszcza elemenjów budowlanych, dawal sie vWptówadzic bezposrednio w proces produkcji se¬ ryjnej elementów budowlanych budownictwa wy¬ sokosciowego oraz umozliwial skrócenie dotych¬ czasowego procesu produkcyjnego.Dalszym, celem wynalazku jest opracowanie kon¬ strukcji generatora plazmy do nadtapiania po¬ wierzchni zewnetrznej materialów stalych, proste¬ go w budowie i latwego w obsludze.Cel wynalazku zostal osiagniety dzieki temu, ze przez luk elektryczny przepuszcza sie gaz, a na¬ stepnie wytworzony, ukierunkowany strumien plaz¬ my doprowadza sie udarowo na nadtapiana po¬ wierzchnie. Zródlo plazmy umieszcza sie w odleg¬ losci 2—80 mm od nadtapianej powierzchni, zas os strumienia plazmy ustawia sie pod katem 10—90° wzgledem nadtapianej powierzchni. Jako gaz sto¬ suje sie argon, azot, powietrze, weglowodór, wo¬ dór, ewentualnie ich mieszanine. Powierzchnie nadtapiana zabarwia sie materialem nieorganicz¬ nym, korzystnie tlenkiem metalu. Stosuje sie jed¬ noczesnie szereg zródel plazmy, przy czym zród¬ la te porusza sie w zaleznosci od zadanych wzo¬ rów w plaszczyznie powierzchni nadtapianej i pro¬ stopadle do tej plaszczyzny, korzystnie automa¬ tycznie, zgodnie z ustalonym programem.Cel wynalazku osiagnieto równiez dzieki temu, ze w generatorze plazmy kat stozka katody wyno¬ sil 16—50°, zas kat stozka anody, wynosil 20—60°.Katoda generatora jest z wolframu przygotowane¬ go metoda metalurgii proszku ewentualnie z wol¬ framu z torem, zas jego anoda jest z miedzi i jest chlodzona woda.Sposób i urzadzenie wedlug wynalazku zapew¬ niaja wykorzystanie ciepla luku elektrycznego w takim stopniu, ze temperatura plazmy stykajacej sie z nadtapiana powierzchnia przewyzsza o jeden rzad wielkosci (15 000—30 000°K) temperatury spo¬ tykane we wszystkich znanych sposobach nadta¬ piania. W przeprowadzonych doswiadczeniach plazma o wysokiej temperaturze powodowala bar¬ dzo szybkie uzyskiwanie szklistej powierzchni ze¬ wnetrznej o dobrej jakosci, przy czym material staly taki jak element budowlany, podgrzewany byl jedynie w bardzo cienkiej warstwie tak, ze maksymalna czesc ciepla plazmy wykorzystywana byla bezposrednio do nadtapiania materialu. Wla¬ snosci plazmy na skutek przeplywu gazu z wy¬ soka predkoscia pozostaja nie zmienione, przy czym mozliwe jest dowolne nachylanie strumienia plaz¬ my, kierowanie tego strumienia, wzglednie naj¬ bardziej korzystne i najbardziej ekonomiczne u- stawianie nadtapianej powierzchni zewnetrznej materialu.Luk elektryczny uzywany w sposobie wedlug wynalazku do podgrzewania plazmy moze byc u- zyskiwany korzystnie za posrednictwem pradu sta¬ lego o niskim napieciu (30 do 150V). Zgodnie z 15 20 wynalazkiem stosowany moze byc bardzo krótki luk (o paru milimetrach dlugosci), o latwej do zapewnienia stabilnosci dzialania i dajacej sie w praktyce regulowac na dowolna wielkosc poprzez 5 zmiane natezenia pradu (300 do 700 A) wydaj¬ nosci cieplnej.Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykla¬ dzie wykonania na rysunku, który przedstawia generator plazmy w przekroju podluznym. 