RU2228799C2 - Apparatus for electric arc plating - Google Patents
Apparatus for electric arc plating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2228799C2 RU2228799C2 RU2002106883/12A RU2002106883A RU2228799C2 RU 2228799 C2 RU2228799 C2 RU 2228799C2 RU 2002106883/12 A RU2002106883/12 A RU 2002106883/12A RU 2002106883 A RU2002106883 A RU 2002106883A RU 2228799 C2 RU2228799 C2 RU 2228799C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- diameter
- electrodes
- section
- electric arc
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Nozzles (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к газотермическому напылению, в частности к оборудованию электродуговой металлизации, и может быть использовано для нанесения восстановительных и защитных покрытий в машиностроении, химической промышленности и энергетике.The invention relates to thermal spraying, in particular to equipment for electric arc metallization, and can be used for applying restoration and protective coatings in mechanical engineering, chemical industry and energy.
Известен электродуговой распылитель, содержащий блок с каналами для подачи проволок, токосъемные направляющие элементы, разделенное сопло, выполненное в виде цилиндрической трубки с осевым рассекателем внутри, образующим отверстия в виде сегментов, хорды которых параллельны между собой и расположены одна от другой на расстоянии, равном двойному диаметру проволок (см. а.с. СССР 1565537, кл.6 В 05 В 7/22, 1988 г.). Расплавленный металл, частично захватываемый краями воздушных струй, истекающих из отверстий сопла, а большей частью благодаря инжекции атмосферного воздуха дополнительно дробится в зоне формирования основной струи и переносится на изделие.Known electric arc sprayer containing a block with channels for feeding wires, collector guide elements, a divided nozzle made in the form of a cylindrical tube with an axial divider inside, forming holes in the form of segments, the chords of which are parallel to each other and are located one from another at a distance equal to two wire diameter (see A.S. USSR 1565537, class 6 B 05 V 7/22, 1988). The molten metal, partially captured by the edges of the air jets flowing from the nozzle openings, and mainly due to the injection of atmospheric air, is additionally crushed in the zone of formation of the main jet and transferred to the product.
Однако инжекция атмосферного воздуха в зону плавления не обеспечивает высокую скорость напыляемых частиц из-за потери начальной скорости основного потока металловоздушных частиц. В результате чего угол распыла расплавленных частиц и их размеры увеличиваются, пористость покрытия также увеличивается, а следовательно, ухудшаются его физико-механические свойства.However, the injection of atmospheric air into the melting zone does not provide a high speed of the sprayed particles due to the loss of the initial velocity of the main stream of metal-air particles. As a result, the spray angle of the molten particles and their size increase, the porosity of the coating also increases, and therefore, its physical and mechanical properties are deteriorated.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является устройство для электродуговой металлизации, содержащее сопло, имеющее входной цилиндрический участок и выходной участок, и два электрода в виде проволок, направляемых токоподводами под углом к точке их схождения, расположенной на оси сопла за срезом его выходного участка. Выходной участок сопла имеет два цилиндрических сопла равного диаметра для подачи транспортирующего газа, оси которых параллельны оси сопла, и дополнительное центральное сопло, ось которого совпадает с линией пересечения вертикальной плоскости, проходящей через центр электрической дуги и плоскости, проходящей через оси электродов, а сечение центрального сопла в 4-60 раз меньше суммарного сечения симметричных сопел (см. патент РФ №2119389, кл.6 В 05 В 7/22, 1997 г.).The closest in technical essence and the achieved result to the claimed technical solution is a device for electric arc metallization, containing a nozzle having an input cylindrical section and an output section, and two electrodes in the form of wires guided by current leads at an angle to the convergence point located on the nozzle axis behind slice of its output section. The nozzle exit section has two cylindrical nozzles of equal diameter for conveying gas, the axes of which are parallel to the nozzle axis, and an additional central nozzle, the axis of which coincides with the line of intersection of the vertical plane passing through the center of the electric arc and the plane passing through the axis of the electrodes, and the cross section is central nozzles are 4-60 times smaller than the total cross section of symmetrical nozzles (see RF patent No. 2119389, class 6 B 05 B 7/22, 1997).
Конструкция известного устройства позволяет принудительно дробить расплавленный металл центральной струей и выносить его струей из зоны горения дуги в симметричные газовые струи. Указанные выше преимущества конструкции позволяют увеличить начальную скорость сформированной металловоздушной струи, уменьшить ее угол раскрытия, уменьшить размер распыляемых частиц.The design of the known device makes it possible to forcefully crush molten metal with a central jet and carry it out of the arc burning zone into symmetrical gas jets. The above design advantages allow to increase the initial speed of the formed metal-air jet, reduce its opening angle, and reduce the size of the sprayed particles.
