RU2672054C1 - Electric arc plasma torch for coatings from refractory dispersed materials application - Google Patents
Electric arc plasma torch for coatings from refractory dispersed materials application Download PDFInfo
- Publication number
- RU2672054C1 RU2672054C1 RU2018100953A RU2018100953A RU2672054C1 RU 2672054 C1 RU2672054 C1 RU 2672054C1 RU 2018100953 A RU2018100953 A RU 2018100953A RU 2018100953 A RU2018100953 A RU 2018100953A RU 2672054 C1 RU2672054 C1 RU 2672054C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- plasma
- cathode
- plasma torch
- anode
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 title description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 6
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 5
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области нанесения покрытий из тугоплавких дисперсных материалов и может найти применение в металлургии, плазмо-химии, машиностроительной промышленности.The invention relates to the field of coating of refractory dispersed materials and can find application in metallurgy, plasma chemistry, engineering industry.
У большинства плазмотронов, в том числе и импортных, например у плазмотрона F4 (Switzerland), напыляемый материал подается в плазменную струю радиально через канал, находящийся на срезе сопла, что отрицательно сказывается на качестве покрытия и коэффициенте использования материала (КИМ) (Донской А.В., Клубникин B.C. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении. - Л: Машиностроение, Ленингр. от-ние., 1979. - 221 с.). Часть материала отбрасывается плазменной струей, что приводит к уменьшению коэффициента использования материала, неравномерному прогреву напыляемых тугоплавких дисперсных материалов (оксидов, карбидов, нитридов и т.д.) и снижению качества получаемых покрытий. Для обеспечения нагрева напыляемого материала повышают мощность плазмотрона, что уменьшает ресурс его работы.In most plasmatrons, including imported ones, for example, with the F4 plasma torch (Switzerland), the sprayed material is fed into the plasma jet radially through a channel located at the nozzle exit, which negatively affects the quality of the coating and the material utilization factor (CMM) (Donskoy A. V., Klubnikin BC Electroplasma processes and installations in mechanical engineering. - L: Mechanical Engineering, Leningrad. Ot-Nation., 1979. - 221 p.). Part of the material is discarded by a plasma jet, which leads to a decrease in the material utilization rate, uneven heating of the sprayed refractory dispersed materials (oxides, carbides, nitrides, etc.) and a decrease in the quality of the resulting coatings. To ensure heating of the sprayed material, the power of the plasma torch is increased, which reduces its service life.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является электродуговой плазмотрон Саунина (патент RU 2276840, МКИ Н05Н 1/26, С23С 4/00, 20.05.2006), который содержит соосно и последовательно установленные охлаждаемые катодный узел с катодом, изолятор, анодный узел с соплом анодом, патрубок ввода плазмообразующего газа и транспортирующего газа с обрабатываемого материала, обеспечивающих фокусирование последних в прикатодной области, переходящей в цилиндрическую часть сопла-анода. В анодном узле выполнены системы транспортирования технологического и защитного материалов В данной конструкции плазмотрона созданы условия, обеспечивающие равномерный ввод в плазменную струю технологического и защитного материалов в виде жидкости, аэрозоля, суспензии, газа, порошка и их комбинаций. Однако обрабатываемый материал, подаваемый транспортирующим газом через полость 2, попадая на конусообразный обтекатель 5, распределяется по каналу с разной плотностью, что приводит к неравномерному прогреву порошка по сечению канала, что влияет на качество наносимых покрытий. Также в плазмотроне имеется водоохлаждаемая электронейтральная вставка 11, которая приводит к снижению температуры генерируемой плазмы в прикатодной области. Это сказывается на нагреве материала, проходящего через данную область. Для обеспечения прогрева материала приходится увеличивать потребляемую электрическую мощность, что резко уменьшает ресурс работы плазмотрона и увеличивает расходы на электроэнергию.The closest in technical essence and the achieved result is the Saunin arc plasma torch (patent RU 2276840, MKI H05H 1/26,
В корпусе катодного узла 6 выполнена коаксиальная полость 7, в которую переходит коническая полость 3. Поверхности электронейтральной вставки 11 и изолятора 12, образующие транспортирующую полость 13, выполнены в виде двух обратных усеченных конусов 14, 15, соединенных большими основаниями. Полость 7 переходит в транспортирующую полость 13, которая фокусируется в прикатодной области 16, переходящей в цилиндрический канал 17 сопла-анода. Таким образом, образован непрерывный транспортирующий канал, связывающий цилиндрическую полость патрубка 1 с прикатодной областью. Канал имеет сложную конфигурацию, что приводит к повышению газодинамического сопротивления при течении газопорошковой смеси. Поэтому для подачи порошка приходится повышать давление и расход транспортирующего газа.In the case of the cathode assembly 6, a coaxial cavity 7 is made into which the
Задачей изобретения является повышение качества наносимых покрытий, повышение коэффициента использования материала и ресурса работы плазмотрона, за счет равномерного прогрева напыляемого материала до температуры плавления, уменьшения газодинамического сопротивления при движении газопорошковой смеси по каналам и тангенциальной подачи плазмообразующего газа, стабилизирующей горение дуги.The objective of the invention is to improve the quality of the applied coatings, increase the coefficient of use of the material and the service life of the plasma torch, due to the uniform heating of the sprayed material to the melting temperature, reduction of gas-dynamic resistance when moving the gas-powder mixture through the channels and tangential supply of plasma-forming gas, stabilizing the burning of the arc.
