RU2714002C1

RU2714002C1 - Device for gas-dynamic application of coatings on cylindrical parts inner surfaces

Info

Publication number: RU2714002C1
Application number: RU2019127540A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Валентинович Чавдаров; Артем Валерьевич Валяйчиков; Алексей Александрович Толкачев
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2020-02-11

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to machine building, particularly, to equipment for application of coatings by cold gas-dynamic sputtering, and can be used for sputtering inner surfaces of cylindrical parts and their recovery. Device for gas-dynamic application of coatings on inner surfaces of cylindrical parts with diameter of more than 80 mm contains batcher-feeder, supersonic nozzle and working gas supply system. Supersonic nozzle is made in the form of a brass tube, to which there is an angle nozzle with an additional Laval nozzle on the end and a tube for powder particles introduction from the batcher feeder.

EFFECT: providing uniform application of coating on surface of treated article, and device can be used for restoration of internal surfaces of cylindrical parts with diameter of more than 80 mm.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к оборудованию для нанесения покрытий методом холодного газодинамического напыления и может использоваться для напыления внутренних поверхностей цилиндрических деталей и их восстановления.The invention relates to the field of engineering, in particular, to equipment for coating by the method of cold gas-dynamic spraying and can be used for spraying the internal surfaces of cylindrical parts and their restoration.

Известна установка для нанесения покрытий внутри трубы (патент РФ №2075535, МПК C23C 4/16, 1997 г.), в которой узел напыления, состоящий из сверхзвукового сопла, форкамеры и подогревателя газа, смонтирован в подвижной полой штанге, связан пневмопроводом с питателем порошка и пультом управления, установленным на каретке устройства перемещения. Захватно-поворотный механизм, соединяющий напыляемую трубу с изолирующей камерой и системой отсоса, образует пылеизолирующий канал, позволяющий собрать и повторно использовать избыток порошка.A known installation for coating inside a pipe (RF patent No. 2075535, IPC C23C 4/16, 1997), in which the spraying unit, consisting of a supersonic nozzle, a prechamber and a gas heater, is mounted in a movable hollow rod, is connected by a pneumatic pipe to the powder feeder and a control panel mounted on the carriage of the moving device. The gripping and rotating mechanism connecting the sprayed pipe to the insulating chamber and the suction system forms a dust-proof channel that allows you to collect and reuse excess powder.

Недостатком известного устройства является невозможность нанесения покрытия на цилиндрические детали небольших диаметров. A disadvantage of the known device is the inability to coat cylindrical parts of small diameters.

Известно устройство для нанесения покрытий из порошковых материалов, содержащее питатель-дозатор, систему подачи газа и частиц, сверхзвуковое сопло и промежуточное сопло. Оно снабжено профилированным центральным телом, расположенным на выходе сверхзвуковой части сопл по их оси, а промежуточное сопло размещено по оси сверхзвукового сопла в области критического сечения последнего (патент РФ № 2087207, МПК B05B 7/14, 1997 г.).A device for coating of powder materials is known, comprising a metering feeder, a gas and particle supply system, a supersonic nozzle and an intermediate nozzle. It is equipped with a profiled central body located at the supersonic nozzle exit along their axis, and the intermediate nozzle is placed along the axis of the supersonic nozzle in the critical section of the latter (RF patent No. 2087207, IPC B05B 7/14, 1997).

Известно устройство для нанесения на внутренние поверхности изделий (патент РФ № 2222639, МПК B05B 7/14, 1999 г.). Устройство содержит бункер для порошковой смеси с питателем-дозатором, камерой смешения, системы подачи рабочего газа в камеру смешения и питатель-дозатор, сообщенные с источником рабочего газа, а также распыливающую головку с кольцевым коллектором, кольцевым сверхзвуковым соплом, поворотным устройством, которое выполнено кольцевым, осесимметричным относительно центральной оси распыливающей головки, при этом оно расположено в корпусе распыливающей головки, сопряжено и сообщено с кольцевым сверхзвуковым соплом, а ось кольцевого поворотного устройства, являясь продолжением оси кольцевого сверхзвукового сопла, расположена по отношению к ней под углом 90±5°, а выходное сечение кольцевого поворотного устройства обращено в сторону, противоположную центральной оси распыливающей головки.A device for applying to the inner surfaces of products is known (RF patent No. 2222639, IPC B05B 7/14, 1999). The device comprises a powder hopper with a metering feeder, a mixing chamber, a working gas supply system to the mixing chamber and a metering feeder in communication with the working gas source, as well as a spray head with an annular collector, an annular supersonic nozzle, and a rotary device that is made annular axisymmetric with respect to the central axis of the spray head, while it is located in the housing of the spray head, mated and communicated with the annular supersonic nozzle, and the axis of the annular rotation of the other device, being a continuation of the axis of the annular supersonic nozzle, is located relative to it at an angle of 90 ± 5 °, and the output section of the annular rotary device is turned to the side opposite to the central axis of the spray head.

