ПОРТАТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

Полезная модель относится к технологии и средствам для газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов для ремонта и/или восстановления поверхности деталей и изделий, а также получения покрытий, придающих различные свойства обрабатываемым поверхностям и может быть использована в машиностроении и других отраслях промышленности.
Суть газодинамических методов напыления металлических покрытий из порошковых материалов состоит в том, что частицы порошковых материалов ускоряются в сверхзвуковом сопле (сужающемся расширяющемся сопле Лаваля) сверхзвуковым потоком газа (в частности, воздуха) и наносятся на поверхность изделия в твердом, не расплавленном состоянии. При этом отличительной особенностью газодинамических методов является то, что в процессе нанесения покрытий не используются никакие горючие газы или жидкости, используются только предварительно сжатые не опасные газы. Закрепление частиц на поверхности обрабатываемого изделия происходит обычно за счет энергии, выделяемой в зоне контакта частицы с подложкой при ударе высокоскоростной частицы о подложку. При этом кинетическая энергия частиц в зоне контакта частицы с подложкой преобразуется в тепловую энергию и энергию связи.
Известно устройство для газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов, включающее узел подогрева сжатого газа, порошковый питатель-дозатор и сверхзвуковое сопло, отличающееся тем, что выход узла подогрева газа соединен непосредственно с входом сверхзвукового сопла, которое в закритической части соединено через трубопровод с выходом порошкового питателя-дозатора (патент RU №2100474, опубл. 27.12.1997).
Недостатком этого устройства является то, что в нем отсутствует узел ввода в сопло порошкового материала, наличие и устройство которого во многом влияют на эффективность процесса напыления в целом.
Также недостатком устройства является то, что частицы порошкового материала, не закрепленные на поверхности изделия, распространяются в окружающем пространстве и могут попадать на рабочие поверхности приборов, а также на одежду и в органы дыхания персонала.
Известно также устройство для газодинамического напыления порошковых материалов, содержащее блок напыления, включающий электронагреватель сжатого газа и сверхзвуковое сопло, жестко соединенное с выходом электронагревателя сжатого газа и содержащее узел ввода в сопло порошкового материала, блок управления, соединенный с электронагревателем сжатого газа гибким трубопроводом и электрокабелем, а также порошковый питатель (дозатор), выход которого соединен гибким трубопроводом с узлом ввода в сопло порошкового материала (патент RU №2190695, опубл. 10.10.2002). В этом устройстве имеется блок управления, обеспечивающий стабилизацию и контроль температуры сжатого газа, которая является важным параметром режима напыления покрытия.
Недостатком этого устройства является то, что узел ввода порошка (насадка) установлен вдоль оси сопла и обеспечивает ввод порошка в сопло только по его оси. В этом случае распределение порошка по поперечному сечению сопла может оказываться существенно неравномерным, а именно - с перегрузкой центральной части газового потока в сопле и слабым заполнением периферийной части поперечного сечения сопла. При прочих равных условиях это приводит к уменьшению эффективности напыления в целом.
Наиболее близким является портативное устройство для газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов, содержащее блок напыления, включающий электронагреватель сжатого газа и сверхзвуковое сопло, жестко соединенное с выходом электронагревателя и содержащее узел ввода в сопло порошкового материала, блок управления, соединенный с электронагревателем сжатого газа гибким трубопроводом и электрокабелем, порошковый питатель, выход которого соединен гибким трубопроводом с узлом ввода в сопло порошкового материала, при этом электронагреватель сжатого газа включает в себя кожух, в котором размещен с зазором, заполненным теплоизолятором, металлический корпус, внутри которого установлен тепловыделяющий элемент, при этом в металлическом корпусе выполнены отверстия, обеспечивающие обдув кожуха изнутри ненагретым газом, узел ввода в сопло порошкового материала выполнен с возможностью обеспечения поступления порошкового материала в закритическую часть сверхзвукового сопла под углом к его оси (Патент RU №2257423, опубл. 27.07.2005).
