способ газопламенного напыления порошковых покрытий и горелка для его осуществления
Классы МПК: | B05B7/20 пламенем или продуктами сгорания |
Автор(ы): | Хромов В.Н., Плетнев Э.П., Абашев Н.Г., Верцов В.Г., Коровин А.Я., Верцов В.В., Барабаш В.В. |
Патентообладатель(и): | Орловский государственный аграрный университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-09-20 публикация патента:
27.08.2003 |
Изобретение относится к технике высокотемпературного напыления и может быть использовано при газопламенном напылении порошковых покрытий, в частности, при работе на газах-заменителях ацетилена, преимущественно на водородно-кислородной смеси, вырабатываемой электролизерами из воды. Задачей изобретения является уменьшение загрязнения окружающей среды и вредных выбросов в атмосферу, получение в качестве продукта сгорания водяного пара за счет использования в качестве горючего и транспортирующего газов экологически чистой водородно-кислородной смеси, предотвращение обратного удара внутри горелки при использовании в качестве транспортирующего газа водородно-кислородной смеси за счет выравнивания скоростей истечения газов из порошкового канала и выходных отверстий мундштука для горючего газа. Поставленная задача достигается тем, что в способе газопламенного напыления порошковых покрытий в качестве транспортирующего газа и горючих газов используют водородно-кислородную смесь, вырабатываемую электролизом из воды, при этом регулирование пламени нормального характера струи горючих газов осуществляют дополнительной подачей к водородно-кислородной смеси углеродсодержащих газов, например пропан-бутана. Горелка для газопламенного напыления порошковых покрытий снабжена стволовой насадкой, на которой закреплен мундштук, втулкой с каналом, смонтированной в мундштуке соосно с центральным соплом, и краном для регулирования расхода транспортирующего газа. Канал во втулке выполнен в виде цилиндрического отверстия с фаской, которое переходит в конусно-сужающуюся часть, продолжением которой является цилиндрический участок. Предлагаемое соотношение размеров канала и выходных отверстий мундштука соплового наконечника предохраняет горелку от обратного удара по каналу. Использование в качестве транспортирующего газа вместо кислорода или воздуха водородно-кислородной смеси значительно повышает теплоемкость пламени горелки, кроме того, использование предлагаемого решения позволит уменьшить загрязнение окружающей среды. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Способ газопламенного напыления порошковых покрытий, включающий подачу порошка из сопла горелки в зону плавления с помощью транспортирующего газа, оплавление порошка под действием струи горючих газов, напыление на поверхность покрытия, отличающийся тем, что в качестве транспортирующего газа и горючих газов используют водородно-кислородную смесь, вырабатываемую электролизом из воды, при этом регулирование пламени нормального характера струи горючих газов осуществляют дополнительной подачей к водородно-кислородной смеси углеродсодержащих газов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего газа используют пропан-бутан. 3. Горелка для газопламенного напыления порошковых покрытий, содержащая корпус, закрепленный на выходном конце корпуса сопловой наконечник, содержащий мундштук с центральным соплом и расположенными вокруг него по окружности отверстиями, отличающаяся тем, что она снабжена стволовой насадкой, на которой закреплен мундштук, втулкой с каналом, смонтированной в мундштуке соосно с центральным соплом, и краном для регулирования расхода транспортирующего газа, при этом канал во втулке выполнен в виде цилиндрического отверстия с фаской, которое переходит в конусно-сужающуюся часть, продолжением которой является цилиндрический участок, причем площадь выходного отверстия канала втулки равна 0,5-1,3 суммарной площади выходных отверстий мундштука, а длины частей канала втулки имеют следующие размеры:L= (4-6)d; L1= (7-10)d; L2= (0,5-0,6)D;
где d - диаметр выходного отверстия канала втулки;
D - диаметр входного отверстия канала втулки;
L - длина цилиндрического участка канала втулки;
L1 - длина конусносужающейся части канала втулки;
