RU2672961C2 - Electric arc plasmotron - Google Patents
Electric arc plasmotron Download PDFInfo
- Publication number
- RU2672961C2 RU2672961C2 RU2016152020A RU2016152020A RU2672961C2 RU 2672961 C2 RU2672961 C2 RU 2672961C2 RU 2016152020 A RU2016152020 A RU 2016152020A RU 2016152020 A RU2016152020 A RU 2016152020A RU 2672961 C2 RU2672961 C2 RU 2672961C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- nozzle
- plasma
- active medium
- cone
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
- B05B7/16—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
- B05B7/22—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc
-
- 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
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
-
- 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
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
- C23C4/134—Plasma spraying
-
- 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
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии плазменной обработки изделий, а более конкретно - к электродуговым плазматронам, предназначенным для напыления порошковых материалов, включая тугоплавкие металлы. Напыление производится на поверхности изделий с целью получения покрытий различного функционального назначения.The invention relates to technology for plasma processing of products, and more specifically to electric arc plasmatrons designed for spraying powder materials, including refractory metals. Spraying is performed on the surface of products in order to obtain coatings for various functional purposes.
В настоящее время созданы различные типы электродуговых плазматронов, служащих для напыления покрытий на поверхности изделий и материалов. В процессе плазменного напыления частицы порошкового материала расплавляются и ускоряются в плазменном потоке, после чего они осаждаются на подготовленную поверхность в расплавленном состоянии.Currently, various types of electric arc plasmatrons have been created, which serve to spray coatings on the surface of products and materials. In the process of plasma spraying, the particles of the powder material are melted and accelerated in the plasma stream, after which they are deposited on the prepared surface in the molten state.
Известны двухэлектродные плазматроны, содержащие катод и анод в форме сопла. В таких плазматронах длина дуги меньше либо равна длине самоустанавливающейся дуги. Плазматроны такого типа генерируют короткую электрическую дугу, поэтому для получения качественных покрытий требуются токи более 200А. При меньших значениях тока плазматроны данного типа не обеспечивают требуемого нагрева и ускорения частиц порошка из-за недостаточного энерговклада в короткую дугу. Необходимую температуру плазменного потока можно достичь только за счет увеличения тока дуги, однако в этом случае увеличивается эрозия электродов. Увеличение температуры плазмы приводит также к интенсивному испарению мелких частиц, вследствие этого существенно ухудшается качество наносимых покрытий. (Плазматроны: конструкции, характеристики, расчет / А.С. Коротеев, В.М. Миронов, Ю.С. Свирчук. - М.: Машиностроение, 1993. - 296 с.).Known two-electrode plasmatrons containing a cathode and anode in the form of a nozzle. In such plasmatrons, the arc length is less than or equal to the length of the self-aligning arc. Plasmatrons of this type generate a short electric arc, so currents of more than 200A are required to obtain high-quality coatings. At lower current values, plasmatrons of this type do not provide the required heating and acceleration of powder particles due to insufficient energy input into a short arc. The required temperature of the plasma flow can be achieved only by increasing the arc current, however, in this case, erosion of the electrodes increases. An increase in plasma temperature also leads to intense evaporation of small particles, as a result of which the quality of the applied coatings is significantly impaired. (Plasmatrons: designs, characteristics, calculation / A.S. Koroteev, V.M. Mironov, Yu.S. Svirchuk. - M.: Mechanical Engineering, 1993. - 296 p.).
Недостатком устройств является возбуждение короткой электрической дуги, поэтому для получения качественных покрытий требуются токи более 200А.The disadvantage of this device is the excitation of a short electric arc, so currents of more than 200A are required to obtain high-quality coatings.
Известны также плазматроны, в которых стабилизация дугового разряда обеспечивается посредством подачи стабилизирующей среды через тангециальные каналы в межэлектродный промежуток. Каналы для подачи стабилизирующей среды сообщены с коническим каналом, образованным между противолежащими поверхностями секций межэлектродной вставки (см., например, патент US 6483070, МПК В23K 10/00, опубл. 19.11.2002).Plasmatrons are also known in which stabilization of the arc discharge is ensured by supplying a stabilizing medium through tangential channels into the interelectrode gap. The channels for supplying a stabilizing medium are in communication with a conical channel formed between the opposite surfaces of the sections of the interelectrode insert (see, for example, US Pat. No. 6,430,070, IPC
Недостатком устройств является сложная конструкция плазмотрона и малая производительность.The disadvantage of this device is the complex design of the plasma torch and low productivity.