Поставленная задача достигается тем, что в электродуговом плазмотроне для нанесения покрытий из тугоплавких дисперсных материалов, содержащем соосно и последовательно установленные обтекатель, размещенный на охлаждаемые катодном узле с катодом, электронейтральную вставку, изолятор, анодный узел с соплом-анодом, систему ввода плазмообразующего газа и систему ввода обрабатываемого материала, обеспечивающих фокусирование последних в прикатодной области, переходящей в цилиндрическую полость сопла-анода, согласно изобретению на конусообразном обтекателе равномерно расположены шесть каналов, выполненных под углом 60° к направлению движения газопорошковой смеси, выравнивающих плотность газопорошковой смеси по сечению канала и создающих вихревой поток, а в нижней части корпуса катодного узла установлена электронейтральная вставка, выполненная в виде керамического неохлаждаемого кожуха, конической формы, образующего с внутренней стенкой изолятора, конический канал, через который газопорошковая смесь поступает в прикатодную область, а затем в полость сопла-анода, практически без газодинамического сопротивления и охлаждения. В корпусе катодного узла размещен канал ввода для тангенциальная подача плазмообразующего газа, стабилизирующий горение дуги в прикатодной области.The problem is achieved in that in an electric arc plasmatron for coating refractory dispersed materials, containing a coaxially and sequentially mounted fairing placed on a cooled cathode assembly with a cathode, an electrically neutral insert, an insulator, an anode assembly with an anode nozzle, a plasma gas injection system and a system the input of the processed material, providing focusing of the latter in the cathode region, passing into the cylindrical cavity of the anode nozzle, according to the invention, on a cone six channels are uniformly arranged in the radial fairing, arranged at an angle of 60 ° to the direction of motion of the gas-powder mixture, aligning the density of the gas-powder mixture along the channel cross section and creating a vortex flow, and an electrically neutral insert made in the form of a ceramic uncooled casing in the lower part of the cathode assembly forming with the inner wall of the insulator, a conical channel through which the gas-powder mixture enters the cathode region, and then into the cavity of the anode nozzle, right cally without a gas-dynamic resistance and cooling. An input channel for the tangential supply of a plasma-forming gas, stabilizing the burning of the arc in the cathode region, is located in the cathode assembly housing.
На фиг. 1 представлен предлагаемый плазмотрон в разрезе.In FIG. 1 shows the proposed plasmatron in the context.
На фиг. 2 представлен конусообразный обтекатель и его объемное изображение.In FIG. 2 shows a cone-shaped fairing and its three-dimensional image.