Недостатками данного устройства является возникновение колебаний концов проволок-электродов во время работы (отклонений от начального положения на расстояние до 1/3 dпров.). Торцы электродов создают в воздушном потоке дополнительного центрального сопла возмущения, приводящие к потере направленности транспортировки расплавленных частиц и расширению металловоздушного потока в плоскости, проходящей через оси электродов (т.е. в горизонтальной плоскости). Таким образом, конструкция сопла по патенту №2119389 сохраняет малый угол раскрытия металловоздушной струи в вертикальной плоскости, но не устраняет пульсирующее дорасширение струи в горизонтальной плоскости.The disadvantages of this device is the occurrence of oscillations of the ends of the wire-electrodes during operation (deviations from the initial position by a distance of up to 1/3 d of wire ). The ends of the electrodes create disturbances in the air flow of the additional central nozzle, leading to the loss of directivity of transportation of molten particles and the expansion of the metal-air flow in the plane passing through the axis of the electrodes (i.e., in the horizontal plane). Thus, the design of the nozzle according to patent No. 2119389 maintains a small opening angle of the metal-air jet in the vertical plane, but does not eliminate the pulsating under-expansion of the jet in the horizontal plane.
В результате снижается скорость распыляемой струи, уменьшается длина начального участка струи металловоздушного потока с площадью сечения, равной площади сечения входного сопла, увеличивается размер распыляемых частиц, а значит, увеличивается пористость покрытия и ухудшаются его физико-механические свойства.As a result, the speed of the sprayed jet decreases, the length of the initial portion of the metal-air stream jet decreases with a cross-sectional area equal to the cross-sectional area of the inlet nozzle, the size of the sprayed particles increases, and therefore, the porosity of the coating increases and its physical and mechanical properties deteriorate.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для электродуговой металлизации, путем установления соответствующих зависимостей между геометрическими параметрами устройства, что позволяет увеличить длину начального участка струи металловоздушного потока с площадью сечения, равной площади сечения входного сопла, обеспечивая улучшение физико-механических свойств покрытия.The basis of the invention is the task of improving the device for electric arc metallization, by establishing the appropriate relationships between the geometric parameters of the device, which allows to increase the length of the initial portion of the stream of metal-air flow with a cross-sectional area equal to the cross-sectional area of the inlet nozzle, providing improved physical and mechanical properties of the coating.
Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве для электродуговой металлизации, содержащем сопло, имеющее входной цилиндрический участок и выходной участок, который состоит из двух цилиндрических сопел равного диаметра, оси которых параллельны оси сопла, два электрода в виде проволок, которые направлены под углом к точке схождения электродов, расположенной на оси сопла за срезом его выходного участка, и токоподводы, согласно изобретению по внутренней поверхности каждого из цилиндрических сопел выполнены винтовые ребра, высота которых определена из соотношения h≤0,0264Dвх, где h - высота винтового ребра, Dвx - диаметр входного участка сопла, диаметр каждого из цилиндрических сопел определен из соотношения 0,447Dвх ≤ d ≤ 0,500Dвх, где d - диаметр каждого из цилиндрических сопел, Dвx - диаметр входного участка сопла, оси цилиндрических сопел расположены друг друг относительно на расстоянии 1/2 диаметра входного участка сопла, при этом точка схождения электродов расположена на расстоянии, которое определено из соотношения 1,75Dвх<l<l,80Dвx, где l - расстояние от среза выходного участка сопла до точки схождения электродов, Dвx - диаметр входного участка сопла, а угол α схождения электродов выбран из интервала 43,5°<α<55,0°. Кроме того, входной участок сопла выполнен длиной не менее двух диаметров его входного участка.This object is achieved in that in the known device for electric arc metallization, containing a nozzle having an inlet cylindrical section and an outlet section, which consists of two cylindrical nozzles of equal diameter, the axes of which are parallel to the axis of the nozzle, two electrodes in the form of wires that are directed at an angle to the point of convergence of the electrodes located on the axis of the nozzle behind the cut of its output section, and the current leads, according to the invention, screw ribs are made on the inner surface of each of the cylindrical nozzles a, the height of which is determined from the relation h≤0,0264D in , where h is the height of the screw rib, D inx is the diameter of the inlet section of the nozzle, the diameter of each of the cylindrical nozzles is determined from the ratio of 0,447D in ≤ d ≤ 0,500D in , where d - the diameter of each of the cylindrical nozzles, D Bx is the diameter of the inlet section of the nozzle, the axis of the cylindrical nozzles are located relative to each other at a distance of 1/2 the diameter of the inlet section of the nozzle, while the point of convergence of the electrodes is located at a distance determined from the ratio of 1.75D in <l <l, 80D Bx, where l - the distance from the edge of O -stand section of the nozzle to the point of convergence of the electrodes, D Bx - diameter of the inlet portion of the nozzle, and the angle α of convergence of the electrodes is selected from the range of 43.5 ° <α <55.0 °. In addition, the inlet section of the nozzle is made with a length of at least two diameters of its inlet section.
