RU2191637C2

RU2191637C2 - Spray head for electric-arc metallizator

Info

Publication number: RU2191637C2
Application number: RU2000131456/12A
Authority: RU
Inventors: С.И. Окладников; А.В. Салохин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Веха"
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2002-10-27

Abstract

FIELD: deposition of gas-thermal coatings from wire material. SUBSTANCE: electric-arc metallizator has air chamber, device for forming uniform speed field in front of spray nozzle. Said device is made in the form of perforated diaphragm, with diameter of each perforation being equal to 0.8-1.2 the length of air chamber portion arranged behind diaphragm in front of spray nozzle. Spray nozzle is made conoid-shaped. Wire convergence point is arranged on spray axis within the range of spray core. EFFECT: increased efficiency in strengthening product surfaces and improved quality of product coating. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области упрочнения поверхностей изделий, в частности к способам нанесения газотермических покрытий при помощи электродуговых устройств, предназначенных для нанесения покрытий из проволочного материала. The invention relates to the field of surface hardening of products, in particular to methods for applying thermal spray coatings using electric arc devices designed for coating of wire material.

Уровень техники заявляемого объекта известен из устройства (патент РФ 2001693), содержащего корпус с токопроводящими пластинами, воздуховоды и расположенные под острым углом мундштуки для подачи через них проволоки, воздушную камеру с выходным соплом, при этом воздуховоды на своих концах имеют разного диаметра выходные отверстия в воздушную камеру, причем ось отверстия, имеющего меньший диаметр, расположена к диаметральной плоскости, проходящей через воздуховоды, под углом не менее 90^o, а ось отверстия, имеющего больший диаметр, расположена к упомянутой плоскости под углом не менее 115^o, кроме того, суммарные диаметры выходных отверстий воздуховодов в два раза больше диаметра отверстия выходного сопла.The prior art of the claimed object is known from a device (RF patent 2001693), containing a housing with conductive plates, ducts and mouthpieces located at an acute angle for feeding wires through them, an air chamber with an outlet nozzle, while the ducts at their ends have different outlet openings in an air chamber, wherein the axis of the hole having a smaller diameter is located at an angle of not less than 90 ^° to the diametrical plane passing through the ducts, and the axis of the hole having a larger diameter is located to the said plane at an angle of not less than 115 ^o , in addition, the total diameters of the outlet openings of the ducts are two times larger than the diameter of the outlet nozzle.

В известном устройстве сжатый воздух поступает в воздушную камеру по воздуховодам, отверстия которых расположены под углом к диаметральной плоскости, проходящей через воздуховоды. Вследствие такого конструктивного выполнения устройства воздушный поток, выходящий из отверстий, закручивается, и на выходе из сопла происходит увеличение угла раскрытия воздушной распыляющей струи, что приводит к ее расширению за срезом сопла и образованию зоны с сильно выраженной неравномерностью поля скоростей. В результате происходит расслоение двухфазного воздушного потока (воздух + частицы расплавленного металла), когда более легкие и мелкие частицы металла вымываются на периферию струи, образуя ореол. При этом на периферии струи окисление и охлаждение частиц под воздействием воздуха протекает более интенсивно, чем в центре струи, и, как следствие, снижается качество сцепления частиц металла между собой и с подложкой. In the known device, compressed air enters the air chamber through the ducts, the openings of which are located at an angle to the diametrical plane passing through the ducts. Due to such a structural embodiment of the device, the air flow leaving the holes is twisted, and at the exit from the nozzle, the opening angle of the air spray jet increases, which leads to its expansion beyond the nozzle exit and the formation of a zone with a strongly pronounced non-uniformity of the velocity field. As a result, stratification of the two-phase air flow (air + molten metal particles) occurs, when lighter and smaller metal particles are washed out to the periphery of the jet, forming a halo. Moreover, at the periphery of the jet, the oxidation and cooling of particles under the influence of air proceeds more intensively than at the center of the jet, and, as a result, the quality of adhesion of metal particles to each other and to the substrate decreases.

