RU2705847C1 - Plasmatron for plasma-selective frying of metal powders - Google Patents
Plasmatron for plasma-selective frying of metal powders Download PDFInfo
- Publication number
- RU2705847C1 RU2705847C1 RU2018145592A RU2018145592A RU2705847C1 RU 2705847 C1 RU2705847 C1 RU 2705847C1 RU 2018145592 A RU2018145592 A RU 2018145592A RU 2018145592 A RU2018145592 A RU 2018145592A RU 2705847 C1 RU2705847 C1 RU 2705847C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- plasma
- electrode
- plasmatron
- plasma nozzle
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- H05H1/42—Plasma torches using an arc with provisions for introducing materials into the plasma, e.g. powder, liquid
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 плазменной технике, а именно к конструкции плазмотронов, применяемых для плазменно-порошкового припекания металлических порошков на детали машин.The invention relates to plasma technology, and in particular to the design of plasmatrons used for plasma-powder baking of metal powders on machine parts.
Известна плазменно-порошковая наплавка - механизированный процесс, в котором плазменная дуга служит источником теплоты, а металлические порошки, подаваемые в плазмотрон транспортирующим газом, служат присадочным материалом. Плазменно-порошковая наплавка обеспечивает высокую работоспособность деталей за счет высокого качества и однородности наплавленного металла, его благоприятной структуры, определяемой специфическими условиями кристаллизации металла сварочной ванны. Также преимуществами плазменно-порошковой наплавки являются высокая производительность способа, малая глубина проплавления основного металла, возможность наплавки относительно тонких слоев металла толщиной 0,5-5,0 мм. Для плазменно-порошковой наплавки используют плазмотроны различных конструкций.Known plasma-powder surfacing is a mechanized process in which the plasma arc serves as a source of heat, and the metal powders supplied to the plasmatron by transporting gas serve as filler material. Plasma-powder surfacing provides high performance parts due to the high quality and uniformity of the deposited metal, its favorable structure, determined by the specific conditions of crystallization of the weld pool metal. Also, the advantages of plasma-powder surfacing are the high productivity of the method, the shallow depth of penetration of the base metal, the possibility of surfacing of relatively thin layers of metal with a thickness of 0.5-5.0 mm. For plasma-powder surfacing using plasmatrons of various designs.
Известен плазмотрон, содержащий защитное электрически нейтральное сопло с патрубком для подачи присадочного порошка, плазменное сопло с патрубком для подачи газа, соединенное с положительным полюсом источника питания постоянного тока, электрод, установленный внутри плазменного сопла и соединенный с отрицательным полюсом источника питания постоянного тока, причем торец электрода расположен внутри или на уровне среза плазменного сопла, а поверхность наплавляемой детали соединена с положительным полюсом источника питания постоянного тока [http://ectcru/2068/plazmennaja-rezfa-svarhj-naplavka-i-obrabotka-materialov].Known plasmatron containing a protective electrically neutral nozzle with a nozzle for supplying a filler powder, a plasma nozzle with a nozzle for supplying gas connected to the positive pole of a DC power source, an electrode mounted inside the plasma nozzle and connected to a negative pole of a DC power source, and the end face the electrode is located inside or at the cut-off level of the plasma nozzle, and the surface of the deposited part is connected to the positive pole of the DC power source current [http: // ectcru / 2068 / plazmennaja-rezfa-svarhj-naplavka-i-obrabotka-materialov].
Данное изобретение по своим техническим признакам является наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому.This invention by its technical features is the closest analogue (prototype) to the proposed.
