RU2186632C2

RU2186632C2 - Arc metallization unit

Info

Publication number: RU2186632C2
Application number: RU99119932A
Authority: RU
Inventors: В.Л. Луканин; Ю.Н. Новиков; Ю.С. Коробов; Александр Сергеевич Прядко
Original assignee: Государственное объединение "Уральский завод транспортного машиностроения"
Priority date: 1999-09-14
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2002-08-10

Abstract

FIELD: application of protective coats; mechanical engineering, metallurgy and other industries. SUBSTANCE: proposed device has two electrodes, crimping nozzle, external annular nozzle and additional central nozzle whose axis coincides with point of intersection of axes of electrodes and cross sectional area is lesser than total area of remaining nozzles by 16-200 time. EFFECT: improved quality of metallization due to increased action of carrier gas in arcing zone. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области нанесения защитных покрытий, в частности к конструкции аппаратов для дуговой металлизации. The invention relates to the field of applying protective coatings, in particular to the design of apparatus for arc metallization.

Известно устройство для электродуговой металлизации, в котором подача сжатого воздуха осуществляется через два симметричных сопла, размешенных в вертикальной плоскости, проходящей через центр электрической дуги и перпендикулярной плоскости, проходящей через оси электродов. Недостатком указанной конструкции является широкий угол распыла частиц расплавляемого в электрической дуге металла, что приводит к снижению качества покрытий. Причина этого - недостаточное усилие, с которым частицы расплавленного металла эжектируются в воздушную струю. A device for electric arc metallization is known, in which compressed air is supplied through two symmetric nozzles placed in a vertical plane passing through the center of the electric arc and perpendicular to the plane passing through the axis of the electrodes. The disadvantage of this design is the wide spray angle of the particles melted in the electric arc of the metal, which leads to lower quality coatings. The reason for this is the insufficient force with which the particles of molten metal are ejected into the air stream.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для распыления металла, в котором транспортирующий газ подается через сопло, охватывающее электроды, а также через дополнительное наружное кольцевое сопло. Такая конструкция позволяет получить узкий факел распыла как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, однако она не позволяет целенаправленно влиять на область образования расплавленных частиц - зону горения дуги. Closest to the proposed technical solution is a device for spraying metal, in which the conveying gas is supplied through a nozzle covering the electrodes, as well as through an additional outer ring nozzle. This design allows you to get a narrow spray torch in both horizontal and vertical planes, however, it does not allow you to deliberately influence the area of formation of molten particles - the arc burning zone.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение качества напыляемых покрытий за счет эффективного воздействия на зону горения дуги транспортирующим газом. The objective of the proposed technical solution is to improve the quality of the sprayed coatings due to the effective impact on the arc burning zone of the carrier gas.

Для решения указанной задачи в известном устройстве для распыления металлов, принятом за прототип, содержащем два электрода, обжимающее сопло, наружное кольцевое сопло, установлено дополнительное центральное сопло, ось которого совпадает с точкой пересечения осей электродов, а площадь его поперечного сечения в 16-200 раз меньше суммарного сечения остальных сопел. To solve this problem, in the known device for spraying metals, adopted as a prototype, containing two electrodes, a squeezing nozzle, an outer ring nozzle, an additional central nozzle is installed, the axis of which coincides with the intersection point of the axes of the electrodes, and its cross-sectional area is 16-200 times less than the total cross section of the remaining nozzles.

Зона горения дуги - небольшой участок, занимающий объем между торцами электродов и выдвинутый вперед на 2-3 мм. Площадь его сечения в 10-100 раз меньше площади сечения струи транспортирующего газа, обдувающего эту область. Процессы движения, нагрева и окисления капель металла в этой области обладают особенностями, во многом определяющими конечные параметры покрытия. The arc burning zone is a small section occupying the volume between the ends of the electrodes and advanced 2-3 mm forward. Its cross-sectional area is 10-100 times smaller than the cross-sectional area of the jet of transporting gas blowing around this area. The processes of motion, heating and oxidation of metal droplets in this area have features that largely determine the final parameters of the coating.

В указанной зоне происходит образование капель металла, срываемых с жидкой прослойки на торцах электродов под совместным воздействием напора струи и электродинамической силы дуги. От этого зависит конечный размер капель, а значит, и плотность получаемого покрытия. In this zone, the formation of metal drops occurs, tearing off the liquid layer at the ends of the electrodes under the combined action of the pressure of the jet and the electrodynamic force of the arc. The final droplet size, and hence the density of the resulting coating, depends on this.

У капель в этой зоне вытянутая форма с развитой поверхностью, они перегреты выше температуры плавления и имеют более низкую скорость в сравнении с основным участком дистанции напыления. Данные особенности капель металла обусловливают их повышенную склонность к окислению в сравнении с остальной дистанцией напыления. The drops in this zone have an elongated shape with a developed surface, they are superheated above the melting temperature and have a lower speed in comparison with the main portion of the spraying distance. These features of metal droplets determine their increased tendency to oxidize in comparison with the rest of the spraying distance.

