RU2031739C1

RU2031739C1 - Flame plating torch

Info

Publication number: RU2031739C1
Authority: RU
Inventors: Евгений Владимирович Говорин
Original assignee: Евгений Владимирович Говорин
Priority date: 1992-04-17
Filing date: 1992-04-17
Publication date: 1995-03-27

Abstract

FIELD: flame plating. SUBSTANCE: mixing chambers made in tip are insulated from each other and are provided with nondetachable gas nozzles. Each gas nozzle has individual mixing chamber and injector. Nozzle is arranged on common axis with mixing chamber and injector and at angle of 2-5 degrees relative to axis of central channel. Angle of tip outer cone is 12-22 degrees. EFFECT: enhanced quality of plating. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области газотермических покрытий, в частности, к аппаратуре газопламенного напыления, работающей преимущественно на горючей смеси ацетилена с кислородом, но может быть преимущественно использовано и при работе со смесями кислорода с другими горючими газами (пропаном, метаном, природным газом, водородом и др.). The invention relates to the field of thermal spray coatings, in particular, to a flame spraying apparatus operating primarily on a combustible mixture of acetylene with oxygen, but can be mainly used when working with oxygen mixtures with other combustible gases (propane, methane, natural gas, hydrogen, etc. .).

В настоящее время газопламенное напыление в силу ряда достоинств (мобильность и простота эксплуатация оборудования, эффективность, универсальность и др. ) нашло широкое применение при нанесении износостойких, декоративных, электроизоляционных, антифрикционных и др. типов газотермических покрытий. Дальнейшее распространение этого экономически выгодного метода напыления ограничивается из-за отсутствия высоконадежного оборудования, устойчивого против образования обратных ударов и хлопков. Currently, flame spraying due to several advantages (mobility and simplicity of equipment operation, efficiency, versatility, etc.) has found wide application in the application of wear-resistant, decorative, electrical insulating, antifriction, and other types of thermal spray coatings. The further spread of this cost-effective spraying method is limited due to the lack of highly reliable equipment that is resistant to back shock and popping.

Известна горелка для напыления, содержащая корпус со смесительными камерами и встроенными инжекторами, с каналами подачи ацетилена и кислорода, мундштук с сообщающимися между собой газовыми соплами, концентрично расположенными вокруг центрального канала для приема порошка, установленный в корпус [1]. Known burner for spraying, comprising a housing with mixing chambers and built-in injectors, with channels for supplying acetylene and oxygen, a mouthpiece with interconnected gas nozzles concentrically arranged around a central channel for receiving powder, mounted in the housing [1].

Недостаток аналога - возможность появления сильных обратных ударов, обусловленных с одной стороны - значительным объемом горючей смеси, находящейся в газовых соплах, с другой разгеpметизацией тракта движения горючей смеси в зоне крепления мундштука с корпусом горелки. The disadvantage of the analogue is the possibility of strong back impacts, caused on the one hand by a significant amount of the combustible mixture located in the gas nozzles, and on the other, the leakage of the path of the movement of the combustible mixture in the area of the mouthpiece with the burner body.

В качестве прототипа принимается установка для газопламенной металлизации [2], в состав которой входит горелка для газопламенного напыления, содержащая корпус с каналами подачи кислорода, ацетилена и воздуха, мундштук с внешним конусом и с сообщающимися между собой газовыми соплами, концентрично расположенными вокруг центрального канала для подачи напыляемого материала, прикрепленный к цилиндрическому телу с инжекторами и смесительными камерами, установленному в корпусе. As a prototype, a gas-flame metallization installation is adopted [2], which includes a gas-flame spraying burner, comprising a housing with oxygen, acetylene and air supply channels, a mouthpiece with an external cone and gas nozzles communicating with each other, concentrically arranged around the central channel for filing sprayed material attached to a cylindrical body with injectors and mixing chambers installed in the housing.

Недостаток прототипа - появление в процессе напыления сильных обратных ударов и хлопков, вынуждающих оператора прерывать процесс нанесения покрытий, осуществлять прочистку сопел, переналадку и т.д. В результате производительность нанесения покрытий в целом существенно снижается. При этом ухудшается и качество получаемых покрытий из-за нарушения непрерывности процесса напыления. The disadvantage of the prototype is the appearance during the spraying process of strong back impacts and claps, forcing the operator to interrupt the coating process, to clean the nozzles, readjustment, etc. As a result, the performance of the coating as a whole is significantly reduced. At the same time, the quality of the resulting coatings deteriorates due to a violation of the continuity of the spraying process.

