RU2503745C2 - Device for gas dynamic deposition of coating on part inner cylindrical surface - Google Patents

Device for gas dynamic deposition of coating on part inner cylindrical surface Download PDF

Info

Publication number
RU2503745C2
RU2503745C2 RU2012112719/02A RU2012112719A RU2503745C2 RU 2503745 C2 RU2503745 C2 RU 2503745C2 RU 2012112719/02 A RU2012112719/02 A RU 2012112719/02A RU 2012112719 A RU2012112719 A RU 2012112719A RU 2503745 C2 RU2503745 C2 RU 2503745C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nozzle
radial
supersonic
prechamber
diameter
Prior art date
Application number
RU2012112719/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012112719A (en
Inventor
Владимир Федорович Косарев
Сергей Владимирович Клинков
Виктор Нестерович Зайковский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН (ИТПМ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН (ИТПМ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН (ИТПМ СО РАН)
Priority to RU2012112719/02A priority Critical patent/RU2503745C2/en
Publication of RU2012112719A publication Critical patent/RU2012112719A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2503745C2 publication Critical patent/RU2503745C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Nozzles (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: proposed device comprises feeder-proportioner, system to feed working gas and powder particles into prechamber, replaceable radial supersonic nozzle, device drive and isolating chamber with suction system. Nozzle edge diameter is selected on the basis of the following relationship: dex=din-21ns., where din is part hole diameter, lns is distance from nozzle edge to spayed surface making (1-10)δex; δex is transverse size of radial nozzle supersonic channel part at the edge. Nozzle ID is selected proceeding from:
Figure 00000017
where δcr is transverse size of radial nozzle supersonic channel part at nozzle throat. Note here that note here that said device allows feeding the working gas into prechamber via tangential or radial channels and powder via radial channels.
EFFECT: higher quality of coating, simplified design, expanded applications.
7 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для нанесения покрытий методом холодного газодинамического напыления на внутренние цилиндрические поверхности изделий и может быть использовано в машиностроении, авиакосмической технике, в автомобильной промышленности, энергетике, строительстве, нефтегазовой промышленности и других областях хозяйства.The invention relates to equipment for coating by the method of cold gas-dynamic spraying on the inner cylindrical surfaces of products and can be used in mechanical engineering, aerospace engineering, in the automotive industry, energy, construction, oil and gas industry and other fields of economy.

Известна установка для нанесения покрытий внутри трубы (патент РФ №2075535, МПК C23C 4/16, 1997 г.), в которой узел напыления, состоящий из сверхзвукового сопла, форкамеры и подогревателя газа смонтирован в подвижной полой штанге, связан пневмопроводом с питателем порошка и пультом управления, установленным на каретке устройства перемещения. Захватно-поворотный механизм, соединяющий напыляемую трубу с изолирующей камерой и системой отсоса, образует пылеизолирующий канал, позволяющий собрать и повторно использовать избыток порошка.A known installation for coating inside a pipe (RF patent No. 2075535, IPC C23C 4/16, 1997), in which the spraying unit, consisting of a supersonic nozzle, a prechamber and a gas heater is mounted in a movable hollow rod, is connected by a pneumatic conduit to the powder feeder and remote control mounted on the carriage of the moving device. The gripping and rotating mechanism connecting the sprayed pipe to the insulating chamber and the suction system forms a dust-proof channel, which allows collecting and reusing excess powder.

Недостатком данного устройства является то, что для получения сплошного слоя покрытия внутри трубы, ее необходимо вращать. При этом получается винтообразная дорожка напыления и чтобы получить сплошное покрытие необходимо перекрытие дорожек напыления. Это приводит к тому, что трудно получить равномерность толщины покрытия вдоль оси трубы.The disadvantage of this device is that to obtain a continuous coating layer inside the pipe, it must be rotated. In this case, a spiral-shaped spraying path is obtained, and in order to obtain a continuous coating, overlapping of the spraying paths is necessary. This leads to the fact that it is difficult to obtain a uniform coating thickness along the axis of the pipe.

