PL226572B1

PL226572B1 - Method for modeling a jet-stream in the arc gun and the device for the execution of this method

Info

Publication number: PL226572B1
Application number: PL410772A
Authority: PL
Inventors: Piotr Milewski
Original assignee: Ferrometal Polska Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2017-08-31
Also published as: PL410772A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Sposób modelowania strumienia wylotowego w pistolecie łukowym oraz urządzenie do realizacji tego sposobu znajdują zastosowanie w procesie technologicznym nakładania powłok antykorozyjnych. W szczególności sposób i urządzenie według wynalazku znajdują zastosowanie w przemyśle metalowym zwłaszcza przy wykonywaniu konstrukcji stalowych na etapie zabezpieczenia antykorozyjnego.The method of modeling the outlet stream in the arc gun and the device for this method are used in the technological process of applying anti-corrosion coatings. In particular, the method and device according to the invention are used in the metal industry, especially in the production of steel structures at the stage of corrosion protection.

Na podstawie wieloletnich doświadczeń krajowych i zagranicznych można stwierdzić, że natryskiwane cieplnie antykorozyjne powłoki metalowo - malarskie mają najdłuższą trwałość ze wszystkich stosowanych przemysłowo powłok ochronnych. Wieloletnia eksploatacja różnego rodzaju obiektów zabezpieczanych przed korozją za pomocą tych powłok wykazała ponadto, że ze względu na bardzo istotne zmniejszenie częstotliwości koniecznych zabiegów konserwacyjnych, trwałość chronionych tą metodą obiektów jest podwyższona a koszty ich utrzymania są jednymi z najniższych. W budownictwie krajowym powłoki te znalazły szerokie wykorzystanie szczególnie w budowie infrastruktury komunikacyjnej. Obecnie większość nowo budowanych mostów chroniona jest z powodzeniem za pomocą tej metody. Jednakże jeszcze szerszemu wykorzystaniu tej metody stoją na przeszkodzie stosunkowo wysokie koszty wytwarzania tego rodzaju powłok. Wynikają one z jednej strony z istoty samego procesu (konieczność bardzo starannego przygotowania powierzchni chronionej konstrukcji przed zabiegiem natryskiwania powłoki metalowej) z drugiej zaś strony z powodu dużych strat materiału powłokowego, którym jest w większości przypadków stop metali takich jak cynk i aluminium, powstających podczas natryskiwania cieplnego.Based on many years of domestic and foreign experience, it can be concluded that thermally sprayed anti-corrosive metal-paint coatings have the longest durability of all industrial protective coatings. Many years of operation of various types of objects protected against corrosion with the use of these coatings have also shown that due to the very significant reduction in the frequency of necessary maintenance procedures, the durability of the objects protected by this method is increased and the costs of their maintenance are among the lowest. In domestic construction, these coatings have been widely used, especially in the construction of communication infrastructure. Today, most newly constructed bridges are successfully protected by this method. However, even wider use of this method is hampered by the relatively high production costs of this type of coating. On the one hand, they result from the essence of the process itself (the need to very carefully prepare the surface of the protected structure before the metal coating is sprayed), and on the other hand, due to large losses of the coating material, which in most cases is an alloy of metals such as zinc and aluminum, formed during spraying thermal.

W znanym stanie techniki do przemysłowego natryskiwania powłok antykorozyjnych używane są obecnie w zasadzie wyłącznie pistolety łukowe, gdyż charakteryzują się one najniższymi kosztami eksploatacji. Dotychczas produkowane są one z zastosowaniem zamkniętego lub otwartego układu rozpylania. Jednakże przy obu systemach rozpylania straty materiału powłokowego są wysokie i wynoszą od 30 do 50% materiału, co wynika z niejednorodnego charakteru strumienia natryskowego, z różnej wielkości powstających podczas rozpylania cząstek, z różnej szybkości chłodzenia cząstek znajdujących się w różnych miejscach strumienia natryskowego.In the known state of the art, now essentially only arc guns are used for industrial spraying of anti-corrosion coatings, as they are characterized by the lowest operating costs. So far, they have been produced using a closed or open spray system. However, with both spray systems, the losses of coating material are high, ranging from 30 to 50% of the material, which is due to the heterogeneous nature of the spray jet, from the different sizes of particles generated during spraying, from a different cooling rate of the particles at different locations in the spray jet.