Причина в появлении обратных ударов и хлопков заключается в отсутствии герметичности тракта движения горючей смеси. Существенный объем горючей с меси обусловливает заметную силу обратного удара. The reason for the appearance of back impacts and pops is the lack of tightness of the path of movement of the combustible mixture. A significant amount of fuel from the Mesi causes a noticeable force of a back strike.

Целью изобретения является повышение производительности напыления и улучшение качества напыляемых покрытий за счет повышения стабильности горения пламени. The aim of the invention is to increase the spraying performance and improve the quality of the sprayed coatings by increasing the stability of the combustion of the flame.

Поставленная цель достигается тем, что в горелке для газопламенного напыления, содержащей корпус с каналами подачи горючего газа, кислорода и воздуха, мундштук с внешним конусом и с газовыми соплами, концентрично расположенными вокруг центрального канала подачи напыляемого материала, инжекторы и смесительные камеры, согласно изобретению, смесительные камеры выполнены в мундштуке изолированными друг от друга и неразъемными с газовыми соплами, при этом каждое газовое сопло имеет индивидуальную смесительную камеру и инжектор, выполнено с ними на одной оси под углом к оси центрального канала 2-5^о, причем угол внешнего конуса мундштука составляет 12-22^о.This goal is achieved by the fact that in the burner for flame spraying, comprising a housing with channels for supplying combustible gas, oxygen and air, a mouthpiece with an external cone and gas nozzles concentrically arranged around the central channel for supplying the sprayed material, injectors and mixing chambers according to the invention, the mixing chambers are made in the mouthpiece insulated from each other and indivisible with gas nozzles, with each gas nozzle having an individual mixing chamber and injector, made with them on the same axis at an angle to the axis of the Central channel 2-5 ^about , and the angle of the outer cone of the mouthpiece is 12-22 ^about .

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид горелки в разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a General view of the burner in section; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1.

Горелка для газопламенного напыления включает корпус 1 с каналами подачи воздуха 2, кислорода 3, горючего газа 4, мундштук 5 с газовыми соплами 6, смесительными камерами 7 и центральным каналом подачи напыляемого материала 8, тело 9 с соплами инжекторов 10. Мундштук 5 имеет уплотнительное кольцо 11. Тело 9 снабжено уплотнительным кольцом 12. В горелку входит сопло 13, фиксируемое на корпусе 1 накидной гайкой 14. Воздушное сопло 13 имеет отверстия 15 для подачи воздуха. В корпусе 1 имеется особая вставка 16 с уплотнительным кольцом 17 и отверстиями для подачи кислорода 18, которая образует с корпусом 1 полость 19. Особая вставка 16 имеет промежуточную втулку 20, фиксируемую фигурной гайкой 21. Вставка 16 установлена в корпусе 1 с образованием кольцевого зазора 22. The burner for flame spraying includes a housing 1 with channels for supplying air 2, oxygen 3, combustible gas 4, a mouthpiece 5 with gas nozzles 6, mixing chambers 7 and a central channel for supplying the sprayed material 8, body 9 with nozzles for injectors 10. The mouthpiece 5 has a sealing ring 11. The body 9 is provided with a sealing ring 12. A nozzle 13 is included in the burner, which is fixed to the housing 1 with a union nut 14. The air nozzle 13 has openings 15 for supplying air. The housing 1 has a special insert 16 with a sealing ring 17 and holes for supplying oxygen 18, which forms a cavity 19 with the housing 1. The special insert 16 has an intermediate sleeve 20 fixed by a figured nut 21. The insert 16 is installed in the housing 1 with the formation of an annular gap 22 .

Горелка снабжена устройством 23. При напылении покрытий из порошковых материалов это устройство представляет собой порошковый питатель, при напылении покрытий из проволоки, стержней, гибких шнуров - привод с воздушным или электрическим двигателем, снабженный понижающим редуктором. Каналы 24 служат для подачи горючего газа в смесительные камеры 7. The burner is equipped with a device 23. When spraying coatings of powder materials, this device is a powder feeder, while spraying coatings of wire, rods, flexible cords - a drive with an air or electric motor, equipped with a reduction gear. The channels 24 are used to supply combustible gas to the mixing chambers 7.

Горелка работает следующим образом. The burner operates as follows.