Известно также устройство для нанесения на внутренние поверхности изделий (патент РФ №2222639, МПК B05B 7/14, 1999). Устройство содержит бункер для порошковой смеси с питателем-дозатором, камерой смешения, системы подачи рабочего газа в камеру смешения и питатель-дозатор, сообщенные с источником рабочего газа, а также распыливающую головку с кольцевым коллектором, кольцевым сверхзвуковым соплом, поворотным устройством, которое выполнено кольцевым, осесимметричным относительно центральной оси распыливающей головки, при этом оно расположено в корпусе распыливающей головки, сопряжено и сообщено с кольцевым сверхзвуковым соплом, а ось кольцевого поворотного устройства, являясь продолжением оси кольцевого сверхзвукового сопла, расположена по отношению к ней под углом 90±5°, а выходное сечение кольцевого поворотного устройства обращено в сторону, противоположную центральной оси распыливающей головки.A device for applying onto the inner surfaces of products is also known (RF patent No. 2222639, IPC B05B 7/14, 1999). The device comprises a powder hopper with a metering feeder, a mixing chamber, a working gas supply system to the mixing chamber and a metering feeder in communication with the working gas source, as well as a spray head with an annular collector, an annular supersonic nozzle, and a rotary device that is made annular axisymmetric with respect to the central axis of the spray head, while it is located in the housing of the spray head, is interfaced and communicated with the annular supersonic nozzle, and the axis of the annular rotation of the other device, being a continuation of the axis of the annular supersonic nozzle, is located relative to it at an angle of 90 ± 5 °, and the output section of the annular rotary device is turned to the side opposite to the central axis of the spray head.

Недостатком данного устройства является то, что напыляемые частицы приобретают необходимые скорость и температуру в кольцевом сверхзвуковом сопле, а затем в кольцевом поворотном устройстве разворачиваются на 90±5°. При этом частицы неизбежно сталкиваются с поверхностью поворотного устройства, что приводит к потере их скорости. Кроме того, поверхность поворотного устройства в области столкновения с частицами будет эрозионно изнашиваться и, соответственно, изменится форма канала, что приведет к изменению параметров истечения и, как следствие, условий напыления. К этим же последствиям может приводить и обратный эрозионному процесс - осаждение напыляемых частиц на поверхности поворотного устройства. Кроме того, к недостатку данного устройства можно отнести то, что оно не унифицировано - напылительная головка предназначена для нанесения покрытия только на узкий диапазон внутреннего диаметра трубы. При его значительном изменении необходима другая напылительная головка.The disadvantage of this device is that the sprayed particles acquire the necessary speed and temperature in the annular supersonic nozzle, and then in the annular rotary device rotate 90 ± 5 °. In this case, the particles inevitably collide with the surface of the rotary device, which leads to a loss of their speed. In addition, the surface of the rotary device in the area of collision with particles will wear out erosively and, accordingly, the shape of the channel will change, which will lead to a change in the flow parameters and, as a consequence, the spraying conditions. The reverse erosion process can also lead to the same consequences - deposition of sprayed particles on the surface of a rotary device. In addition, the disadvantage of this device can be attributed to the fact that it is not unified - the spray head is designed for coating only a narrow range of the inner diameter of the pipe. With its significant change, another spray head is needed.

За прототип выбрано устройство для нанесения покрытий из порошковых материалов, содержащее питатель-дозатор, систему подачи газа и частиц, сверхзвуковое сопло и промежуточное сопло, отличающееся тем, что оно снабжено профилированным центральным телом, расположенным на выходе сверхзвуковой части сопл по их оси, а промежуточное сопло размещено по оси сверхзвукового сопла в области критического сечения последнего (патент РФ №2087207, МПК B05B 7/14, 1997 г.).The prototype of the selected device for coating of powder materials containing a feeder-dispenser, a gas and particle supply system, a supersonic nozzle and an intermediate nozzle, characterized in that it is provided with a profiled central body located at the supersonic part of the nozzles at the outlet along their axis, and an intermediate the nozzle is placed along the axis of the supersonic nozzle in the region of the critical section of the latter (RF patent No. 2087207, IPC B05B 7/14, 1997).

Недостатком данного устройства является то, что также как и в предыдущем устройстве, напыляемые частицы необходимо развернуть на 90±5°. Разворот происходит в сверхзвуковой части сопла, где частицы уже приобрели высокую скорость. Поэтому частицы неизбежно сталкиваются с поверхностью центрального тела, что приводит к потере их скорости. Кроме того, поверхность центрального тела в области столкновения с частицами будет эрозионно изнашиваться и, соответственно, изменится форма сверхзвуковой части сопла, что приведет и изменению параметров истечения и, как следствие, условий напыления. К этим же последствиям может приводить и обратный эрозионному процесс - осаждение напыляемых частиц на поверхности центрального тела. Это устройство, также как и предыдущее не унифицировано - при значительном изменении внутреннего диаметра трубы необходимо изготавливать новое устройство.The disadvantage of this device is that, as well as in the previous device, the sprayed particles must be rotated 90 ± 5 °. The turn takes place in the supersonic part of the nozzle, where the particles have already acquired high speed. Therefore, particles inevitably collide with the surface of the central body, which leads to a loss of their speed. In addition, the surface of the central body in the area of collision with particles will wear out erosively and, accordingly, the shape of the supersonic part of the nozzle will change, which will lead to a change in the outflow parameters and, as a consequence, the spraying conditions. The reverse erosion process can also lead to the same consequences - the deposition of sprayed particles on the surface of the central body. This device, as well as the previous one, is not unified - with a significant change in the inner diameter of the pipe, it is necessary to manufacture a new device.