Недостатками известных устройств является то, что напыляемые частицы необходимо развернуть на 90±5°. Разворот происходит в сверхзвуковой части сопла, где частицы уже приобрели высокую скорость. Поэтому частицы неизбежно сталкиваются с поверхностью центрального тела, что приводит к потере их скорости. Кроме того, поверхность центрального тела в области столкновения с частицами будет эрозионно изнашиваться и, соответственно, изменится форма сверхзвуковой части сопла, что приведет и изменению параметров истечения и, как следствие, условий напыления. К этим же последствиям может приводить и обратный эрозионному процесс - осаждение напыляемых частиц на поверхности центрального тела. Кроме того, известные устройства не унифицированы, т. е. напылительная головка предназначена для нанесения покрытия только на узкий диапазон внутреннего диаметра трубы. При его значительном изменении необходима другая напылительная головка.The disadvantages of the known devices is that the sprayed particles must be deployed at 90 ± 5 °. The turn takes place in the supersonic part of the nozzle, where the particles have already acquired a high speed. Therefore, particles inevitably collide with the surface of the central body, which leads to a loss of their speed. In addition, the surface of the central body in the area of collision with particles will wear out erosively and, accordingly, the shape of the supersonic part of the nozzle will change, which will also lead to a change in the outflow parameters and, as a consequence, the spraying conditions. The reverse erosion process can also lead to the same consequences - the deposition of sprayed particles on the surface of the central body. In addition, the known devices are not unified, i.e., the spray head is intended for coating only a narrow range of the inner diameter of the pipe. With its significant change, another spray head is needed.

За прототип выбрано устройство газодинамического нанесения покрытий на внутренние цилиндрические поверхности изделий (патент РФ № 2503745,C23C24/04, B05B7/14, опубл.10.01.2014, авт.: Косарев В. Ф., Клинков С. В., Зайковский В. Н.), содержащее питатель – дозатор, сверхзвуковое сопло, систему подачи рабочего газа. Имеется форкамера для приема рабочего газа и порошка, средство перемещения устройства внутри изделия, а также изолирующая камера с системой отсоса.For the prototype, a device for gas-dynamic coating on the inner cylindrical surfaces of products was selected (RF patent No. 2503745, C23C24 / 04, B05B7 / 14, published January 10, 2014, author: Kosarev V.F., Klinkov S.V., Zaikovsky V. N.), containing a feeder-dispenser, a supersonic nozzle, a working gas supply system. There is a prechamber for receiving working gas and powder, a means of moving the device inside the product, as well as an insulating chamber with a suction system.

Недостатком известного устройства является необходимость смены сопла в зависимости от изменения внутреннего диаметра обрабатываемого изделия. A disadvantage of the known device is the need to change the nozzle depending on the change in the inner diameter of the workpiece.

Технической задачей изобретения является унификация процесса восстановления внутренних поверхностей цилиндрических деталей диаметром свыше 80 мм и равномерность нанесения покрытия на поверхность обрабатываемого изделия.An object of the invention is the unification of the process of restoring the internal surfaces of cylindrical parts with a diameter of more than 80 mm and the uniformity of coating on the surface of the workpiece.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для газодинамического нанесения покрытий на внутренние поверхности цилиндрических деталей, включающем питатель-дозатор, сверхзвуковое сопло, систему подачи рабочего газа, согласно изобретению, сверхзвуковое сопло выполнено в виде латунной трубки, к которой присоединена угловая насадка угловая насадка с дополнительным соплом Лаваля на конце и трубкой для ввода частиц порошка. The technical result is achieved by the fact that in the device for gas-dynamic coating on the inner surfaces of cylindrical parts, including a feeder-dispenser, a supersonic nozzle, a working gas supply system, according to the invention, the supersonic nozzle is made in the form of a brass tube to which an angled nozzle is connected with an angled nozzle with an additional Laval nozzle at the end and a tube for introducing powder particles.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен узел напыления устройства.The invention is illustrated in the drawing, which shows the spraying unit of the device.