L2 - длина цилиндрического отверстия с фаской.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технике высокотемпературного напыления и может быть использовано при газопламенном напылении порошковых покрытий, в частности, при работе на газах-заменителях ацетилена, преимущественно на водородно-кислородной смеси, вырабатываемой электролизерами из воды. Известны способ и устройство для обработки поверхностей деталей газопламенным напылением, включающий подачу ацетилена и кислорода через смесительную камеру распылительной головки, подачу проволоки через ее центральный канал и подачу сжатого воздуха в одном направлении с проволокой и газопламенной смесью, при этом подачу сжатого воздуха производят через жиклер непосредственно в канал, по которому подают проволоку. Устройство для газопламенного напыления поверхностей деталей содержит распылительную головку с каналами для подачи кислорода, ацетилена и сжатого воздуха и размещенную в ней направляющую втулку с каналом для подачи проволоки, при этом оно снабжено манжетой, установленной во входной части канала направляющей втулки и закрепленной с помощью пробки для предотвращения выхода воздушного потока навстречу подаваемой по каналу проволоке, и штуцером с жиклером для подачи сжатого воздуха в канал направляющей втулки [1]. Однако известные способ и устройство не позволяют осуществлять подачу порошка и работают только на гибких порошкообразных жгутах и проволоках. Известен газопламенный метод напыления покрытий, который состоит в формировании на поверхности изделий слоя из частиц напыляемого материала, обладающих достаточным запасом тепловой и кинетической энергии в результате взаимодействия со струей газового пламени. Струя пламени образуется в результате сгорания горючей смеси, вытекающей из сопловых отверстий горелки с большой скоростью. Напыляемый материал подают, как правило, внутрь факела пламени вдоль оси. Температура струи горючий газ - кислород при использовании ацетилена достигает 3200oС, а скорость истечения 150-160 м/с. Попадая в струю, частицы порошкового материала нагреваются до жидкого или высокопластичного состояния и приобретают скорость 20-80 м/с. Скорость полета частиц порошка зависит от соотношения кислорода и горючего газа в смеси, количества обдувающего газа, расстояния от среза сопла, количества вводимого в пламя порошка и его плотности, гранулометрического состава и др. Материал, используемый для газопламенного напыления покрытий, не должен разлагаться и возгоняться в пламени и должен иметь достаточную разницу между температурами плавления и кипения (более 150-250oС) [2]. Однако известный метод рассчитан на применение углеродсодержащих горючих газов, что загрязняет окружающую среду продуктами сгорания. Известна горелка для газопламенного напыления порошковых покрытий, содержащая корпус с каналами для подачи горючего газа, окислителя, несущего газа, горючей и газопорошковой смесей, съемное устройство для подачи порошка с емкостью и промежуточным элементом, имеющим канал для подачи порошка из емкости и запирающий орган подачи порошка, несущую плиту, соединяющую съемное устройство с корпусом инжектора несущего газа, соединенным с выходом канала подачи несущего газа и размещенным перед входом канала для порошковой смеси под выходом канала для подачи порошка, и инжектор для горючего газа и окислителя, инжектор для несущего газа размещен в промежуточном элементе съемного устройства подачи порошка, в котором соответственно выполнены входное отверстие канала для подачи газопорошковой смеси и выходное отверстие проходящего через несущую плиту канала подачи несущего газа [3]. Известна горелка для газопламенного напыления порошков, содержащая корпус с продольно расположенными каналами для подачи горючего газа, окислителя и транспортирующего газа, закрепленный на выходном конце корпуса сопловой наконечник, кран для регулирования расхода транспортирующего газа [4]. Известен наконечник газопламенной горелки, содержащий мундштук с центральным соплом и расположенными вокруг него по окружности сопловыми отверстиями, втулку, смонтированную в мундштуке соосно с центральным соплом, и трубку для подачи газопорошковой смеси, отличающийся тем, что с целью сокращения потерь порошка он снабжен пористой шайбой, установленной между торцом втулки и внутренним торцом мундштука, при этом сопловые отверстия выполнены с наклоном к оси центрального сопла под углом 5-15 [5]. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности признаков является способ, основанный на нанесении покрытия на детали напылением газовой струей порошка, нагретого пламенем газа до жидкого или вязкотекучего состояния. Порошок подается в зону плавления с помощью транспортирующего газа. В этом случае порошок поступает в горелку, разгоняется потоком транспортирующего газа и на выходе из сопла попадает в пламя, где оплавляется и под действием струи горящих газов направляется на напыляемую поверхность, образуя покрытие [6]. Однако известные горелки не позволяют применять в качестве горючего газа водородно-кислородную смесь, так как она создает окислительное пламя. Применение в них в качестве транспортирующего газа водородно-кислородной смеси может привести к обратному удару в канале для газопорошковой смеси. Задачей изобретения является уменьшение загрязнения окружающей среды и вредных выбросов в атмосферу, получение в качестве продукта сгорания