Устройство газодинамического напыления порошковых материалов

 

Изобретение относится к устройствам нанесения покрытий из порошковых материалов газодинамическим напылением переносного типа и может найти применение в машиностроении, энергетике, металлургии и других сферах производства для получения одно- и многослойных покрытий различного функционального назначения. Технический результат изобретения - расширение функциональных и технологических возможностей, в том числе обеспечение работ на открытых площадках, в труднодоступных местах, в полузамкнутых объемах и внутри резервуаров, а также экономия порошкового материала достигается благодаря тому, что устройство выполнено в виде двух блоков, связанных между собой гибкими пневмоэлектропроводами, один из которых - блок напыления - выполнен в виде переносного ручного инструмента с дистанционным управлением, включающий сверхзвуковое сопло, жестко связанное с узлом подогрева газа, а другой блок - управления и контроля напыления содержит электронную систему задания и автоматического поддержания величины температуры рабочего газа подогревателя и соединен электрокабелем с нагревательными элементами, а также с элементом дистанционного управления электроприводом порошкового дозатора. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Устройство газодинамического напыления порошковых материалов относится к устройствам нанесения покрытий из порошковых материалов газодинамическим напылением переносного типа и может найти применение в машиностроении, энергетике, металлургии и других сферах производства для получения одно- и многослойных покрытий различного функционального назначения.

Известно устройство для газодинамического напыления, содержащее дозатор порошка и сверхзвуковой сопловой узел, объединенные в одном корпусе, а также систему регулирования скорости частиц порошка, включающего задорно-регулирующие органы для задания концентрации компонента (гелия, водорода) в рабочей смеси с воздухом [1].

К недостаткам данной конструкции следует отнести ограниченность технологических и функциональных возможностей и, в частности, низкую производительность, ограничение по видам порошковых материалов - связанные с низкотемпературным процессом напыления и невозможностью изменять пластические свойства порошкового материала из-за отсутствия в конструкции устройства элемента, влияющего на эти параметры, например нагревателя газа. Кроме того, объединение дозатора порошка с приводом и соплового узла в виде ручного инструмента в едином корпусе значительно утяжеляет конструкцию и увеличивает ее габариты.

Известно также устройство [2] для газодинамического напыления, содержащее источник сжатого газа, дозатор порошка, сверхзвуковой сопловой узел и нагреватель рабочего газа.

Недостаток этой конструкции заключается в том, что нагревательный элемент выполнен в виде длинномерной электропроводящей трубки, внутренняя часть которой является пневмоканалом рабочего газа, что вызывает соответственно увеличение габаритов и веса нагревателя в целом, а в частности -теплоизолятора и корпуса нагревателя газа, и не может быть использован в виде переносного ручного инструмента. Кроме того, ввод напыляемого порошка осуществляется только в до критическую область сверхзвукового сопла, что не всегда оправдано, так как приводит к изменению (при использовании некоторых видов порошковых материалов) режимов работы сопла.

Задачей технического решения является расширение функциональных и технологических возможностей, в том числе обеспечение работ на открытых площадках, в труднодоступных местах, в полузамкнутых объемах и внутри резервуаров, а также экономия порошкового материала.

Поставленная задача достигается благодаря тому, что устройство выполнено в виде блока напыления и блока управления и контроля напыления, связанных между собой гибкими пневмоэлектропроводами; блок напыления выполнен в виде переносного ручного инструмента с дистанционным управлением и состоит из сверхзвукового сопла и жестко связанного с ним нагревателя газа. Сверхзвуковое сопло установлено с возможностью изменения положения относительно своей оси и связано с дозатором порошка посредством гибкого пневмопровода и насадки, которая установлена вдоль оси сопла с возможностью ввода газопорошковой смеси в его докритическую или закритическую часть. Нагреватель газа выполнен в виде металлического корпуса с размещенным в нем электротеплоизолятором со сквозными параллельными пневмоканалами с суммарным проходным сечением, удовлетворяющим условию Re > 2300, где Re - число Рейнольдса, и с встроенными в них нагревательными элементами. Блок управления и контроля напыления содержит электронную систему задания и автоматического поддержания величины температуры рабочего газа подогревателя и соединен электропроводом с нагревательными элементами и дистанционным управлением.

