Патент на изобретение №2228799

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2228799 (13) C2
(51) МПК 7
B05B7/22
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 09.03.2011 – прекратил действие

(21), (22) Заявка: 2002106883/122002106883/12, 19.03.2002

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

19.03.2002

(43) Дата публикации заявки: 10.09.2003

(45) Опубликовано: 20.05.2004

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
RU 2119389 С1, 27.09.1998. SU 1565537 А1, 23.05.1990. DD 250826 А3, 28.10.1987. ЕР 0117687 А2, 05.09.1984. WO 80/00544 А1, 03.04.1980.

Адрес для переписки:

61108, г. Харьков, ул. Ак. Вальтера, 19, комн.563, В.В.Морозу

(72) Автор(ы):

Мороз Виктор Владимирович (UA)

(73) Патентообладатель(и):

Мороз Виктор Владимирович (UA)

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к газотермическому напылению, в частности к оборудованию электродуговой металлизации. Для улучшения физико-механических свойств покрытия путем увеличения длины начального участка струи металловоздушного потока с площадью сечения, равной площади сечения входного сопла, устройство для электродуговой металлизации содержит сопло с входным цилиндрическим участком и выходным участком, состоящим из двух цилиндрических сопел равного диаметра, и токоподводы. Оси сопел параллельны оси сопла, два электрода в виде проволок направлены под углом к точке их схождения, расположенной на оси сопла за срезом его выходного участка. Цилиндрические сопла имеют винтовые ребра на внутренней поверхности. Геометрические параметры устройства выражены определенными соотношениями. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к газотермическому напылению, в частности к оборудованию электродуговой металлизации, и может быть использовано для нанесения восстановительных и защитных покрытий в машиностроении, химической промышленности и энергетике.

Известен электродуговой распылитель, содержащий блок с каналами для подачи проволок, токосъемные направляющие элементы, разделенное сопло, выполненное в виде цилиндрической трубки с осевым рассекателем внутри, образующим отверстия в виде сегментов, хорды которых параллельны между собой и расположены одна от другой на расстоянии, равном двойному диаметру проволок (см. а.с. СССР 1565537, кл.6 В 05 В 7/22, 1988 г.). Расплавленный металл, частично захватываемый краями воздушных струй, истекающих из отверстий сопла, а большей частью благодаря инжекции атмосферного воздуха дополнительно дробится в зоне формирования основной струи и переносится на изделие.

Однако инжекция атмосферного воздуха в зону плавления не обеспечивает высокую скорость напыляемых частиц из-за потери начальной скорости основного потока металловоздушных частиц. В результате чего угол распыла расплавленных частиц и их размеры увеличиваются, пористость покрытия также увеличивается, а следовательно, ухудшаются его физико-механические свойства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является устройство для электродуговой металлизации, содержащее сопло, имеющее входной цилиндрический участок и выходной участок, и два электрода в виде проволок, направляемых токоподводами под углом к точке их схождения, расположенной на оси сопла за срезом его выходного участка. Выходной участок сопла имеет два цилиндрических сопла равного диаметра для подачи транспортирующего газа, оси которых параллельны оси сопла, и дополнительное центральное сопло, ось которого совпадает с линией пересечения вертикальной плоскости, проходящей через центр электрической дуги и плоскости, проходящей через оси электродов, а сечение центрального сопла в 4-60 раз меньше суммарного сечения симметричных сопел (см. патент РФ №2119389, кл.6 В 05 В 7/22, 1997 г.).

Конструкция известного устройства позволяет принудительно дробить расплавленный металл центральной струей и выносить его струей из зоны горения дуги в симметричные газовые струи. Указанные выше преимущества конструкции позволяют увеличить начальную скорость сформированной металловоздушной струи, уменьшить ее угол раскрытия, уменьшить размер распыляемых частиц.

Недостатками данного устройства является возникновение колебаний концов проволок-электродов во время работы (отклонений от начального положения на расстояние до 1/3 dпров.). Торцы электродов создают в воздушном потоке дополнительного центрального сопла возмущения, приводящие к потере направленности транспортировки расплавленных частиц и расширению металловоздушного потока в плоскости, проходящей через оси электродов (т.е. в горизонтальной плоскости). Таким образом, конструкция сопла по патенту №2119389 сохраняет малый угол раскрытия металловоздушной струи в вертикальной плоскости, но не устраняет пульсирующее дорасширение струи в горизонтальной плоскости.

