RU2119389C1

RU2119389C1 - Device for deposition of metal coatings by electric arc

Info

Publication number: RU2119389C1
Application number: RU97101017A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Коробов; В.Л. Луканин; В.Н. Бороненков; Н.Н. Литовченко
Original assignee: Государственное объединение "Уральский завод транспортного машиностроения"
Priority date: 1997-01-22
Filing date: 1997-01-22
Publication date: 1998-09-27

Abstract

FIELD: deposition of protective coatings, in particular, equipment for electric arc deposition of metal coatings. SUBSTANCE: device has two electrodes and two symmetrical nozzles arranged in vertical plane which runs through the center of electric arc and is square to plane running through axes of electrodes. The device is also provided with additional central nozzle whose axis coincides with the line intercrossing the said planes and its cross-section is 4-60 factors smaller than the sum of cross-section area of symmetrical nozzles. EFFECT: higher efficiency of deposition by spraying due to formation of stream of particles with small spray-cone angle. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области нанесения защитных покрытий, в частности к оборудованию для электродуговой металлизации. The invention relates to the field of applying protective coatings, in particular to equipment for electric arc metallization.

Известно распылительное сопло электродугового металлизатора, содержащее два концентрично расположенных сопла для подачи транспортирующих газов [1] (авт.св. СССР N 1186269, кл. B 05 B 7/22, 1984). Недостатком указанной конструкции является дополнительная турбулизация струи газов за счет нахождения в ней электродов. Это приводит к снижению скорости струи, увеличению угла ее раскрытия и, как следствие, к снижению скорости напыляемых частиц и повышению степени их окисления. A spray nozzle of an electric arc metallizer is known, containing two concentrically arranged nozzles for supplying transporting gases [1] (ed. St. USSR N 1186269, class B 05 B 7/22, 1984). The disadvantage of this design is the additional turbulization of the gas stream due to the presence of electrodes in it. This leads to a decrease in the speed of the jet, an increase in the angle of its opening and, as a consequence, to a decrease in the speed of sprayed particles and an increase in the degree of their oxidation.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для электродуговой металлизации, в котором подача сжатого воздуха осуществляется через два симметричных сопла, размещенные в вертикальной плоскости, проходящей через центр электрической дуги и перпендикулярной плоскости, проходящей через оси электродов [2] (авт. св. СССР N 1329835, кл. B 05 B 7/22, 1985). Недостатком указанной конструкции является широкий угол распыла расплавляемого в электрической дуге металла, что приводит к снижению эффективности процесса. Причиной этого является недостаточное усилие, с которым частицы расплавленного металла эжектируются в воздушную струю. Closest to the proposed technical solution is a device for electric arc metallization, in which compressed air is supplied through two symmetric nozzles located in a vertical plane passing through the center of the electric arc and perpendicular to the plane passing through the axis of the electrodes [2] (ed. St. USSR N 1329835, CL B 05 B 7/22, 1985). The disadvantage of this design is the wide spray angle of the metal melted in the electric arc, which leads to a decrease in the efficiency of the process. The reason for this is the insufficient force with which the particles of molten metal are ejected into the air stream.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение производительности напыления за счет образования струи частиц с малым углом раскрытия. The objective of the proposed technical solution is to increase the spraying productivity due to the formation of a jet of particles with a small opening angle.

Для решения указанной задачи в известном устройстве электродуговой металлизации, содержащем два электрода и два симметричных сопла, размещенных в вертикальной плоскости, которая проходит через центр электрической дуги и перпендикулярна плоскости, проходящей через оси электродов [2], установлено дополнительное центральное сопло, ось которого совпадает с линией пересечения указанных плоскостей, а его сечение в 4...60 раз меньше суммарного сечения симметричных сопел. To solve this problem in the known device for electric arc metallization, containing two electrodes and two symmetric nozzles placed in a vertical plane that passes through the center of the electric arc and perpendicular to the plane passing through the axis of the electrodes [2], an additional central nozzle is installed, the axis of which coincides with the line of intersection of the indicated planes, and its cross section is 4 ... 60 times smaller than the total cross section of the symmetrical nozzles.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - то же, вид сверху. In FIG. 1 shows the proposed device; in FIG. 2 - the same, top view.

Устройство состоит из двух электродов 1, направляемых токоподводами 2 до точки пересечения, двух сопел 3 для подачи транспортирующего газа, расположенных симметрично в вертикальной плоскости и перпендикулярно плоскости осей электродов. Дополнительное сопло 4 является центральным, его ось совпадает с линией пересечения указанных плоскостей. The device consists of two electrodes 1, guided by current leads 2 to the point of intersection, two nozzles 3 for supplying transporting gas, located symmetrically in the vertical plane and perpendicular to the plane of the axes of the electrodes. The additional nozzle 4 is central, its axis coincides with the line of intersection of these planes.

