Портативное устройство для газодинамического напыления покрытий
PORTABLE DEVICE FOR GAS DYNAMIC SPRAY COATING

Изобретение 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 использовано в машиностроении и других отраслях промышленности.
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 устройстве которого во многом влияют на эффективность процесса напыления в целом. Известно 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 мелкой и средней фракции подвержены комкованию, что приводит к неоднородности газово- порошкового потока и как следствие, уменьшению эффективности процесса напыления. Вследствие конструктивных особенностей исполнения блока напыления максимальный угол поворота сопла к оси электронагревателя сжатого газа не обеспечивает возможность напыления порошка в наиболее труднодоступные места.
Задачей является разработка портативного устройства для газодинамического напыления покрытий, позволяющего обеспечить напыление порошка в труднодоступные места, а также повысить однородность газово-порошкового потока за счет уменьшения количества и размеров групп частиц порошкового материала, что в конечном итоге приводит к повышению эффективности процесса напыления покрытий и получению плотных и однородных по составу и толщине покрытий с высокой адгезией.
Техническим результатом является повышение эффективности процесса напыления покрытий и получение плотных и однородных по составу и толщине покрытий с высокой адгезией.
Технический результат достигается в портативном устройстве для газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов, содержащем блок напыления, включающий электронагреватель сжатого газа, соединенный со сверхзвуковым соплом посредством трубопровода, при этом сверхзвуковое сопло выполнено со сменной вставкой и соединено с выходом электронагревателя, узел ввода в сопло порошкового материала, блок управления, соединенный с электронагревателем сжатого газа посредством электрокабеля и гибкого трубопровода, и порошковый питатель, выход которого соединен трубопроводом с узлом ввода порошкового материала в сопло, отличающееся тем, что сверхзвуковое сопло установлено с возможностью поворота и фиксации на угол не более 180° вокруг оси, перпендикулярной направлению подачи газово-порошкового потока, при этом узел ввода в сопло порошкового материала выполнен в виде гибкой трубки, посредством которой обеспечивается подача порошка от порошкового питателя в упомянутое сопло и которая натянута на сопло и упомянутый трубопровод не менее, чем на 5 мм., причем в закритическом сечении сверхзвукового сопла установлен рассекатель газово-порошкового потока, состоящий из кольцевой части, сопряженной со сменной вставкой, радиальной части, перпендикулярной направлению подачи газово-порошкового потока, и концевой части в виде иглы, расположенной по центру сменной вставки вдоль направления подачи газово-порошкового потока.
Рассекатель выполнен сменным.
В частном варианте исполнения рассекатель выполнен за одно целое со сменной вставкой сопла.
В частном варианте исполнения рассекатель выполнен из металла.
В частном варианте исполнения рассекатель выполнен из керамики.
В частном варианте исполнения рассекатель выполнен из полимерных материалов.
В частном варианте исполнения игла выполнена полой.
Установка сверхзвукового сопла с возможностью поворота и фиксации на угол до 180° с осью поворота сопла перпендикулярной направлению движения газово-порошкового потока обеспечивает возможность напыления порошка в наиболее труднодоступные места, где ограничено пространство для напыления покрытий.
Использование рассекателя газово-порошкового потока повышает однородность газово-порошкового потока за счет уменьшения количества и размеров групп частиц порошкового материала, что в конечном итоге приводит к повышению эффективности процесса напыления и получению плотных и однородных по составу и толщине покрытий с высокой адгезией.
На Фиг. 1 изображена общая схема устройства для газодинамического напыления покрытий.
На Фиг. 2 - блок напыления в разрезе.
На Фиг. 3 - Вид А блока напыления.
На Фиг. 4 - Рассекатель газово-порошкового потока с одной радиальной частью и иглой, расположенной по направлению движения газово-порошкового потока.