10 Generator plazmy, wedlug wynalazku, jest sto¬ sowany zwlaszcza do obróbki cieplnej powierzch¬ ni zewnetrznych plyt budowlanych wzglednie pa¬ neli budowlanych stosowanych w produkcji se¬ ryjnej w przemysle budowlanym. Generator za¬ wiera katode 1 i anode 2 o przeciwstawnej bie¬ gunowosci, przy czym anoda 2 i katoda 1 osa¬ dzone sa nieruchomo we wzajemnej odleglosci 1— 2 mm. Kat stozka 6 anody 2 wynosi w tym przy¬ kladzie wykonania 40°, zas kat stozka 7 katody 1 wynosi 279. Katoda 1 zamocowana jest w wy¬ konanym z miedzi uchwycie 9.Ochrone elektrod 1, 2 przed dzialaniem ciepla zapewnia przestrzen 3 chlodzenia o intensywnym 25 chlodzeniu woda oraz przeplyw gazu roboczego z duza predkoscia. Równomierne rozprowadzenie ga¬ zu roboczego zapewnia pierscien rozdzielajacy 4.Plazma wytwarzana przez luk elektryczny przy¬ spieszana jest do w przyblizeniu 2-krotnej pred- 31 kbsci dzwieku w prostym odcinku 5 anody 2 ma¬ jacym zmniejszona srednice. Plazma opuszcza ge¬ nerator plazmy poprzez anode 2 majaca kat stoz¬ ka wylotowego 8 wynoszacy 10°.W korzystnym przykladzie wykonania genera- 35 tora wedlug wynalazku zródlo plazmy umieszczo¬ ne jest w odleglosci od 2 do 80 mm od powierzch¬ ni nadtapianej, zas os strumienia plazmy usta¬ wiana jest pod katem od 10 do 90° wzgledem nadtapianej powierzchni, gdyz wówczas uzyskuje 40 sie najkorzystniejsze oddzialywanie. Na powierzch¬ ni zewnetrznej materialu obrabianego cieplnie pa¬ sami uzyskac mozna ta droga w pelni równo¬ miernie nadtopiona warstwe. Poprzez zmiane sze¬ rokosci pasów oraz glebokosci nadtapiania mozli- 45 we jest równiez uzyskiwanie dowolnych wzorów spelniajacych najróznorodniejsze wymogi estetycz¬ ne. Podane powyzej wartosci odnosnie do umiesz¬ czenia zródla plazmy obowiazuja przy uwzglednie¬ niu faktu, ze w zaleznosci od jakosci nadtapianego 50 materialu konieczna moze byc zmiana parametrów roboczych takich jak wielkosc pradu oraz wiel¬ kosc gazu zródla plazmy oraz predkosc prze¬ mieszczania zródla plazmy wzglednie materialu nadtapianego. 55 W zaleznosci od skladu materialu, jaki ma byc nadtapiany oraz wymaganej jakosci nadtapianej powierzchni zewnetrznej zmieniac mozna równiez sklad gazu plazmy stosowanego w sposobie nad¬ tapiania. Jako gaz plazmy stosuje sie korzystnie: 60 argon, azot, powietrze, weglowodór, wodór badz tez ich mieszanine. W przypadku stosowania ga¬ zu oddzialywajacego korozyjnie zapewnic mozna ochrone katody poprzez specjalna forme wykona¬ nia droga utworzenia otoczki z gazu ochronnego. 06 Mozliwosc stosowania róznych gazów zwieksza5 mozliwosci róznicowania obróbki. Odpowiedni ko¬ rzystny dla poszczególnych przypadków sklad gazu plazmy zalezy od ilosci i jakosci materialów, jakie maja byc obrabiane oraz od wzgledów ekonomicz¬ nych.Sposób wedlug wynalazku daje równiez mozli¬ wosci trwalego zabarwiania nadtapianych po¬ wierzchni. Do zabarwiania stosowane sa korzyst¬ nie materialy nieorganiczne, zwlaszcza tlenki me¬ tali. W zaleznosci od skladu materialu podstawo¬ wego uzyskuje sie powierzchnie zewnetrzne o róz¬ nym zabarwieniu spelniajace równiez wymagania estetyczne. Przy przyjeciu zabarwienia wynikaja¬ cego z rodzaju materialu podstawowego jako pod¬ kladu mozna przed obróbka plazma, badz tez rów¬ noczesnie z ta obróbka, nakladac na powierzchnie zewnetrzne barwniki metoda napylania.Barwniki nieorganiczne doprowadzane w fazie stopienia materialu wchodza po ostygnieciu w sklad materialu podstawowego rozpuszczajac sie w tym materiale badz mieszajac sie z nim. Daja one, chroniona przez szklista warstewke, jedno¬ lita kolorowa