Распылительная головка электрометаллизатора

 

РАСПЫЛИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛИЗАТОРА, содержащая инжекторную насадку с сопловым аппа11 ратом для подачи тран спортируклде го газа и токоподводящие башмаки с направляющими каналами для подачи проволок , отлич ающаяся тем, что, с целью повьлиения стабильности режима работы и качества покрытия , а также обеспечения возможности нанесения покрытия на .труднодоступные поверхности изделия, инжекторная насадка выполнена в виде Собразной поворотной скобы с внутренними каналами, для транспортирующего газа, закрепленной на полых цапфах , общая ось которых лежит в плоскости подачи проволок и проходит через точку их пересечения. (Л С 00 VI vj .I

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(511 В 05 В 7/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ /"

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Э т к

11 j Х 7

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3628694/23-05 (22) 27.07.83 (46) 15.09.84. Вюл. Р 34 (72) Л.С.Столяров, П.С.Столяров и В.Д.Амбокадзе (71) Одесский институт инженеров морскогб флота (53) 621,793(088.8) (56) 1. Патент Франции Р 2098099, кл, В 23 К 9/00, 1972.

2. Патент Великобритании

Р 1277488, кл. В 2 F 1972 (прототип). (54)(57) РАСПЫЛИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА

ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛИЗАТОРА, содержащая инжекторную насадку с сопловым аппаратом для подачи транспортирующего газа и токоподводящие башмаки с направляющими каналами для подачи проволок, отличающаяся тем, что, с целью повышения стабильности режима работы и качества покрытия, а также обеспечения возможности нанесения покрытия на труднодоступные поверхности изделия, инжекторная насадка выполнена в виде Собразной поворотной скобы с внутренними каналами, для транспортирующего газа, закрепленной на полых цапфах, общая ocb которых лежит в плоскости подачи проволок и проходит через точку их пересечения.

1113177

Изобретение относится к технике напыления расплавленного металла на поверхность, в частности путем электродугового расплавления проволоки и распыления частиц сжатым газом, и может быть использовано в машиностроении и судорембнте для металлизации поверхностей деталей в целях защиты от коррозии, преиму-. щественно для нанесения защитных покрытий на внутренние поверхности пазов шириной 50 мм и более.

Известна распылительная головка электрометаллизатора, содержащая сопловой аппарат, создающий основную (рабочую» струю транспортирующего газа, предназначенный для дробления и разгона частиц напыляемого материала до рабочих скоростей, а также орган формирующий дополнительный стабилизирующий попутный поток ra- 20 за, окружающий рабочую струю и оттесняющий распыленные частицы с периферийных во внутреннюю, более высокоскоростную зону рабочей струи повышающий этим качество напылен- 25 ного покрытия (11.

Данная распылительная головка обладает низкой экономичностью, обусловленной повышенным. расходом сжатого газа, необходимого для создания ЗО дополнительного попутного потока.

Более близкой к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является распылителвная головка электрометаллизатора, содержащая инжекторную насадку с сопловым аппаратом для подачи транспортирующего газа и токоподводящие башмаки с направляющими каналами для подачи проволок. Кроме того, рас- 4» пылительная головка содержит проволокоподающий механизм.

В такой конструкции стабилизирующий попутный поток образуется за счет инжекции подсоса) основной рабочей струей воздуха из окружающей среды и на его образование не требуется дополнительного расхода сжатого газа i:23.

