Устройство для электродуговой металлизации

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Изоитко Владимир Михайлович Прядко Александр Сергеевич Буйкус Кястас Вито(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Устройство для электродуговой металлизации, содержащее камеру, снабженную двумя расположенными под углом каналами для направления проволочных плавящихся электродов, между которыми расположено сопло для подачи нагретого газа, и выходным распылительным соплом, соосным соплу для подачи нагретого газа, площадь минимального поперечного сечения выходного канала которого равна площади минимального поперечного сечения выходного канала распылительного сопла, отличающееся тем, что канал для направления проволочного плавящегося электрода выполнен в виде токоподводящего наконечника, наиболее удаленного от точки плавления электродов, и направляющей втулки с отверстиями, длина которой определяется из соотношения где с - средняя теплоемкость материала оболочки электрода Т - необходимая температура шихты- диаметр электрода 5967 1- коэффициент учета теплоемкости материала шихты- скорость подачи электрода- коэффициент учета нагрева электрода теплом электрической дуги посредством теплопроводности- коэффициент учета нагрева оболочки электрода теплом, выделяемым за счет трения о стенки направляющей втулки- коэффициент наполнения оболочки электрода шихтой- коэффициент учета теплопроводности материала шихты- коэффициент конвективной теплоотдачи Тс - температура газа в камере- коэффициент учета нагрева оболочки электрода посредством теплопроводности от внутренних стенок направляющей втулки, нагретой газом камеры- коэффициент учета количества отверстий в направляющей втулке- сила тока- удельное сопротивление материала оболочки электрода- эффективный к.п.д.- коэффициент учета удельного сопротивления материала шихты 1 - длина конструктивного участка электрода от точки пересечения электродов до начала направляющей втулки.(56)1291216 1, 1987.02227156 , 1990.1657230 1, 1991.1565535 1, 1990.96/34694 1.97/49497 1.0386427 2, 1990.4492337, 1985. Изобретение относится к области газотермического напыления, конкретнее к оборудованию для нанесения металлических покрытий электродуговой металлизацией. Известна распылительная головка к электрометаллизатору, содержащее корпус, в котором размещены во взаимно перпендикулярных плоскостях пара конических и пара цилиндрических каналов для подачи воздуха, сходящихся в центральном канале корпуса,крепящуюся к корпусу головки панель из электроизоляционного материала, в которой размещены два сборных токоподвода с коническими наконечниками и штуцера для подвода воздуха 1. Однако при распылении электродов из порошковой проволоки сжатым воздухом происходит охлаждение частиц расплавленного металла оболочки и подплавленной шихты, что ухудшает физико-механические свойства покрытия. В качестве прототипа выбрано устройство для электродуговой металлизации, содержащее два расположенных под углом канала для направления плавящихся электродов,между которыми расположено сопло для подачи нагретого газа, камеру, выполненную с выходным распылительным соплом, соосным соплу для подачи нагретого газа, площадь минимального поперечного сечения выходного канала которого равна площади минимального поперечного сечения выходного канала распылительного сопла, а каналы для направления плавящихся электродов и сопло для подачи нагретого потока газа расположены в камере 2. Устройство не обеспечивает полного расплавления шихты порошковых проволок, обладающей высоким электрическим сопротивлением по сравнению с 2 5967 1 оболочкой, вследствие подвода тока в непосредственной близости от точки плавления электродов, в результате чего полученное покрытие с применением указанного устройства обладает низкими физико-механическими свойствами. Техническая задача изобретения - улучшение качества покрытия преимущественно из порошковых и композиционных проволок за счет более полного расплавления шихты. Поставленная техническая задача решается тем, что в устройстве для электродуговой металлизации, содержащем камеру, снабженную двумя расположенными под углом каналами для направления проволочных плавящихся электродов, между которыми расположено сопло для подачи нагретого газа, и выходным распылительным соплом, соосным соплу для подачи нагретого газа, площадь минимального поперечного сечения выходного канала которого равна площади минимального поперечного сечения выходного канала распылительного сопла, канал для направления проволочного плавящегося электрода выполнен в виде токоподводящего наконечника, наиболее удаленного от точки плавления электродов, и направляющей втулки с отверстиями, длина которой определяется из соотношения где с - средняя теплоемкость материала оболочки Т - необходимая температура шихты- диаметр электрода- коэффициент учета теплоемкости материала шихты- скорость подачи электрода- коэффициент учета нагрева электрода теплом электрической дуги посредством теплопроводности- коэффициент учета нагрева оболочки электрода теплом, выделяемым за счет трения о стенки направляющей втулки- коэффициент наполнения оболочки шихтой- коэффициент учета теплопроводности материала шихты- коэффициент конвективной теплоотдачи Тс - температура газа в камере- коэффициент учета нагрева оболочки электрода посредством теплопроводности от внутренних стенок направляющей втулки, нагретой газом камеры- коэффициент учета количества отверстий в направляющей втулке- сила тока- удельное сопротивление материала оболочки- эффективный к.