Струя транспортирующего газа из центрального сопла 4 дробит расплавленный в электрической дуге металл электродов и выносит этот металл в виде частиц из зоны горения дуги. Струи транспортирующего газа из симметричных сопел 3 подхватывают указанные частицы и формируют напыляющую струю. A jet of transporting gas from the central nozzle 4 crushes the metal of the electrodes molten in an electric arc and removes this metal in the form of particles from the combustion zone of the arc. The jets of conveying gas from the symmetrical nozzles 3 pick up these particles and form a spraying jet.

Центральная струя газа за счет своей высокой скорости принудительно дробит расплавленный металл. Поскольку расход газа при этом небольшой из-за малого проходного сечения сопла 4, то электрическая дуга от воздействия указанной струи охлаждается незначительно. Соотношение проходных сечений симметричных сопел и центрального сопла выбрано опытным путем, при увеличении проходного сечения центрального сопла выше заявленного интервала происходит чрезмерное охлаждение электрической дуги. Кроме того, при этом смешение центральной и симметричных струй происходит перед зоной плавления электродов. В результате угол раскрытия факела распыла напыляемых частиц, полученного под воздействием смешанной струи, достигает 30 - 40^o. При уменьшении этого сечения ниже заявленного интервала центральная струя газа оказывает слишком слабое влияние на расплавляемый материал электродов, в обоих случаях положительный эффект, заключающийся в повышении эффективности процесса, отсутствует.Due to its high speed, the central gas stream forcibly crushes molten metal. Since the gas flow in this case is small due to the small orifice of the nozzle 4, the electric arc is not cooled slightly by the action of this jet. The ratio of the flow cross-sections of the symmetric nozzles and the central nozzle was chosen experimentally, with an increase in the flow cross-section of the central nozzle above the stated interval, excessive cooling of the electric arc occurs. In addition, the mixing of the central and symmetrical jets occurs in front of the melting zone of the electrodes. As a result, the opening angle of the spray torch sprayed particles obtained under the influence of a mixed jet reaches 30 - 40 ^o . When this cross section decreases below the stated interval, the central gas jet has too little effect on the molten material of the electrodes, in both cases there is no positive effect of increasing the efficiency of the process.

Если в прототипе дробление расплавленного металла на отдельные частицы и их движение осуществляется за счет электромагнитного воздействия дуги и различия в давлении в зоне плавления электродов на оси и в симметричных струях, то в предлагаемой конструкции расплавленный металл дополнительно дробится центральной струей и выносится ею из зоны горения дуги в указанные симметричные газовые струи. If in the prototype the crushing of molten metal into individual particles and their movement is due to the electromagnetic effect of the arc and the difference in pressure in the melting zone of the electrodes on the axis and in symmetrical jets, then in the proposed design the molten metal is additionally crushed by the central jet and removed from the arc burning zone into the indicated symmetrical gas jets.

Предлагаемая конструкция создает благоприятные условия для эжекции частиц расплавленного металла и формирования их струи с малым углом раскрытия, при этом эффективность использования тепла дуги снижается незначительно из-за малого расхода газа через центральное сопло. Это приводит к повышению коэффициента использования распыляемого материала (КИМ). The proposed design creates favorable conditions for the ejection of molten metal particles and the formation of their jets with a small opening angle, while the efficiency of the use of arc heat is reduced slightly due to the low gas flow through the central nozzle. This leads to an increase in the utilization rate of the sprayed material (CMM).

Пример конкретного выполнения. An example of a specific implementation.

На базовом металлизаторе ЭМ-17 были проведены сравнительные испытания устройств прототипа и предлагаемого. Для критериев оценки вариантов выбраны угол раскрытия струи частиц и КИМ. On the base metallizer EM-17, comparative tests of the devices of the prototype and the proposed one were carried out. For the criteria for evaluating the options, the angle of disclosure of the jet of particles and CIM was chosen.

Режимы испытании: ток - 200 А, напряжение - 30 В, дистанция напыления - 100 мм, давление сжатого воздуха - 0,6 МПа, суммарное проходное сечение симметричных сопел - 25 кв. мм, проходное сечение центрального сопла в предлагаемом устройстве - 3 кв.мм. Test modes: current - 200 A, voltage - 30 V, spraying distance - 100 mm, compressed air pressure - 0.6 MPa, total flow area of symmetrical nozzles - 25 sq. mm, the bore of the central nozzle in the proposed device is 3 sq. mm.

В предлагаемом устройстве угол раскрытия факела распыла частиц уменьшился с 30% до 10%, a КИМ увеличился с 0,6 до 0,8 в сравнении с прототипом. In the proposed device, the opening angle of the particle spray plume decreased from 30% to 10%, and the CMM increased from 0.6 to 0.8 in comparison with the prototype.

Применение предлагаемого технического решения позволит повысить производительность процесса электрометаллизации за счет уменьшения угла распыла частиц. The application of the proposed technical solution will improve the performance of the electrometallization process by reducing the angle of dispersion of particles.

Claims

A device for electric arc metallization, containing two electrodes and two symmetric nozzles placed in a vertical plane that passes through the center of the electric arc and is perpendicular to the plane passing through the axis of the electrodes, characterized in that an additional central nozzle is installed, the axis of which coincides with the intersection line the indicated planes, and its cross section is 4 ... 60 times smaller than the total cross section of symmetric nozzles.