Устройство для нанесения покрытий на внешние поверхности деталей

 

Изобретение относится главным образом к металлургической промышленности, однако может быть широко использовано в машиностроении, авиационной и космической технике, транспорте, нефтегазодобывающей промышленности, энергетике, в городских сетях и т.д. Задачей изобретения является улучшение качества покрытий и повышение производительности технологического процесса нанесения разнофункциональных покрытий на внешнюю поверхность изделий различной конфигурации с продольной их протяжкой вдоль оси распылительной головки. Для этого устройство снабжено расположенным в корпусе распыливающей головки поворотным устройством, обеспечивающим поворот потока под углом 90^o в сторону продольной оси симметрии головки. Поворотное устройство сообщено и сопряжено с выходом сверхзвукового кольцевого сопла и выполнено кольцевым и осесимметричным относительно центральной продольной оси головки. Устройство создает двухфазную газовую смесь (частицы+газ-носитель) с необходимыми термо- и газодинамическими параметрами, обеспечивающими технологию процесса формирования высококачественных покрытий. Устройство позволяет получать равномерное покрытие необходимой толщины по всей внешней поверхности изделия без его вращения вокруг оси при том, что профиль поверхности изделия может иметь любую форму (цилиндр, многогранник, швеллер, уголок, галтель и др.). 2 ил.

Изобретение относится главным образом к металлургической промышленности, однако может быть широко использовано и в других отраслях народного хозяйства, таких как машиностроение, авиация, космонавтика, транспорт, нефтегазодобывающая промышленность, энергоустановки и пр.

Известны ряд устройств для нанесения покрытий, содержащие порошковый дозатор-питатель с бункером для содержания порошка и каналами подвода рабочего газа (А.с. 1138429, кл. С 23 С 4/00, 1983 г.). В известном устройстве не стабилизирован расход плохосыпучих, микродисперсных порошков, что не позволило организовать контролируемый технологический процесс.

Известно устройство для нанесения покрытий, содержащее камеру смешения со сверхзвуковым соплом, бункер для засыпки порошка с питателем-дозатором порошка и систему подачи рабочего газа (А.с. 1618778, кл. С 23 С 4/00, 1991 г.).

Известное устройство не обеспечивает разгон смеси порошка до необходимого уровня скоростей, обеспечивающих формирование покрытий с заданными механическими и физико-химическими свойствами, одинаковыми по всей поверхности детали.

Известно устройство для нанесения покрытий, содержащее бункер для загрузки порошковой смеси с питателем-дозатором, систему подачи газа к питателю-дозатору, камеру смешения, распыливающую головку, связанную с камерой смешения. Это устройство отличается от других тем, что питатель-дозатор выполнен в виде сверхзвукового питателя-эжектора, а распыливающая порошок головка выполнена в виде кольцевого коллектора - кольцевого сверхзвукового сопла (Патент Российской Федерации 2089665 от 23.06.95 на "Устройство для нанесения покрытий"), Известное устройство разработано с целью реализации нового низкотемпературного газодинамического метода (НТГДМ) нанесения покрытий (Патент Российской Федерации 2082823 от 17.06.91 на "Способ получения покрытий").

Известное устройство формирует покрытия на внешних поверхностях деталей, однако в силу особенности своей схемы не позволяет использовать оптимальное, потребное, расчетное отношение по массовому расходу газа-носителя и порошковой смеси.

Целью изобретения является улучшение качества покрытий и повышения производительности технологического процесса нанесения разнофункциональных покрытий на внешнюю поверхность изделий различной конфигурации с продольной их протяжкой вдоль оси распылительной головки.

Данная цель достигается тем, что устройство для нанесения покрытий низкотемпературным газодинамическим методом, содержащее бункер для загрузки порошковой смеси с питателем-дозатором, камеру смешения, систему подачи рабочего газа в камеру смешения и питатель-дозатор, распыливающую головку, в корпусе которой расположен коллектор с кольцевым сверхзвуковым соплом. При этом в корпусе распыливающей головки расположено поворотное устройство, обеспечивающее поворот потока под углом 90^o в сторону продольной оси симметрии головки. Поворотное устройство сообщено и сопряжено с выходом сверхзвукового кольцевого сопла. Оно имеет форму кольца и выполнено осесимметричным относительно центральной продольной оси головки.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства для нанесения покрытий на наружную поверхность детали, а на фиг.2 - схема распыливающей головки.

Устройство для нанесения покрытий состоит из бункера 1 для загрузки порошковой смеси, подготовленной в определенном соотношении компонент-порошков; сверхзвукового питателя-эжектора 2, осуществляющего забор необходимого для нанесения покрытия массового расхода порошковой смеси из бункера 1; камеры смешения 3, связанной с распыливающей головкой 4 и через питатель-эжектор 2 с бункером 1.