Недостатками данного плазмотрона являются возникающие при его использовании явления блуждания и прерывания дуги, неравномерность прогрева присадочного порошка или подложки, приводящие к нестабильному качеству формирующихся при наплавке покрытий.The disadvantages of this plasmatron are the phenomena of wandering and interruption of the arc arising from its use, uneven heating of the filler powder or substrate, leading to unstable quality of coatings formed during surfacing.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение технологических возможностей плазмотрона, повышающих качество покрытий, формирующихся при припекании порошков во время наплавки износостойких покрытий на поверхностях деталей машин, обладающих прочной диффузионной связью с деталью, и увеличение ресурса работы плазмотрона.The problem to which the invention is directed is to expand the technological capabilities of the plasma torch, which improve the quality of coatings formed during the baking of powders during surfacing of wear-resistant coatings on the surfaces of machine parts with strong diffusion bonding to the part, and increase the life of the plasma torch.
Техническим результатом изобретения является обеспечение стабильно высокого качества формирующихся покрытий за счет исключения при наплавке блуждания и прерывания дуги, неравномерности прогрева присадочного порошка или подложки, и увеличение срока службы плазмотрона.The technical result of the invention is to ensure a consistently high quality of the formed coatings due to the exclusion during surfacing and interruption of the arc, uneven heating of the filler powder or substrate, and an increase in the life of the plasma torch.
Указанная задача решается тем, что плазмотрон для плазменно-селективного припекания металлических порошков, содержащий защитное электрически нейтральное сопло с патрубком для подачи присадочного порошка, плазменное сопло с патрубком для подачи газа, соединенное с положительным полюсом источника питания постоянного тока, электрод, установленный внутри плазменного сопла и соединенный с отрицательным полюсом источника питания постоянного тока, причем торец электрода располагается внутри или на уровне среза плазменного сопла, согласно изобретению, отличается тем, что поверхность наплавляемой детали соединена с отрицательным полюсом источника питания постоянного тока.This problem is solved in that the plasma torch for plasma-selective baking of metal powders, containing a protective electrically neutral nozzle with a nozzle for supplying a filler powder, a plasma nozzle with a nozzle for supplying a gas, connected to the positive pole of a DC power source, an electrode mounted inside the plasma nozzle and connected to the negative pole of the DC power source, the electrode end being located inside or at the cut-off level of the plasma nozzle, according invention is characterized in that the surface of the deposited items connected to the negative pole of the DC power source.
Кроме того, в плазмотроне одновременно горят дуга прямой полярности и косвенного нагрева между катодом - электродом и анодом - медным плазменным соплом, и дуга обратной полярности между плазменным соплом, являющимся в этом случае катодом, и поверхностью наплавляемой детали.In addition, an arc of direct polarity and indirect heating between the cathode — electrode and anode — a copper plasma nozzle and an arc of reverse polarity between the plasma nozzle, which is the cathode in this case, and the surface of the deposited part are simultaneously burning in the plasmatron.
Кроме того, в плазмотроне в качестве электрода используется лантанированный вольфрамовый стержень диаметром не менее 1,8 мм и не более 4,0 мм с углом заточки 45°.In addition, a lanthanum tungsten rod with a diameter of not less than 1.8 mm and not more than 4.0 mm with a sharpening angle of 45 ° is used as an electrode in the plasmatron.
Кроме того, в плазмотроне электрод установлен внутри плазменного сопла с возможностью перемещения по вертикальной оси.In addition, in the plasmatron the electrode is mounted inside the plasma nozzle with the possibility of movement along the vertical axis.