Задачей изобретения является повышение качества покрытий на внутреннюю цилиндрическую поверхность изделий, упрощение (изготовления) устройства газодинамического напыления покрытий, унификация для различных типоразмеров обрабатываемых изделий.The objective of the invention is to improve the quality of coatings on the inner cylindrical surface of products, simplifying (manufacturing) a device for gas-dynamic spraying of coatings, unification for various sizes of processed products.

Поставленная задача решается благодаря тому, что устройство газодинамического нанесения покрытий на внутренние цилиндрические поверхности изделий, содержит питатель - дозатор, систему подачи рабочего газа и частиц порошка в форкамеру, сверхзвуковое сопло и средство перемещения устройства внутри изделия, а также изолирующую камеру с системой отсоса, согласно изобретению радиальное сверхзвуковое сопло выполнено сменным, размеры которого зависят от внутреннего диаметра обрабатываемого изделия, при этом диаметр сопла на срезе выбирают из соотношения: dex=din-2lns,The problem is solved due to the fact that the device for gas-dynamic coating on the inner cylindrical surfaces of products contains a feeder-dispenser, a system for supplying working gas and powder particles to the prechamber, a supersonic nozzle and means for moving the device inside the product, as well as an insulating chamber with a suction system, according to According to the invention, the radial supersonic nozzle is made replaceable, the dimensions of which depend on the inner diameter of the workpiece, while the diameter of the nozzle at the cut from the relation: d ex = d in -2l ns ,

гдеWhere

din - внутренний диаметр напыляемой трубы;d in - inner diameter of the sprayed pipe;

lns - расстояние от среза сопла до напыляемой поверхности, выбираемое в пределах (1-10)δex;l ns is the distance from the nozzle exit to the sprayed surface, selected in the range (1-10) δ ex ;

δex - поперечный размер канала сверхзвуковой части радиального сопла на срезе, выбираемый из требуемой производительности устройства,δ ex - the transverse channel size of the supersonic part of the radial nozzle at the cut, selected from the required performance of the device,

а внутренний диаметр радиального сверхзвукового сопла, определяющий площадь критического сечения сопла, из соотношения:

Figure 00000001
, причем поперечный размер канала сверхзвуковой части выполнен регулируемым и может быть постоянным или переменным по радиусу, а поверхность, равноотстоящая от внутренних стенок радиального сопла расположена под углом αn=60-90° к внутренней цилиндрической поверхности изделия. Система подачи рабочего газа в форкамеру осуществляется через тангенциальные или радиальные каналы, а подача порошка через радиальные каналы, расположенные на расстоянии lp=(0-10)dpr от поверхности, равноотстоящей от внутренних стенок радиального сопла.and the inner diameter of the radial supersonic nozzle, which determines the critical section area of the nozzle, from the ratio:
Figure 00000001
moreover, the transverse size of the channel of the supersonic part is made adjustable and can be constant or variable in radius, and the surface equally spaced from the inner walls of the radial nozzle is located at an angle α n = 60-90 ° to the inner cylindrical surface of the product. The system for supplying working gas to the prechamber is carried out through tangential or radial channels, and the powder is fed through radial channels located at a distance l p = (0-10) d pr from the surface equally spaced from the inner walls of the radial nozzle.