Do nakładania powłok na konstrukcje wielkogabarytowe o dużych powierzchniach używa się z zasady wyłącznie drutowych pistoletów łukowych, które umożliwiają nakładanie powłok ochronnych przy najmniejszych nakładach energetycznych. W przeznaczonych do tego celu pistoletach stosowane są najczęściej dwa systemy rozpylania topionego materiału, system otwarty i tzw. system zamknięty powodujący powstawanie cząstek o mniejszych rozmiarach, w wyniku czego natryskiwaną powłokę cechuje mniejsza porowatość.As a rule, only wire arc guns are used for coating large-area structures with large surfaces, which allow the application of protective coatings with the lowest energy expenditure. In the guns designed for this purpose, two systems of spraying the melted material are most often used, the open system and the so-called closed system resulting in smaller particle sizes, as a result of which the spray coating is less porous.

W pistoletach łukowych powszechnie stosuje się tzw. dyszę de Lavala, przez którą przechodzi strumień sprężonego gazu rozpylający stopione cząstki metalu. Wykorzystywane jest przy tym zjawisko gwałtownego wzrostu prędkości przepływającego przez dyszę gazu jednak przy znaczącym spadku ciśnienia statycznego strumienia gazu. Zjawiska zachodzące w dyszy de Lavala opisuje dość dokładnie prawo Bernouillego oparte o zasadę zachowania energii. Prędkość wylotową strumienia gazów wyznacza się z wzoru:In arc guns, the so-called a de Laval nozzle through which a stream of compressed gas passes atomizing molten metal particles. The phenomenon of a rapid increase in the speed of the gas flowing through the nozzle is used, however, with a significant drop in the static pressure of the gas stream. The phenomena occurring in the de Laval nozzle are quite accurately described by Bernoulli's law based on the principle of conservation of energy. The outlet velocity of the gas stream is determined from the formula:

TRTR

M ²rM ² r

T-1 r^-1 T-1 r ^-1

PePe

PP.

Gdzie:Where:

Ve - prędkość strumienia u wylotu dyszy [m/s]Ve - jet velocity at the nozzle outlet [m / s]

T - temperatura wlotowa gazu [K]T - gas inlet temperature [K]

R - uniwersalna stała gazowa 8314.5 J/(kmol • K)R - universal gas constant 8314.5 J / (kmol • K)

Równanie to opisuje jednak zjawiska zachodzące dla dyszy doskonałej tzn. pozbawionej zaburzających przepływ „elementów obcych” - w przypadku pistoletu łukowego będą to końcówki drutów umieszczone bezpośrednio w strumieniu gazu.However, this equation describes the phenomena occurring for a perfect nozzle, i.e. without "foreign elements" disturbing the flow - in the case of an arc gun, these will be the ends of the wires placed directly in the gas stream.

Odrębnym zjawiskiem, które wywiera znaczący wpływ na strumień rozpylonego metalu jest oddziaływanie jarzącego się łuku elektrycznego, którego wysoka temperatura lokalna powoduje istotneA separate phenomenon that has a significant impact on the stream of atomized metal is the effect of a glowing electric arc, the high local temperature of which causes significant

PL 226 572 B1 zmiany w wyżej podanym równaniu. Z dotychczasowych badań wynika, że do największych lokalnych zmian (wzrostu) prędkości dochodzi w obszarze styku drutów, a więc w miejscu jarzenia się łuku. Zjawisko to ma dalekosiężne konsekwencje bowiem w tym właśnie miejscu występuje najwyższa temperatura oraz wywołany przez potężne źródło ciepła jakim jest łuk elektryczny gwałtownym rozszerzaniem się gazu rozpylającego. W dotychczas stosowanych rozwiązaniach stapiane w łuku elektrycznym cząstki metalu są rozpylane za pomocą strumienia sprężonego powietrza lub gazu nośnego skierowanego zgodnie i równolegle z osią główną pistoletu (urządzenia). Niedogodnością znanych rozwiązań jest unoszenie z obszaru topienia cząstek o niejednakowej i bardzo zróżnicowanej wielkości co negatywnie wpływa na zużycie materiału oraz równomierność nanoszonej powłoki.Changes to the above equation. The research conducted so far shows that the greatest local changes (increases) in velocity occur in the area of wire contact, i.e. in the place where the arc glows. This phenomenon has far-reaching consequences because it is in this place that the highest temperature occurs and, caused by a powerful source of heat, which is an electric arc, the rapid expansion of the atomizing gas. In the solutions used so far, metal particles melted in an electric arc are sprayed with a stream of compressed air or a carrier gas directed in line with and parallel to the main axis of the gun (device). The disadvantage of the known solutions is the lifting from the melting area of particles of unequal and very different size, which negatively affects the material consumption and the uniformity of the applied coating.