Плазмотрон состоит из системы ввода обрабатываемого материала с транспортирующим газом и системы ввода плазмообразующего газа. Системы ввода обрабатываемого материала с транспортирующим газом включает входной патрубок 1, цилиндрический канал 2, который переходит в конический канал 3, образованный диффузором 4 и обтекателем 5, установленном на корпусе катодного узла 6. На обтекателе 5 равномерно расположены шесть каналов, выполненные под углом 60° к направлению движения газопорошковой смеси, выравнивающие плотность газопорошковой смеси по сечению канала 7 и создающие вихревой поток. В корпусе катодного узла посредством вставки 8 закреплен катод 9. В нижней части корпуса катодного узла 6 установлен керамический кожух 10 конической формы. Поверхность керамического кожуха 10 и изолятора 11 образуют конический канал для транспортирования газопорошковой смеси 12, который фокусируется в прикатодной облости 13, переходящей в цилиндрическую облость сопла-анода 14. Таким образом, каналы 3, 7 и 12 образуют непрерывный транспортирующий канал с минимальным газодинамическим сопротивлением, связывающий цилиндрический канал патрубка 1 с прикатодной облостью 13. Сопло-анод 15 с вольфрамовой вставкой 32 фиксируется в корпусе анодного узла 16 прижимной гайкой 17.The plasma torch consists of a system for introducing a processed material with a conveying gas and a system for introducing a plasma-forming gas. The input system of the processed material with the transporting gas includes an inlet pipe 1, a
Корпус анодного узла 16 имеет систему охлаждения, соединенную с патрубком 18 ввода охлаждающей жидкости. Патрубок 18 одновременно является клеммой соединения сопла-анода с плюсом «+» источника питания плазмотрона. В систему охлаждения анодного узла входят полость 19 и отверстие 20, соединяющее ее с патрубком 18 ввода охлаждающей жидкости. Затем охлаждающая жидкость через отверстие 21, патрубки 22 и соединительный шланг 23 поступает в корпус катодного узла. Система охлаждения катодного узла состоит из отверстий 24, 26, полости 25 и патрубка 27 для вывода охлаждающей жидкости. Патрубок 27 одновременно является клеммой подвода минуса «-» источника питания плазмотрона к катоду. Система ввода плазмообразующего газа состоит из патрубка 28,закрепленного на поверхности катодного узла и соединенного каналами 29 и 30 с коническим каналом 31 для подачи плазмообразующего газа, образованного поверхностью катода 9 и внутренней поверхности керамического кожуха 10. В корпусе катодного узла выполнен канала ввода 29 обеспечивающий тангенциальную подачу плазмообразующего газа, что способствует стабилизации горения дуги в прикатодной области.The body of the anode assembly 16 has a cooling system connected to the coolant inlet pipe 18. The pipe 18 is simultaneously a connection terminal of the anode nozzle with the plus “+” of the plasma torch power source. The cooling system of the anode assembly includes a cavity 19 and an opening 20 connecting it to the coolant inlet pipe 18. Then the coolant through the
Электродуговой плазмотрон работает следующим образом.Arc plasma torch operates as follows.
В патрубок 18 для охлаждения подается вода. В патрубок 28 подается плазмообразующий газ и между катодом 9 и соплом-анодом 15 возбуждают электрическую дугу. Плазмообразующий газ закручивается по часовой стрелке, что обеспечивается тангенциальной подачей газа через канал ввода 29. После выхода плазмотрона на рабочий режим в входной патрубок 1 подается газопорошковая смесь, у которой после соприкосновения с поверхностью конусообразного обтекателя 5, имеющего каналы, выполненные под углом 60° к направлению движения газопорошковой смеси,, происходит выравнивание ее плотности и закручивание смеси по сечению кольцевого канала в туже сторону, что и плазмообразующий газ. Смесь транспортирующего газа с порошком поступает через конический канал 12, образованный керамическим кожухом 10 и изолятором 11, а плазмообразующий газ через канал 29 и канал 30, подается в прикатодную область в прикатодную область 13. При этом обеспечивается равномерный прогрев напыляемого материала до температуры плавления, что приводит к повышению качества покрытия, уменьшению энергозатрат и к увеличению ресурса работы плазмотрона.In the pipe 18 for cooling water is supplied. Plasma-forming gas is supplied to the pipe 28 and an electric arc is excited between the
Представленная конструкция плазмотрона используется в лаборатории «Плазхим» Сибирского государственного университета науки и тех технологии имени академика М.Ф. Решетнева для нанесения покрытий из тутгоплавких порошковых материалов.The presented plasmatron design is used in the Plazkhim laboratory of the Siberian State University of Science and Technology named after Academician M.F. Reshetneva for coating of hot-melt powder materials.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018100953A RU2672054C1 (en) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Electric arc plasma torch for coatings from refractory dispersed materials application |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018100953A RU2672054C1 (en) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Electric arc plasma torch for coatings from refractory dispersed materials application |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2672054C1 true RU2672054C1 (en) | 2018-11-09 |