powierzchnie zewnetrzna. Poprzez mieszanie barwników ze skladnikami towarzysza¬ cymi takimi jak tlenek aluminium lub dwutlenek krzemu w róznych proporcjach uzyskiwac mozna zadane odcienie koloru i jednoczesnie obnizac spe¬ cyficzne zuzycie drogich barwników, zwlaszcza tlen¬ ków metali. Dalsza mozliwosc róznicowania daje stosowanie atmosfery redukujacej, obojetnej wzgle¬ dnie utleniajacej w zaleznosci od rodzaju barw¬ nika.W korzystnym przykladzie wykonania generato¬ ra wedlug wynalazku stosuje sie jednoczesnie sze¬ reg zródel plazmy, które, w zaleznosci od zada¬ nych wzorów wzglednie zarysów poruszane sa w plaszczyznie powierzchni nadtapianej i prostopadle do tej plaszczyzny korzystnie automatycznie zgodnie z ustalonym uprzednio programem. Ta droga uzy¬ skiwac mozna najbardziej zróznicowane wzory i dowolnie podwyzszac predkosc nadtapiania.W sposobie nadtapiania zgodnie z wynalazkiem stosuje sie korzystnie plomien plazmowy o dlu¬ gosci 100—250 mm i szerokosci 6—100 mm. Dla u- zyskania tego w generatorze plazmy sluzacym jako jej zródlo katoda ma kat stozka 16—50° zas anoda kat 20—60°.Produkcja wielkoseryjna wymaga stalej pracy zródla plazmy a to z kolei duzej trwalosci katody i anody generatora plazmy. Dla zapewnienia te¬ go w korzystnym przykladzie wykonania genera¬ tora plazmy wedlug wynalazku katoda generatora wykonana jest z wolframu lub wolframu z torem droga metalurgii proszków, zas anoda z miedzi z chlodzeniem wodnym. Przeprowadzone badania wykazaly, ze przy uzyciu takich materialów uzy¬ skac mozna prace przez co najmniej 10—12 go¬ dzin przy spelnieniu wymogów ekonomicznej eks¬ ploatacji. Po czym mozliwa jest wymiana elektrod w czasie paru minut. Odpowiada to w pelni wy¬ mogom produkcji wielkoseryjnej. Dzieki intensyw¬ nemu chlodzeniu katody mozliwe jest stosowanie luku elektrycznego z przeplywem pradu 600—700 A, co oznacza zwiekszona szerokosc pasa nadtapia- 355 6 nego i zwiekszona glebokosc nadtapiania. Dzieki zastosowaniu bezposredniego systemu chlodzenia anody mozliwe jest uzycie tanich anod wykona¬ nych z miedzi. 5 Za pomoca generatora wedlug wynalazku pod¬ dawano przykladowo obróbce szereg elementów budowlanych wykonanych z surowców krzemiano¬ wych. Po obróbce cieplnej stwierdzono przy prze¬ prowadzaniu wymaganych prób odpornosci na wa- 0 runki atmosferyczne, dyfuzje par (próba przepusz¬ czalnosci) jak równiez podczas pozostalych prób o- kreslonych normami, ze przy zastosowaniu sposo¬ bu wedlug wynalazku uzyskiwac mozna powierz¬ chnie zewnetrzne spelniajace wszystkie wymogi i 5 znacznie bardziej odporne na dzialanie czynników atmosferycznych oraz znacznie bardziej estetycz¬ ne niz powierzchnie uzyskiwane dotychczas, rów¬ niez z wielkoseryjnej produkcji. Przy zastosowaniu sposobu wedlug wynalazku, poprzez nadtapianie 10 powierzchni zewnetrznych za pomoca plazmy uzy¬ skuje sie korzystnie szklista, a zarazem porowata powloke. Porowatosc spelnia wszystkie te warun¬ ki przepuszczalnosci par, jakie spelniaja znane ma¬ terialy budowlane. Nadtopiona powierzchnia ze- * wnetrzna nie traci swego szklistego polysku na skutek oddzialywania czynników atmosferycznych, a utrzymywanie w czystosci powierzchni tego ro¬ dzaju zapewnione moze byc przez mycie badz tez na drodze naturalnej (zmywanie przez deszcz).Sposób wedlug wynalazku stanowi