п.д.- коэффициент учета удельного сопротивления материала шихты- отношение длины окружности к ее диаметру 1 - длина конструктивного участка электрода от точки пересечения электродов до начала направляющей втулки. На чертеже изображена конструкция устройства для электродуговой металлизации. Устройство содержит камеру 1, внутри которой находится сопло 2, соединенное с камерой сгорания 3. Камера 1 выполнена с выходным распылительным соплом 4, соосным соплу 2 и расположенным в плоскости точки пересечения осей проволочных плавящихся электродов 5, проходящих через токоподводящий наконечник 6, который расположен как можно дальше от точки плавления электродов и изготовлен из материала с малым удельным сопротивлением току, и направляющие втулки 7 из изоляционного термостойкого материала с отверстиями, крепящейся к токоподводящему наконечнику 6 гайкой 8. Распылительная головка работает следующим образом. 3 59671 Сжигаемая в камере 3 сгорания топливо-воздушная смесь истекает через сопло 2 в полость камеры 1 и далее через распылительное сопло 4 в атмосферу. Внутри камеры 1 создаются такие же давление и температура, как и в камере 3 сгорания и через отверстия в направляющей втулке 7 проволочные плавящиеся электроды 5 нагреваются за счет конвективного теплообмена с окружающими их газообразными продуктами горения топливовоздушной смеси и теплопроводности от нагретых этими же продуктами стенок направляющей втулки 7 при их касании электродами. Подача напряжения на токоподводы 6 обеспечивает плавление электродов 5 в точке их пересечения в результате теплового действия электрической дуги, горящей между электродами, и осуществляет нагрев электродов за счет джоулевого тепла, выделяемого в электродах на участке от токоподводящего наконечника 6 до точки пересечения электродов вследствие электрического сопротивления материала электродов, длина которого находится из выражения где с - средняя теплоемкость материала оболочки Т - необходимая температура шихты (600-700 С)- диаметр электрода- коэффициент учета теплоемкости материала шихты,1,3-1,4- скорость подачи электрода- коэффициент учета нагрева электрода теплом электрической дуги посредством теплопроводности,1,01-1,03- коэффициент учета нагрева оболочки электрода теплом, выделяемым за счет трения о стенки направляющей втулки,1,01-1,02- коэффициент наполнения оболочки шихтой,1,1-1,4 (для порошковой проволоки) и 1 (для сплошной проволоки)- коэффициент учета теплопроводности материала шихты,0,65-0,75- коэффициент конвективной теплоотдачи Тс - температура газа в камере 1- коэффициент учета нагрева оболочки электрода посредством теплопроводности от внутренних стенок направляющей втулки, нагретой газом камеры, с 1,03-1,04- коэффициент учета количества отверстий в направляющей втулке,1,01 (при количестве отверстий диаметром 5 мм до 10),1,03 (при количестве отверстий диаметром 5 мм более 10)- сила тока- удельное сопротивление материала оболочки- эффективный к.п.д.,0,7-0,8- коэффициент учета удельного сопротивления материала шихты,0,7-0,8- отношение длины окружности к ее диаметру,3,14 11 - длина конструктивного участка электрода от точки пересечения электродов до начала направляющей втулки (для выноса направляющей втулки за границы высокоскоростной струи продуктов горения). Выражение (1) получено из уравнения теплового баланса участка электрода, находящегося в камере 1 от точки подвода электрического тока до точки пересечения с другим электродом 12345,(2) где 1 - количество тепла, выделяемого в электроде током по закону Джоуля-Ленца 2 - количество тепла, полученного электродом за счет конвективного нагрева от газообразной среды камеры 1 4 5967 1 3 - количество тепла, полученного электродом за счет теплопроводности тепла электрической дуги 4 - количество тепла, полученного электродом за счет теплопроводности от стенок направляющих, нагретых газообразной среды камеры 1 5 - количество тепла, выделяемого на поверхности электрода при его трении о стенки направляющей(3) где- площадь поперечного сечения электрода 2 /4,(4) где- время протекания тока(1)/,(6)(7) 2(-)(1),где- периметр поперечного сечения электрода(8). 3, 4 и 5 учитывались соответственно в поправочных коэффициентах ,и . Теплоемкость и теплопроводность материала шихты учитывались коэффициентамии . Плотность набивки оболочки электрода учитывалась коэффициентом . Количество отверстий в направляющей втулке учитывалось коэффициентом . Эффективность нагрева электрода теплом, выделяемого в нем током по закону Джоуля-Ленца, учитывалась коэффициентом полезного действия . Исследование физико-механических свойств покрытий, полученных с использованием предложенного устройства для электродуговой металлизации в пилотной установке со следующими параметрами токоподводящий наконечник изготовлен из меди марки 1 и направляющая втулка - из изоляционной термостойкой керамики (муллита) с толщиной стенки 3 мм, с 20 отверстиями диаметром 5 мм, 110 мм 200 А с 2300 К 2,5 м/мин 2,7 мм и расчетный 64 мм, показало, что по сравнению с аналогичными свойствами покрытий, полученных на установке без внесенных конструктивных изменений, прочность сцепления покрытия с основой возросла в 1,5, когезионная прочность возросла в 1,6,пористость уменьшилась в 1,4, износостойкость возросла в 1,7 раза. Источники информации Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.