Однако известные конструкции не обладают свойством стабилизации режима горения дуги: дуга не горит, под действием проволокоподающего механизма происходит сближение и замыкание концов распыляемых проволок,, проходящий ток нагревает проволоки, наиболее интенсивное тепловыделение происходит в месте их касания, где начинается плавление, а затем под воздействием электродинамических сил происходит выброс расплава иэ эоны @» контакта, и между концами проволок загорается дуга, при ее горении часть материала проволок разбрызгивается в виде мелких капель, а часть в виду очень высокой температуры в 65 дуге (порядка 6000 С) переходит в парообразное состояние. Пары распыляемого металла дополнительно ионизируют дуговой промежуток, в результате чего увеличивается поперечное сечеO ние дуги, а также растут потребляемые ею ток и мощность, это приводит к быстрому росту длины дугового промежутка. Начиная с некоторой критической величины дугового промежутка поток транспортирующего газа сдувает пары металла, нарушает равномерность ионизации дугового промежутка и стремится "выдуть" дугу из зазора между проволоками — длина дуги возрастает, одновременно за счет уменьшения турбулентности потока электрическим разрядом снижается гидравлическое сопротивление движению транспортирующего газа в зазоре между проволоками, что в свою очередь увеличивает скорость транспортирующего газа и ewe больше увеличивает длину дуги. Этот процесс развивается лавинообразно и дуга гаснет на такомпринципе работают так называемые воздушные выключатели тока). Затем проволокоподающий механизм опять замыкает проволоки и цикл повторяется.

Цикличность работы распылительной головки является причиной неравномерного фракционного состава напыляемого покрытия, что снижает его качество, а также причиной повышенного шума, создающего неудобства оператору.

Для устранения этого явления в качестве питающих используют источники постоянного тока, в которых для стабилизации горения дуги электрометаллизатора к токовым шинам дополнительно подведено высокое высокочастотное напряжение, получаемое от осциллятора, однако наличие его в источнике тока, увеличивает габариты, вес, стоимость оборудования.

Цель изобретения — повышение стабильности режима работы и качества покрытия и обеспечение возможности нанесения покрытия на труднодоступные поверхности изделия.

Указанная цель достигается тем, что в распылительной головке электрометаллизатора, содержащей инжекторную насадку с сопловым аппаратом для подачи транспортирующего газа и токоподводящие башмаки с направляющими каналами для подачи проволок, инжекторная насадка выполнена в виде Собразной поворотной скобы с внутренними каналами для транспортирующего газа, закрепленной на полых цапфах, общая ось которых лежит в плоскости подачи проволок, и проходит через точку их пересечения.

Такое конструктивное выполнение инжекторной насадки способствует

1113177 образованию двух устойчивых вращающихся вихрей, состоящих из смеси паров распыляемого металла с воздухом, откуда они подсасываются в дуговой промежуток, где создают повышенную ионизацию, достаточную для обеспечения устойчивого режима работы распылительной головки, повышают качество наносимого покрытия и обеспечивает посредством поворота инжекторной насадки изменение направления 10 напыления на 180 без изменения пространственного положения электрометаллизатора.

На фиг. 1 приведена головка, поперечный разрез; на фиг. 2 — распы- )5 лительная головка, вид в плане, на фиг. 3 — узел 1 на фиг. 2; на фиг.

4 — часть распылительной головки (увеличенный масштаб) в процессе нанесения покрытия. 20

Распылительная головка электрометаллизатора состоит из инжекторной насадки 1, выполненной в форме Собразной скобы подвижно (c возможностью поворота вокруг оси 2) закреп- 25 ленной на полых цапфах 3. На внутренней стороне 4 скобы 1 выполнены соп ла 5 для подачи транспортирующего газа. Сопла расположены симметрично относительно вертикальной плоскости 30 симметрии головки, а динамические оси истекающих из них газовых потоков пересекаются в верхней части дугового промежутка 6. Сопла 5 соединены внутренними каналами 7 с полос- 35 тями 8 цапф 3. Уплотнительные кольца 9, выполненные из резийы, предназначены для герметизации подвижных соединений С-образной скобы 1 с по— лыми цапфами 3. Ось вращения 2 Собразной скобы 1 проходит через точку пересечения распыляемых проволок