Obecnie na rynku dominują urządzenia o maksymalnym prądzie pracy rzędu 250 A i wydajności 25 kg cynku / godzinę. Obecnie takie urządzenia uważane są za zdecydowanie niewystarczające, do szerokiego użycia weszły agregaty o mocy ponaddwukrotnie większej, tj. o prądzie pracy rzędu 600 A. Niezmieniana od lat konstrukcja pistoletów natryskowych pozostała daleko w tyle za rozwojem źródeł prądu, wskutek czego wytwarzany przez nie relatywnie wąski strumień natryskowy stał się de facto niemal strugą stopionego metalu. O ile przy natryskiwaniu powłok technicznych zjawisko to ma wiele cech dodatnich, jak na przykład dość duża precyzja nakładania na ograniczone powierzchnie, o tyle przy natryskiwaniu powłok antykorozyjnych na konstrukcje wielkogabarytowe, gdzie pokrywane są duże płaszczyzny, jest to zjawisko zdecydowanie niekorzystne, przynoszące duże straty materiału powłokowego. Duża ilość materiału powłokowego znajdująca się w wąskim strumieniu natryskowym skutkuje nakładaniem przy pojedynczym przejściu pistoletu warstwy o dużej grubości. Operator urządzenia ręcznego napotyka na poważne trudności w utrzymaniu jednorodnej grubości powłoki i bardzo często mamy do czynienia z lokalnymi jej nadmiarami w stosunku do wymagań projektowych, co efektywnie stanowi stratę materiału. Nadto, zróżnicowany poziom energetyczny cząstek rozpylonego materiału powłokowego powoduje że znaczna ich część, schładza się w takim stopniu, że traci lepkość i odbijania się od podłoża. Natomiast dzięki zwiększeniu rozbieżności (szerokości) strumienia ta sama ilość materiału powłokowego jest nakładana na większą powierzchnię, co pozwala pokrywać ją z dużą precyzją grubości warstwy za jednym przejściem pistoletu. W ten sposób można uniknąć opisanych wyżej strat związanych z nadmiarową grubością natryskanej powłoki a przy tym obniżyć pracochłonność całego procesu. Jednocześnie zwiększenie rozbieżności (szerokości) strumienia powoduje powstanie kilku istotnych problemów technicznych. Zasadniczym problemem występującym w szeroko strumieniowych systemach natryskowych jest duża niejednorodność temperatury i wielkości cząsteczek roztopionego materiału powłokowego.Currently, the market is dominated by devices with a maximum operating current of 250 A and a capacity of 25 kg of zinc / hour. Currently, such devices are considered to be definitely insufficient, generators with a power more than twice as high, i.e. with an operating current of 600 A, have become widely used. The design of spray guns, unchanged for years, has remained far behind the development of power sources, as a result of which the relatively narrow ones they produce the spray jet has in fact almost become a stream of molten metal. While when spraying technical coatings, this phenomenon has many positive features, such as a fairly high precision of application on limited surfaces, when spraying anti-corrosion coatings on large-size structures, where large surfaces are covered, this phenomenon is definitely unfavorable, resulting in large material losses coating. A large amount of coating material in a narrow spray pattern results in a high film thickness in a single gun pass. The operator of the handheld device encounters serious difficulties in maintaining a uniform coating thickness and very often there are local excesses in relation to the design requirements, effectively constituting a waste of material. Moreover, the different energy level of the atomized coating material particles causes that a significant part of them cools down to such an extent that it loses its stickiness and bounces off the substrate. On the other hand, by increasing the divergence (width) of the spray, the same amount of coating material is applied to a larger surface, which allows it to be covered with high precision of the layer thickness in one gun pass. In this way, it is possible to avoid the above-mentioned losses related to the excess thickness of the sprayed coating, and at the same time to reduce the labor consumption of the entire process. At the same time, increasing the divergence (width) of the stream causes several significant technical problems. A major problem in wide jet spray systems is the large heterogeneity of temperature and particle size of the molten coating material.