На фиг.1 изображено устройство газодинамического напыления с постоянным поперечным размером канала сверхзвуковой части радиального сопла δn, на фиг.2a - генератор потока тангенциальный, 2b - генератор потока радиальный; на фиг.3 изображено устройство газодинамического напыления в разрезе с переменным поперечным размером канала сверхзвуковой части радиального сопла - расширяющимся; на фиг.4 изображено устройство газодинамического напыления в разрезе с переменным поперечным размером канала сверхзвуковой части радиального сопла - сужающимся; на фиг.5 - сопло, с поверхностью, равноотстоящей от внутренних стенок радиального сопла, расположенной под углом к внутренней цилиндрической поверхности изделия отличном от 90°; на фиг.6 - график области разрешенных значений поперечного размера канала сверхзвуковой части радиального сопла в критическом сечении δcr - заштрихованная область; на фиг.7 - показан образец, полученный при использовании радиального сопла.Figure 1 shows a gas-dynamic spraying device with a constant transverse channel size of the supersonic part of the radial nozzle δ n , figure 2a - tangential flow generator, 2b - radial flow generator; figure 3 shows the gas-dynamic spraying device in the context with a variable transverse channel size of the supersonic part of the radial nozzle is expanding; figure 4 shows a gas-dynamic spraying device in the context with a variable transverse channel size of the supersonic part of the radial nozzle - tapering; figure 5 - nozzle, with a surface equally spaced from the inner walls of the radial nozzle, located at an angle to the inner cylindrical surface of the product other than 90 °; Fig.6 is a graph of the region of allowed values of the transverse channel size of the supersonic part of the radial nozzle in the critical section δ cr is the shaded area; 7 - shows a sample obtained using a radial nozzle.

Устройство газодинамического нанесения покрытий на внутренние цилиндрические поверхности изделий, содержит корпус 1, систему подачи рабочего газа 2 и частиц порошка 3 в корпус 1, генератор 4 закрученного (I) или радиального (II) потоков с тангенсальными (a) или радиальными (b) отверстиями 5 подачи рабочего газа, радиальные отверстия 6 подачи порошка, форкамеру 7, радиальное сверхзвуковое сопло, состоящее из неподвижной 8 и подвижной 9 частей, средство продольного перемещения устройства внутри изделия (на чертеже не показано). Изолирующая камера с системой отсоса также не показана. Радиальное сверхзвуковое сопло выполнено сменным, размеры которого зависят от внутреннего диаметра обрабатываемого изделия 10 (трубы). Диаметр сопла на срезе выбирают из соотношения:The device for gas-dynamic coating on the inner cylindrical surfaces of products, comprises a housing 1, a system for supplying a working gas 2 and powder particles 3 to a housing 1, a generator 4 of swirling (I) or radial (II) flows with tangential (a) or radial (b) holes 5 working gas supply, radial holes 6 of the powder supply, prechamber 7, a radial supersonic nozzle, consisting of a fixed 8 and a moving 9 parts, means for longitudinal movement of the device inside the product (not shown). An isolation chamber with a suction system is also not shown. The radial supersonic nozzle is made replaceable, the dimensions of which depend on the inner diameter of the workpiece 10 (pipe). The diameter of the nozzle at the cut is chosen from the ratio:

dex=din-2lns,d ex = d in -2l ns ,

гдеWhere

din - внутренний диаметр напыляемой трубы;d in - inner diameter of the sprayed pipe;

lns - расстояние от среза сопла до напыляемой поверхности, выбираемое в пределах (1-10)δex;l ns is the distance from the nozzle exit to the sprayed surface, selected in the range (1-10) δ ex ;

δex - поперечный размер канала сверхзвуковой части радиального сопла на срезе, выбираемый из требуемой производительности устройства.δ ex - the transverse channel size of the supersonic part of the radial nozzle at the cut, selected from the required performance of the device.

Внутренний диаметр радиального сверхзвукового сопла, определяющий площадь критического сечения сопла определяют из соотношения:The inner diameter of the radial supersonic nozzle, which determines the critical section area of the nozzle, is determined from the relation:

Figure 00000001
.
Figure 00000001
.

Радиальное сопло выполнено с возможностью регулирования поперечного размера канала сверхзвуковой части радиального сопла, выбираемого из требуемой производительности, за счет перемещения подвижной части 9 сопла по резьбе 14, и может быть постоянной или переменной по радиусу, это обеспечивает унификацию устройства в более широком диапазоне типоразмеров напыляемых изделий (труб). Поверхность, равноотстоящей от внутренних стенок радиального сопла, расположена под углом αn=60-90° к внутренней цилиндрической поверхности изделия. Изменение угла наклона αn обусловлена расширением функциональных возможностей устройства, а именно, позволяет наносить покрытия на всю цилиндрическую поверхность глухих отверстий (см. фиг.5).The radial nozzle is configured to control the transverse channel size of the supersonic part of the radial nozzle, selected from the required performance, by moving the movable part 9 of the nozzle along the thread 14, and can be constant or variable in radius, this ensures unification of the device in a wider range of sizes of sprayed products (pipes). The surface equidistant from the inner walls of the radial nozzle is located at an angle α n = 60-90 ° to the inner cylindrical surface of the product. The change in the angle of inclination α n due to the expansion of the functionality of the device, namely, allows you to apply coatings to the entire cylindrical surface of the blind holes (see figure 5).