Недостатками прототипа является то, что частицы порошкового материала, не закрепленные на поверхности изделия, распространяются в окружающем пространстве и могут ухудшать условия труда, так как попадают на одежду и в органы дыхания персонала, что вредно для его здоровья, а также затрудняют работу вследствие плохой видимости.
Задачей является разработка портативного устройства для газодинамического напыления покрытий, позволяющего снизить содержание порошкового материала, не закрепленного на поверхности обрабатываемого изделия, который может попасть на одежду и в органы дыхания персонала, находящегося в зоне проводимых работ, а также возможность повторного использования порошкового материала, не осажденного на поверхность обрабатываемого изделия.
Техническим результатом является уменьшение содержания порошкового материала, не закрепленного на поверхности обрабатываемого изделия, находящегося в зоне проводимых работ, с возможностью его повторного использования.
Технический результат достигается в портативном устройстве для газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов, содержащем блок напыления, включающий электронагреватель сжатого газа и сверхзвуковое сопло, жестко соединенное с выходом электронагревателя и содержащее узел ввода в сопло порошкового материала, блок управления, соединенный с электронагревателем сжатого газа гибким трубопроводом и электрокабелем, порошковый питатель, выход которого соединен гибким трубопроводом с узлом ввода в сопло порошкового материала, при этом сверхзвуковое сопло выполнено со сменной вставкой, к которой прикреплен вытяжной элемент, состоящий из цилиндрической части, в начале которой расположен штуцер для отвода частиц порошка, не закрепленных на поверхности изделия, и конической части, расширяющейся по ходу движения газово-порошкового потока.
max
min
max
min
Отношение максимального диаметра (d) конической части вытяжного элемента к ее минимальному диаметру (d) составляет 5≤(d/d)≤8.
Угол между образующими в продольном сечении конической части вытяжного элемента составляет не менее 100 градусов.
min
min
Длину l части вставки сверхзвукового сопла, расположенной в конической части вытяжного элемента, выбирают из условия 0,5d≤l≤1,5d.
Вытяжной элемент устройства для газодинамического напыления покрытий должен удовлетворять следующим требованиям.
max
min
max
min
Отношение максимального диаметра (d) конической части к ее минимальному диаметру (d) должно быть 5≤(d/d)≤8. При значениях данного отношения менее 5 отвод частиц порошка, не закрепленных на поверхности изделия, будет осуществляться в недостаточно полной степени, при значениях данного отношения более 8 обзор рабочей области (зоны восстановления или ремонта изделия) будет уменьшен, что затрудняет проведение работ.
Угол между образующими в продольном сечении конической части вытяжного элемента составляет не менее 100 градусов. При значениях данного угла менее 100 градусов отвод частиц порошка, не закрепленных на поверхности изделия, будет осуществляться в недостаточно полной степени.
min
min
min
min
Длину l части сменной вставки сверхзвукового сопла, расположенной в конической части вытяжного элемента, выбирают из условий 0,5d≤l≤1,5d. При значениях длины l части сменной вставки сверхзвукового сопла менее 0,5d будет иметь место всасывание частиц из газово-порошкового потока, направленного на поверхность обрабатываемого изделия, что понижает эффективность напыления. При значениях длины l части сменной вставки сверхзвукового сопла более l,5d степень отвода частиц порошка, не закрепленных на поверхности изделия, будет недостаточной.
На Фиг. 1 изображена общая схема устройства для газодинамического напыления покрытий, а на Фиг. 2 - вытяжной элемент, закрепленный на сменной вставке сверхзвукового сопла.