Портативное устройство для газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов содержит блок напыления 1, включающий электронагреватель 8 сжатого газа, выход которого соединен трубопроводом 10 со сверхзвуковым соплом 9, выполненным со сменной вставкой 13, и узел ввода 11 в сопло 9 порошкового материала, блок управления 2, соединенный с электронагревателем 8 сжатого газа гибким трубопроводом 3 и электрокабелем 4, порошковый питатель 5, выход которого соединен электрокабелем 6 с блоком управления 2 и соединен трубопроводом 7 с узлом ввода 11 в сопло 9 порошкового материала, причем сверхзвуковое сопло 9 установлено с возможностью поворота и фиксации на угол до 180°, при этом ось поворота сопла 9 перпендикулярна направлению движения газово-порошкового потока. Ввод нагретого воздуха от электронагревателем 8 в сопло 9 осуществляется через трубопровод 10 в форме колена. Фиксация колена трубопровода 10 относительно сопла 9 обеспечивается накидной гайкой 18. Подача порошка от порошкового питателя 5 в сопло 9 при различных углах поворота сопла 9 обеспечивается с помощью гибкой трубки 17. Гибкая трубка 17 должна быть натянута на сопло 9 и трубопровод 7 подачи порошка не менее, чем на 5 мм. Сопло 9 крепится к корпусу электронагревателя 8 с помощью планки 19 и фиксируется винтом 20. В закритическом сечении сверхзвукового сопла 9 установлен рассекатель 12 газово-порошкового потока, состоящий из кольцевой части 14, сопряженной со сменной вставкой 13, одной радиальной части 15 (Фиг. 4), расположенной по направлению движения газово-порошкового потока, и концевой части в виде иглы 16, расположенной по направлению движения газово-порошкового потока. Рассекатель 12 может быть выполнен сменным или за одно целое со сменной вставкой 13 сопла 9. Игла 16 может быть выполнена полой.
Портативное устройство для газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов работает следующим образом.
Газ-носитель поступает в блок управления 2, а затем направляется по гибкому трубопроводу 3 в электронагреватель 8 сжатого газа. В блоке управления 2 осуществляется выбор необходимого температурного режима работы устройства. Подача электроэнергии к электронагревателю 8 сжатого газа и передача электрических сигналов от электронагревателя сжатого газа 8 к блоку управления 2 осуществляется по многожильному электрокабелю 4. Сжатый газ из электронагревателя 8 подается в сверхзвуковое сопло 9 со сменной вставкой 13.
В сверхзвуковом сопле 9 со сменной вставкой 13 сжатый газ ускоряется и внутри сопла формируется сверхзвуковой газовый поток. В этот поток через узел 11 ввода в сверхзвуковое сопло 9 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 11 в сверхзвуковое сопло 9 по трубопроводу 7, соединенному с выходом порошковых питателей 5. В блоке управления 2 производится выбор необходимого режима работы порошковых питателей 5. Сигналы управления порошковыми питателями передаются из блока управления 2 в порошковые питатели 5 по электрокабелю 6.
Для подачи порошка в труднодоступные места при напылении покрытий из порошковых материалов используют сверхзвуковое сопло 9 с возможностью его поворота и фиксации на угол до 180° вокруг оси поворота сопла 9, перпендикулярной направлению движения газово-порошкового потока.
При напылении порошка в труднодоступные места изменяют угол поворота сопла. Для этого необходимо ослабить на 1-2 оборота резьбы винт 20, соединяющий планку 19 и сопло 9, и накидную гайку 18, фиксирующую
колено трубопровода 10 и сопло 9, небольшим усилием повернуть сопло 9 относительно оси его поворота на требуемый угол, при этом визуально контролировать, чтобы гибкая трубка 17 подачи порошка не отсоединилась от трубопровода 7 и сопла 9, затянуть накидную гайку 18 на колене трубопровода 10 до упора, затянуть винт 20, соединяющий планку 19 и сопло 9.
При использовании порошкового материала, состоящего из частиц крупных фракций (80-100 мкм) возможна установка рассекателя газово-порошкового потока, выполненного с одной радиальной частью (Фиг. 4).
Выбор материала, из которого выполнен рассекатель газово-порошкового потока, определяется составом порошкового материала. В случае использования порошкового материала, состоящего из частиц с низкой твердостью рассекатель выполняют из полимерных материалов. В случае использования порошкового материала, состоящего из частиц со средней твердостью рассекатель выполняют из металла. В случае использования порошкового материала, состоящего из частиц с высокой твердостью рассекатель выполняют из керамики.
Таким образом разработано портативное устройство для газодинамического напыления покрытий, позволяющее обеспечить напыление порошка в труднодоступные места, а также повысить однородность газово-порошкового потока за счет уменьшения количества и размеров групп частиц порошкового материала, что в конечном итоге приводит к повышению эффективности процесса напыления покрытий и получению плотных и однородных по составу и толщине покрытий с высокой адгезией.