Автономное устройство для газоплазменного напыления порошковых покрытий

 

Автономное устройство для газопламенного напыления порошковых покрытий содержит карбюраторный двигатель внутреннего сгорания, обратный клапан вместо свечи на одном из цилиндров, ресивер, горелку и дозатор. Горелка включена в систему охлаждения двигателя. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области порошковой металлургии газотермическому напылению порошковых покрытий и, в частности, к оборудованию для формирования покрытий.

Современные устройства для газотермического напыления отличаются повышенным давлением в камере перед соплом, большими расходами газовых компонентов и благодаря этому способны разогнать разогретые порошки до высоких скоростей более 400 м/с.

Известно устройство для плазменного напыления, в котором давление плазмообразующих газов достигает 7,6 кг/см², что в сочетании со сверхзвуковым соплом обеспечивает скорость истечения газовой струи до 3000 м/с и соответственно скорость порошка свыше 300 м/с.

Известно также устройство для газопламенного напыления с повышенным давлением газов и удлиненным, до 150 мм, соплом для разгона частиц. Не слишком высокая температура ядра пламени (около 2500^oС) и высокая конечная скорость частиц позволили получить покрытия с высокими показателями качества - адгезионная прочность достигает 7 8 кг/мм², пористость менее 2% К недостаткам указанных устройств относится необходимость расходования больших количество газов, которые транспортируются и используются в баллонах, трудности при создании автономных устройств для газотермического напыления вне промышленных помещений. Необходимость водяного охлаждения также ограничивает автономность описанных выше устройств.

Целью изобретения является создание автономного устройства для газотермического напыления на базе серийного карбюраторного бензинового (или газового) двигателя внутреннего сгорания, обеспечивающего достаточно высокие расходы газовоздушных горючих смесей и охлаждение горелки, включающего кроме двигателя клапаны вместо свечей, ресивер, порошковый дозатор и горелку.

Известно использование бензинового карбюраторного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) как источника горючей бензиновоздушной газовой смеси для изучения процесса детонации в трубе длиной 3,42 м диаметром 22 мм. Авторы применили V-образный ДВС, часть цилиндров которого использовали как компрессор, выталкивающий бензиновоздушную смесь в детонационную трубу при давлении чуть большем атмосферного.

В предлагаемом изобретении часть цилиндров также используется как компрессор, но благодаря специальным клапанам, ввернутым в отверстия для свечей, бензиновоздушная смесь подается сжатой до давления более 3 кг/см². Таким образом вместо баллонов применен ДВС, часть цилиндров которого является собственно двигателем, часть компрессором источником сжатой бензиновоздушной смеси. Охлаждение горелки осуществляется путем подключения к системе охлаждения двигателя после радиатора.

Схема заявляемого устройства приведена на фиг.1.

В ДВС 1 вместо свечи в одном из (или двух) цилиндров ввинчен обратный клапан 2, который медной трубкой подключен к ресиверу 3. К ресиверу 3 через обратный клапан 4 подключена горелка 5. Обратный клапан 4 применен для защиты от обратного удара. Горелка 5 подключена также в систему охлаждения ДВС.

В ресивер 3 ввернут манометр 6 для контроля давления смеси. Для подачи порошка применен дозатор 7 с вентилем 8.

Устройство работает следующим образом. После включения ДВС 1 давление в ресивере регулируется обратным клапаном до максимальной величины при минимальной частоте вращения двигателя, т. е. по сути дела настраивается сам клапан, ввернутый вместо свечи и являющийся важнейшим звеном устройства.

Настройка осуществляется один раз и по мере необходимости повторяется.

Например, давление может составить 2,0 3,0 кг/см² при n 800 - 1000 об/мин при закрытом клапане 4.

Далее клапан открывается, смесь начинает поступать в горелку 5 и на выходе в атмосферу поджигается искровым ручным устройством. Фронт горения перемещается внутрь в камеру сгорания горелки. При увеличении частоты вращения двигателя давление в ресивере увеличивается до 5 7 кг/см² (в зависимости от степени сжатия двигателя) и скорость газовой струи из горелки увеличивается, конструкция горелки подбирается так, чтобы при максимальном значении частоты вращения фронт пламени не обрывался. Максимальная частота n (для работы горелки) подбирается исходя из конструкции двигателя и составляет обычно 2000 3500 об/мин.

При установившемся процессе включается подача порошка из дозатора 7, причем порошок подается транспортирующим газом. Транспортирующим газом может быть сжатый воздух, подаваемый извне, количество которого регулируется вентилем 8 и должно быть минимальным. Подача порошка регулируется органами управления дозатора и подбирается исходя из максимального использования порошка в напыленном покрытии.

Возможно использование вместо воздуха сжатой газовой смеси, отбираемой из ресивера с помощью вентиля 9 (см. пунктирные линии на фиг.1). Однако этот вариант пригоден для порошков крупных фракций (более 50 мкм), так как мелкие порошки слипаются из-за частичной конденсации бензиновых паров.

Опыты показали, что заявляемое устройство особенно эффективно для нанесения легкоплавких коррозионностойких порошков алюминия или цинка для защиты от коррозии металлоконструкций и емкостей в полевых условиях, так как используется двигатель автомашины.

Хорошие результаты также получены при напылении сплавов на основе железа, никеля, меди для восстановления размеров деталей (ремонте). Покрытия отличаются высокой плотностью и адгезией по сравнению с электродуговой металлизацией и даже плазменным напылением.

В таблице приведены некоторые показатели процесса напыления алюминия на сталь с помощью разных устройств.

При изгибе на 180^o стального образца 150х30х1 мм с покрытием Al, напыленным с помощью заявляемого устройства, трещины не видны в лупу, в то время как на плазменно-напыленном покрытии трещины имели место.

Высокая адгезия и низкая плотность покрытий делают перспективным заявляемое устройство для алюминирования стальных конструкций, в судостроении, нефтяной промышленности.

Формула изобретения

Автономное устройство для газопламенного напыления порошковых покрытий, содержащее источник сжатых воздушно-углеводородных смесей, горелку, систему охлаждения и порошковый дозатор, отличающееся тем, что источник сжатых воздушно-углеводородных смесей выполнен в виде двигателя внутреннего сгорания, в отверстия одного-двух цилиндров которого встроены обратные клапаны, а система охлаждения двигателя внутреннего сгорания подсоединена к горелке.

РИСУНКИ

Рисунок 1