Предлагаемое изобретение направлено на увеличение продолжительности рабочего состояния открытой плазмы, упрощения конструкции плазмотрона и повышение его производительности.The present invention is aimed at increasing the duration of the working state of an open plasma, simplifying the design of the plasma torch and increasing its productivity.
Это достигается тем, что предусматривается прямая подача под давлением транспортирующего газа с металлизированным порошком к входным конусообразным каналам и прямой секции, ускорением частиц порошка подводом активной среды к входному конусообразному каналу. Кроме того активная среда (нагретая аэрозолъпроводимой жидкости с добавлением горючего материала, например, вода с содержанием 10% бензина). Эта аэрозоль увеличивает расстояние пробоя между электродами, зажигается и горит обеcпечивая изоляцию кислорода, нагревает подложку и напыляемый порошок, обеспечивает стабилизацию плазмы, образуемой электрической дугой.This is achieved by the fact that it provides a direct supply under pressure of a transporting gas with metallized powder to the inlet conical channels and a straight section, acceleration of the powder particles by supplying the active medium to the inlet conical channel. In addition, the active medium (heated aerosol-conducting liquid with the addition of combustible material, for example, water with a content of 10% gasoline). This aerosol increases the breakdown distance between the electrodes, ignites and burns by providing oxygen insulation, heats the substrate and the sprayed powder, and stabilizes the plasma formed by the electric arc.
На фиг. 1 изображено устройство электродуговой плазмотрон вид сверху, на фиг. 2 вид сбоку, на фиг. 3 схему работы устройства.In FIG. 1 shows a top view of an electric arc plasmatron device; FIG. 2 is a side view, in FIG. 3 scheme of the device.
Электродуговой плазмотрон для напыления покрытий, содержит корпус 1 (фиг. 1), сопло 6 (фиг. 1), анодный электрод 4 (фиг. 1), узел подачи транспортирующего газа с металлизированным порошком, узел подвода активной среды, предназначенным для напыления, через конусообразный канал сопла, кроме того плазмообразующий канал 10 (фиг. 3) образован между выходным конусообразным каналом сопла 5 (фиг. 1) и наплавляемой поверхностью 11 (фиг. 3), в свою очередь выходной конусообразный канал сопла 5 (фиг. 1) жестко связан с прямой секцией 8 (фиг. 2) и входным конусообразным каналом 3 (фиг. 1),наклонными относительно оси и образующей каналами 12 (фиг. 3) с которым соединен канал прямой подачи транспортирующего газа с металлизированным порошком 2 (фиг. 1) и канал подвода активной среды 7 (фиг. 1), кроме того анодный электрод 4 (фиг. 1) соединен с внешней поверхностью корпуса сопла 6 (фиг. 1), а на корпусе плазмотрона под углом расположена рабочая рукоять 9 (фиг. 2).An arc plasma torch for spraying coatings comprises a housing 1 (Fig. 1), a nozzle 6 (Fig. 1), an anode electrode 4 (Fig. 1), a conveyor gas supply unit with metallized powder, an active medium supply unit for spraying through the cone-shaped channel of the nozzle, in addition, the plasma-forming channel 10 (Fig. 3) is formed between the output cone-shaped channel of the nozzle 5 (Fig. 1) and the weld surface 11 (Fig. 3), in turn, the output cone-shaped channel of the nozzle 5 (Fig. 1) is rigidly connected to the straight section 8 (Fig. 2) and the conical inlet anal 3 (Fig. 1), inclined with respect to the axis and forming channels 12 (Fig. 3) with which the channel for direct supply of conveying gas is connected with metallized powder 2 (Fig. 1) and the channel for supplying the active medium 7 (Fig. 1), except In addition, the anode electrode 4 (Fig. 1) is connected to the outer surface of the nozzle body 6 (Fig. 1), and the
Работает устройство следующим образом. Перед включением плазматрона подключаются к патрубку канала прямой подачи транспортирующего газа с металлизированным порошком 2 (фиг. 1) трубопровод системы подачи, к каналу подвода активной среды 7 (фиг. 1), шланги системы подачи активной среды, к анодному электроду 4 (фиг. 1) кабель с источника электропитания.The device operates as follows. Before turning on the plasmatron, the supply system pipe, to the active medium supply channel 7 (Fig. 1), the hoses of the active medium supply system, to the anode electrode 4 (Fig. 1) are connected to the nozzle of the channel for direct supply of conveying gas with metallized powder 2 (Fig. 1) ) cable from the power source.