Система подачи рабочего газа в форкамеру может осуществляться через тангенциальные или радиальные каналы, что обеспечивает варьирование параметров напыления. В частности, при тангенциальном вводе улучшается равномерность перемешивания газопорошковой смеси, меняются траектории напыляемых частиц внутри сверхзвукового сопла, что может привести к улучшению качества напыляемых покрытий.The system for supplying working gas to the prechamber can be carried out through tangential or radial channels, which ensures variation of the spraying parameters. In particular, with tangential injection, the uniformity of mixing of the gas-powder mixture is improved, the trajectories of the sprayed particles inside the supersonic nozzle change, which can lead to an improvement in the quality of the sprayed coatings.

Подача порошка осуществляется через радиальные каналы, расположенные на расстоянии lp=(0-10)dpr от поверхности, равноотстоящей от внутренних стенок радиального сопла, что обеспечивает варьирование температуры напыляемых частиц. В частности, частицы с низкой температурой плавления необходимо вводить в окрестности критического сечения сопла, а с более высокой - на значительном расстоянии, чтобы при движении в форкамере они смогли прогреться до необходимой для оптимального напыления температуры.The powder is supplied through radial channels located at a distance l p = (0-10) d pr from the surface equally spaced from the inner walls of the radial nozzle, which ensures a variation in the temperature of the sprayed particles. In particular, particles with a low melting point must be introduced in the vicinity of the critical section of the nozzle, and with a higher one, at a considerable distance, so that when moving in the prechamber they can warm up to the temperature necessary for optimal spraying.

Устройство газодинамического напыления на внутренние поверхности изделия работает следующим образом.The gas-dynamic spraying device on the inner surface of the product operates as follows.

Рабочий газ, имеющий заданную температуру и давление, поступает из нагревателя газа в корпус соплового узла 1, далее в генератор 4 закрученного (I) или радиального (II) потоков и через тангенциальные (a) или радиальные (b) отверстия 5 в форкамеру 7 неподвижной части 8 радиального сопла. Газопорошковая смесь из дозатора порошка через радиальные отверстия 6 также поступает в форкамеру 7 неподвижной части 8 сопла. Далее вся смесь перед критическим сечением подвижной части 9 сверхзвукового сопла разворачивается и ускоряется в сверхзвуковой части сопла, двигающегося относительно изделия 10 (трубы) с заданной скоростью νs, приобретает необходимые для напыления параметры и при высокоскоростном натекании на внутреннюю поверхность изделия (трубы) образует покрытие 11.The working gas having a predetermined temperature and pressure is supplied from the gas heater to the nozzle assembly 1 body, then to the generator 4 of swirling (I) or radial (II) flows and through tangential (a) or radial (b) holes 5 in the fixed chamber 7 parts 8 of the radial nozzle. The gas-powder mixture from the powder dispenser through the radial holes 6 also enters the prechamber 7 of the fixed part 8 of the nozzle. Further, the entire mixture, before the critical section of the movable part 9 of the supersonic nozzle, unfolds and accelerates in the supersonic part of the nozzle moving relative to the article 10 (pipe) with a given speed ν s , acquires the parameters necessary for spraying and forms a coating when it flows high-speed onto the inner surface of the article (pipe) eleven.

Чтобы сменить сопло, необходимо свинтить контргайку 12, снять подвижную часть сопла и по резьбе 13 открутить неподвижную часть 8 сопла. Далее в обратном порядке по резьбе на корпусе устанавливают неподвижную часть 8 сопла, с необходимым зазором, обеспечивающим требуемую толщину сверхзвуковой части сопла, устанавливают подвижную часть 9 сопла и фиксируют контргайкой.To change the nozzle, it is necessary to unscrew the lock nut 12, remove the movable part of the nozzle and unscrew the fixed part 8 of the nozzle by thread 13. Then, in the reverse order by threading, the fixed nozzle part 8 is mounted on the casing, with the necessary clearance providing the required thickness of the supersonic nozzle part, the movable nozzle part 9 is installed and fixed with a lock nut.