В результате снижается скорость распыляемой струи, уменьшается длина начального участка струи металловоздушного потока с площадью сечения, равной площади сечения входного сопла, увеличивается размер распыляемых частиц, а значит, увеличивается пористость покрытия и ухудшаются его физико-механические свойства.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для электродуговой металлизации, путем установления соответствующих зависимостей между геометрическими параметрами устройства, что позволяет увеличить длину начального участка струи металловоздушного потока с площадью сечения, равной площади сечения входного сопла, обеспечивая улучшение физико-механических свойств покрытия.

Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве для электродуговой металлизации, содержащем сопло, имеющее входной цилиндрический участок и выходной участок, который состоит из двух цилиндрических сопел равного диаметра, оси которых параллельны оси сопла, два электрода в виде проволок, которые направлены под углом к точке схождения электродов, расположенной на оси сопла за срезом его выходного участка, и токоподводы, согласно изобретению по внутренней поверхности каждого из цилиндрических сопел выполнены винтовые ребра, высота которых определена из соотношения h0,0264Dвх, где h – высота винтового ребра, Dвx – диаметр входного участка сопла, диаметр каждого из цилиндрических сопел определен из соотношения 0,447Dвх d 0,500Dвх, где d – диаметр каждого из цилиндрических сопел, Dвx – диаметр входного участка сопла, оси цилиндрических сопел расположены друг друг относительно на расстоянии 1/2 диаметра входного участка сопла, при этом точка схождения электродов расположена на расстоянии, которое определено из соотношения 1,75Dвхвx, где l – расстояние от среза выходного участка сопла до точки схождения электродов, Dвx – диаметр входного участка сопла, а угол схождения электродов выбран из интервала 43,5<<55,0. Кроме того, входной участок сопла выполнен длиной не менее двух диаметров его входного участка.

Выполнение по внутренней поверхности цилиндрических сопел винтовых ребер и установление соответствующих зависимостей между геометрическими параметрами устройства создает искусственную турбулизацию пограничного слоя струи сжатого воздуха в сопле. Наличие турбулентных пульсаций приводит к интенсивному обмену энергией между пограничным слоем струи сжатого воздуха из сопла и потоком воздуха из окружающей среды. Кинетическая энергия сжатого воздуха, как и образовавшегося металловоздушного потока в пограничном слое увеличивается, следовательно, уменьшается сопротивление движению ядра струи металловоздушного потока, что обеспечивает увеличение длины начального участка струи металловоздушного потока с площадью сечения, равной площади сечения входного сопла, до 10Dвx (Dвx – диаметр входного участка сопла). В результате повышаются физико-механические свойства покрытия.

Если взаимосвязь между геометрическими параметрами устройства будет определяться из следующих соотношений: h>0,0264Dвx; 0,447Dвx>d>0,500Dвx; 1,75Dвх>l>l,80Dвx; 43,5>>55,0, это приведет к увеличению сопротивления струи металловоздушного потока воздуху из окружающей среды. Соответственно, уменьшится скорость распыляемых частиц, увеличится угол раскрытия струи потока и уменьшится длина начального участка струи металловоздушного потока с площадью сечения, равной площади сечения входного участка сопла. Увеличится размер распыляемых частиц, а значит, и пористость покрытия, то есть ухудшаются физико-механические свойства покрытия.

На фиг.1 схематично изображено заявляемое устройство, вид сверху; на фиг.2 – то же, вид А на фиг.1.

Устройство для электродуговой металлизации содержит два электрода 1 в виде проволок, направляемых токоподводами 2 до их точки схождения с помощью узла регулировки 3 подачи электродов 1, установленного на токоподводах 2. В центре устройства по его оси установлено сопло, имеющее соответственно входной и выходной участки 4 и 5. Выходной участок сопла 5 состоит из двух цилиндрических сопел 6 равного диаметра. Оси цилиндрических сопел 6 параллельны оси входного участка сопла 4 и расположены относительно друга друга на расстоянии 1/2 диаметра входного участка сопла 4. По внутренней поверхности цилиндрических сопел 6 выполнены винтовые ребра 7, высота которых определена из соотношения h0,0264Dвх. Диаметр цилиндрических сопел определен из соотношения 0,447Dвx d 0,500Dвx, где Dвх – диаметр входного участка сопла 4. Точка схождения электродов 1 расположена в горизонтальной плоскости по оси входного участка сопла 4 за срезом его выходного участка 5 на расстоянии, которое связано с диаметром входного участка сопла 4 соотношением 1,75Dвхвx.

Угол схождения электродов 1 выбирают из интервала 43,5<<55,0.