водяного пара за счет использования в качестве горючего и транспортирующего газов экологически чистой водородно-кислородной смеси, предотвращение обратного удара внутри горелки при использовании в качестве транспортирующего газа водородно-кислородной смеси за счет выравнивания скоростей истечения газов из канала втулки и выходных отверстий мундштука для горючего газа. Поставленная задача достигается тем, что в способе газопламенного напыления порошковых покрытий, включающем подачу порошка из сопла горелки в зону плавления с помощью транспортирующего газа, оплавление порошка под действием струи горючих газов, напыление на поверхность покрытия, согласно изобретению в качестве транспортирующего газа и горючих газов используют водородно-кислородную смесь, вырабатываемую электролизом из воды, при этом регулирование пламени нормального характера струи горючих газов осуществляют дополнительной подачей к водородно-кислородной смеси углеродсодержащих газов, например пропан-бутана. Горелка для газопламенного напыления порошковых покрытий, содержащая корпус с расположенными каналами для подачи водородно-кислородной смеси и углеродсодержащего газа, например пропан-бутана, закрепленный на выходном конце корпуса сопловой наконечник, содержащий мундштук с центральным соплом и расположенными вокруг него по окружности сопловыми отверстиями, втулку, смонтированную в мундштуке соосно с центральным соплом, кран для регулирования расхода транспортирующего газа, снабжена стволовой насадкой, на которой закреплен мундштук, втулкой с каналом, смонтированной в мундштуке соосно с центральным соплом, и краном для регулирования расхода транспортирующего газа, при этом канал во втулке выполнен в виде цилиндрического отверстия с фаской, которое переходит в конусносужающуюся часть, продолжением которой является цилиндрический участок, причем площадь выходного отверстия канала втулки равна 0,5-1,3 суммарной площади выходных отверстий мундштука, то есть![способ газопламенного напыления порошковых покрытий и горелка для его осуществления, патент № 2211096](/images/patents/259/2211096/960.gif)
![способ газопламенного напыления порошковых покрытий и горелка для его осуществления, патент № 2211096](/images/patents/259/2211096/960.gif)
L=(4...6)d; L1=(7...10)d; L2=(0,5...0,6)D;
где
d - диаметр выходного отверстия втулки;
D - диаметр входного отверстия втулки;
L - длина цилиндрического участка канала втулки;
L1 - длина конусносужающейся части канала втулки;
L2 - длина цилиндрического отверстия с фаской;
![способ газопламенного напыления порошковых покрытий и горелка для его осуществления, патент № 2211096](/images/patents/259/2211096/960.gif)
n
![способ газопламенного напыления порошковых покрытий и горелка для его осуществления, патент № 2211096](/images/patents/259/2211096/960.gif)
![способ газопламенного напыления порошковых покрытий и горелка для его осуществления, патент № 2211096](/images/patents/259/2211096/960.gif)
![способ газопламенного напыления порошковых покрытий и горелка для его осуществления, патент № 2211096](/images/patents/259/2211096/960.gif)
![способ газопламенного напыления порошковых покрытий и горелка для его осуществления, патент № 2211096](/images/patents/259/2211096/960.gif)
![способ газопламенного напыления порошковых покрытий и горелка для его осуществления, патент № 2211096](/images/patents/259/2211096/960.gif)
на фиг.1 - общий вид горелки (продольный разрез);
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 (регулятор сечения подачи газа);
на фиг.3 - сопловой наконечник горелки. Горелка содержит корпус 1 с каналом 2 для подачи углеродсодержащего газа, например пропан-бутана, каналом 3 для водородно-кислородной смеси, вырабатываемой электролизером из воды, и каналом 4 для транспортирующего газа, в качестве которого используют водородно-кислородную смесь. В качестве горючего и транспортирующего газов используют водородно-кислородную смесь, которую подают через ниппель 5 в канал 3 и 4. В канале 2 подачи углеродсодержащего газа, например пропан-бутана, и канале 3 подачи водородно-кислородной смеси, вырабатываемой электролизером из воды, установлены запорные клапаны 6 и 7, которые управляются рычагом 8, поворачивающимся вокруг оси 9 и имеющим рабочие поверхности 10 и 11, соответственно воздействующие на управляющий элемент 12 запорного клапана 6 и управляющий элемент 13 запорного клапана 7. Рабочие поверхности 10 и 11 выполнены таким образом, что при выключении сначала закрывается клапан 6, а затем клапан 7, в то время как при включении первым открывается клапан 7. Кроме того, в корпусе 1 выполнен канал 14 для подачи водородно-кислородной смеси и углеродсодержащего газа, например пропан-бутана, а в стволовой насадке 15 выполнен канал 16 для подачи газопорошковой смеси, соединенный