Электродуговой металлизатор
Изобретение относится к технике нанесения металлопокрытий путем диспергирования сжатым воздухом или газом материала в виде проволоки, расплавляемой с помощью электрической дуги, и может быть использовано для нанесения износостойких и антифрикционных покрытий. Техническая задача - повышение надежности работы металлизатора, расширение технологических возможностей и улучшение качества металлопокрытия решена тем, что в нем распылительная головка содержит колпак на опорной плите с монтажными окнами. По оси, внутри специального сопла размещен неплавящийся вольфрамовый электрод - катод. В контакте с последним находятся электродные проволоки - аноды в трубчатых направляющих с наконечниками позиционной регулировки. В колпаке вставлено кольцевое сопло, образующее полость, сообщенную с источником сжатого воздуха, и кольцевой канал, охватывающий выходное сопло колпака распылительной головки. Вольфрамовый электрод соединен с корпусом центрального сопла, которое через изоляционную втулку соединено с воздуховодом. Электродные проволоки подаются с катушек в зону горения дуги роликовыми механизмами. Направляющие трубки проволок фиксируются в опорной плите винтами. Вольфрамовый электрод соединен с отрицательным полюсом источника тока через контактный зажим, а электродные проволоки - с положительным полюсом через контакты на трубках проволок. Специальное сопло выполнено с каналами: общий воздушный канал охлаждения по оси центрального сопла и вольфрамового электрода и, параллельные осевому, каналы для сжатого воздуха, подаваемого в зону дуги между вольфрамовым электродом и проволоками. Неплавящийся электрод фиксируется в корпусе сопла винтом. Сжатый воздух в трубки подается одновременно, далее следует подача напряжения на электроды и включение механизма движения электродных проволок. С помощью предлагаемого металлизатора предоставляется возможность получения высококачественных и различных по свойствам комбинированных металлопокрытий - износостойких, антифрикционных, защитно-декоративных. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к технике нанесения металлопокрытий путем диспергирования сжатым воздухом или газом материала в виде проволоки, расплавляемой с помощью электрической дуги, и может быть использовано для нанесения износостойких и антифрикционных покрытий.
Область техники, к которой относится изобретение: машиностроение, станкостроение, электротехника. Преимущественной областью использования является восстановление изношенных технических деталей, путем нанесения износостойких и антифрикционных покрытий, которые являются долговременной антикоррозионной защитой труб, металлопроката и металлоконструкций 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 или продуктами сгорания газового или жидкого углеводородного топлива, наносится на поверхность металла или другую подложку. Такими аналогами являются, например, электродуговые металлизаторы типа ЭМ-19 ВНИИАВТОГЕНМАШ (1), ЭДМ-5М, ЭДИ-6ГД ВНИИТУВНД “Ремдеталь” РФ (2).
Недостатки металлизаторов - аналогов: стабильность их работы полностью зависит от синхронности и скорости движения электродных проволок и их точного взаимного пространственного расположения на выходе из направляющих наконечников. Малейшее нарушение приводит к нарушению горения дуги или к полному ее гашению. Указанные дефекты являются следствием особенности самой идеи аналоговых металлизаторов, реализация которой требует высокой точности изготовления подающего механизма и частых регулировок распылительной головки, в результате износа деталей или дефектов проволоки. В целом эти устройства не отвечают современным требованиям к надежности, несмотря на постоянное совершенствование конструкции. Изменялась конструкция, но не менялась идея, заложенная изначально.
Попытка увеличить количество проволок до трех, расплавляющихся в зоне дуги, с использованием промышленных источников тока, для повышения эффективности процесса и качества покрытия осуществлена в металлизаторе, разработанном для нанесения антифрикационных покрытий (ВНИИ АВТОГЕН) (3). Электродуговой металлизатор содержит трехпроволочную распылительную головку с выходным соплом и воздуховодами, в которой электродные проволоки используются из одинаковых или различных металлов, подаются роликами, тоководы соединены с трансформатором переменного тока. Данное техническое решение принято за прототип.
Однако, из-за увеличения подающих роликов до трех, усложнились конструкция распылительной головки и регулировка позиционного положения трех электродных проволок, концы которых должны сходиться в одной точке на выходном сопле. Фактически прототип унаследовал все недостатки аналогов, но еще в большей степени из-за усложнения конструкции.
Технической задачей предложенного изобретения является повышение надежности работы металлизатора, расширение технологических возможностей и улучшение качества металлопокрытия.