При включении плазматрона катод с источника электропитания подключают с помощью коммутирующих элементов (на чертеже не показаны) к наплавляемой поверхности 11 (фиг. 3). Разрядный ток составляет не более 50А. Зажигание дугового разряда в плазмообразующем канале, 10 (фиг. 3) между выходным конусообразным каналом сопла 5 (фиг. 1) и наплавляемой поверхностью 11 (фиг. 3), осуществляется после его заполнения транспортирующим газом с металлизированным порошком и канал плазмообразующей активной средой.When you turn on the plasmatron, the cathode from the power source is connected using switching elements (not shown) to the weld surface 11 (Fig. 3). The discharge current is not more than 50A. Ignition of an arc discharge in a plasma-forming channel, 10 (Fig. 3) between the outlet cone-shaped channel of the nozzle 5 (Fig. 1) and the weld surface 11 (Fig. 3), is carried out after it is filled with a transporting gas with metallized powder and the channel is a plasma-forming active medium.
Подача транспортирующего газа с металлизированным порошком осуществляется через осевой каналпрямой подачи транспортирующего газа с металлизированным порошком 2 (фиг. 1). Далее во входной конусообразный канал 3 (фиг. 1), прямую секцию 8 (фиг. 2) и через конусообразный канал сопла, в плазмообразующий канал 10 (фиг. 3), образованный между выходным конусообразным каналом сопла 5 (фиг. 1) и наплавляемой поверхностью 11 (фиг. 3).The supply of conveying gas with metallized powder is carried out through the axial channel of the direct supply of conveying gas with metallized powder 2 (Fig. 1). Further, into the inlet conical channel 3 (Fig. 1), the straight section 8 (Fig. 2) and through the cone-shaped channel of the nozzle, into the plasma-forming channel 10 (Fig. 3), formed between the outlet cone-shaped channel of the nozzle 5 (Fig. 1) and the weld surface 11 (Fig. 3).
Подача плазмообразующей активной среды осуществляется через осевой канал 7, радиальные каналы 12, обеспечивающих вихревое закручивание активной среды. Далее плазмообразующая активная среда подается в полость, входного конусообразного канала 3 (фиг. 1), прямую секцию 8 (фиг. 2) и через конусообразный канал сопла, в плазмообразующий канал 10 (фиг. 3), образованный между выходным конусообразным каналом сопла 5 (фиг. 1) и наплавляемой поверхностью 11 (фиг. 3). Подача под давлением активной среды ускоряет передвижение металлизированного порошка, кроме того обладая проводимостью и горючестью эта среда поддерживает горение электрической дуги. В зависимости от параметров активной среды изменяется длина плазменного факела.The plasma-forming active medium is supplied through the
После зажигания дугового разряда в плазмообразующем канале в заданную область начального участка дуги (в прикатодную зону), подается поток транспортирующего газа с металлизированным порошком, предназначенным для напыления. Предварительное смешение транспортирующего газа с порошком производится в системе подготовки и подачи рабочей смеси (на чертеже не показана), которая подключена к каналу прямой подачи транспортирующего газа с металлизированным порошком 2 (фиг. 1). Все трубопроводы и корпус 1 выполняются из диэлектрического материала. Детали сопла 6, входной конусообразный канал 3 (фиг. 1) выполняются из легированного металла.After ignition of the arc discharge in the plasma-forming channel, a flow of transporting gas with metallized powder intended for spraying is supplied to a predetermined region of the initial arc section (to the cathode zone). Preliminary mixing of the transporting gas with the powder is carried out in the system for the preparation and supply of the working mixture (not shown in the drawing), which is connected to the channel for the direct supply of transporting gas with metallized powder 2 (Fig. 1). All pipelines and
Оптимальный режим ввода порошка в плазмообразующий канал достигается посредством регулирования расхода транспортирующего газа, плазмообразующей активной среды, подбором размеров проходного сечения сопла.The optimum mode for introducing the powder into the plasma-forming channel is achieved by controlling the flow rate of the transporting gas, the plasma-forming active medium, and the selection of the nozzle passage size.