nowa techni¬ ke ksztaltowania powierzchni zewnetrznych zwlaszcza w odniesieniu do budownictwa wielko¬ plytowego, na przyklad mieszkaniowego, budyn¬ ków uzytecznosci publicznej oraz budynków prze¬ myslowych, jednak moze byc równiez stosowany w odniesieniu do kazdego produktu z surowca krzemianowego, jak na przyklad nowego uprzemy¬ slowionego (automatycznego) ksztaltowania po- 4o wierzchni zewnetrznych plyt wzglednie paneli sto¬ sowanych w konstrukcjach lekkich przy wykony¬ waniu fasad. Ta nowa szybka i wymagajaca nie¬ wielkich nakladów technika umozliwia uzyskiwa¬ nie powierzchni zewnetrznych o kolorowych i zróznicowanych wzorach, zarówno na powierzch¬ niach plaskich, jak tez sklepionych i pozwala na¬ wet na indywidualne artystyczne ksztaltowanie dziel sztuki.Sposób nadajacy sie do produkcji seryjnej za- 50 pewnia jednakowy poziom jakosci, a trwalosc nad¬ tapianych powierzchni zewnetrznych betonu jest, wyzsza niz trwalosc betonu bedacego materialem wyjsciowym. Sposób wedlug wynalazku jest nie¬ zalezny od wilgotnosci materialu i warunków kli- 55 matycznych (zawartosc pary i temperatura otocze¬ nia, praca w okresie zimowym lub letnim, w prze¬ strzeniach zamknietych i na zewnatrz budyn¬ ku).Praktyczne zastosowanie sposobu i generatora 6o wedlug wynalazku daje wielkie korzysci ekono¬ miczne. Dzieki temu, ze wynalazek moze byc sto¬ sowany w seryjnej produkcji o duzej wydajnosci uzyskuje sie znaczne oszczednosci w budownictwie wysokosciowym przy stosunkowo niewielkich kosz- «9 tach inwestycyjnych, gdyz poszczególne fazy prj-7' 109 355 * cesu tworzenia fasady zredukowane sa do jednej jedynej krótkiej i przepirowadzanej automatycz¬ nie czynnosci.Obróbka powierzchniowa wielkich plyt o po¬ wierzchni 12 m2 stosowanych zazwyczaj w budow¬ nictwie wysokosciowym, wzglednie paneli, moze byc dokonywana za posrednictwem sposobu we¬ dlug wynalazku w ciagu 15 minut, co odpowiada wymogom seryjnego budownictwa wysokosciowe¬ go. Przy porównywaniu kosztów roboczych sposo¬ bu wedlug wynalazku z glównymi rodzajami sto¬ sowanych obecnie sposobów ksztaltowania fasad stwierdzono, ze wykazujaca znacznie nizsza jakosc kolorowa fasada z szarego cementu z grysem wa¬ piennym daje koszty wyzsze o okolo 250°/o: Znany w handlu pod nazwa DEKOLIT P7200 kolorowy tynk z tworzywa syntetycznego daje koszty o oko¬ lo 400*/p wyzsze, tynk znany pod nazwa STRUK- TURIT P7400, koszty o okolo 600*/* wyzsze, zas wykladanie malymi plytkami mozaikowymi z ma¬ terialu szkliwionego, koszty okolo 1200*/» wyzsze.Sposób wedlug wynalazku moze, poza podanym tu przykladowo ^ksztaltowaniem fasad plyt betono¬ wych wzglednie paneli o wielkiej powierzchni, byc stosowany równiez do nadtapiania powierzchni ze¬ wnetrznej innych materialów stalych wzglednie cial i przedmiotów uzytkowych, do ich zabarwia¬ nia wzglednie do wytwarzania wzorów na ich po¬ wierzchni.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób nadtapiania powierzchni zewnetrznej materialów stalych zwlaszcza elementów budowla¬ nych, przy pomocy strumienia plazmy i przy za¬ stosowaniu luku elektrycznego jako zródla ciepla, znamienny tym, ze przez luk elektryczny prze¬ puszcza sie gaz, a nastepnie wytworzony, ukierun¬ kowany strumien plazmy doprowadza sie udarowo na nadtapiana powierzchnie. ' 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zródlo plazmy umieszcza sie w odleglosci 2—80 mm od nadtapianej powierzchni, zas os strumienia plazmy ustawia sie pod katem od 10° do 90° wzgledem nadtapianej powierzchni. 