УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ

Полезная модель относится к области восстановления поверхностей изделий и нанесению защитных покрытий, в частности к оборудованию для электродуговой металлизации.
Известно устройство [RU 2162749] для электродуговой металлизации, содержащее два электрода в горизонтальной плоскости, центральное сопло, ось которого пересекает точку пересечения электродов, два симметричных сопла, расположенных выше и ниже центрального сопла, при этом оси симметричных сопел развернуты на угол 1-10 град. в противоположные стороны относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось центрального сопла.
Недостатком указанной конструкции является широкий угол распыла расплавляемого в электрической дуге металла, из за того что зона горения дуги находится перед срезом центрального и двух симметричных сопел.
Также известно устройство [US 4492337] для распыления металла, в котором транспортирующий газ подается через сопло, охватывающее электроды, а также через дополнительное наружное кольцевое сопло. Такая конструкция не позволяет целенаправленно влиять на область образования расплавленных частиц - зону горения дуги.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для дуговой металлизации [RU 2186632] содержащее два электрода, обжимающее сопло, наружное кольцевое сопло и 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. Зона горения дуги - небольшой участок, занимающий объем между торцами электродов и выдвинутый вперед на 2-3 мм.
Недостатком указанной конструкции, является то, что подача сжатого воздуха в известном устройстве к соплам (центральное, обжимающее и наружное кольцевое) осуществляется через одну полость. При такой схеме подачи воздух будет истекать по пути наименьшего сопротивления, т.е там где площадь истечения больше, а именно через обжимающее сопло. При этом эффективность наружного кольцевого сопла снижается и обжатие воздушного потока незначительно. Это приводит к широкому углу распыла, большому размеру распыляемых частиц, что способствует снижению качества наносимого покрытия и низкому коэффициенту использования материала.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение качественных характеристик покрытия и увеличение коэффициента использования материала при электродуговой металлизации за счет получения равномерного высокоскоростного потока распыляемых мелкодисперсных частиц материала с малым утлом распыла.
Для решения указанной задачи в известном устройстве содержащем два электрода, торцы которых образуют зону горения дуги, обжимающее сопло, наружное кольцевое сопло и дополнительное центральное сопло, ось которого совпадает с точкой пересечения осей электродов, согласно полезной модели, зона горения дуги расположена внутри обжимающего сопла и выдвинута вперед на расстоянии 5-20 мм от его входа. Кроме того, наружное кольцевое сопло содержит штуцера расположенные относительно друг друга под углом 90 градусов, причем каждый их них установлен под углом 15 градусов относительно плоскости проходящей через ось сопла и под углом 10 градусов к плоскости среза сопла.
Схема устройства представлена на фиг 1. На фиг 2. представлена схема расположения штуцеров наружного кольцевого сопла. На фиг. 3 показано истечение струи из предлагаемого устройства.
Устройство содержит два электрода (1) и направляющие (2), для их подачи в зону горения дуги (6), образованную торцами электродов. Центральное сопло (5) установлено так, что его ось совпадает с точкой пересечения осей электродов. Обжимающее сопло (3) с сужающейся конической частью установлено так, что зона горения дуги (6) расположена на расстоянии 5 до 20 мм от его входа. Вокруг обжимающего сопла, в конструкции устройства установлено наружное кольцевое сопло (4) с четырьмя штуцерами (7) расположенными относительно друг друга под углом 90 градусов, причем каждый их них установлен под углом 15 градусов относительно плоскости проходящей через ось сопла и под углом 10 градусов к плоскости среза сопла.
1
Устройство работает следующим образом. При подаче электродов (1) с помощью направляющих (2) между ними зажигается электрическая дуга которая под действием напора воздушной струи P из центрального сопла (5) выгибается вперед, образуя зону горения дуги (6). Металл электродов в этой зоне плавится и в виде капель за счет электродинамического воздействия дуги и напора струи из центрального сопла распыляется в направлении напыляемого изделия (на фиг 1 не показано).
Расположение зоны горения дуги (6) внутри обжимающего сопла (3) на расстоянии 5-20 мм от его входа, приводит к тому, что обжимающее сопло формирует воздушную струю с распыляемым материалом, которая за счет сужающейся конической части сопла (3) ускоряется, что способствует получению равномерного высокоскоростного потока распыляемых мелкодисперсных частиц материала. Уменьшение расстояния от входа обжимающего сопла до зоны горения дуги менее 5 мм приводит к преждевременному распылу напыляемого материала основным потоком и оседанию частиц материала на передней части обжимающего сопла, что приводит к изменению его геометрических размеров и снижению эффективности работы устройства. Увеличение указанного расстояния свыше 20 мм. приводит к увеличению угла распыла частиц, что снижает коэффициент использования материала (КИМ).
2
1
2
1
2
1
Наружное кольцевое сопло (4) предназначено для уменьшения угла распыла воздушной струи с распыляемым материалом за срезом обжимающего сопла (3). При этом давление в наружном кольцевом сопле (Р) регулируют независимо от давления в центральном и обжимающем сопле (P). Это создает благоприятные условия для эжекции струи с распыляемым материалом и тем самым позволяет дополнительно увеличить ее скорость. При этом Р должно быть в 1,1 и более раз выше чем P. Перепад давления Р/Р будет завесить от соотношения входных сечений наружного кольцевого и обжимающего сопел.
Установка штуцеров под указанными углами приводит к закручиванию потока из наружного кольцевого сопла (4), что приводит к более равномерному распределению частиц в струе и уменьшению их разброса. Установка штуцеров под указанными углами приводит к закручиванию потока из наружного кольцевого сопла (4), что приводит к более равномерному распределению частиц в струе и уменьшению их разброса. Номинальные значения углов установки штуцеров (15 и 10 градусов) определены в результате математического моделирования газовых потоков в предлагаемом устройстве и подтверждены экспериментально. Расположение штуцеров под углом 90 градусов обусловлено необходимостью равномерного обжатия потока. Таким образом, основной поток обжимается дополнительно, формируя струю с малым углом распыла, что позволяет формировать покрытия высокого качества и увеличить коэффициент использования материала.
Пример конкретного выполнения
Устройство для электродуговой металлизации указанной конструкции было установлено на электрометаллизаторе ЭМ-17, изготовитель Барнаульский аппаратурно-механический завод. В качестве подложки использовались образцы из стали Ст3. В качестве напыляемого материала использовалась проволока из алюминиевого сплава АМг6 диаметром 3 мм.
1
2
Напыление производилось на следующих режимах: напряжение дуги U=40 В; сила тока I=400 А; скорость подачи проволоки n=3 м/мин; расстояние от среза сопла до образца l=100 мм; давление P=0.5 МПа, Р=0,6; скорость перемещения металлизатора t=1 см/с.
При отработке конструкции были проведены экспериментальные исследования по влиянию расстояния от места зоны горения дуги до входа обжимающего сопла, и углов установки штуцеров на угол распыла струи и коэффициента использования материала. Результаты представлены в таблицах 1-4.
Угол распыла в процессе напыления составил 16° (фиг. 3). Истечение струи стабильное и равномерное. Прочность сцепления алюминиевого покрытия на стальной подложке увеличилась на 30%, коррозионная стойкость на 15%, пористость уменьшилась на 15%. Коэффициент использования материала составил 0,85.
Применение предлагаемого технического решения позволяет уменьшить угол распыла струи, увеличить коэффициент использования материала при электродуговой металлизации за счет ускорения и принудительного закручивания струи с распыляемым материалом и повысить качественные характеристики покрытия.