Z amerykańskiego opisu patentowego US005964405 znany jest rozpylający pistolet łukowy wyposażony w parę rurowych prowadnic drutu, doprowadzających parę drutów do punktu styku w którym łuk elektryczny topi końcówki drutów. Główny strumień gazu przepływa centralnie wzdłuż centralnej osi dyszy rozpylając roztopiony przez łuk elektryczny metal. Nasadka (dysza) zawiera co najmniej cztery otwory rozmieszczone wokół centralnej osi. Otwory w nasadce kierunkują drugi, pomocniczy strumień gazu w kierunku zgodnym z kierunkiem głównego strumienia gazu, tak że pomocniczy strumień gazu przecina się ze strumieniem głównym pod kątem zbliżonym do 30-50 stopni. Punkt przecięcia strumienia głównego i pomocniczego znajduje się za punktem styku drutów w którym następuje topienie metalu. Taki układ dysz wylotowych poszczególnych strumieni gazu ma, według wynalazcy, zapewnić zawężenie i przyspieszenie strumienia rozpylonego metalu. Niedogodnością tego rozwiązania jest niska jakość strumienia natryskowego spowodowana jego niejednorodnością.From the US patent specification US005964405 there is known an arc spray gun equipped with a pair of tubular wire guides which lead a pair of wires to the point of contact where the electric arc melts the ends of the wires. The main gas stream flows centrally along the central axis of the nozzle atomizing the metal melted by the electric arc. The cap (nozzle) comprises at least four holes arranged around a central axis. The openings in the cap direct the second, secondary gas stream in the direction of the main gas stream so that the secondary gas stream intersects with the main stream at an angle of approximately 30-50 degrees. The point of intersection of the main and auxiliary streams is located after the contact point of the wires, where the metal melts. According to the inventor, such an arrangement of the outlet nozzles of the individual gas streams is to ensure a narrowing and acceleration of the atomised metal stream. The disadvantage of this solution is the low quality of the spray jet due to its inhomogeneity.

Rozwiązanie według niniejszego wynalazku pomaga wyeliminować tą niedogodność poprzez zastosowanie wirowego obiegu powietrza w strefie łuku elektrycznego, dzięki użyciu specjalnej dyszy rotującej pomocniczy strumień gazu wokół strumienia głównego niosącego rozpylone cząsteczki metalu. Metal stopiony w łuku elektrycznym, w punkcie styku drutów jest rozpylany w urządzeniu według niniejszego wynalazku dwoma strumieniami gazu. Głównym strumieniem, który działa poosiowo oraz strumieniem pomocniczym, który rotuje wokół strumienia głównego obiegając strefę łuku elektrycznego. Wirowy ruch strumienia pomocniczego jest wynikiem odpowiedniego ukształtowania komory wewnętrznej, dodatkowej dyszy rotującej i odpowiedniego ukształtowania kanałów dolotowych doprowadzających strumień pomocniczy do dyszy rotującej a zwłaszcza kształt otworów wylotowych tychże kanałów.The solution according to the present invention helps to eliminate this drawback by swirling the air in the electric arc zone, thanks to the use of a special nozzle rotating the auxiliary gas stream around the main stream carrying the atomized metal particles. The metal melted in the electric arc at the contact point of the wires is sprayed in the device according to the present invention by two jets of gas. A main stream that acts axially, and an auxiliary stream that rotates around the main stream to go around the arc zone. The swirling movement of the auxiliary stream is the result of the appropriate shape of the inner chamber, the additional rotating nozzle and the appropriate shape of the inlet channels supplying the auxiliary stream to the rotating nozzle, especially the shape of the outlet openings of these channels.

Celem niniejszego wynalazku jest uzyskanie istotnego ograniczenia strat materiałowych a przez to umożliwienie zmniejszenia ilości zużywanego materiału powłokowego i zwiększenia szybkości nakładania powłoki a więc zmniejszenie kosztów nakładania tego rodzaju warstwy ochronnej. Cel tenThe aim of the present invention is to achieve a significant reduction in material losses and thus to enable a reduction in the amount of coating material used and an increase in the speed of coating application, thus reducing the costs of applying this type of protective layer. This goal

PL 226 572 B1 może zostać osiągnięty poprzez zapewnienie bardziej równomiernego rozmieszczenia wszystkich cząstek w przekroju strumienia natryskowego, przy czym cząstki te powinny mieć możliwie zbliżoną wielkość a strumień rozpylonych cząsteczek metalu powinien być jak najbardziej jednorodny. Umożliwi to uzyskanie przez wszystkie cząstki materiału powłokowego zbliżonego poziomu energetycznego, co minimalizuje nadmierne schładzanie części cząstek znajdujących się na obrzeżach strumienia natryskowego prowadzące w rezultacie do odbijania się ich od materiału podłoża.This can be achieved by ensuring a more even distribution of all particles in the cross section of the spray jet, the particles should be as similar in size as possible and the spray of metal particles should be as uniform as possible. This will allow all the particles of the coating material to obtain a similar energy level, which minimizes excessive cooling of the part of the particles located at the periphery of the spray jet, resulting in rebound of the substrate material.