10 и лежит в горизонтальной плоскости симметрии направляющих каналов

11 токоподводящих башмаков 12, т.е. в плоскости подачи распыляемых проволок. Полости цапф 3 (фиг. 2) посредством трубок 13, предназначенных для подачи к соплам 5 транспортирующего газа, соединены с коллектором

14 посредством угольников 15 с каналами 16. Соединение трубок 13 с угольниками 15 неразъемное. Коллектор

14 окружен электроизолирующим корпусом 17, предназначенным для предохранения от случайного касания оператором электрических шин 18 и фиксации их положения. Электроизолирую-щий корпус 17 с коллектором 14 прикреплены к проволокоподающему механизму 19. Между полыми цапфами 3 и б0 электроизолирующим корпусом 17 к трубкам 13 прикреплена выполненная из электроиэоляционного материала сборная траверса 20, в которой закрепле ны посредством электропроводящих бобышек 21 концы направляющих трубок

22, предназначенных для подачи распыляемых проволок 10 и одновременно служащих для подвода питающего напряжения к токоподводящим башмакам

12, закрепленным с возможностью регулировки на бобышках 21. Вторые концы направляющих трубок 22 пропущены через электроизолирующий корпус 17, коллектор 14 и закрейлены в передней стенке проволокоподающего механизма

19.

К направляющим трубкам 22 в местах их прохождения сквозь электроизолирующий корпус 17 присоединены шины 18, свободные концы которых предназначены для присоединения к токоведущим кабелям 23. Упругие втулки, 24 фиксируют положение щитков 25, назначение которых — защита направляющих трубок 22 и воздушных трубок

13 от механических повреждений, а также предохранение оператора от случайногo прикосновения к токоведущим деталям. В целях создания одинаковой ионизации по всей длине дугового промежутка 6 (фйг. 3) сопла 5 выполнены удлиненными в направлении подачи распыляемых проволок 10, длина сопла превышает длину дугового промежутка, ширина определена из условия прохождения ядра начального участка струи транспортирующего газа через дуговой промежуток. Выполнение инжекторной насадки в виде С-образной скобы обеспечивает условия для образования в ней обратных течений транспортирующего газа (фиг. 4),которые при приближении скобы к обрабатываемой поверхности 26 превращаются в два вращающихся вихря 27, основной компонент которых (пары распыляемого металла), является активным ионизатором, помещение оси вращения скобы в точке пересечения распыляемых проволок (дуговом промежутке) позволяет повернуть скобу 1 на цапфах 3 вокруг геометрической оси 2 на 180 и, не меняя пространственного положения распылительной головки <а вместе с ней и электрометаллизатора) обрабатывать любую из двух противоположных поверхностей паза (либо деталей судо вого набора), что исключает работу оператора в неудобном положении и тем самым расширяет технологические возможности электрометаллизатора.

Расстояние h между внутренней поверхностью скобы 1 и распыляемыми проволоками 10 органичено: минимальная величина из условия электрической прочности в условиях ионизации парами и мелкодисперсными частицами распыляемого металла и его окислов; максимальная — длиной начального участка истекающей из сопла струи транспортирующего газа. Оптимальная

1113177 величина h = 2-4d, где d — диаметр распыляемых проволок.

Для размеров сопел

Ъ = 1,26

1 = а(1+ ), 1

Sin-° al

Z где Ъ вЂ” ширина сопла, 10

1 — длина сопла, ф - угол между проволоками в месте их пересечения.

Опытным путем получены соотношения, по которым определяют. оптимальные раз. 5 меры скобы

С = 446а

+ Ltpohg

20 (у с 75

20 где С вЂ” расстояние между обрабатываемой поверхностью и поворотной скобой 1, 25

S — ширина зева скобы, L — расстояние напыления в пределах 15-40 мм в зависимости от ширины обрабатываемого паза и конструктивных осо- 30 бенностей распылительной головки), угол напыления распылительной головки (может варьироваться в широких пределах 35 посредством изменения взаимного положения сопел 5).