Отличительной особенностью заявленного плазмотрона является то, что в нем одновременно горят две дуги. Первая дуга (прямой полярности и косвенного нагрева) горит между катодом - электродом и анодом - медным плазменным соплом, а вторая дуга (обратной полярности) горит между плазменным соплом, являющимся в этом случае катодом, и подложкой (поверхностью наплавляемой детали). Такая конструкция плазмотрона позволила совместить преимущества плазмотронов косвенного и прямого действия. Рассредоточенное анодное пятно на поверхности сопла-анода позволило получать широкий столб плазмы и, как следствие, широкие валики наплавленного металла. Получение технического результата изобретения возможно только при осуществлении такой схемы подключения, обеспечивающей стабильное общее тепловложение в деталь за счет увеличения или уменьшения напряжения косвенной дуги при соответствующем уменьшении или увеличении напряжения прямой дуги, которые вызываются неконтролируемыми изменениями расстояния от среза сопла до наплавляемой детали. В результате этого, а также благодаря кольцевой форме торца плазменного сопла, при припекании исключаются такие явления как блуждание и прерывание дуги, снижается тепловая нагрузка на сопло-анод, вследствие чего повышается стойкость плазмотрона до 300 часов его непрерывной работы, стабилизируется тепловложение в деталь, вследствие чего уменьшается проплавление подложки. В результате суммарный технический результат увеличивает срок службы плазмотрона.A distinctive feature of the claimed plasmatron is that it simultaneously burns two arcs. The first arc (of direct polarity and indirect heating) burns between the cathode - electrode and the anode - a copper plasma nozzle, and the second arc (reverse polarity) burns between the plasma nozzle, which in this case is the cathode, and the substrate (surface of the deposited part). This design of the plasma torch allowed us to combine the advantages of indirect and direct plasmatrons. The dispersed anode spot on the surface of the anode nozzle made it possible to obtain a wide column of plasma and, as a result, wide rollers of the deposited metal. Obtaining the technical result of the invention is possible only with the implementation of such a connection scheme that provides stable overall heat input into the part due to an increase or decrease in the indirect arc voltage with a corresponding decrease or increase in the direct arc voltage, which is caused by uncontrolled changes in the distance from the nozzle exit to the weld part. As a result of this, as well as due to the annular shape of the end face of the plasma nozzle, such phenomena as wandering and interruption of the arc are eliminated during baking, the thermal load on the anode nozzle is reduced, as a result, the plasma torch resistance is increased up to 300 hours of its continuous operation, the heat input to the part is stabilized, due to which decreases the penetration of the substrate. As a result, the total technical result increases the life of the plasma torch.
Для получения стабильно высокого качества формирующихся покрытий целесообразно в качестве электрода использовать лантанированный вольфрамовый стержнем с диаметром не менее 1,8 мм и не более 4,0 мм с углом заточки 45°. Такой угол заточки вольфрамового лантанированного стержня позволяет исключить блуждание катодного пятна по поверхности электрода.To obtain a consistently high quality of the formed coatings, it is advisable to use a lanthanum tungsten rod with a diameter of at least 1.8 mm and not more than 4.0 mm with a sharpening angle of 45 ° as an electrode. Such an angle of sharpening of the tungsten lanthanum rod eliminates the wandering of the cathode spot over the electrode surface.
Перемещением электрода, установленного внутри плазменного сопла, например, на резьбе, по вертикальной оси можно регулировать тепловые и диффузионные процессы на границе припекания, определяющие глубину проплавления подложки (детали).By moving the electrode mounted inside the plasma nozzle, for example, on the thread, along the vertical axis, it is possible to control the thermal and diffusion processes at the baking line, which determine the penetration depth of the substrate (part).
Регулирование технологических параметров режима наплавки осуществляют по амперметрам и вольтметру в автоматическом режиме.The regulation of the technological parameters of the surfacing mode is carried out by ammeters and a voltmeter in automatic mode.