В каналы 2, 3, 4 подается соответственно воздух, кислород и горючий газ. Кислород по каналу 3 поступает в полость 19, откуда через сопла инжекторов 10 с большой скоростью подается в смесительные камеры 7. В камеры 7 по каналам 24 подсасывается за счет эффекта инжекции струей кислорода горючий газ из кольцевого зазора 22, куда он поступает из канала 4. Таким образом образуется в смесительных камерах 7 горючая смесь, которая далее попадает в газовое сопло 6. На выходе из сопла 6 смесь поджигается и образуется газовое пламя. Из канала 2 воздух поступает в полость накидной гайки 14, а отсюда через отверстия 15 - в полость воздушного сопла 13. В сопле 13 воздух обжимает газовое пламя, что приводит к повышению давления горючей смеси, а, следовательно, и к повышению температуры пламени, что способствует улучшению качества напыляемых покрытий. In channels 2, 3, 4, respectively, air, oxygen and combustible gas are supplied. Oxygen flows through the channel 3 into the cavity 19, from where it passes through the nozzles of the injectors 10 at high speed into the mixing chambers 7. In the chambers 7, through the channels 24, combustible gas from the annular gap 22, where it enters from the channel 4, is sucked in by an oxygen stream injection. Thus, a combustible mixture is formed in the mixing chambers 7, which then enters the gas nozzle 6. At the outlet of the nozzle 6, the mixture is ignited and a gas flame is formed. From channel 2, air enters the cavity of the union nut 14, and from here through the openings 15 to the cavity of the air nozzle 13. In the nozzle 13, the air compresses the gas flame, which leads to an increase in the pressure of the combustible mixture, and, consequently, to an increase in the flame temperature, which helps to improve the quality of sprayed coatings.

При применении в качестве напыляемого материала порошка происходит следующее. При прохождении частиц порошка через пламя они прогреваются до твердо-пластичного состояния и под воздействием динамического напора газового пламени и воздушной струи ускоряются, их кинетическая энергия возрастает и при ударе о поверхность они образуют сплошное и плотное покрытие, прочно сцепленное с подложкой. When using powder as a spray material, the following occurs. When the powder particles pass through the flame, they warm up to a hard-plastic state and accelerate under the influence of the dynamic pressure of the gas flame and air stream, their kinetic energy increases and, when they hit the surface, they form a continuous and dense coating firmly bonded to the substrate.

При получении покрытий из проволочных материалов частицы образуются за счет срыва с торца оплавляемого материала. Upon receipt of coatings from wire materials, particles are formed due to disruption of the material being melted from the end face.

Качество напыляемых покрытий в существенной мере зависит от угла наклона газовых сопел к оси центрального канала и от угла внешнего конуса газового мундштука. От последнего зависит степень обжима газопорошковой струи сжатым воздухом внутри воздушного сопла. The quality of the sprayed coatings substantially depends on the angle of inclination of the gas nozzles to the axis of the central channel and on the angle of the outer cone of the gas mouthpiece. The degree of crimping the gas-powder jet with compressed air inside the air nozzle depends on the latter.

При угле наклона газовых сопел к оси центрального канала менее 2^онаблюдается недостаточная концентрированность газового пламени, что не позволяет получать качественные покрытия и коэффициент использования напыляемого порошка, например, марки ПГ-10Н-01 составляет около 50% при напылении на "вал" ⌀ 30 мм, а покрытие становится рыхлым и непрочным.When the angle of inclination of the gas nozzles to the axis of the central channel is less than 2 ^° , insufficient concentration of the gas flame is observed, which does not allow to obtain high-quality coatings and the coefficient of use of the sprayed powder, for example, grade ПГ-10Н-01, is about 50% when sprayed onto a “shaft” ⌀ 30 mm, and the coating becomes loose and fragile.

При угле наклона газовых сопел к оси центрального канала более 5^опри оптимальных соотношениях расходов горючего газа и кислорода начинается процесс горения внутри воздушного сопла. В результате последнее сильно греется, происходит нагрев и самого газового мундштука и в итоге газовое пламя гаснет, и процесс напыления останавливается. Поэтому приходится применять более мягкие режимы горения, которые не обеспечивают достаточного теплосодержания частиц и потому качество покрытия заметно ухудшается, а коэффициент использования напыляемого материала снижается.At an angle of inclination of the gas nozzle to the central axis of the channel 5 at the optimum ratio ^of fuel gas and oxygen costs starts burning process inside the air nozzle. As a result, the latter is very hot, the gas mouthpiece itself is heated, and as a result, the gas flame goes out, and the spraying process stops. Therefore, it is necessary to apply milder combustion modes, which do not provide sufficient heat content of the particles and therefore the quality of the coating is noticeably deteriorated, and the utilization rate of the sprayed material is reduced.

Наилучший эффект достигается при углах наклона газовых сопел в пределах от 2 до 5^о. Процесс напыления протекает очень устойчиво, без заметного нагрева воздушного сопла. Пламя горит снаружи и хорошо концентрировано, коэффициент использования достигает 75%.The best effect is achieved when the angle of inclination of the gas nozzles in the range from 2 to 5 ^about . The spraying process is very stable, without noticeable heating of the air nozzle. The flame burns from the outside and is well concentrated, the utilization rate reaches 75%.