Таким образом, недостатком известного устройства являются низкие адгезионные и когезионные свойства покрытий, получаемых при эксплуатации известного устройства. Thus, a disadvantage of the known device is the low adhesive and cohesive properties of the coatings obtained during operation of the known device.

Задачей заявляемого объекта является создание устройства, обеспечивающего получение равномерного поля скоростей распыляющей воздушной струи. The objective of the claimed object is the creation of a device that provides a uniform velocity field of a spraying air stream.

Желаемый технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в повышении адгезионных и когезионных свойств покрытия. The desired technical result achieved in the process of solving the problem is to increase the adhesive and cohesive properties of the coating.

Желаемый технический результат достигается тем, что распыляемые частицы металла присадочной проволоки подвергаются менее интенсивному окислению и охлаждению в напыляющей (двухфазная воздушная струя, состоящая из газа и частиц расплавленного металла) струе вследствие повышения ее компактности. Это обеспечивается тем, что в полости воздушной камеры, примыкающей непосредственно к отверстию распыляющего насадка, отсутствуют осевые струйные течения воздушного потока. Исключение осевой струйности воздушного потока достигается перфорированной диафрагмой, установленной внутри камеры, через отверстия которой протекает сжатый воздух, поступающий в камеру по воздухоподводящей трубке. Истекающие из отверстий диафрагмы струйки воздушного потока смешиваются с воздухом, находящимся в камере за диафрагмой, в результате происходит торможение и смешивание воздушных струек с воздушной массой, и на расстоянии 8-12 диаметров отверстия диафрагмы происходит полное исчезновение струйности воздушного потока. В воздушном потоке сплошной турбулентности перед отверстием распыляющего насадка устанавливается равномерное поле скоростей. The desired technical result is achieved by the fact that the sprayed metal particles of the filler wire are subjected to less intensive oxidation and cooling in the spraying (two-phase air stream consisting of gas and particles of molten metal) stream due to increased compactness. This is ensured by the fact that in the cavity of the air chamber adjacent directly to the opening of the spray nozzle, there are no axial jet flows of the air stream. The exclusion of axial jet air flow is achieved by a perforated diaphragm installed inside the chamber, through the openings of which compressed air flows into the chamber through an air supply tube. The airflow streams flowing from the orifices of the diaphragm are mixed with the air located in the chamber behind the diaphragm, as a result, the air streams are braked and mixed with the air mass, and at a distance of 8-12 diameters of the orifice aperture, the airflow jet completely disappears. In an air stream of continuous turbulence, a uniform velocity field is established in front of the opening of the spray nozzle.

Экспериментально установлено, что коноидальная форма отверстия распыляющего насадка способствует разгону металлических частиц присадочной проволоки при меньшем расходе воздуха, что в свою очередь также снижает степень окисления частиц металла. It was experimentally established that the conoidal shape of the opening of the spray nozzle promotes acceleration of the metal particles of the filler wire at a lower air flow rate, which in turn also reduces the degree of oxidation of the metal particles.

Расположение точки схождения присадочной проволоки на оси распыляющей (однофазная воздушная струя без содержания частиц металла) струи в пределах ее ядра обеспечивает стабильность и равномерность расплавления проволоки и, следовательно, также связано с повышением адгезионных и когезионных свойств покрытия. The location of the point of convergence of the filler wire on the axis of the spray (single-phase air stream without the presence of metal particles) of the jet within its core provides stability and uniformity of melting of the wire and, therefore, is also associated with an increase in the adhesion and cohesion properties of the coating.

Существенные признаки, характеризующие заявляемое устройство. The essential features characterizing the claimed device.

Ограничительные: корпус распылительной головки электродугового металлизатора, токоподводы, воздушная камера с распыляющим насадком, наконечники для подачи через них проволоки, наконечники установлены под острым углом, воздуховод. Restrictive: the case of the spray head of the electric arc metallizer, current leads, an air chamber with a spray nozzle, lugs for feeding wires through them, lugs are installed at an acute angle, the duct.

