Патент на изобретение №2220008

(54) ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ МЕТАЛЛИЗАТОР

(57) Реферат:

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий путем распыления присадочного материала в виде проволоки с помощью электрической дуги и может быть использовано для нанесения износостойких и антифрикционных покрытий, например, при восстановлении деталей. Техническая задача – повышение качества покрытия: прочностных, износостойких свойств металлопокрытий, регулирование их качества в широком диапазоне, использование более концентрированного, чем газообразное, жидкого углеводородного топлива, увеличение термодинамической характеристики и безопасности газового потока при выходе из электрической дуги, а также снижение веса оборудования, решена тем, что в металлизаторе имеется устройство внешнего бескамерного сгорания жидкого углеводородного топлива в зоне электрической дуги. В изоляционной платформе установлены электроводы вдоль корпуса. С помощью накидной гайки крепится крышка воздуховода. В кольцевых камерах размещены топливные сопла, торцы которых утоплены относительно торца Б на 6-7 мм. Топливные сопла через отверстия сообщены с топливным каналом втулки. В отверстии игольчатым вентилем регулируется поступление топлива из канала, сообщенного с бачком. Отверстие между топливными каналами может перекрываться запорным вентилем. Между камерами в крышке имеется центральное сопло эллипсной формы. При использовании электродугового металлизатора повышается качество металлопокрытия, повышается взрывобезопасность процесса, расход топлива составляет 1 г/с. 1 ил.

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий путем распыления присадочного материала в виде проволоки, с помощью электрической дуги и может быть использовано для нанесения износостойких и антифрикционных покрытий, например, при восстановлении деталей.

Область техники, к которой относится изобретение: машиностроение, станкостроение, электротехника, транспорт. Преимущественной областью использования является восстановление изношенных технических деталей путем нанесения износостойких и антифрикционных покрытий, которые являются долговременной антикоррозионной защитой, например, алюминием, цинком и другими цветными металлами.

Известные решения, выявленные как аналоги, по технической сути содержат два электрода-проволоки, которые подаются электромеханическим или пневматическим механизмом в распылительную головку, и расплавленный дугой металл диспергируется струей сжатого воздуха, наносится на поверхность металла или другую подложку.

Известно устройство для электродуговой металлизации, содержащее два электрода и два симметрических сопла, вертикальная плоскость которых проходит через центр электрической дуги, и дополнительное сопло меньшего сечения, чем суммарное сечение сопел. Устройство позволяет повысить производительность процесса (1).

Известен электрометаллизатор, содержащий в корпусе емкости с каналами для подачи топливно-воздушной смеси, трубчатые направляющие электродных проволок с тоководами, вал с тянущими роликами через редуктор, соединенный с электродвигателем, механизм прижимных роликов. Устройство снабжено механизмом подачи электродной проволоки. Устройство повышает экономичность процесса и упрощает конструкцию (2).

Известные решения по технической сути содержат два электрода-проволоки, которые подаются электромеханическим или пневматическим механизмом в распылительную головку, и расплавленный дугой металл диспергируется струей сжатого воздуха, наносится на поверхность металла. Усовершенствование технологии всегда касается оптимизации процесса распыления топливно-воздушной смеси, диспергирования расплавленного металла, уменьшения теплопотерь в реакционной зоне.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является электродуговой распылитель, содержащий в изолированных каналах электродные проволоки, в камере корпуса эквидистантно ее стенкам установлена перфорированная перегородка, внутренняя полость которой переходит в сопловой канал с запальником, полость между стенкой камеры корпуса и перфорированной перегородкой подключена к источнику горючей гозовой смеси распыляющего газа, что повышает надежность и сокращает энергозатраты (3).

При работе устройства происходит диспергирование расплавленного электрической дугой металла электродных проволок, которое осуществляется не сжатым воздухом, а продуктами сгорания газа.

Технической задачей предложенного изобретения является повышение качества покрытия: прочностных, износостойких свойств металлопокрытий, регулирование их качества в широком диапазоне, использование более концентрированного, чем газообразное, жидкого углеводородного топлива, увеличение термодинамической характеристики и безопасности газового потока при выходе из электрической дуги, а также снижение веса оборудования.