Family
ID=64103398
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018100953A RU2672054C1 (en) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Electric arc plasma torch for coatings from refractory dispersed materials application |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2672054C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2705847C1 (en) * | 2018-12-21 | 2019-11-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Plasmatron for plasma-selective frying of metal powders |
CN112695268A (en) * | 2021-01-14 | 2021-04-23 | 四川大学 | Annular powder feeding and gas focusing device for supersonic plasma spraying |
RU2783203C1 (en) * | 2022-03-03 | 2022-11-09 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Plasma coating torch |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1515798A1 (en) * | 2002-06-17 | 2005-03-23 | Nanophase Technologies Corporation | Process for preparing nanostructured materials of controlled surface chemistry |
RU2254395C1 (en) * | 2003-11-11 | 2005-06-20 | Сибирский государственный аэрокосмический университет им. академика М.Ф. Решетнева | Electric-arc plasmatron for processing materials |
RU2276840C2 (en) * | 2004-07-07 | 2006-05-20 | Сибирский государственный аэрокосмический университет им. академика М.Ф. Решетнева | Electric-arc plasmatron |
US8075860B2 (en) * | 2005-09-30 | 2011-12-13 | Fujimi Incorporated | Thermal spray powder and method for forming a thermal spray coating |
-
2018
- 2018-01-10 RU RU2018100953A patent/RU2672054C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1515798A1 (en) * | 2002-06-17 | 2005-03-23 | Nanophase Technologies Corporation | Process for preparing nanostructured materials of controlled surface chemistry |
RU2254395C1 (en) * | 2003-11-11 | 2005-06-20 | Сибирский государственный аэрокосмический университет им. академика М.Ф. Решетнева | Electric-arc plasmatron for processing materials |
RU2276840C2 (en) * | 2004-07-07 | 2006-05-20 | Сибирский государственный аэрокосмический университет им. академика М.Ф. Решетнева | Electric-arc plasmatron |
US8075860B2 (en) * | 2005-09-30 | 2011-12-13 | Fujimi Incorporated | Thermal spray powder and method for forming a thermal spray coating |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
B2. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2705847C1 (en) * | 2018-12-21 | 2019-11-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Plasmatron for plasma-selective frying of metal powders |
CN112695268A (en) * | 2021-01-14 | 2021-04-23 | 四川大学 | Annular powder feeding and gas focusing device for supersonic plasma spraying |
RU2783979C1 (en) * | 2021-09-14 | 2022-11-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" (ЛГТУ) | Electric arc plasma torch for machining surfaces of parts |
RU2783203C1 (en) * | 2022-03-03 | 2022-11-09 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Plasma coating torch |
RU2818187C1 (en) * | 2023-07-13 | 2024-04-25 | Общество с ограниченной ответственностью "КЕДР" | Electric arc plasmatron and unit for annular input of initial reagents into plasmatron |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US12030078B2 (en) | Plasma transfer wire arc thermal spray system | |
US3312566A (en) | Rod-feed torch apparatus and method | |
RU2564534C2 (en) | Plasma torch | |
US5013883A (en) | Plasma spray device with external powder feed | |
KR100194272B1 (en) | Plaz Matochi | |
CN107295737B (en) | Improved plasma arc cutting system and related method of operation | |
US5420391A (en) | Plasma torch with axial injection of feedstock | |
JPH06228730A (en) | Plasma thermal spraying device for shooting out powdery material | |
US4990739A (en) | Plasma gun with coaxial powder feed and adjustable cathode | |
JPH0584454A (en) | Plasma melt-spraying device for melt-spraying powder material or gas material | |
US3179784A (en) | Method and apparatus for spraying plastics | |
KR20070084230A (en) | Plasma arc torch having an electrode with internal passages | |
JPH07107876B2 (en) | Plasma generator and plasma generating method | |
JPH0450070B2 (en) | ||
US3114826A (en) | High-temperature spray apparatus | |
RU2672054C1 (en) | Electric arc plasma torch for coatings from refractory dispersed materials application | |
US5220150A (en) | Plasma spray torch with hot anode and gas shroud | |
RU2320102C1 (en) | Spraying plasmatron | |
RU2328096C1 (en) | Plasma system for sprayed coating (options) | |
KR200493866Y1 (en) | thermal plasma torch | |
RU2276840C2 (en) | Electric-arc plasmatron | |
RU194071U1 (en) | Plasma torch | |
RU2366122C1 (en) | Plasmatron for application of coatings | |
RU2361964C2 (en) | Method of economy plasmatic ultrasonic spatter of high-density powder coatings and plasmatron for its implementation (versions) | |
RU2672961C2 (en) | Electric arc plasmotron |