Выполнение по внутренней поверхности цилиндрических сопел винтовых ребер и установление соответствующих зависимостей между геометрическими параметрами устройства создает искусственную турбулизацию пограничного слоя струи сжатого воздуха в сопле. Наличие турбулентных пульсаций приводит к интенсивному обмену энергией между пограничным слоем струи сжатого воздуха из сопла и потоком воздуха из окружающей среды. Кинетическая энергия сжатого воздуха, как и образовавшегося металловоздушного потока в пограничном слое увеличивается, следовательно, уменьшается сопротивление движению ядра струи металловоздушного потока, что обеспечивает увеличение длины начального участка струи металловоздушного потока с площадью сечения, равной площади сечения входного сопла, до 10Dвx (Dвx - диаметр входного участка сопла). В результате повышаются физико-механические свойства покрытия.Performing screw ribs on the inner surface of the cylindrical nozzles and establishing the appropriate relationships between the geometric parameters of the device creates an artificial turbulization of the boundary layer of a stream of compressed air in the nozzle. The presence of turbulent pulsations leads to an intensive exchange of energy between the boundary layer of a stream of compressed air from a nozzle and the flow of air from the environment. The kinetic energy of compressed air, as well as the formed metal-air flow in the boundary layer, increases, therefore, the resistance to movement of the core of the metal-air stream jet decreases, which ensures an increase in the length of the initial section of the metal-air stream stream with a cross-sectional area equal to the cross-sectional area of the inlet nozzle to 10D in (D inx - diameter of the inlet section of the nozzle). As a result, the physicomechanical properties of the coating increase.
Если взаимосвязь между геометрическими параметрами устройства будет определяться из следующих соотношений: h>0,0264Dвx; 0,447Dвx>d>0,500Dвx; 1,75Dвх>l>l,80Dвx; 43,5°>α>55,0°, это приведет к увеличению сопротивления струи металловоздушного потока воздуху из окружающей среды. Соответственно, уменьшится скорость распыляемых частиц, увеличится угол раскрытия струи потока и уменьшится длина начального участка струи металловоздушного потока с площадью сечения, равной площади сечения входного участка сопла. Увеличится размер распыляемых частиц, а значит, и пористость покрытия, то есть ухудшаются физико-механические свойства покрытия.If the relationship between the geometric parameters of the device will be determined from the following relationships: h> 0.0264D in ; 0.447D in >d> 0.500D in ; 1.75D in >l> l, 80D in ; 43.5 °>α> 55.0 °, this will lead to an increase in the resistance of the metal-air stream stream to air from the environment. Accordingly, the speed of the sprayed particles will decrease, the opening angle of the stream will increase, and the length of the initial section of the metal-air stream stream with a cross-sectional area equal to the cross-sectional area of the inlet nozzle will decrease. The size of the sprayed particles will increase, and hence the porosity of the coating, that is, the physical and mechanical properties of the coating will deteriorate.
На фиг.1 схематично изображено заявляемое устройство, вид сверху; на фиг.2 - то же, вид А на фиг.1.Figure 1 schematically shows the inventive device, a top view; figure 2 is the same, view a in figure 1.