Поперечный размер канала сверхзвуковой части радиального сопла на срезе выбирается из существующей производительности источника сжатого газа и требуемой толщины покрытия за один проход. Если мы имеем источник сжатого газа, обеспечивающего его расход Gcom с давлением p0, поперечный размер канала сверхзвуковой части радиального сопла в критическом сечении δcr определяется из условия, что расход газа через сопло

Figure 00000002
меньше производительности источника сжатого газа, выражением (для воздуха):The transverse channel size of the supersonic part of the radial nozzle at the cut is selected from the existing capacity of the compressed gas source and the required coating thickness in one pass. If we have a source of compressed gas providing its flow rate G com with pressure p 0 , the transverse channel size of the supersonic part of the radial nozzle in the critical section δ cr is determined from the condition that the gas flow through the nozzle
Figure 00000002
less than the productivity of the source of compressed gas, the expression (for air):

Figure 00000003
Figure 00000003

где T0 - температура газа в форкамере, p0 - давление газа в форкамере.where T 0 is the gas temperature in the prechamber, p 0 is the gas pressure in the prechamber.

Например, при производительности источника сжатого газа 2 м3/мин, что соответствует примерно 0,04 кг/с, температуре газа в форкамере 500 K и давлении 1,5 МПа поперечный размер канала сверхзвуковой части сопла в критическом сечении должна быть не более 0,5 мм при диаметре критического сечения 10 мм и не более 0,25 мм при 20 мм, соответственно.For example, with a compressed gas source capacity of 2 m 3 / min, which corresponds to approximately 0.04 kg / s, a gas temperature in the prechamber of 500 K and a pressure of 1.5 MPa, the transverse channel size of the supersonic part of the nozzle in the critical section should be no more than 0, 5 mm with a critical section diameter of 10 mm and not more than 0.25 mm at 20 mm, respectively.

Кроме того, площадь критического сечения сопла должна быть меньше площади сечения форкамеры (примем как минимум в два раза). Это условие может быть записано как:In addition, the critical sectional area of the nozzle should be less than the sectional area of the prechamber (at least twice). This condition can be written as:

Figure 00000004
Figure 00000004

Естественно, ограничивать сверху поперечный размер канала сопла в критическом сечении будет более "жесткое" из условий (1) и (2).Naturally, limiting from above the transverse size of the nozzle channel in the critical section will be more “rigid” from conditions (1) and (2).

С другой стороны, требование напылить за один проход покрытие толщиной δc1 приводит нас к условиюOn the other hand, the requirement to spray a coating of thickness δ c1 in one pass leads us to the condition

Figure 00000005
Figure 00000005

где δc1 - толщина покрытия за один проход соплового узла, ρс - плотность покрытия, kd - коэффициент напыления.where δ c1 is the coating thickness in one pass of the nozzle assembly, ρ c is the coating density, and k d is the deposition coefficient.

Зависимости

Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000008
показаны на фиг.6. Они рассчитаны при следующих значениях входящих в них параметров: Gcom=0,04 кг/с, T0=500 K, p0=1,5·106 МПа, dcr=20·10-3 м, dcr=5·10-3 м, νs=5·10-2 м/с, din=80·10-3 м, δc1=100·10-6 м, ρс=2700 кг/м3, kd=0,5. Область разрешенных значений δcr лежит между кривыми 3 и 1 или 2 (в рассматриваемом примере между 3 и 2).Dependencies
Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000008
shown in Fig.6. They are calculated at the following values of the parameters included in them: G com = 0.04 kg / s, T 0 = 500 K, p 0 = 1.5 · 10 6 MPa, d cr = 20 · 10 -3 m, d cr = 5 · 10 -3 m, ν s = 5 · 10 -2 m / s, d in = 80 · 10 -3 m, δ c1 = 100 · 10 -6 m, ρ с = 2700 kg / m 3 , k d = 0.5. The range of allowed values of δ cr lies between curves 3 and 1 or 2 (in the considered example, between 3 and 2).

Пример 1Example 1

На фиг.7 показан образец, полученный при использовании радиального сопла с диаметром критического сечения 18 мм, диаметром выходного сечения 72 мм, длиной сверхзвукового участка 27 мм, с постоянным поперечным размером канала δn=0,5 мм. Порошок алюминия (10-40 мкм) напыляли на внутреннюю поверхность трубы при реализации закрученного течения при lns=4 мм. Образец трубы с внутренним диаметром 80 мм с покрытием алюминия, p0=1,5 МПа, T0=200°C, генератор закрутки с 32 тангенциальными отверстиями диаметром 1,5 мм.Figure 7 shows a sample obtained using a radial nozzle with a critical section diameter of 18 mm, an outlet section diameter of 72 mm, a supersonic section length of 27 mm, and a constant transverse channel size δ n = 0.5 mm. Aluminum powder (10-40 μm) was sprayed onto the inner surface of the pipe during a swirling flow at l ns = 4 mm. A sample of a pipe with an inner diameter of 80 mm with an aluminum coating, p 0 = 1.5 MPa, T 0 = 200 ° C, a swirl generator with 32 tangential holes with a diameter of 1.5 mm.