Портативное устройство включает в себя: 1 - блок напыления, содержащий электронагреватель сжатого газа 2, расположенный в кожухе 15, при этом выход электронагревателя сжатого газа 2 жестко соединен со сверхзвуковым соплом 3, включающем узел ввода 4 в него порошкового материала, блок управления 5, соединенный с электронагревателем сжатого газа 2 гибким трубопроводом 6 и электрокабелем 7, и соединенный электрокабелем 9 с порошковыми питателями 8, которые, в свою очередь, соединены гибким трубопроводом 10 с узлом ввода 4 порошкового материала в сверхзвуковое сопло 3. Блок управления 5 содержит электромагнитный клапан 11 подачи сжатого газа в электронагреватель сжатого газа 2, устройства стабилизации температуры сжатого газа 12, управления температурой сжатого газа 13 и управления скоростью подачи порошкового материала 14 из порошкового питателя 8.
Сверхзвуковое сопло 3 выполнено со сменной вставкой 16 (Фиг. 2), к которой прикреплен вытяжной элемент, состоящий из цилиндрической части 17, в начале которой расположен штуцер 18 с гибким трубопроводом 19 для отвода частиц порошка, не закрепленных на поверхности изделия, и конической части 20, расширяющейся по ходу движения газово-порошкового потока.
max
min
max
min
При этом отношение максимального диаметра (d) конической части к ее минимальному диаметру (d) удовлетворяет условию 5≤(d/d)≤8.
min
min
Угол между образующими в продольном сечении конической части вытяжного элемента должен составлять не менее 100 градусов, а длину l части вставки сверхзвукового сопла, расположенной в конической части вытяжного элемента, выбирают из условия 0,5d≤l≤1,5d.
Портативное устройство для газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов работает следующим образом.
Газ-носитель поступает в блок управления 5, а затем направляется по гибкому трубопроводу 6 в электронагреватель сжатого газа 2. В блоке управления 5 осуществляется выбор необходимого температурного режима работы устройства. Подача электроэнергии к электронагревателю сжатого газа 2 и передача электрических сигналов от электронагревателя сжатого газа 2 к блоку управления 5 осуществляется по многожильному электрокабелю 7. Сжатый газ из электронагревателя 2 подается в сверхзвуковое сопло 3 со сменной вставкой 16. При этом непосредственное жесткое соединение выхода электронагревателя сжатого газа 2 с входом сверхзвукового сопла 3 обеспечивает минимизацию тепловых потерь и способствует повышению эффективности работы устройства в целом.
В сверхзвуковом сопле 3 со сменной вставкой 16 сжатый газ ускоряется и внутри сопла формируется сверхзвуковой газовый поток. В этот поток через узел 4 ввода в сверхзвуковое сопло 3 порошкового материала вводится рабочий порошковый материал, который на участке от места ввода его в сопло до выхода из сопла ускоряется до скорости несколько сот метров в секунду и направляется на поверхность обрабатываемого изделия.
Рабочий порошковый материал подается в узел ввода 4 в сверхзвуковое сопло 3 по гибкому трубопроводу 10, соединенному с выходом порошковых питателей 8. В блоке управления 5 производится выбор необходимого режима работы порошковых питателей 8. Сигналы управления порошковыми питателями передаются из блока управления 5 в порошковые питатели 8 по электрокабелю 9.
Для снижения содержания порошкового материала, не закрепленного на рабочей поверхности, в окружающем пространстве, разработана конструкция вытяжного элемента. Он крепится к сменной вставке 16 сверхзвукового сопла 3, и состоит из цилиндрической части 17, в начале которой расположен штуцер 18 для отвода частиц порошка, и конической части 20, расширяющейся по ходу движения газово-порошкового потока. При работе устройства частицы порошкового материала, не закрепленные на поверхности изделия, улавливаются в конической части 20 вытяжного элемента и отсасываются газовым потоком по цилиндрической части 17 вытяжного элемента. Затем уловленные частицы порошкового материала, через штуцер 18 по гибкому трубопроводу 19 отводятся из устройства.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет снизить содержание порошкового материала, не закрепленного на поверхности обрабатываемого изделия, который может попасть на одежду и в органы дыхания персонала, находящегося в зоне проводимых работ, а также дает возможность повторного использования порошкового материала, не осажденного на поверхность обрабатываемого изделия.