Устройство для электродуговой металлизации содержит два электрода 1 в виде проволок, направляемых токоподводами 2 до их точки схождения с помощью узла регулировки 3 подачи электродов 1, установленного на токоподводах 2. В центре устройства по его оси установлено сопло, имеющее соответственно входной и выходной участки 4 и 5. Выходной участок сопла 5 состоит из двух цилиндрических сопел 6 равного диаметра. Оси цилиндрических сопел 6 параллельны оси входного участка сопла 4 и расположены относительно друга друга на расстоянии 1/2 диаметра входного участка сопла 4. По внутренней поверхности цилиндрических сопел 6 выполнены винтовые ребра 7, высота которых определена из соотношения h≤0,0264Dвх. Диаметр цилиндрических сопел определен из соотношения 0,447Dвx ≤ d ≤ 0,500Dвx, где Dвх - диаметр входного участка сопла 4. Точка схождения электродов 1 расположена в горизонтальной плоскости по оси входного участка сопла 4 за срезом его выходного участка 5 на расстоянии, которое связано с диаметром входного участка сопла 4 соотношением 1,75Dвх<l<1,80Dвx.The device for electric arc metallization contains two electrodes 1 in the form of wires guided by current leads 2 to their point of convergence using the adjustment unit 3 of the electrode supply 1 mounted on
Угол схождения α электродов 1 выбирают из интервала 43,5°<α<55,0°.The convergence angle α of the electrodes 1 is selected from the interval 43.5 ° <α <55.0 °.
Кроме того, входной участок сопла 4 выполнен с длиной не менее двух диаметров его входного участка.In addition, the inlet section of the nozzle 4 is made with a length of at least two diameters of its inlet section.
Устройство для электродуговой металлизации работает следующим образом.A device for electric arc metallization works as follows.
Оператор с помощью узла регулировки 3 подачи электродов 1 устанавливает угол α схождения электродов 1, исходя из условия 43,5°<α<55,0°. Затем проверяет положение точки схождения электродов 1, чтобы она находилась в горизонтальной плоскости по оси входного участка сопла 4 за срезом его выходного участка 5. Расстояние от точки схождения электродов 1 до среза выходного участка сопла 5 выбирается исходя из условия 1,75Dвx<l<1,80Dвx. Далее включают подачу сжатого воздуха, подают напряжение на токоподводы 2 и подают электроды 1. Зажигается дуга. Сжатый воздух, проходя по цилиндрическим соплам 6 выходного участка сопла 5, создает турбулентные пульсации пограничного слоя струи. Наличие турбулентных пульсаций приводит к интенсивному обмену энергией между пограничным слоем сжатого воздуха из сопла и потоком воздуха из окружающей среды. Сформированная струя сжатого воздуха диспергирует расплавленный электрической дугой металл электродов 1 и формирует струю металловоздушного потока, кинетическая энергия которого в пограничном слое увеличивается. Таким образом, уменьшается сопротивление движению ядра струи металловоздушного потока, увеличивается длина начального участка струи металловоздушного потока с площадью сечения, равной площади сечения входного сопла, и углом раскрытия струи 7-9°. Металловоздушный поток со скоростью частиц 100-150 м/с и величиной их диспергирования менее 50 мкм осаждается на изделии и образует покрытие с пористостью 3-4%.The operator using the adjustment unit 3 of the supply of electrodes 1 sets the angle α of convergence of the electrodes 1, based on the condition 43.5 ° <α <55.0 °. Then it checks the position of the convergence point of the electrodes 1 so that it is in a horizontal plane along the axis of the input section of the nozzle 4 behind the cut of its output section 5. The distance from the convergence point of the electrodes 1 to the cut of the output section of the nozzle 5 is selected based on the condition 1.75D x <l < 1.80D in . Next, turn on the supply of compressed air, apply voltage to
В лучшем варианте осуществления изобретения электродуговое напыление проводили на базе электродугового металлизатора ЭМ-17. Для оценки физико-механических свойств покрытия были выбраны следующие показатели: пористость покрытия, прочность покрытия на сцепление (адгезия), прочность покрытия на разрыв (когезия), которая определялась штифтовым методом.In the best embodiment of the invention, electric arc spraying was carried out on the basis of the electric arc metallizer EM-17. To assess the physicomechanical properties of the coating, the following indicators were chosen: coating porosity, adhesion of the coating (adhesion), tensile strength of the coating (cohesion), which was determined by the pin method.
Напыление проводилось при следующих режимах: ток - 190 А, напряжение - 29 В, дистанция напыления - 190 мм, давление сжатого воздуха - 0,7 МПа. Геометрические параметры заявляемого устройства:The spraying was carried out under the following conditions: current - 190 A, voltage - 29 V, spraying distance - 190 mm, compressed air pressure - 0.7 MPa. The geometric parameters of the claimed device:
диаметр входного участка сопла (Dвx) - 10 мм,the diameter of the inlet section of the nozzle (D inx ) - 10 mm,
диаметр каждого из цилиндрических сопел выходного участка (d) - 4,475 мм,the diameter of each of the cylindrical nozzles of the output section (d) is 4.475 mm,
высота винтовых ребер (h) - 0,256 мм,the height of the screw ribs (h) - 0.256 mm,
расстояние от среза выходного участка сопла до точки схождения электродов (l) - 17,8 мм,the distance from the cut of the exit section of the nozzle to the point of convergence of the electrodes (l) - 17.8 mm,
угол схождения электродов (α) - 53,5°.the angle of convergence of the electrodes (α) - 53.5 °.