Istota sposobu według wynalazku, stanowiącego szerokostrumieniowy system rozpylania materiału powłokowego w pistolecie łukowym do nakładania powłok antykorozyjnych według wynalazku polega na utworzeniu wokół strefy łuku elektrycznego topiącego materiał powłokowy w postaci drutów, wirującego strumienia powietrza rozpylającego (gazu nośnego). Wirujący strumień działając jako siła tnąca pozwala pokonać napięcie powierzchniowe stopionego metalu znacznie łatwiej niż podczas działania poosiowego. Dzięki temu uzyskiwane cząstki stopionego metalu powinny być drobniejsze i bardziej równomierne co do wielkości. Taki efekt korzystnie wpływa na strukturę i właściwości użytkowe natryskanych powłok. Wzajemne odziaływanie powietrza i/lub innego gazu rozpylającego skierowanego wirująco i poosiowo skutkuje regulacją wielkości cząstek i dostosowaniem jej do żądanych własności powłoki. Korzystnym jest skierowanie dodatkowego strumienia sprężonego gazu za punkt topienia się drutów oraz skierowanie go prostopadle do osi strumienia natryskowego. W ten sposób zostaje nadany cząstkom metalu ruch wirowy. Ma to na celu ujednorodnienie strumienia natryskowego w całym jego przekroju. Jednocześnie poprzez zmianę ciśnień obu strumieni gazów rozpylających (o przepływie poosiowym i o ruchu wirowym), można wpływać na jakość strumienia natryskowego.The essence of the method according to the invention, which is a wide-jet system for spraying the coating material in the arc gun for applying anti-corrosion coatings according to the invention, consists in creating a swirling stream of atomizing air (carrier gas) around the electric arc zone that melts the coating material in the form of wires. The swirling jet acting as a shear force makes it possible to overcome the surface tension of the molten metal much more easily than during axial operation. As a result, the obtained molten metal particles should be finer and more uniform in size. This effect has a positive effect on the structure and performance of the sprayed coatings. The interaction of air and / or other spinning and axial atomizing gas results in the regulation of the particle size and its adaptation to the desired properties of the coating. It is advantageous to direct the additional pressurized gas stream past the melting point of the wires and to direct it perpendicular to the axis of the spray jet. In this way, the metal particles are given a swirling motion. This is to homogenize the spray stream across its entire cross-section. At the same time, the quality of the spray jet can be influenced by changing the pressures of both spraying gas streams (axial flow and swirling).

O efektywnym wykorzystaniu zjawisk wpływających na strumień rozpylonego metalu decyduje w znacznym stopniu, w przypadku zastosowania dyszy de Lavala w pistolecie łukowym, umiejscowienie jej względem łuku elektrycznego, czyli punktu topienia się materiału powłokowego. W urządzeniu według wynalazku dyszę de Lavala zastosowano jako podstawowy element kształtujący strumień natryskowy, jako element konstrukcyjny, który z jednej strony decyduje o miejscu największej prędkości gazu, a z drugiej strony o punkcie i kącie schodzenia się drutów. Natomiast jako element zapewniający ruch wirowy strumienia pomocniczego zastosowano odpowiednio ukształtowaną dodatkową dyszę rotującą.In the case of using a de Laval nozzle in an arc gun, the location of the nozzle in relation to the electric arc, i.e. the melting point of the coating material, is decisive for the effective use of the phenomena affecting the atomized metal stream. In the device according to the invention, the de Laval nozzle is used as the basic element shaping the spray jet, as a structural element which, on the one hand, determines the location of the highest gas velocity, and on the other hand, the point and angle of the wires meeting. However, as an element ensuring the swirling movement of the auxiliary stream, an appropriately shaped additional rotating nozzle was used.