При общем угле внешнего конуса газового мундштука менее 12^о не удается получить достаточно концентрированного пламени, и потому коэффициент использования напыляемого материала не превышает 60%, а покрытие имеет неплотную структуру. Причем не помогает в этом случае ни увеличение расхода воздуха, ни повышение углов наклона газовых сопел к оси центрального канала мундштука.With a total angle of the outer cone of the gas mouthpiece of less than 12 °, ^{it is} not possible to obtain a sufficiently concentrated flame, and therefore the utilization rate of the sprayed material does not exceed 60%, and the coating has a loose structure. Moreover, neither an increase in air flow nor an increase in the angle of inclination of the gas nozzles to the axis of the central channel of the mouthpiece helps in this case.

При угле внешнего конуса газового сопла более 22^о имеет место слишком сильный обжим газового пламени, что обусловливает недопустимый уход пламени внутрь воздушного сопла. Это приводит к сильному нагреву мундштука вплоть до его оплавления. Чтобы избежать этого, приходится резко снижать расход сжатого воздуха. А это снижает динамический напор воздушной струи и в результате скорость полета частиц снижается, что ухудшает качество покрытия и снижает коэффициент использования напыляемого материала.When the angle of the outer cone of the gas nozzle is more than 22 ^{about, there} is too much compression of the gas flame, which causes unacceptable departure of the flame inside the air nozzle. This leads to strong heating of the mouthpiece until its melting. To avoid this, it is necessary to drastically reduce the flow of compressed air. And this reduces the dynamic pressure of the air stream and as a result, the flight speed of the particles decreases, which affects the quality of the coating and reduces the utilization rate of the sprayed material.

Отсутствие горения внутри воздушного сопла и достаточный объем газопорошковой струи обеспечивается при углах внешнего конуса в пределах 12-22^о. При оптимальном угле 18^о коэффициент использования приближается к 90%. Полученное покрытие отличается высокой плотностью, хорошими когезионными и адгезионными свойствами.Absence of combustion inside the air nozzle and sufficient gas-powder jet is provided with an external cone angles in the range ^of 12-22. At an optimum angle of 18 ^on the utilization rate approaching 90%. The resulting coating is characterized by high density, good cohesive and adhesive properties.

Благодаря абсолютной герметичности тракта прохождения горючей смеси, разделению общего рабочего объема каналов горючей смеси на ряд изолированных подобъемов и выполнению сопел и инжекторов под единым углом 2-5^о к оси центрального канала при общем угле внешнего конуса мундштука 12-22^о, горелка обладает рядом ценных преимуществ по сравнению с прототипом: повышается безопасность эксплуатации оборудования вследствие резкого уменьшения вероятности появления обратных ударов и снижения их силы, повышается производительность напыления в целом благодаря резкому снижению числа вынужденных перерывов и остановок процесса, вызванных отказом работы аппаратуры, расширяются оперативные возможности горелки за счет возможности регулирования расходов и давлений применяемых газов в более широких пределах, повышается качество напыляемых покрытий благодаря обретенной возможности применять более "жесткие" режимы горения газового пламени, повышается экономическая эффективность процесса напыления вследствие снижения потерь напыляемого материала, особенно при напылении на малогабаритные детали.Due to absolute tightness tract passage of the combustible mixture, separation of the total displacement volume of the fuel mixture channels to several subvolumes and isolated execution nozzles and injectors 2-5 under the single angle ^about a central axis of the channel at a total angle of the outer cone ^of the die 12-22, the burner has a number of advantages compared with the prototype: increases the safety of operation of the equipment due to a sharp decrease in the likelihood of the occurrence of reverse shocks and reduce their strength, increases the productivity of the spraying ohm, due to a sharp decrease in the number of forced interruptions and process stops caused by equipment malfunctioning, the burner’s operational capabilities are expanded due to the possibility of regulating the flow rates and pressures of the gases used in a wider range, the quality of the sprayed coatings is improved due to the acquired ability to use more “harsh” gas flame combustion modes , increases the economic efficiency of the spraying process due to reduced losses of the sprayed material, especially when spraying on smallab hydration band details.

Claims

GAS-FLAME SPRAYING BURNER, comprising a housing with channels for supplying combustible gas, oxygen and air, a mouthpiece with an external cone and gas nozzles concentrically arranged around a central channel for supplying sprayed material, injectors and mixing chambers, characterized in that the mixing chambers are made in the mouthpiece insulated one from the other and inseparable with gas nozzles, while each gas nozzle has an individual mixing chamber and an injector, made with them on the same axis at an angle to the central axis channel 2 - 5 ^o , and the angle of the outer cone of the mouthpiece is 12 - 22 ^o .