Кроме того, входной участок сопла 4 выполнен с длиной не менее двух диаметров его входного участка.

Устройство для электродуговой металлизации работает следующим образом.

Оператор с помощью узла регулировки 3 подачи электродов 1 устанавливает угол схождения электродов 1, исходя из условия 43,5<<55,0. Затем проверяет положение точки схождения электродов 1, чтобы она находилась в горизонтальной плоскости по оси входного участка сопла 4 за срезом его выходного участка 5. Расстояние от точки схождения электродов 1 до среза выходного участка сопла 5 выбирается исходя из условия 1,75Dвxвx. Далее включают подачу сжатого воздуха, подают напряжение на токоподводы 2 и подают электроды 1. Зажигается дуга. Сжатый воздух, проходя по цилиндрическим соплам 6 выходного участка сопла 5, создает турбулентные пульсации пограничного слоя струи. Наличие турбулентных пульсаций приводит к интенсивному обмену энергией между пограничным слоем сжатого воздуха из сопла и потоком воздуха из окружающей среды. Сформированная струя сжатого воздуха диспергирует расплавленный электрической дугой металл электродов 1 и формирует струю металловоздушного потока, кинетическая энергия которого в пограничном слое увеличивается. Таким образом, уменьшается сопротивление движению ядра струи металловоздушного потока, увеличивается длина начального участка струи металловоздушного потока с площадью сечения, равной площади сечения входного сопла, и углом раскрытия струи 7-9. Металловоздушный поток со скоростью частиц 100-150 м/с и величиной их диспергирования менее 50 мкм осаждается на изделии и образует покрытие с пористостью 3-4%.

В лучшем варианте осуществления изобретения электродуговое напыление проводили на базе электродугового металлизатора ЭМ-17. Для оценки физико-механических свойств покрытия были выбраны следующие показатели: пористость покрытия, прочность покрытия на сцепление (адгезия), прочность покрытия на разрыв (когезия), которая определялась штифтовым методом.

Напыление проводилось при следующих режимах: ток – 190 А, напряжение – 29 В, дистанция напыления – 190 мм, давление сжатого воздуха – 0,7 МПа. Геометрические параметры заявляемого устройства:

диаметр входного участка сопла (Dвx) – 10 мм,

диаметр каждого из цилиндрических сопел выходного участка (d) – 4,475 мм,

высота винтовых ребер (h) – 0,256 мм,

расстояние от среза выходного участка сопла до точки схождения электродов (l) – 17,8 мм,

угол схождения электродов () – 53,5.

В процессе напыления была сформирована струя металловоздушного потока со следующими параметрами: длина начального участка струи 80 мм при площади сечения металловоздушного потока и площади сечения входного сопла, равной 78,5 мм2;

угол раскрытия факела распыла частиц на начальном участке струи потока – 7-9;

величина диспергирования частиц металла – 30 мкм.

В результате напыления на изделии образовалось покрытие со следующими характеристиками: пористость – 3%; когезия – 290 МПа; адгезия – 32 МПа.

Формула изобретения

1. Устройство для электродуговой металлизации, содержащее сопло, имеющее входной цилиндрический участок и выходной участок, который состоит из двух цилиндрических сопел равного диаметра, оси которых параллельны оси сопла, два электрода в виде проволок, которые направлены под углом к точке схождения электродов, расположенной на оси сопла за срезом его выходного участка, и токоподводы, отличающееся тем, что по внутренней поверхности каждого из цилиндрических сопел выполнены винтовые ребра, высота которых определена из соотношения

h0,0264 Dвх,

где h – высота винтового ребра;

Dвх – диаметр входного участка сопла, диаметр каждого из цилиндрических сопел определен из соотношения

0,447 Dвх d 0,500 Dвх,

где d – диаметр каждого из цилиндрических сопел;

Dвх – диаметр входного участка сопла,

оси цилиндрических сопел расположены относительно друг друга на расстоянии 1/2 диаметра входного участка сопла, при этом точка схождения электродов расположена на расстоянии, которое определено из соотношения

1,75 Dвхвх,

где 1 – расстояние от среза выходного участка сопла до точки схождения электродов;

Dвх – диаметр входного участка сопла,

а угол схождения электродов выбран из интервала

43,5<< 55,0.

2. Устройство для электродуговой металлизации по п.1, отличающееся тем, что входной участок сопла выполнен длиной не менее двух диаметров его входного участка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2


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: 20.03.2004

Извещение опубликовано: 10.06.2006 БИ: 16/2006



Categories: BD_2228000-2228999