Отличительные: средство для формирования равномерного поля скоростей, установленное в воздушной камере, выполнено в виде перфорированной диафрагмы;
диаметр каждого отверстия диафрагмы равен 0,8-1,2 длины участка воздушной камеры, расположенной перед распыляющим насадком;
отверстие распыляющего насадка имеет коноидальную форму;
точка схождения проволок находится на оси распыляющей струи в пределах ее ядра.Distinctive: means for forming a uniform velocity field installed in the air chamber, made in the form of a perforated diaphragm;
the diameter of each aperture opening is equal to 0.8-1.2 the length of the section of the air chamber located in front of the spray nozzle;
the nozzle opening has a conoidal shape;
the point of convergence of the wires is on the axis of the spray jet within its core.

На чертеже изображена распылительная головка электродугового металлизатора, содержащая: 1 - корпус, токоподводы 2 со сменными наконечниками 3, через которые проходят распыляемые проволоки 4, воздухоподводящую трубку 5, перфорированную диафрагму 6, участок воздушной камеры 7, расположенный перед диафрагмой (предкамера), участок воздушной камеры 8, прилегающий к распыляющему насадку 9. The drawing shows a spray head of an electric arc metallizer, comprising: 1 - a housing, current leads 2 with replaceable tips 3 through which the spray wires 4, an air supply tube 5, a perforated diaphragm 6, a section of the air chamber 7 located in front of the diaphragm (pre-chamber), an air section chamber 8 adjacent to the spray nozzle 9.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Сжатый воздух по трубке 5 поступает в предкамеру 7, из которой через отверстия в диафрагме 6, диаметры которых обеспечивают гашение струйности и выравнивание поля скоростей воздушной струи в пределах воздушной камеры 8, истекает из отверстия распыляющего насадка 9. Затем осуществляют подачу проволок. Проволоки с помощью механизма подачи (не показан) через наконечники поступают в точку схождения, находящуюся на оси распыляющей струи в пределах ее ядра. Электрический ток по токоподводам также поступает в точку схождения проволок, при соприкосновении проволок под воздействием электрического тока возникает вольтова дуга, под действием которой происходит расплавление металла проволок. Воздушная струя, истекающая из отверстия распыляющего насадка, распыляет расплавленный в вольтовой дуге металл и переносит его на подложку. Compressed air through the tube 5 enters the pre-chamber 7, from which through the openings in the diaphragm 6, the diameters of which provide damping of the jet and equalization of the velocity field of the air stream within the air chamber 8, flows out of the opening of the spray nozzle 9. Then the wires are fed. The wires using a feed mechanism (not shown) through the tips enter the convergence point located on the axis of the spray jet within its core. Electric current through current leads also enters the point of convergence of the wires, when the wires come into contact under the influence of electric current, a voltaic arc arises, under the influence of which the metal of the wires melts. An air stream flowing from the opening of the spray nozzle sprays the metal molten in a voltaic arc and transfers it to the substrate.

Вследствие того что выходящая из отверстия распыляющая воздушная струя компактна, т.е. не имеет расширенной зоны, в которой происходит интенсивное окисление расплавленных частиц металла, напыленное покрытие имеет высокие адгезионные и когезионные свойства, улучшается качество покрытия поверхности изделия. Due to the fact that the atomizing air stream emerging from the hole is compact, i.e. it does not have an expanded zone in which intense oxidation of molten metal particles takes place, the sprayed coating has high adhesive and cohesive properties, and the quality of the coating on the surface of the product improves.

Claims

A spray head of an electric arc metallizer, comprising a housing, current leads with replaceable tips for feeding wires installed at an acute angle, an air chamber with a spray nozzle and an air duct, characterized in that means are provided in the air chamber for forming a uniform air velocity field in front of the spray nozzle made in the form of a perforated diaphragm, the diameter of each hole of which is 0.8-1.2 the length of the part of the air chamber located in front of the spray nozzle, the hole of the spray nozzle is cone-shaped, and the point of convergence of the wires is on the axis of the spray jet within its core.