Указанная техническая задача решена тем, что в электрометаллизаторе, содержащем распылительную головку с выходным соплом и воздуховодами, и электродные проволоки в трубчатых направляющих, соединенные с тоководами и механизмом их перемещения, согласно изобретению, распылительная головка содержит размещенные в колпаке на опорной плите, со специальным выходным соплом, состоящим из корпуса, телескопически соединенного с неплавящимся вольфрамовым электродом - катодом, с общим осевым каналом воздушного охлаждения, и двумя, диаметрально параллельными осевому, каналами для сжатого воздуха; и две или более электродных проволок - анодов в трубчатых направляющих, с торцевыми наконечниками позиционной ориентации проволок, фиксированных винтами в опорной плите; при этом неплавкий цилиндрический вольфрамовый электрод - катод выполнен с боковыми срезами по образующей, являющимися стенками в каналах для сжатого воздуха, а в колпаке вставлена крышка, образующая кольцевую полость - кольцевое сопло вокруг специального выходного сопла колпака, сообщенную с источником сжатого воздуха.
Корпус специального выходного сопла через изоляционную втулку соединен с воздуховодом.
Проволоки равного или различного диаметра, однородного или различных металлов, рабочими срезами размещены на расстоянии 4-5 мм от торца неплавящегося вольфрамового электрода - катода, при этом размещены в двух или в одной из направляющих трубок для двухстороннего или одностороннего процесса металлизации, соответственно.
Заявленное изобретение соответствует требованию единств изобретения, поскольку конструктивные особенности размещения сопел, электродов, устройства каналов и неплавящегося электрода 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, а также выполнены испытания неплавкого электрода на работоспособность. Установлено, что долговечность неплавкого электрода сопоставима с ресурсом современного плазмотрона, 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 сопла с диспергирующими возможностями и неплавящимся электродом, что соответствует критерию “новизна”.
Суть изобретения
Суть изобретения заключается в следующем: в предлагаемом металлизаторе дуговой процесс расплавления проволок является независимым, т.е. дуга образуется автономно между каждой проволокой и неплавящимся электродом. В этом случае легко регулировать состав комбинированного покрытия или псевдосплава, используя проволоки разного материала и диаметра, не заботясь о стабильности горения дуги, т.к. независимая система процесса ее гарантирует.
Улучшение качества металлопокрытия достигается благодаря высокой стабильности горения дуги, которое не зависит от пространственного взаимного расположения проволок, а также синхронности скорости их подачи, т.к. каждая проволока автономно контактирует с плоскостью неплавящегося электрода. Кроме того, воздушные диспергирующие струи воздуха не подвергаются очевидной турбулизации, т.к. площадь их фронтального сечения соизмерима с площадью в межэлектродном зазоре. Поэтому поток воздуха практически не сталкивается с проволокой, не тормозится и не завихряется, как в прототипе. Плоские боковые срезы неплавкого электрода своими поверхностями направляют струи сжатого воздуха до области дуги и далее за ее пределами, что способствует лучшему диспергированию расплавленного металла присадочного материала (проволок) и получению, таким образом, мелкозернистого и плотного покрытия.
Для обжатия металловоздушной струи сжатый воздух подается через канал кольцевого сопла, охватывающего выходное специальное сопло в колпаке распылительной головки.
Проволоки ориентированы рабочими торцами перпендикулярно к поверхности неплавкого электрода. Если с одной стороны подводится более одной проволоки, то они располагаются (фиг.3) одна за другой в поперечной плоскости неплавящегося электрода, контактируя между собой или располагаясь на расстоянии 1-3 мм друг от друга.
Расширение технологических возможностей, а значит, достижение положительного эффекта получается благодаря тому, что при металлизации может быть использовано до 4-х разнородных электродных проволок, что существенно расширяет возможности получения комбинированных металлопокрытий, в том числе высококачественных подшипниковых покрытий (псевдосплавов) с заданными свойствами.
Устройство электродугового металлизатора поясняется фиг.1, 2 и 3. На фиг.1 изображен общий вид распылительной головки. На фиг.2 дано специальное сопло с неплавящимся вольфрамовым электродом в разрезе с видами АА и ББ. На фиг.3 изображена установка четырех электродных проволок через два наконечника и их контакт с боковым срезом вольфрамового электрода, а также зона касания проволок и вольфрамового электрода с видом В.