Заявителю неизвестно совместное использование в науке и технике отличительных признаков плазмотрона для плазменно-селективного припекания металлических порошков с достижением указанного технического результата.The applicant is not aware of the joint use in science and technology of the distinguishing features of a plasma torch for plasma-selective baking of metal powders to achieve the specified technical result.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема плазмотрона для плазменно-селективного припекания металлических порошков, где позициями обозначены: 1 - электрод; 2 - патрубок для подачи газа; 3 - патрубок для подачи присадочного порошка; 4 - источник питания постоянного тока; 5 - вольтметр; 6 - амперметр; 7 - наплавляемая подложка; 8 - плазменное сопло; 9 - защитное сопло; 10 - балластный реостат.The invention is illustrated by the drawing, which shows a schematic diagram of a plasma torch for plasma-selective baking of metal powders, where the positions indicated: 1 - electrode; 2 - pipe for gas supply; 3 - pipe for supplying the additive powder; 4 - DC power supply; 5 - voltmeter; 6 - ammeter; 7 - deposited substrate; 8 - plasma nozzle; 9 - a protective nozzle; 10 - ballast rheostat.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Плазмотрон подключают к источнику постоянного тока 4 с крутопадающей вольт-амперной характеристикой. При этом в качестве электрода 1 используют лантанированный вольфрамовый стержень диаметром 1,8-4,0 мм. Плазмотрон соединяют с источником плазмообразующегогаза, подаваемого по патрубку 2. Присадочный порошок вместе с транспортирующим и защитным газом подают по патрубку 3 и направляют в зону наплавки с помощью защитного сопла 9. В качестве плазмообразующего, транспортирующего и защитного газа используют аргон высшего сорта (ГОСТ 10157-79) с расходом 8; 25 и 10 л/мин соответственно. Плазмообразующий газ обжимает вспомогательную дугу косвенного действия, горящую между катодом и анодом - плазменным соплом 8. При сближении плазмотрона с работающей вспомогательной дугой с наплавляемой подложкой 7 происходит ионизация дугового промежутка и зажигание основной дуги обратной полярности. Обе дуги питаются от одного источника постоянного тока мощностью 24 кВт. Однако сила тока вспомогательной дуги ограничена максимальным значением в 30% от силы тока основной дуги за счет встроенного балластного реостата 10. Подачу присадочного порошка осуществляют с помощью порошкового питателя барабанного типа. Регулирование технологических параметров режима наплавки осуществляют по амперметрам 6 и вольтметру 5 в автоматическом режиме. Плазмотрон при наплавке устанавливают на суппорте токарно-винторезного станка 1K62. Перемещением суппорта настройками станка осуществляют продольные и поперечные движения плазмотрона. Для регулирования привода станка используют частотный преобразователь «Веспер 5,5», позволяющий плавно изменять скорость вращения шпинделя в диапазоне от 0 до 50 об/с.The plasma torch is connected to a direct
Описанный плазмотрон для плазменно-селективного припекания металлических порошков имеет увеличенный срок службы (стойкость плазмотрона увеличена до 300 часов его непрерывной работы) и обеспечивает стабильно высокое качество формирующихся покрытий за счет исключения при наплавке таких явлений как блуждание и прерывание дуги, а также неравномерности прогрева присадочного порошка или подложки.The described plasmatron for plasma-selective baking of metal powders has an extended service life (the plasma torch resistance is increased to 300 hours of its continuous operation) and provides a consistently high quality of the formed coatings due to the elimination of such phenomena as wandering and interruption of the arc, as well as uneven heating of the filler powder or substrate.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018145592A RU2705847C1 (en) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Plasmatron for plasma-selective frying of metal powders |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018145592A RU2705847C1 (en) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Plasmatron for plasma-selective frying of metal powders |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2705847C1 true RU2705847C1 (en) | 2019-11-12 |
Family
ID=68579724
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018145592A RU2705847C1 (en) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Plasmatron for plasma-selective frying of metal powders |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2705847C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2754915C1 (en) * | 2020-10-27 | 2021-09-08 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Method for plasma processing of metal products |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1731507A1 (en) * | 1990-03-02 | 1992-05-07 | Красноярский Политехнический Институт | Method of plasma-jet powder surfacing |