Указанная техническая задача решена тем, что в электрометаллизаторе, содержащем трубчатые направляющие электродных проволок с тоководами, механизм перемещения проволок и корпус с воздуховодом и с выходным соплом, согласно изобретению имеется устройство внешнего бескамерного сгорания жидкого углеводородного топлива в зоне электрической дуги, содержащее диспергатор с топливным бачком, соединенным через запорный и регулирующий вентили с двухсопловым топливным инжектором, при этом топливные сопла инжектора размещены в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения электродов, а воздушное сопло имеет два диаметрально расположенных кольцевых канала, образованных вставленными в них топливными соплами, концы которых находятся на расстоянии 6-7 мм от среза воздушного сопла, а между ними расположен третий воздушный канал эллипсного сечения, большая ось которого совпадает с осью кольцевых каналов.

Заявленное изобретение соответствует требованию единств изобретения, поскольку конструктивные особенности размещения сопел для диспергирования топлива, электродов для сжигания смеси, устройства каналов для подачи топлива и воздуха решают единую задачу создания зоны горения с оптимальными условиями, с получением единого результата.

Устройство изготовлено в промышленном производстве, проведены процессы покрытий с положительными результатами по качеству покрытия и эффективности технологии, что позволяет считать предложенное устройство соответствующим критерию “промышленная применимость”.

Проведенный авторами поиск по патентам и научно-техническим источникам не выявил прототип, характеризуемый совокупностью признаков, идентичных предлагаемому по своим свойствам и достигаемому результату, что позволяет считать предложение заявителя соответствующим критерию “изобретательский уровень”.

При сравнении с прототипом предложенный электродуговой металлизатор отличается устройством диспергатора, что соответствует критерию “новизна”.

Суть изобретения
Суть изобретения и достигаемый положительный результат заключается в том, что процесс сгорания жидкого углеводородного топлива – бензина или керосина, происходит в бескамерной зоне, непосредственно в электрической дуге. В предложенном устройстве энергоноситель – сжатый воздух, дополняется продуктами сгорания жидкого углеводородного топлива. При диссоциации углеводородного топлива образуются атомы углерода. Последний диффундирует в металл и цементирует его на молекулярном уровне. Молекула азота при температуре электродуги также диссоциирует на активные атомы азота, которые также диффундируют в металл, происходит “азотирование” и, как следствие, упрочнение металла. Как известно, углеводородные радикалы при диссоциации топлива создают антиокислительную защиту металла. Энергия факела распыления увеличивает в 1,5 раза скорость полета частиц и усиливает их внедрение в подложку. При этом уменьшился в 2 раза окислительный потенциал диспергирующего газа, а скорость потока увеличилась в 2,5 раза, с 340 до 830 м/с.

За счет возможности легирования металлопокрытия растворением в жидком топливе легирующих веществ повышаются в несколько раз прочностные и износостойкие свойства металлопокрытия.

В условиях высокой температуры дуги, при размещении топливных сопел инжектора в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения электродов, происходит легирование металлических частиц растворенными в топливе компонентами. Благодаря чему адгезионная и когезионная прочность и плотность увеличились на 40%; твердость на 18% (термохимическое упрочнение). Металлизатор оснащен газообразующим устройством, включающим диспергатор, с линией подачи топлива из топливного бачка через запорный и регулирующий вентили, и топливный инжектор, образующий два кольцевых воздушных канала и один эллипсный между ними. В кольцевых воздушных каналах вставлены топливные сопла. Большая ось эллипсного воздушного канала совпадает с осью кольцевых каналов. Поступление топлива в центральный канал корпуса запускается при открытии запорного вентиля, который открывает или закрывает отверстие в канале втулки, соединенной шлангом с топливным бачком. Тонкую регулировку подачи топлива в зону горения осуществляет игольчатый регулирующий вентиль. Расход топлива через регулируемое отверстие составляет 0,5-1 г/с. В крышке корпуса топливные сопла размещены в концентрических кольцевых камерах, каналах, являющихся частью воздушного сопла. Из отрегулированного канала топливо поступает в топливные сопла диспергатора. Срез топливных сопел утоплен в крышку корпуса на 6-7 мм, т.е. относительно среза воздушного сопла. Если расстояние среза топливного сопла от среза кольцевого воздушного сопла меньше 6 мм, то не происходит инжекции топлива, которое истекает струей, а если больше 7 мм, то происходит запирание струи топлива обтекающим воздушным потоком. Электроводы под углом 40^o сходятся с зазором для образования дуги, на расстоянии 12 мм до среза воздушного сопла. Торец крышки с выходом сопел и сходящиеся электроды ограничивают зону внекамерного горения топлива. Для превращения топлива в “туман”, с величиной частиц 30-80 мкм по воздуховоду через кольцевые каналы и центральное эллипсное сопло подается воздух под давлением 0,5-0,65 мПа. Выполнение центрального сопла для воздуха в виде эллипса, с большей осью по одной оси с топливными соплами, обеспечивают оптимальные параметры для создания мелкодиспергированного топлива в воздушной струе. При выполнении центрального воздушного сопла с круговым сечением, воздушный поток ударяется в мундштуки электродов и приводит к увеличению угла распыла топлива. При эллиптическом воздушном сопле уменьшается зона распыла при сохранении расхода топлива и уменьшается влияние мундштуков на турбулизацию воздушного потока.