с каналом втулки 16а, и каналы 17 и 18 для подачи горючей смеси. Канал 14 соединен с инжектором 19 для подачи горючего газа, например водородно-кислородной смеси, и углеродсодержащего газа, например пропан-бутана. Для регулирования подачи подводимого к инжектору 19 углеродсодержащего газа, например пропан-бутана, служит регулятор сечения подачи газа (фиг. 2), который выполнен в виде двух подпружиненных запорных клапанов: соответственно углеродсодержащего газа, например пропан-бутана - 20, и горючего газа, например водородно-кислородной смеси - 21. Клапан 21 установлен в глухом отверстии 22, а клапан 20 - в сквозном отверстии 23 корпуса 1 горелки и закреплены в них втулками 24 и 25. С другой стороны корпуса 1 горелки в сквозном отверстии 23 установлена игла 26 для регулирования подачи углеродсодержащего газа, например пропан-бутана, с регулирующим винтом 27. Канал 4 для транспортирующего газа, в качестве которого используют водородно-кислородную смесь, соединен с отверстиями инжектора 28 для транспортирующего газа, выполненного в корпусе 1 горелки. Через корпус инжектора 28, кольцевую щель между иглой 29 игольчатого клапана подачи транспортирующего газа и каналом 30 транспортирующий газ проходит через калибровочное отверстие (инжекционное отверстие) 31 с высокой скоростью и пониженным давлением в смесительную порошковую камеру 32, создавая разрежение на выходе порошкового канала 33, что обеспечивает подсос порошка. В корпусе 1 горелки расположена распорная втулка 34 с отверстием для прохода порошка и втулка 35 с каналом 36 для газопорошковой смеси, соединенным с каналом 16 стволовой насадки 15. Емкость для порошка 37 крепится двумя винтами 41. Канал 42 в упругой втулке 43 служит для подачи порошка из емкости для порошка 37. Регулирование подачи порошка производится путем изменения проходного сечения в упругой втулке 43 с помощью толкателя 44. Регулирование подачи транспортирующего газа производится путем изменения проходного сечения кольцевой щели между иглой 29 и каналом 30 с помощью вентиля 52. К корпусу 1 горелки жестко присоединена рукоятка 53. К стволовой насадке 15 крепится сопловой наконечник 54, а с противоположной стороны корпуса 1 установлены штуцеры 55 и 56, к которым с помощью накидных гаек крепятся ниппели 5 и 57. Ниппели 5 и 57 присоединены к гибким шлангам (не показаны). Сопловой наконечник 54 состоит из втулки 58 (см. фиг.3) и мундштука 59, которые крепятся к стволовой насадке 15 накидной гайкой. Мундштук 59 выполнен с центральным соплом 60 и расположенными вокруг него по окружности двенадцатью выходными отверстиями 61 для горючего газа. Втулка 58 смонтирована в мундштуке 59 соосно с центральным соплом 60. Канал 16а во втулке 58 соединен с каналом 16 и выполнен в виде цилиндрического отверстия с фаской, которое переходит в конусносужающуюся часть, продолжением которой является цилиндрический участок, при этом площадь выходного отверстия равна 0,5-1,3 суммарной площади выходных отверстий мундштука, то есть
![способ газопламенного напыления порошковых покрытий и горелка для его осуществления, патент № 2211096](/images/patents/259/2211096/960.gif)
![способ газопламенного напыления порошковых покрытий и горелка для его осуществления, патент № 2211096](/images/patents/259/2211096/960.gif)
L=(4...6)d; L1=(7...10)d; L2=(0,5...0,6)D;
где
d - диаметр выходного отверстия канала втулки;
D - диаметр входного отверстия канала втулки;
L - длина цилиндрического участка канала втулки;
L1 - длина конусосужающейся части отверстия канала втулки;
L2 - длина цилиндрического отверстия с фаской входного отверстия втулки;
![способ газопламенного напыления порошковых покрытий и горелка для его осуществления, патент № 2211096](/images/patents/259/2211096/960.gif)
n
![способ газопламенного напыления порошковых покрытий и горелка для его осуществления, патент № 2211096](/images/patents/259/2211096/960.gif)
1. Патент РФ 2146582. Способ и устройство для обработки поверхностей деталей газопламенным напылением /Казаков В. М. , МКИ В 05 В 7/20, БИ 8, 20.03.2000. 2. Сварка и свариваемые материалы, в 3-х т. Т. II Технология и оборудование. Справ. изд. /Под ред. В.М. Ямпольского. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998, 574 с., с.450 и 451. 3. А.с. СССР 1787568, МКИ В 05 В 7/20, БИ 2, 1993. 4. А.с. СССР 1224009, МКИ В 05 В 7/20, БИ 14, 15.04.86. 5. А.с. СССР 1106543. Наконечник газопламенной горелки /В.К. Бабенко, В. В. Голубев, В.С. Ивашко и И.Л. Куприянов //Белорусское республиканское научно-производственное объединение порошковой металлургии, МКИ В 05 В 7/20, БИ 29, 07.08.84. 6. Батищев А.Н., Голубев И.Г., Лялякин В.П. Восстановление деталей сельскохозяйственной техники. - М.: Информагротех, 1995, 296 с., с.78 - прототип.
Класс B05B7/20 пламенем или продуктами сгорания