Ruch wirowy dodatkowego, pomocniczego strumienia gazu w urządzeniu według wynalazku uzyskano dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu dodatkowej dyszy która znajduje się za dyszą de Lavala. Strumień główny niosący rozpylone cząsteczki materiału powłokowego, przykładowo roztopionego metalu pochodzącego ze stopionych w łuku elektrycznym drutów, przechodzi najpierw przez dyszę de Lavala a następnie wpada do dyszy dodatkowej w której znajdują się wyloty kanałów doprowadzających dodatkowy, pomocniczy strumień rotujący. Komora wewnętrzna dyszy rotującej ma kształt walca lub stożka skierowanego podstawą ku wylotowi, zakończonego u wylotu pierścieniem zwężającym średnicę wylotową. W obrzeżu dyszy rotującej wydrążone są kanały, których wyloty mają kształt owalu o jednej osi symetrii lub kształt elipsy. Korzystnie kanały na pierwszym odcinku wlotowym są zbieżne lub równoległe względem siebie oraz względem głównego strumienia gazu. Natomiast na odcinku końcowym, wylotowym oś kanałów przecina się z osią strumienia głównego pod kątem w zakresie 60-90°. Eliptyczny kształt otworów wylotowych (ujść) kanałów dodatkowego strumienia gazu powoduje, że strumień dodatkowy nie uderza bezpośrednio w strumień główny lecz otacza go wzdłuż głównej osi strumienia natryskowego i przemieszcza się spiralnie wokół strumienia głównego.The swirling motion of the additional auxiliary gas stream in the device according to the invention is achieved thanks to the appropriate shaping of the additional nozzle which is located downstream of the de Laval nozzle. The main stream carrying the atomized particles of the coating material, for example molten metal derived from the electric arc melted wires, first passes through a de Laval nozzle and then enters the secondary nozzle which has the outlets of the channels for additional, auxiliary rotating stream. The internal chamber of the rotating nozzle has the shape of a cylinder or a cone directed with its base towards the outlet, ending at the outlet with a ring narrowing the outlet diameter. In the periphery of the rotating nozzle, channels are hollow, the outlets of which have the shape of an oval with one axis of symmetry or the shape of an ellipse. Preferably, the channels in the first inlet section are convergent or parallel to each other and to the main gas stream. On the other hand, at the final, outlet section, the axis of the channels intersects with the axis of the main stream at an angle in the range of 60-90 °. The elliptical shape of the outlets (outlets) of the auxiliary gas channels prevent the auxiliary stream from striking the main stream directly, but surrounds it along the main axis of the spray jet and spirals around the main stream.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania został przedstawiony na rysunku na którym fig. 1 ilustruje schemat sposobu kształtowania strumienia rozpylonego metalu; fig. 2 obrazuje schemat sposobu oddziaływania strumienia głównego oraz strumienia dodatkowego na prędkość wylotową cząsteczek stopionego metalu; fig. 3a przedstawia dyszę rotującą, w wariancie z komorą wewnętrzną w kształcie walca, w widoku izometrycznym od strony wpływu głównego strumienia gazu; fig. 3b przedstawia dyszę rotującą, w wariancie z komorą wewnętrzną w kształcie walca, w widoku z przodu to jest od strony wpływu głównego strumienia gazu; fig. 4a przedstawia przekrój poprzeczny przez dyszę rotującą w widoku frontalnym; fig. 4b przedstawia przekrój poprzeczny przez dyszę rotującą w widoku z boku; fig. 4c przedstawia przekrój poprzeczny przez dyszę rotującą w widoku z przodu z zaznaczonym kierunkiem przepływu dodatkowego, rotującego strumienia gazu; fig. 5 przedstawia przekrój poziomy przez przykładowy schemat urządzenia łukowego wyposażonego w dyszę rotującą o komorze wewnętrznej w kształcie stożka, w widoku z góry; fig. 6 przedstawia przekrój przez przykładowy pistolet łukowy wyposażony w dyszę rotującą o komorze wewnętrznej w kształcie stożka, mePL 226 572 B1 chanizmem prowadnic drutów i kanałami dodatkowego strumienia gazu w widoku z góry; fig. 7 przedstawia przekrój przez przykładowy pistolet łukowy wyposażony w dyszę rotującą o komorze wewnętrznej w kształcie stożka, w widoku z boku w wariancie poziomego rozmieszczenia prowadnic drutu w osi poziomej pistoletu.The subject of the invention in an exemplary embodiment has been presented in the drawing, in which Fig. 1 illustrates a diagram of the method of shaping the spray of metal; Fig. 2 is a schematic diagram of how the main stream and the additional stream affect the muzzle velocity of the molten metal particles; Fig. 3a shows the variant with a cylindrical inner chamber in an isometric view from the main gas stream side; Fig. 3b shows the rotating nozzle, in a variant with a cylindrical inner chamber, seen from the front, i.e. from the main gas flow side; Fig. 4a is a front view of a cross-section through the rotating nozzle; Fig. 4b shows a side view of a cross-section through the rotating nozzle; Fig. 4c is a front view cross-section through the rotating nozzle with the flow direction of the additional rotating gas stream marked; Figure 5 is a plan view of a horizontal section through an exemplary diagram of an arc device equipped with a rotating nozzle with a cone-shaped interior chamber; Fig. 6 is a cross-sectional view of an exemplary arc gun equipped with a rotating nozzle having a cone-shaped interior chamber, a wire guide arrangement and additional gas flow channels in a top view; Fig. 7 shows a cross-section through an exemplary arc gun equipped with a rotating nozzle with a cone-shaped internal chamber, in a side view of a variant of the horizontal arrangement of the wire guides along the horizontal axis of the gun.