Нагревательные элементы выполнены спиральной формы из сплава с повышенным электросопротивлением.

Указанные признаки не выявлены в других технических решениях при изучении уровня данной области техники и, следовательно, решение является новым и имеет изобретательский уровень.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - часть нагревателя газа; на фиг.3 - фрагмент конструкции сопла.

Устройство выполнено в виде двух блоков, связанных между собой гибкими пневмоэлектропроводами, один из которых - блок напыления 1 - выполнен в виде переносного ручного инструмента с дистанционным управлением. Он состоит из нагревателя газа 2, включающего металлический корпус 3, электротеплоизолятор 4, пневмоканалы 5, нагревательные элементы 6, патрубок подвода рабочего газа 7, термодатчик 8, кнопку 9 дистанционного управления дозатора порошка 10; и сопла 11, жестко связанного с нагревателем газа 2. При этом сопло 11 установлено с возможностью изменения положения относительно своей оси и связано с дозатором порошка 10 посредством гибкого пневмопровода 12 и насадки ввода газопорошковой смеси 13, который установлен вдоль оси сопла с возможностью ввода газопорошковой смеси в его докритическую, (см. фиг.3, положение "а"), или за критическую часть (см. фиг.3, положение "б").

Второй блок - управления и контроля напыления 14 включает в себя электронную систему задания и автоматического поддержания величины температуры рабочего газа нагревателя 15 (питающуюся от сети 220/380 В), связанную электропроводом 16 с нагревательными элементами 6; запорно-регулирующие органы, запитанные от источника сжатого газа и связанные соответственно пневмопроводом 17 с нагревателем газа 2 через патрубок 7 и пневмопровод 18 с дозатором порошка 10 и манометрами, а также индикатор температуры газа 19, связанный с термодатчиком 8.

Конструктивные особенности нагревателя газа 2, а именно число пневмоканалов 5, их диаметр и длина, обеспечивают интенсивный, в том числе максимально возможный теплосъем с нагревательных элементов 6 за счет организации переходного или турбулентного режима их обтекания с поддержанием температуры их поверхности в пределах допустимых значений (при эксплуатации) для материала нагревательных элементов 6. Это, в частности, увеличивает срок их службы.

Возможность изменения положения сопла (особенно при использовании плоского сопла) относительно своей оси позволяет при манипуляции ручным инструментом обеспечивать оптимальный угол встречи газопорошковой струи с напыляемой поверхностью (т.е. регулировать качество покрытия) и высокую производительность напыляемой площади.

Особенности ввода порошка (см. фиг.3) обеспечивают напыление как однородными металлическими порошками (предпочтителен ввод в докритическую область), так и различными смесями порошков, в том числе металл - керамика, металл - полимер и т.д. (при вводе в за критическую область сопла), и тем самым существенно расширяют технологические возможности устройства.

Малые габариты и вес блока напыления 1 обусловлены конструктивным решением нагревателя газа 2, а именно наличием в теплоизоляторе нескольких пневмоканалов 5 (в 50 раз, по меньшей мере, более коротких по сравнению с прототипом), обеспечивающих к тому же в несколько раз меньшие потери давления рабочего газа, а подбор их числа и диаметра (с учетом заполнения части проходного сечения нагревательными элементами 6) позволяет задавать наиболее целесообразные параметры обтекания нагревательных элементов 6, т.е. выбирать число Рейнольдса (Re), ответственное за теплообмен, величиной более 2300 и таким образом, за счет переходного или турбулентного течения, значительно интенсифицировать теплосъем.