Пример 2Example 2

С учетом условия

Figure 00000009
длина сверхзвуковой части сопла Ln может быть записана как
Figure 00000010
Меняя отношение
Figure 00000011
(
Figure 00000012
- сужающееся сопло;
Figure 00000013
- расширяющееся сопло) мы можем для выбранного диаметра трубы в определенных пределах менять длину сверхзвуковой части сопла и, тем самым, подбирать ее оптимальную конфигурацию для ускорения частиц напыляемого порошка.Subject to conditions
Figure 00000009
the length of the supersonic part of the nozzle L n can be written as
Figure 00000010
Changing attitude
Figure 00000011
(
Figure 00000012
- tapering nozzle;
Figure 00000013
- an expanding nozzle) we can change the length of the supersonic part of the nozzle for certain pipe diameters within certain limits and, thereby, select its optimal configuration to accelerate the particles of the sprayed powder.

Положительный эффект использования предложенного устройства обеспечивается конструктивным решением сменного сопла с регулируемой толщиной и изменяемой геометрией сопла. Сокращает время переналадки устройства при обработке внутренних поверхностей труб с различным диаметром. Регулируемый поперечный размер канала сверхзвуковой части сопла позволяет унифицировать процесс напыления широкого спектра порошков с различными размерами частиц.The positive effect of using the proposed device is ensured by the constructive solution of a replaceable nozzle with an adjustable thickness and variable nozzle geometry. Reduces the changeover time of the device when processing the inner surfaces of pipes with different diameters. Adjustable transverse channel size of the supersonic nozzle allows to unify the spraying process of a wide range of powders with different particle sizes.

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU №2075535, МПК C23C 4/16, 1997 г.1. Patent RU No. 2075535, IPC C23C 4/16, 1997

2. Патент RU №2222639, МПК B05B 7/4, 1999 г.2. Patent RU No. 2222639, IPC B05B 7/4, 1999

3. Патент RU №2087207, МПК B05B 7/14, 1997 г.3. Patent RU No. 2087207, IPC B05B 7/14, 1997

Claims (1)

Устройство для газодинамического нанесения покрытия на внутреннюю цилиндрическую поверхность изделия, содержащее питатель-дозатор, систему подачи рабочего газа и частиц порошка в форкамеру, сверхзвуковое сопло и средство перемещения устройства внутри изделия, а также изолирующую камеру с системой отсоса, отличающееся тем, что используется сменное радиальное сверхзвуковое сопло, размеры которого выбраны в зависимости от внутреннего диаметра обрабатываемого изделия, при этом диаметр сопла на срезе выбран из соотношения: dex=din-2lns, где din - диаметр отверстия в изделии; lns - расстояние от среза сопла до напыляемой поверхности изделия, выбираемое в пределах (1-10)δex; δex - поперечный размер канала сверхзвуковой части радиального сопла на срезе, а внутренний диаметр радиального сверхзвукового сопла, определяющий площадь критического сечения сопла, выбран из соотношения:
Figure 00000014
, где δcr - поперечный размер канала сверхзвуковой части радиального сопла в критическом сечении, который имеет возможность регулировки и может быть постоянным или переменным по радиусу, при этом поверхность, равноотстоящая от внутренних стенок радиального сопла, расположена под углом αn=60-90° к внутренней цилиндрической поверхности изделия, причем устройство выполнено с возможностью подачи рабочего газа в форкамеру через тангенциальные или радиальные каналы и подачи порошка через радиальные каналы.
A device for gas-dynamic coating on the inner cylindrical surface of the product, containing a feeder-dispenser, a system for supplying working gas and powder particles to the prechamber, a supersonic nozzle and means for moving the device inside the product, as well as an insulating chamber with a suction system, characterized in that a replaceable radial supersonic nozzle, the dimensions of which are selected depending on the internal diameter of the workpiece, the diameter of the nozzle on a section selected from the relation: d ex = d in -2l ns , rD d in - diameter of the holes in the article; l ns is the distance from the nozzle exit to the sprayed surface of the product, selected in the range (1-10) δ ex ; δ ex is the transverse channel size of the supersonic part of the radial nozzle in the section, and the inner diameter of the radial supersonic nozzle, which determines the critical section area of the nozzle, is selected from the relation
Figure 00000014
where δ cr is the transverse channel size of the supersonic part of the radial nozzle in the critical section, which can be adjusted and can be constant or variable in radius, while the surface equally spaced from the inner walls of the radial nozzle is located at an angle α n = 60-90 ° to the inner cylindrical surface of the product, and the device is configured to supply working gas to the prechamber through tangential or radial channels and to supply powder through radial channels.
RU2012112719/02A 2012-04-02 2012-04-02 Device for gas dynamic deposition of coating on part inner cylindrical surface RU2503745C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012112719/02A RU2503745C2 (en) 2012-04-02 2012-04-02 Device for gas dynamic deposition of coating on part inner cylindrical surface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012112719/02A RU2503745C2 (en) 2012-04-02 2012-04-02 Device for gas dynamic deposition of coating on part inner cylindrical surface