Распыливающая головка (фиг. 2) представляет собой кольцевой коллектор 5, соединенный со сверхзвуковым кольцевым продольным соплом 6, необходимым для формирования двухфазного сверхзвукового потока, его разгона до необходимой скорости и доставки с помощью поворотного устройства 7 на поверхность детали, где наносится покрытие.

Геометрические размеры коллектора и профиль сопла рассчитываются на ЭВМ с учетом трения и теплообмена по длине тракта сопла и поворотного устройства.

Для формирования двухфазной смеси в нужном соотношении масс частиц и газа-носителя, а также доставки этой смеси в коллектор 5 (фиг. 2) сопла, устройство содержит две пневмосистемы: систему подачи в камеру смешения 3 (фиг. 1) рабочего газа-носителя 8 и систему подачи газа 9 для работы питателя-эжектора 2. Обе системы соединены с батареей рессиверов 10 для хранения сжатого газа.

В систему 8 подачи рабочего газа входит: редуктор, манометр, обратный клапан, нагреватель, термопара (на фиг. 1 не показаны) и камера смешения 3. В систему 9 подачи газа для работы питателей-эжекторов 2 входят: редуктор, обратный клапан, запорные вентили, манометр (на фиг. 1 не показаны).

Предлагаемое устройство для нанесения покрытий работает следующим образом.

Устройство может производить нанесение покрытия на внешние поверхности детали, изделия прокатных станов, арматуру и т.д. как независимо, так и в ходе технологического процесса изготовления изделий (труб, уголков, швеллеров и т.д.).

Распыливающая головка 4 устройства устанавливается так, что ось кольцевого коллектора 5 и сопла 6 совпадают с осью изделия (труба, уголок, швеллер и т.д.), проходящего через продольное сопло.

Скорость V протяжки детали может быть равной скорости изготовления в технологическом процессе (например, на прокатном стане).

Материал покрытия (порошок) выбирается в зависимости от назначения покрытия (антикоррозионное, термостойкое, износостойкое и др.).

В качестве материала покрытия могут использоваться металлы, сплавы металлов, керамики, металлокерамики (карбиды, бориды и т.д.). Диаметр частиц порошка определяется плотностью материала порошка и может изменяться в широком диапазоне - от нескольких микрон до нескольких десятков микрон.

Смесь газа и порошка формируется в пневмосистемах 8 и 9 устройства и с необходимыми термодинамическими параметрами поступает в кольцевой коллектор-смеситель 5 (фиг. 2) распыливающей головки 4 (фиг. 1). Двухфазная смесь, поступив в кольцевой коллектор 5 (фиг. 2), перемещается вдоль расчетного профиля сверхзвукового сопла 6, ускоряется, приобретая расчетную скорость на входе в поворотное устройство 7. Поменяв в поворотном устройстве вектор скорости на 90^o в направлении к оси детали, двухфазный поток достигает поверхности детали и формирует покрытие. Расчетная конечная скорость частиц в двухфазном потоке определяется типом покрытия, а массовая концентрация частиц в потоке толщиной покрытия, скоростью V перемещения детали вдоль оси сопла и размерами детали (например, диаметра).

Потребляемый массовый расход порошка однозначно определяет массовый расход рабочего газа-носителя.

Уровень температуры двухфазного потока, определяющий скорость рабочего газа и частиц порошка на выходе из сопла, устанавливается родом покрытия и выбирается значительно меньше температуры плавления материала частиц порошка.

Массовый расход порошка, проходящего через сверхзвуковой питатель-эжектор 2 (фиг. 1), определяется параметрами сжатого газа на входе в эжектор, который плавно регулируется системой подачи газа 9. Двухфазная смесь, образовавшаяся в питателе-эжекторе 2, поступает в смеситель 3 (фиг. 1) для смешивания с рабочим газом-носителем и далее транспортируется в кольцевой коллектор 5 (фиг.2) распылительной головки.

Предлагаемое устройство создает двухфазную газовую смесь (частицы + газ-носитель) с необходимыми термо- и газодинамическими параметрами, обеспечивающими технологию формирования покрытия и его качество.

Устройство позволяет получать равномерное, заданной толщины покрытие по всей внешней поверхности изделия, без его вращения, при этом профиль поверхности изделия может иметь любую форму (цилиндр, многогранник, швеллер, уголок, галтель и др.).

Формула изобретения

Устройство для нанесения покрытий на внешние поверхности изделий, содержащее бункер для порошковой смеси с питателем-дозатором, камеру смешения, систему подачи рабочего газа в камеру смешения и питатель-дозатор, распыливающую головку, в корпусе которой расположен коллектор с кольцевым сверхзвуковым соплом, отличающееся тем, что оно снабжено расположенным в корпусе головки поворотным устройством, обеспечивающим поворот потока под углом 90^o в сторону продольной оси симметрии головки, сообщенным и сопряженным с выходом сверхзвукового кольцевого сопла и выполненным кольцевым и осесимметричным относительно центральной продольной оси головки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2