W sposobie według wynalazku w przykładzie zastosowania materiał powłokowy o właściwościach antykorozyjnych, w postaci dwóch drutów (1) z cynku lub aluminium o średnicy 2,5 mm, wprowadzany jest do dwóch prowadnic rurowych (2) wykonanych z miedzi, następnie po włączeniu napięcia i powstaniu łuku elektrycznego pomiędzy drutami (1) na strefę (punkt) topienia (3) drutów (1) kierowany jest główny strumień (4) sprężonego powietrza działający poosiowo, wypływający przez otwór dyszy rozpylającej o średnicy projektowej 8 mm. Za strefą (punktem) topienia (3) którą tworzy łuk elektryczny pracujący w obszarze napięciowym 16,4-18 V, na główny strumień powietrza (4) oddziałuje się dodatkowym, pomocniczym strumieniem gazu (5) rotującym wokół i wzdłuż strumienia głównego (4).In the method according to the invention, in the example of application, the coating material with anti-corrosion properties, in the form of two wires (1) made of zinc or aluminum with a diameter of 2.5 mm, is introduced into two tubular guides (2) made of copper, then after switching on the voltage and creating of the electric arc between the wires (1), the main axial flow (4) of compressed air (4) is directed onto the melting zone (3) of the wires (1), flowing through the spray nozzle orifice with a design diameter of 8 mm. After the melting zone (point) (3), which is formed by an electric arc operating in the voltage range of 16.4-18 V, the main air stream (4) is affected by an additional auxiliary gas stream (5) rotating around and along the main stream (4) .

Metal topiony w łuku elektrycznym pistoletu jest rozpylany dwoma strumieniami powietrza, pierwszym głównym (4) działającym poosiowo i drugim dodatkowym (5), obiegającym strefę łuku. Strumienie łączą się w dyszy rotującej (6). Wzajemne oddziaływanie tych dwóch strumieni (4), (5) na cząstki topionego metalu skutkuje ucieczką cząstek po krzywej zbliżonej kształtem do spirali Fibona cciego wskutek występującej składowej poosiowej uwzględniającej przyspieszenie wywołane rozprężaniem powietrza w strumieniu. Wypadkową prędkość ucieczki cząsteczki materiału powłokowego (C) można obliczyć dzieląc prędkość dodatkowego strumienia wirującego (Vi) przez prędkość strumienia poosiowego (V?) według wzoru C=/(V₁/ V₂).The metal melted in the electric arc of the gun is sprayed with two air streams, the first main (4) acting axially and the second additional (5) circulating around the arc zone. The streams combine in a rotating nozzle (6). The interaction of these two streams (4), (5) on the particles of the molten metal results in the escape of the particles along a curve similar in shape to the Fibon cci spiral due to the axial component present taking into account the acceleration caused by the expansion of the air in the stream. The resultant escape velocity of the shell material particle (C) can be calculated by dividing the additional swirl velocity (Vi) by the axial jet velocity (V) according to the formula C = / (V ₁ / V ₂ ).

Urządzenie według wynalazku w przykładzie wykonania ma formę pistoletu (7) w którego korpusie (8) znajdują się dwie rurowe prowadnice (2) drutu (1), rozmieszczone poziomo, w osi pistoletu (7) oraz mechanizm przesuwny (9) podający druty (1) oparty na podajniku pchającym rolki (10) działające na zasadzie sprzęgła ciernego. Prowadnice w pierwszym odcinku są umieszczone równolegle względem siebie a następnie zbiegają się ku sobie. Pistolet jest zaopatrzony w standardowy napęd pneumatyczny. Końcówki drutu (1) zbliżają się do siebie w komorze wylotowej (11) dyszy de Lavala (12). Punkt styku drutów (1), będący punktem topienia (3) w obszarze którego powstaje łuk elektryczny znajduje się w osi głównego strumienia gazu (4). Pistolet jest zaopatrzony w dyszę rotującą (6) zlokalizowana za dyszą de Lavala (12). Dysza rotującą (6) zaopatrzona jest w kanały (13) doprowadzające dodatkowy strumień gazu (5) do jej komory wewnętrznej (14). Wyloty (15) kanałów (13) mają kształt owalu o jednej osi symetrii. U wylotu dyszy rotującej (6) zlokalizowany jest pierścień (16) o średnicy wewnętrznej mniejszej od wlotu dyszy rotującej. Nadto dysza rotującą zaopatrzona jest w dwa wgłębienia (17) umożliwiające montaż w pistolecie.The device according to the invention, in an exemplary embodiment, has the form of a gun (7) in the body (8) of which there are two tubular guides (2) for the wire (1) arranged horizontally along the axis of the gun (7) and a sliding mechanism (9) feeding the wires (1). ) based on a feeder that pushes the rollers (10) working on the principle of a friction clutch. The guides in the first section are placed parallel to each other and then converge to each other. The gun is equipped with a standard pneumatic drive. The ends of the wire (1) move closer together in the outlet chamber (11) of the de Laval nozzle (12). The contact point of the wires (1), which is the melting point (3) in the area of which the electric arc is formed, is located in the axis of the main gas stream (4). The gun is equipped with a rotating nozzle (6) located behind the de Laval nozzle (12). The rotating nozzle (6) is provided with channels (13) for supplying an additional gas stream (5) to its inner chamber (14). The outlets (15) of the channels (13) have the shape of an oval with one axis of symmetry. At the outlet of the rotating nozzle (6) there is a ring (16) with an inside diameter smaller than the inlet of the rotating nozzle. Moreover, the rotating nozzle is equipped with two recesses (17) for mounting in the gun.