Наличие отличительных признаков приводит к повышению КПД, удельной мощности и надежности, упрощению конструкции и эксплуатации плазмотрона с МЭВ. Указанный плазмотрон может быть использован в установках плазменного напыления и закалки.The presence of distinctive features leads to increased efficiency, specific power and reliability, simplification of the design and operation of the plasma torch with MEW. The specified plasmatron can be used in plasma spraying and hardening plants.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016152020A RU2672961C2 (en) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | Electric arc plasmotron |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016152020A RU2672961C2 (en) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | Electric arc plasmotron |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016152020A3 RU2016152020A3 (en) | 2018-06-28 |
RU2016152020A RU2016152020A (en) | 2018-06-28 |
RU2672961C2 true RU2672961C2 (en) | 2018-11-21 |
Family
ID=62813867
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016152020A RU2672961C2 (en) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | Electric arc plasmotron |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2672961C2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109536874B (en) * | 2019-01-22 | 2024-01-09 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | Inner hole plasma spraying device with deflection angle spraying function |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4127760A (en) * | 1975-06-09 | 1978-11-28 | Geotel, Inc. | Electrical plasma jet torch and electrode therefor |
SU676147A3 (en) * | 1976-02-16 | 1979-07-25 | Mueller Niklaus | Plasma burner for sputtering powdery materials |
RU862463C (en) * | 1979-11-29 | 1994-09-15 | Клубникин Валерий Степанович | Device for multi-arc plasma tretment of materials |
JPH10193129A (en) * | 1996-12-27 | 1998-07-28 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Powder plasma welding method |
JP2016085811A (en) * | 2014-10-23 | 2016-05-19 | 株式会社金星 | Plasma torch, plasma spray apparatus and control method of plasma torch |
-
2016
- 2016-12-27 RU RU2016152020A patent/RU2672961C2/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4127760A (en) * | 1975-06-09 | 1978-11-28 | Geotel, Inc. | Electrical plasma jet torch and electrode therefor |
SU676147A3 (en) * | 1976-02-16 | 1979-07-25 | Mueller Niklaus | Plasma burner for sputtering powdery materials |
RU862463C (en) * | 1979-11-29 | 1994-09-15 | Клубникин Валерий Степанович | Device for multi-arc plasma tretment of materials |
JPH10193129A (en) * | 1996-12-27 | 1998-07-28 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Powder plasma welding method |
JP2016085811A (en) * | 2014-10-23 | 2016-05-19 | 株式会社金星 | Plasma torch, plasma spray apparatus and control method of plasma torch |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016152020A3 (en) | 2018-06-28 |
RU2016152020A (en) | 2018-06-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20200331012A1 (en) | Plasma transfer wire arc thermal spray system | |
US5420391A (en) | Plasma torch with axial injection of feedstock | |
US3064114A (en) | Apparatus and process for spraying molten metal | |
EP0368547B1 (en) | Plasma generating apparatus and method | |
US2960594A (en) | Plasma flame generator | |
US5013883A (en) | Plasma spray device with external powder feed | |
JP5690891B2 (en) | Axial feed type plasma spraying equipment | |
EP0703302A1 (en) | A method for depositing a coating onto a substrate by means of thermal spraying and an apparatus for carrying out said method | |
EP0342388A2 (en) | High-velocity controlled-temperature plasma spray method and apparatus | |
JPH0450070B2 (en) | ||
US6706993B1 (en) | Small bore PTWA thermal spraygun | |
US5637242A (en) | High velocity, high pressure plasma gun | |
JPH06228730A (en) | Plasma thermal spraying device for shooting out powdery material | |
RU2320102C1 (en) | Spraying plasmatron | |
RU2672961C2 (en) | Electric arc plasmotron | |
JPH0766871B2 (en) | High-speed and temperature-controlled plasma spray method and equipment | |
RU2338810C2 (en) | Method of sputtering of plasma coating (versions) | |
RU2092981C1 (en) | Plasma generator for deposition of powder materials | |
RU142250U1 (en) | PLASMOTRON FOR SPRAYING | |
RU2672054C1 (en) | Electric arc plasma torch for coatings from refractory dispersed materials application | |
RU2206964C1 (en) | Electric-arc plasma generator | |
RU204751U1 (en) | PLASMOTRON FOR ADDITIVE GROWING | |
JP2016143533A (en) | Plasma spray apparatus | |
CN104308349A (en) | Powder plasma cladding welding torch for small inner hole | |
JPH0763034B2 (en) | Axial supply type plasma heating material injection device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FA92 | Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted) |
Effective date: 20180702 |
|
FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20180910 |