10 3. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze jako gaz .stosuje sie: argon, azot, powietrze, weglowodór, wodór ewentualnie ich mieszanine. 4. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze powierzchnie nadtapiana zabarwia sie ma- tt terialem nieorganicznym, korzystnie tlenkiem me¬ talu. 5. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze stosuje sie jednoczesnie szereg zródel pla¬ zmy, przy czym zródla te porusza sie w zaleznosci *• od zadanych wzorów w plaszczyznie powierzchni nadtapianej i prostopadle do tej plaszczyzny, ko¬ rzystnie automatycznie, zgodnie z ustalonym pro¬ gramem. 6. Generator plazmy do nadtapiania powierzchni ** zewnetrznej materialów stalych zwlaszcza elemen¬ tów budowlanych, przy pomocy strumienia plazmy i przy zastosowaniu luku elektrycznego jako zró¬ dla ciepla, majacy stozkowa katode i stozkowa a- node, znamienny tym, ze kat stozka (7) katody (1) W wynosi 16—50°, zas kat stozka (6) anody (2) wy¬ nosi 20—60°. 7. Generator wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze jego katoda (1) jest z wolframu przygotowanego metoda metalurgii proszku ewentualnie z wolfra- 35 mu z torem, zas jego anoda (2) jest z miedzi i jest chlodzona woda.1Ó9 355 PL PL PL

Claims (7)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób nadtapiania powierzchni zewnetrznej materialów stalych zwlaszcza elementów budowla¬ nych, przy pomocy strumienia plazmy i przy za¬ stosowaniu luku elektrycznego jako zródla ciepla, znamienny tym, ze przez luk elektryczny prze¬ puszcza sie gaz, a nastepnie wytworzony, ukierun¬ kowany strumien plazmy doprowadza sie udarowo na nadtapiana powierzchnie. 2. '

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zródlo plazmy umieszcza sie w odleglosci 2—80 mm od nadtapianej powierzchni, zas os strumienia plazmy ustawia sie pod katem od 10° do 90° wzgledem nadtapianej powierzchni. 10

3. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze jako gaz .stosuje sie: argon, azot, powietrze, weglowodór, wodór ewentualnie ich mieszanine.

4. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze powierzchnie nadtapiana zabarwia sie ma- tt terialem nieorganicznym, korzystnie tlenkiem me¬ talu.

5. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze stosuje sie jednoczesnie szereg zródel pla¬ zmy, przy czym zródla te porusza sie w zaleznosci *• od zadanych wzorów w plaszczyznie powierzchni nadtapianej i prostopadle do tej plaszczyzny, ko¬ rzystnie automatycznie, zgodnie z ustalonym pro¬ gramem.

6. Generator plazmy do nadtapiania powierzchni ** zewnetrznej materialów stalych zwlaszcza elemen¬ tów budowlanych, przy pomocy strumienia plazmy i przy zastosowaniu luku elektrycznego jako zró¬ dla ciepla, majacy stozkowa katode i stozkowa a- node, znamienny tym, ze kat stozka (7) katody (1) W wynosi 16—50°, zas kat stozka (6) anody (2) wy¬ nosi 20—60°.

7. Generator wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze jego katoda (1) jest z wolframu przygotowanego metoda metalurgii proszku ewentualnie z wolfra- 35 mu z torem, zas jego anoda (2) jest z miedzi i jest chlodzona woda.1Ó9 355 PL PL PL