На фиг.1 распылительная головка содержит колпак 1 на опорной плите 2 с монтажными окнами 3. По оси внутри специального сопла 12 размещен неплавящийся вольфрамовый электрод - катод 4. В контакте с последним находятся электродные проволоки - аноды 5 в трубчатых направляющих 6 с наконечниками 7 позиционной регулировки. В колпаке 1 вставлено кольцевое сопло 8, образующее полость 9, сообщенную с источником 11 сжатого воздуха, и кольцевой канал 10, охватывающий выходное сопло колпака 1 распылительной головки. Вольфрамовый электрод соединен с корпусом центрального сопла 12, которое через изоляционную втулку 13 соединено с воздуховодом 14. Электродные проволоки подаются с катушек 16 в зону горения дуги роликовыми механизмами 15. Направляющие трубки проволок фиксируются в опорной плите винтами 17. Вольфрамовый электрод соединен с отрицательным полюсом источника тока через контактный зажим 19, а электродные проволоки - с положительным полюсом через контакты 18 на трубках проволок.
Неплавящийся вольфрамовый электрод 4 с плоскими срезами 22 по образующей телескопически размещен в корпусе сопла 12. Корпус сопла 12 имеет два канала 21 вдоль его оси, ориентированные к срезам электрода 4, через которые подается сжатый воздух для диспергирования расплавленного металла электродных проволок 5. Вольфрамовый неплавящийся электрод 4 снабжен центральным каналом для охлаждения воздухом.
На фиг.2 показано специальное сопло с каналами: общий воздушный канал охлаждения 20 по оси центрального сопла и вольфрамового электрода и параллельные осевому каналы 21 для сжатого воздуха, подаваемого в зону дуги между вольфрамовым электродом и проволоками. Неплавящийся электрод 4 фиксируется в корпусе сопла винтом 23.
Работа устройства
С целью исключения перегрева вольфрамового электрода используется прямая полярность подключения, т.к. температура анода (+) всегда выше катода (-), и на нем больше выделяется тепла. В металлизатор заправляются одна, две, три или четыре проволоки, намотанных на отдельные катушки. Если проволоки вставлены в одну направляющуюся трубку 6 - дуговой процесс будет односторонним, т.е. дуга будет гореть между одной плоскостью неплавящегося электрода 4 и проволоками (проволокой). Если проволоки вставлены в обе трубки 6, дуговой процесс будет двухсторонним. Проволоки могут быть использованы не только разного химсостава, но и разного диаметра.
Таким образом, с помощью предлагаемого металлизатора предоставляется возможность получения различных по свойствам комбинированных металлопокрытий - износостойких, антифрикционных, защитно-декоративных. Такая функциональная широта получения комбинированных покрытий свойственна только предлагаемому металлизатору.
Сжатый воздух в трубки 11 и 14 подается одновременно, далее следует подача напряжения на электроды 18 и включение механизма движения электродных проволок.
Источники информации
1. А.В.Бурякин “Стационарный электродуговой металлизатор ЭМ-19”. “Сварочное производство”, №9, 2002 г., стр.35, 36.
2. Н.Н.Литовченко и др. “Электродуговой металлизатор “нового типа”. “Сварочное производство”, №7, 1998 г., стр.40, 41.
3. Е.В.Антошин “Трехпроволочная электрометаллизационная головка МТГ для нанесения покрытий из антифрикционных псевдосплавов”, Информационно-технический листок Ленинградского дома научно-технической пропаганды, г. Ленинград, 1957 г. - прототип.
1. Электродуговой металлизатор, содержащий распылительную головку с выходным соплом и воздуховодами и электродные проволоки в трубчатых направляющих, соединенные с тоководами и механизмом их перемещения, отличающийся тем, что распылительная головка содержит размещенные в колпаке на опорной плите со специальным выходным соплом, состоящим из корпуса, телескопически соединенного с неплавящимся вольфрамовьм электродом-катодом, с общим осевым каналом воздушного охлаждения и двумя диаметрально параллельными осевому каналами для сжатого воздуха; и две или более электродных проволок-анодов в трубчатых направляющих с торцевыми наконечниками позиционной ориентации проволок, фиксированных винтами в опорной плите; при этом неплавкий цилиндрический вольфрамовый электрод-катод выполнен с боковыми срезами по образующей, являющимися стенками в каналах для сжатого воздуха, а в колпаке вставлена крышка, образующая кольцевую полость - кольцевое сопло вокруг специального выходного сопла колпака, сообщенную с источником сжатого воздуха.
2. Электродуговой металлизатор по п.1, отличающийся тем, что корпус специального выходного сопла через изоляционную втулку соединен с воздуховодом.
3. Электродуговой металлизатор по п.1, отличающийся тем, что проволоки равного или различного диаметра, однородного или различных металлов рабочими срезами размещены на расстоянии 4-5 мм от торца неплавящегося вольфрамового электрода-катода, при этом размещены в двух или в одной из направляющих трубок для двухстороннего или одностороннего процесса металлизации соответственно.