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012112719A RU2012112719A (en) 2013-10-10
RU2503745C2 true RU2503745C2 (en) 2014-01-10

Family

ID=49302636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012112719/02A RU2503745C2 (en) 2012-04-02 2012-04-02 Device for gas dynamic deposition of coating on part inner cylindrical surface

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2503745C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2714002C1 (en) * 2019-09-02 2020-02-11 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Device for gas-dynamic application of coatings on cylindrical parts inner surfaces

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2087207C1 (en) * 1995-08-14 1997-08-20 Акционерное общество закрытого типа "ТОТЕМ" Apparatus for applying powder coats
RU2194091C2 (en) * 1998-04-20 2002-12-10 Никитин Петр Васильевич Apparatus for applying coat to internal surfaces of parts
JP2003340720A (en) * 2002-05-28 2003-12-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Surface treatment device
RU2222639C2 (en) * 1999-01-20 2004-01-27 Никитин Петр Васильевич The device for deposition of coatings on the internal surfaces of items

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2087207C1 (en) * 1995-08-14 1997-08-20 Акционерное общество закрытого типа "ТОТЕМ" Apparatus for applying powder coats
RU2194091C2 (en) * 1998-04-20 2002-12-10 Никитин Петр Васильевич Apparatus for applying coat to internal surfaces of parts
RU2222639C2 (en) * 1999-01-20 2004-01-27 Никитин Петр Васильевич The device for deposition of coatings on the internal surfaces of items
JP2003340720A (en) * 2002-05-28 2003-12-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Surface treatment device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2714002C1 (en) * 2019-09-02 2020-02-11 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Device for gas-dynamic application of coatings on cylindrical parts inner surfaces

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012112719A (en) 2013-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2213805C2 (en) Method of application of coats made from powder materials and device for realization of this method
KR100592833B1 (en) Cold spray nozzle design
US4866240A (en) Nozzle for plasma torch and method for introducing powder into the plasma plume of a plasma torch
EP1700638B1 (en) Nozzle for cold spray and cold spray apparatus using the same
US6972138B2 (en) Process and device for high-speed flame spraying
US20080017734A1 (en) System and method of uniform spray coating
EP3017874B2 (en) Cold spray nozzles
US20180021793A1 (en) Directional cold spray method
KR20010085999A (en) Method for producing a coating made of powdered materials and device for realising the same
US20100019058A1 (en) Nozzle assembly for cold gas dynamic spray system
CN100406130C (en) Cold air powered spraying method and device
US9561515B2 (en) Cold gas spraying gun with powder injector
RU2503745C2 (en) Device for gas dynamic deposition of coating on part inner cylindrical surface
RU2353705C2 (en) Method ofgas-dynamic sputtering of powder materials and facility for its realisation
RU2399694C1 (en) Procedure for surface gas-dynamic processing with powder material and facility for its implementation
RU2505622C2 (en) Device for gas-dynamic application of coatings onto external cylindrical surfaces of products
CN105745025B (en) Automatic equipment for pneumatically painting
RU2334827C2 (en) Device for gas dynamic sputtering of powder materials
RU2087207C1 (en) Apparatus for applying powder coats
RU2650471C1 (en) Method of sputtering gas-thermal coatings on inner surfaces and its implementation device
RU2433031C2 (en) Method to spray fluid materials
RU2468123C2 (en) Method for gas dynamic sputtering of powder materials and device for gas dynamic sputtering of powder materials (versions)
RU2714002C1 (en) Device for gas-dynamic application of coatings on cylindrical parts inner surfaces
RU2399695C1 (en) Procedure for sputtering fine-grade powder materials and device for its implementation
US20200290068A1 (en) Nozzle construction for thermal spraying by means of a suspension or a precursor solution