Эффективный теплоотвод от нагревательных элементов 6 к газу позволяет поддерживать более низкую (по сравнению с прототипом) температуру поверхности нагревательных элементов и подводить к ним и соответственно к рабочему газу (при необходимости) более высокую мощность, т.е. работать в условиях повышенного потока тепла, снимаемого с единицы площади. Это позволяет повысить производительность и технологичность в целом.

Устройство работает следующим образом.

К блоку управления и контроля напыления 14 подают сжатый газ и электропитание. Электронной системой 15 задают требуемую величину температуры рабочего газа, с помощью запорной арматуры сжатый газ подают соответственно по пневмопроводу 17 и патрубку 7 к нагревателю газа 2, а по пневмопроводу 18 - к дозатору порошка 10 и устанавливают необходимую величину давления газа. При достижении в дозаторе порошка 10 и нагревателе газа 2 требуемого давления, контролируемого манометрами, на последний с электронной системы 15 подают электропитание по электропроводу 16. Рабочий газ, проходя через пневмоканалы 5, нагревается и поступает в сверхзвуковое сопло 11, в котором ускоряется до сверхзвуковой скорости и истекает в атмосферу. При выходе устройства на стационарный режим по температуре и давлению рабочего газа нажатием кнопки 9 дистанционного управления включают электропривод дозатора порошка 10 и газопорошковая смесь по пневмопроводу 12 с помощью насадки 13 вводится в сопло 11 вдоль его оси в докритическую область (положение "а", фиг.3) или за критическую область (положение "б", фиг.3). Напыляемый порошок в сопле 11 ускоряется, нагревается потоком газа из нагревателя газа 2 и переносится на обрабатываемое изделие.

При отклонении температуры рабочего газа на 1-2% (в зависимости от чувствительности электросхемы) от заданной величины сигналом с термодатчика 8 электронная система 15 либо отключает электропитание нагревателя газа 2 (при превышении температуры), либо включает его (при снижении температуры газа относительно заданной), обеспечивая автоматическое поддержание ее величины.

В целом конструкция данного устройства, выполненная в виде двух блоков, функционально связанных гибкими элементами, обеспечивает возможность проведения работ на значительном удалении одного блока относительно другого и от источников сжатого газа и электропитания, наносить покрытия на труднодоступные элементы конструкций, поверхности полузамкнутых объемов, резервуаров, в том числе при проведении ремонтно-восстановительных и реставрационных работ.

Источники информации 1. Патент РФ 1618777, МКИ C 23 С 4/20, 1984.

2. Патент РФ 1674585, МКИ С 23 С 26/00, 1989 - прототип.

Формула изобретения

1. Устройство газодинамического напыления порошковых материалов, содержащее источник сжатого газа, дозатор порошка, нагреватель газа, сверхзвуковое сопло, пневмопровод и запорную арматуру, отличающееся тем, что устройство выполнено в виде блока напыления и блока управления и контроля напыления, связанных между собой гибкими пневмоэлектропроводами; блок напыления выполнен в виде переносного ручного инструмента с дистанционным управлением и состоит из сверхзвукового сопла и жестко связанного с ним нагревателя газа, причем сверхзвуковое сопло установлено с возможностью изменения положения относительно своей оси и связано с дозатором порошка посредством гибкого пневмопровода и насадки, которая установлена вдоль оси сопла с возможностью ввода газопорошковой смеси в его докритическую или закритическую часть, а нагреватель газа выполнен в виде металлического корпуса с размещенным в нем электротеплоизолятором со сквозными параллельными пневмоканалами с суммарным проходным сечением, удовлетворяющим условию Re > 2300, где Re - число Рейнольдса, и с встроенными в них нагревательными элементами; блок управления и контроля напыления содержит электронную систему задания и автоматического поддержания величины температуры рабочего газа подогревателя и соединен электропроводом с нагревательными элементами и дистанционным управлением.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нагревательные элементы выполнены спиральной формы из сплава с повышенным электросопротивлением.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3