Установка дополнительного центрального сопла эффективно влияет на процессы в зоне дуги при образовании капель. Из-за малого сечения отверстия данного сопла из него истекает высокоскоростная струя газа с малым расходом, попадающая непосредственно в зону горения дуги. Это приводит к уменьшению размера капель при снижении тепловых потерь на охлаждение дуги. Кроме того, через центральное сопло возможно подавать восстановительный или инертный газ для снижения окисления частиц в зоне горения дуги. The installation of an additional central nozzle effectively affects the processes in the arc zone when droplets form. Due to the small cross-section of the opening of this nozzle, a high-velocity jet of gas at a low flow rate flows directly from it into the combustion zone of the arc. This leads to a decrease in droplet size while reducing heat loss for cooling the arc. In addition, it is possible to supply a reducing or inert gas through the central nozzle to reduce the oxidation of particles in the arc burning zone.

Предлагаемое устройство показано на чертеже. Электроды 1 через токоподводящие наконечники 2 сходятся перед срезом охватывающего сопла 3. Наружное кольцевое сопло 4 выполнено коническим для окончательного формирования потока частиц. Внутри охватывающего сопла 3 установлено центральное сопло 5. Его поперечное сечение выбирается так, чтобы струя истекающего газа попадала в зазор между электродами при минимальных гидравлических потерях на столкновение с самими электродами. Опыт показывает, что этому соответствует отношение между площадями сечении центрального и охватывающего сопел 1:16-200 в зависимости от материала проволоки и режимов нанесения покрытии. При меньшем размере центрального сопла струя газа, истекающая из него, не оказывает существенного воздействия на процесс формирования частиц в зоне горения дуги. The proposed device is shown in the drawing. The electrodes 1 through the current-carrying tips 2 converge in front of the cutoff of the female nozzle 3. The outer annular nozzle 4 is conical for the final formation of the particle stream. A central nozzle 5 is installed inside the enclosing nozzle 3. Its cross section is selected so that the jet of exhaust gas enters the gap between the electrodes with minimal hydraulic loss due to collision with the electrodes themselves. Experience shows that this corresponds to the ratio between the cross-sectional areas of the central and surrounding nozzles 1: 16-200, depending on the material of the wire and the coating application modes. With a smaller size of the central nozzle, the gas jet flowing out of it does not significantly affect the formation of particles in the arc burning zone.

Устройство работает следующим образом. При подаче проволок 1 между торцами зажигается дуга, которая под действием напора газовой струи немного выгибается вперед, образуя зону горения дуги 6. Металл проволок в этой зоне плавится и в виде капель за счет электродинамического воздействия дуги и напора струи из центрального сопла срывается с торцев и попадает в область, где на него совместно влияют струи воздуха из обжимающего и кольцевого сопел 3 и 4. The device operates as follows. When wires 1 are fed between the ends, an arc is ignited, which, under the pressure of the gas jet, bends forward a little, forming the combustion zone of arc 6. The metal of the wires in this zone also melts in the form of droplets due to the electrodynamic effect of the arc and the pressure of the jet from the central nozzle and breaks from the ends and enters the region where it is jointly affected by air jets from the squeezing and annular nozzles 3 and 4.

Указанные отличия от прототипа позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия". These differences from the prototype allow us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of "novelty." Signs that distinguish the claimed technical solution from the prototype, are not identified in other technical solutions in the study of this and related areas of technology and, therefore, provide the claimed technical solution according to the criterion of "significant differences".

Пример конкретного выполнения. An example of a specific implementation.

Были проведены сравнительные испытания устройств для электродуговой металлизации, выполненных по способу - прототипу и по предлагаемому при следующих режимах нанесения покрытий: ток - 200 А, напряжение - 32 В, дистанция напыления - 100 мм, давление сжатого воздуха - 0,6 МПа, материал электродов - проволока Св 08Г2С диаметром 1,6 мм. Comparative tests of devices for electric arc metallization were carried out, made by the method - the prototype and according to the one proposed under the following coating conditions: current - 200 A, voltage - 32 V, spraying distance - 100 mm, compressed air pressure - 0.6 MPa, electrode material - Sv 08G2S wire with a diameter of 1.6 mm.

Качество покрытии оценивали по содержанию кислорода в покрытии, измеренном методом восстановительного плавления в потоке инертного газа и в вакууме на приборах RO-116 и ЕАN-220. Содержание кислорода в покрытии уменьшилось с 3,7% в способе-прототипе до 3,2% в предлагаемом техническом решении. The quality of the coating was evaluated by the oxygen content in the coating, measured by the method of reductive melting in an inert gas stream and in vacuum on devices RO-116 and ЕАN-220. The oxygen content in the coating decreased from 3.7% in the prototype method to 3.2% in the proposed technical solution.

Применение предлагаемого устройства позволяет повысить качество металлизационных покрытий за счет усиления воздействия транспортирующего газа на напыляемые частицы в зоне горения дуги. The application of the proposed device can improve the quality of metallization coatings by enhancing the impact of the transporting gas on the sprayed particles in the arc burning zone.

Claims

An apparatus for arc metallization, containing two electrodes, a squeezing nozzle, an external annular nozzle, characterized in that an additional central nozzle is installed, the axis of which coincides with the intersection point of the axes of the electrodes, and its cross-sectional area is 16-200 times smaller than the total section of the remaining nozzles.