В процессе напыления была сформирована струя металловоздушного потока со следующими параметрами: длина начального участка струи 80 мм при площади сечения металловоздушного потока и площади сечения входного сопла, равной 78,5 мм2;In the process of spraying, a metal-air stream stream was formed with the following parameters: the length of the initial section of the stream was 80 mm with a cross-sectional area of the metal-air stream and a cross-sectional area of the inlet nozzle equal to 78.5 mm 2 ;
угол раскрытия факела распыла частиц на начальном участке струи потока - 7-9°;the opening angle of the particle spray torch in the initial section of the stream stream is 7–9 °;
величина диспергирования частиц металла - 30 мкм.the dispersion of metal particles is 30 microns.
В результате напыления на изделии образовалось покрытие со следующими характеристиками: пористость - 3%; когезия - 290 МПа; адгезия - 32 МПа.As a result of spraying, a coating formed on the product with the following characteristics: porosity - 3%; cohesion - 290 MPa; adhesion - 32 MPa.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2002010349A UA50451C2 (en) | 2002-01-14 | 2002-01-14 | Arc metal spraying device |
| UA2002010349 | 2002-01-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002106883A RU2002106883A (en) | 2003-09-10 |
| RU2228799C2 true RU2228799C2 (en) | 2004-05-20 |
Family
ID=74551403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002106883/12A RU2228799C2 (en) | 2002-01-14 | 2002-03-19 | Apparatus for electric arc plating |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2228799C2 (en) |
| UA (1) | UA50451C2 (en) |
-
2002
- 2002-01-14 UA UA2002010349A patent/UA50451C2/en unknown
- 2002-03-19 RU RU2002106883/12A patent/RU2228799C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| UA50451C2 (en) | 2005-01-17 |
| UA50451A (en) | 2002-10-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4541460B2 (en) | Arc spraying device and gas cap for arc spraying device | |
| US3304402A (en) | Plasma flame powder spray gun | |
| US4765539A (en) | Electrostatic spraying apparatus | |
| US4866240A (en) | Nozzle for plasma torch and method for introducing powder into the plasma plume of a plasma torch | |
| EP2654966B2 (en) | Improved thermal spray method and apparatus using plasma transferred wire arc | |
| US6372298B1 (en) | High deposition rate thermal spray using plasma transferred wire arc | |
| JPS63277747A (en) | Plasma spraying method and plasma arc torch | |
| EP0949036A3 (en) | Arc thermal spray gun extension and gas jet member therefor | |
| DE4030541C2 (en) | Burner for coating base materials with powdered filler materials | |
| US7240861B2 (en) | Method and apparatus for dispensing paint powders for powder coatings | |
| KR20160042898A (en) | Sprayer for a liquid coating product and spraying facility comprising such a sprayer | |
| TWI598465B (en) | Atmospheric-pressure plasma coating device | |
| RU2228799C2 (en) | Apparatus for electric arc plating | |
| NO173373B (en) | DEVICE FOR POWDER SPRAYTE | |
| RU2687905C1 (en) | Electric arc metalliser "dragon" | |
| RU18654U1 (en) | ELECTRIC ARC METALIZER SPRAY HEAD | |
| Watanabe et al. | Voltage and current fluctuations in wire arc spraying as indications for coating properties | |
| DE10119288B4 (en) | Method and device for gas-dynamic coating of surfaces by means of sound nozzles | |
| RU2191637C2 (en) | Spray head for electric-arc metallizator | |
| WO2019048431A1 (en) | Device and method for electric arc wire spraying | |
| RU2186632C2 (en) | Arc metallization unit | |
| SU1291216A1 (en) | Apparatus for electric arc deposition of metal coating | |
| US11919026B1 (en) | System, apparatus, and method for deflected thermal spraying | |
| SU990322A1 (en) | Electric metallizer spraying head | |
| KR20240019167A (en) | Atmospheric pressure plasma jet generating device for surface treatment of workpieces |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040320 |