Такие размеры обеспечивают достаточную для устойчивой работы головки иониэацию поступаюшего в дуговой 40 промежуток транспортируюшего газа и в то же время не приводят к значительному возрастанию ее габаритов.

Распылительная головка работает следующим образом. 45

Оператор проверяет положение точки пересечения проволок 10, которую располагают напротив середины сопел

5, для чего предусмотрена регулировка изменением положения токоподводящих башмаков 12. Эатем присоединяют токоподводящие кабели к сети, подают транспортирующий гаэ в коллектор 14, включают проволокоподающий механизм 19. При горении дуги плавятся и частично испаряются внутренние края проволок 10, при этом движущиеся в поперечном (по отношению проволокам 10) направлении и пересекающиеся в дуговом промежутке высокоскоростные струи траспортирующего 60 газа срывают мелкие капли расплава и пары металла, увлекают их по направлению к обрабатываемой поверхности 26, При ударе об обрабатываемую поверхность частицы металла привари- 65 ваются к ней и образуют слой покрытия, а насыщенный парами и окислами распыляемого металла поток транспортирующего газа меняет направление своего движения и уходит к зазору между обрабатываю ой поверхностью и корпусом скобы 1, при этом часть потока входит в соприкосновение с внутренней поверхностью 4 скобы и движется вдоль ее в направг.енин к соплам 5, образуя два симметричных

Ф возвратных потока ионизированных га-. зов, которые интенсивно подсасываются истекающими иэ сопел струями тоанспортирующего газа, перемешиваются с ними и увлекаются в дуговой промежуток. A излишки потока ионизированных газов из попутного потока уходят в зазор между обрабатываемой поверхностью и С-образной скобой, а также через ее торцы.

В результате иониэации парами распыляемого металла (например алюминия), потенциал иониэации паров которого составляет 5,96 эв, что гораэдо меньше, чем потенциал ионизации аргона. равный 15, 7 эв электропроводность поступающей в дуговой промежуток смеси транспортирующего газа с насыщенными парами распыляемого металла газами возвратных потоков значительно возрастает — это стабилизирует режим дуги, обеспечивая условия ее непрерывного горения в верхней части дугового промежутка, а также ниже, где эти условия менее жестки. Вовлекаемые в движение в зеве скобы пары и мельчайшие частички распыляемого металла образуют два устойчивых вихря вращающихся с большой линейной скоростью. Вихри оттесняют напыляемые частицы в среднюю наиболее высокоскоростную часть струи транспортирующего газа и одновременно уменьшают завихрения на ее периферийной части, Таким образом, попутный поток газов в предлагаемой конструкции выполняет одновременно две функции, на начальном участке стабилизирует режим горения дуги, устраняя необходимость в наложении на питающее напряжение дополнительного высокочастотного напряжения, вследствие чего упрощается конструкция источника тока, выравнивается фракционный состав и повышается качество наносимого покрытия, после дугового промежутка попутный поток устраняет завихрение периферийной части рабочей струи. Дополнительное свойство стабилизации режима горения дуги попутным потоком распылительная головка приобрела вследствие выполнения инжекторной на" садки в форме С-образной скобы, выполнение насадки в виде поворотной скобы, закрепленной на полых цапфах, 111 3177

22

24 общая ось которых проходит через точку пересечения распыляемых проволок и лежит в плоскости их подачи, позволяет менять направление движения потока транспортирующего газа, а с ним и направление полета распыляемых частиц без нарушения режима работы головки и не меняя пространственного положения электрометаллизатора. Обеспечивается возможность последовательной обработки двух противоположных поверхностей узкого паза из положения электрометаллиэатора, наиболее удобного для оператора, что расширяет его технологические эможности.

1113177, Составитель Л.Янковская

Редактор И.Ковальчук Техред M-Ha@b Корректор В.Синицкая

Заказ 6494/9 Тираж 671 Подписное

В Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП"Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4