Положительный эффект использования предлагаемого технического решения достигается также за счет стабилизации горения дуги при растворении в жидком топливе ионообразующих компонентов. В этом случае возможно повышать расход топлива до расчетного значения – 1 г/с. Больший расход топлива обеспечивает большее увеличение скорости истечения струи и, как следствие, увеличение адгезионно-когезионной прочности покрытия.

Другие преимущества предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом:
1. Металлоемкость комплекта оборудования уменьшена более чем в 3,5 раза, за счет отсутствия газорегулирующего блока и баллона с горючим газом.

2. Значительно упрощена конструкция, т.к. отсутствует необходимость в применении систем дозирования газа, его зажигания и охлаждения камеры сгорания.

3. Применение жидкого углеводородного топлива менее взрыво- и пожароопасно, чем газовые смеси.

Устройство изображено на чертеже с видами А и В.

В изоляционной платформе 1 установлены электроводы 2 вдоль корпуса 3. Трубчатые направляющие для электродных проволок и механизм их перемещения условно не показаны. С помощью накидной гайки 4 крепится крышка 5 корпуса воздуховода 6. В кольцевых каналах-камерах 7 размещены топливные сопла 8, торцы которых утоплены относительно торца Б на 6-7 мм. Топливные сопла через отверстия 9 сообщены с топливным каналом втулки 10. В отверстии 11 игольчатым вентилем 12 регулируется поступление топлива из канала 13, сообщенного с бачком 14. Отверстие между топливными каналами 13 и 15 может перекрываться запорным вентилем 16. Между камерами 7 в крышке 5 имеется центральное сопло эллипсной формы 17.

Электродуговой металлизатор работает следующим образом.

В целом, последовательность включения в работу предлагаемого металлизатора с газодинамическим диспергированием металла (ГДМ) отличается от металлизатора с воздушным распылением (ЭМ) только одной операцией – включением подачи топлива или его смеси через торрированный диспергатор после подачи воздуха и напряжения. Топливо поступает в топливные сопла 8 самотеком из бачка 14 через запорный 16 и дозирующий игольчатый 12 вентили. Далее топливо инжектируется, распыляется потоком сжатого воздуха из воздуховода 6, проходящего через кольцевые каналы-камеры 7 в отверстиях воздушного сопла. Благодаря раздвоенному инжектору, топливно-воздушная смесь поступает в периферийные нижнюю и верхнюю части зоны электрической дуги. Это является важнейшей особенностью работы устройства, что позволяет не нарушать процесс ионизации в межэлектродном зазоре и обеспечивает стабильность горения дуги. Этому также способствует струя чистого воздуха, истекающая по центральному эллипсному отверстию 17, которое частично блокирует зону дуги от поступления в межэлектродный зазор топливно-воздушной смеси. Смесь, достигая расплавленных концов электродов 2, воспламеняется.

Источники информации
1. Патент РФ 2119389, кл. В 05 В 7/22, опубл. 27.09.98 г.

2. Авторское свидетельство СССР 1692665, кл. В 05 В 7/22, опубл. 23.11.91 г.

3. Патент РФ 2032480, кл. В 05 В 7/22, опубл. 10.04.95 г. – прототип.

Формула изобретения

Электродуговой металлизатор, содержащий трубчатые направляющие электродных проволок с тоководами, механизм перемещения проволок и корпус с воздуховодом и с выходным соплом, отличающийся тем, что он имеет устройство внешнего бескамерного сгорания жидкого углеводородного топлива в зоне электрической дуги, содержащее диспергатор с топливным бачком, соединенным через запорный и регулирующий вентили с двухсопловым топливным инжектором, при этом топливные сопла инжектора размещены в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения электродов, а воздушное сопло имеет два диаметрально расположенных кольцевых канала, образованных вставленными в них топливными соплами, концы которых находятся на расстоянии 6-7 мм от среза воздушного сопла, а между ними расположен третий воздушный канал эллипсного сечения, большая ось которого совпадает с осью кольцевых каналов.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 12.07.2004

Извещение опубликовано: 27.05.2006 БИ: 15/2006