SU1744865A1 (en) * | 1989-11-28 | 1997-02-10 | Институт Машиноведения Им.А.А.Благонравова | Method of plasma application of coatings |
RU2292256C2 (en) * | 2005-01-25 | 2007-01-27 | Виктор Васильевич Овчинников | Method of plasma-arc welding of aluminium alloys |
RU68402U1 (en) * | 2007-06-13 | 2007-11-27 | ООО НТЦ "Вулкан-Плазма" | PLASMOTRON |
RU2343649C1 (en) * | 2007-07-12 | 2009-01-10 | Открытое акционерное общество "Элион" | Arc plasma burner |
RU140498U1 (en) * | 2013-05-17 | 2014-05-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | POWDER SPRAY PLASMATRON |
RU2595185C2 (en) * | 2014-12-08 | 2016-08-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Method of plasma treatment of metals |
RU2672054C1 (en) * | 2018-01-10 | 2018-11-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) | Electric arc plasma torch for coatings from refractory dispersed materials application |
-
2018
- 2018-12-21 RU RU2018145592A patent/RU2705847C1/en active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1744865A1 (en) * | 1989-11-28 | 1997-02-10 | Институт Машиноведения Им.А.А.Благонравова | Method of plasma application of coatings |
SU1731507A1 (en) * | 1990-03-02 | 1992-05-07 | Красноярский Политехнический Институт | Method of plasma-jet powder surfacing |
RU2292256C2 (en) * | 2005-01-25 | 2007-01-27 | Виктор Васильевич Овчинников | Method of plasma-arc welding of aluminium alloys |
RU68402U1 (en) * | 2007-06-13 | 2007-11-27 | ООО НТЦ "Вулкан-Плазма" | PLASMOTRON |
RU2343649C1 (en) * | 2007-07-12 | 2009-01-10 | Открытое акционерное общество "Элион" | Arc plasma burner |
RU140498U1 (en) * | 2013-05-17 | 2014-05-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | POWDER SPRAY PLASMATRON |
RU2595185C2 (en) * | 2014-12-08 | 2016-08-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Method of plasma treatment of metals |
RU2672054C1 (en) * | 2018-01-10 | 2018-11-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) | Electric arc plasma torch for coatings from refractory dispersed materials application |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2754915C1 (en) * | 2020-10-27 | 2021-09-08 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Method for plasma processing of metal products |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | Consumable double-electrode GMAW-Part 1: The process | |
US9233432B2 (en) | Arc welder and related system | |
RU2598715C1 (en) | Method of welding by arc combination | |
US9186745B2 (en) | Double wire GMAW welding torch assembly and process | |
US9024230B2 (en) | Method for starting a multi-gas plasma arc torch | |
RU2646302C1 (en) | Method of welding by arc combination | |
US2868954A (en) | Gas shielded multi-arc welding | |
CN108608126B (en) | Plasma shunting consumable electrode arc welding device and welding method | |
CN106563870A (en) | Twin-tungsten-electrode electronic swing arc (ESA) argon arc welding | |
RU2705847C1 (en) | Plasmatron for plasma-selective frying of metal powders | |
RU2686505C1 (en) | Method of plasma processing of metal products | |
RU2739308C1 (en) | Method of arc welding of aluminium alloys with combination of non-consumable and consumable electrodes | |
JP2013233592A (en) | Narrow bevel welding method of steel | |
JP2015150572A (en) | Method of welding multi-electrode single-sided submerged arc, method of manufacturing weldment | |
JP6211431B2 (en) | Multi-electrode single-sided submerged arc welding method, welded product manufacturing method | |
RU2649351C1 (en) | Method of mechanized deposition welding by the combination of arcs | |
RU2639586C1 (en) | Method of arc mechanized two-electrode welding | |
RU2595185C2 (en) | Method of plasma treatment of metals | |
RU2728144C1 (en) | Method of aluminium alloys welding by combination of arcs | |
RU2292256C2 (en) | Method of plasma-arc welding of aluminium alloys | |
RU2648618C1 (en) | Method of automatic welding by the combination of arcs | |
RU2798645C1 (en) | Method of automatic build-up welding in inert gas by combination of arcs | |
RU2763912C1 (en) | Method for plasma surfacing and welding by combination of arcs | |
CN107838536B (en) | Double-consumable electrode-TIG electric arc composite heat source welding method | |
RU2648433C1 (en) | Method of two-arc welding by coated electrodes |