Zastosowanie w urządzeniu dodatkowej dyszy rotującej umożliwia: uzyskanie rozbieżnego strumienia natryskowego o wierzchołkowym kącie maksymalnym do 90°, ujednorodnienie średnicy rozpylonych cząstek, uzyskanie możliwie najwyższego współczynnika osadzania i zmniejszenie strat materiału powłokowego i poprawienia wszystkich wskaźników ekonomicznych procesu natryskiwania cieplnego powłok antykorozyjnych. System rozpylania stopionego materiału powłokowego oparty o sposób i urządzenie według wynalazku przewyższa znane i stosowane do tej pory w świecie systemy rozpylania ogranicza bowiem straty materiałowe (nawet do 15%) zaś struktury otrzymywanych powłok spełniają najwyższe wymogi stawiane antykorozyjnym powłokom metalowym natryskiwanym cieplnie. Do wymogów tych w pierwszym rzędzie zaliczyć należy przyczepność powłoki do stalowego podłoża oraz możliwie niską porowatość przy jednoczesnym równomiernym wymiarowo rozkładzie ziaren i jednorodnej, spoistej strukturze. Również urządzenie i sposób wynalazku pozwala zwiększyć maksymalną wydajność urządzenia do wydajności rzędu 60 kg cynku na godzinę.The use of an additional rotating nozzle in the device enables: obtaining a divergent spray jet with a maximum apex angle of up to 90 °, homogenizing the diameter of the sprayed particles, obtaining the highest possible deposition rate and reducing coating material losses and improving all economic indicators of the thermal spraying process of anti-corrosion coatings. The spraying system of the molten coating material based on the method and device according to the invention exceeds the known and used so far in the world spraying systems, because it reduces material losses (even up to 15%) and the structures of the obtained coatings meet the highest requirements for anti-corrosion metal coatings thermally sprayed. These requirements, in the first place, include adhesion of the coating to the steel substrate and the lowest possible porosity with a uniformly dimensioned distribution of grains and a homogeneous, cohesive structure. Also, the apparatus and method of the invention make it possible to increase the maximum capacity of the apparatus to a capacity of the order of 60 kg of zinc per hour.

Claims

1. Method of modeling the outlet stream in an arc gun containing a de Laval nozzle, characterized in that the stream of atomized particles of molten coating material carried by the main gas spray stream (4), acting axially after passing through the de Laval nozzle (12) passes through the rotating nozzle (6) ) wherein the main gas stream (4) is surrounded by an additional gas stream (5) swirling around the main stream (4).

PL 226 572 B1

2. Device for modeling the outlet stream in an arc gun containing a de Laval nozzle, in the form of an arc gun, characterized in that the gun (7) is equipped with an additional rotating nozzle (6), which is located downstream of the de Laval nozzle (12) and is equipped with at least two outlets (15) of channels (13) delivering an additional gas flow (5) to the inner chamber (14) and the outlets (15) are elliptical or oval shaped with one axis of symmetry.

3. Device for modeling the outlet stream in an arc gun according to claim 1. 2. The apparatus of claim 2, characterized in that the inner chamber (14) of the rotating nozzle (6) is cylindrical or conical in shape widening towards the mouth of the rotating nozzle (6).

Device for modeling the outlet stream in an arc gun according to claim 1. The apparatus of claim 2, characterized in that the inner chamber (14) of the rotating nozzle (6) comprises recesses (17).