Технология нанесения покрытий методом холодного газодинамического напыления включает нагрев сжатого газа (воздуха), подачу его в сверхзвуковое сопло и формирование в этом сопле сверхзвукового воздушного потока, ввод в этот поток порошкового материала, ускорение этого материала в сопле сверхзвуковым потоком воздуха и направление его на поверхность обрабатываемого изделия под углом 90⁰.The technology of coating by the method of cold gas-dynamic spraying includes heating compressed gas (air), feeding it into a supersonic nozzle and forming a supersonic air stream in this nozzle, introducing powder material into this stream, accelerating this material in the nozzle with a supersonic air flow and directing it to the surface of the processed products at an angle of 90 ⁰ .

В качестве порошковых материалов используются порошки металлов, сплавов или\и их механические смеси с керамическими порошками. При этом путем изменения режимов работы оборудования можно либо проводить эрозионную (струйно-абразивную) обработку поверхности изделия, либо наносить металлические покрытия требуемых составов.Powders of metals, alloys or \ and their mechanical mixtures with ceramic powders are used as powder materials. In this case, by changing the operating modes of the equipment, one can either carry out erosive (jet-abrasive) surface treatment of the product, or apply metal coatings of the required compositions.

Гетерофазный поток, который будет проходить через угловую насадку и поворачивать свою траекторию движения, по известным физическим причинам потеряет скорость. Потерю в скорости потока решили компенсировать дополнительным соплом Лаваля, которое выполнили из стандартного наконечника для полуавтоматической сварки.The heterophase flow, which will pass through the corner nozzle and rotate its trajectory, will lose speed for well-known physical reasons. They decided to compensate for the loss in flow velocity with an additional Laval nozzle, which was made from a standard tip for semi-automatic welding.

Устройство для газодинамического нанесения покрытий на внутренние поверхности цилиндрических деталей включает узел напыления, состоящий из сверхзвукового сопла, выполненного в виде латунной трубки 1, угловой насадки 2, трубки 3 для ввода частиц порошка и дополнительного сопла 4 Лаваля.A device for gas-dynamic coating on the inner surfaces of cylindrical parts includes a spraying unit consisting of a supersonic nozzle made in the form of a brass tube 1, an angled nozzle 2, a tube 3 for introducing powder particles and an additional Laval nozzle 4.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Сжатый газ нагревается до необходимой температуры, обеспечивающей отсутствие налипания частиц на стенки изделия. Далее нагретый сжатый газ подается в латунную трубку 1, ускоряется до сверхзвуковой скорости и попадает в угловую насадку 2, в которой поворачивается на 90°. В этот сверхзвуковой поток газа из питателя-дозатора по трубке 3 поступают порошки напыляемого материала. Частицы порошков ускоряются высокоскоростным потоком газа и по дополнительному соплу 4 Лаваля, которое компенсирует потерю в скорости, обусловленную его поворотом, направляются на поверхность обрабатываемого изделия.The compressed gas is heated to the required temperature, ensuring the absence of particles sticking to the product walls. Next, the heated compressed gas is supplied to the brass tube 1, accelerated to supersonic speed and gets into the corner nozzle 2, in which it rotates 90 °. This supersonic gas stream from the metering feeder through the tube 3 receives powders of the sprayed material. Particles of powders are accelerated by a high-speed gas flow and, through an additional Laval nozzle 4, which compensates for the loss in speed caused by its rotation, are sent to the surface of the workpiece.

Лабораторные испытания показали, что устройство является универсальным, обеспечивает равномерное нанесение покрытия на поверхность обрабатываемого изделия и может быть использовано для восстановления внутренних поверхностей цилиндрических деталей диаметром свыше 80 мм.Laboratory tests have shown that the device is universal, provides uniform coating on the surface of the workpiece and can be used to restore the inner surfaces of cylindrical parts with a diameter of over 80 mm.

Claims

A device for gas-dynamic coating on the inner surfaces of cylindrical parts with a diameter of more than 80 mm, containing a feeder-dispenser, a supersonic nozzle and a working gas supply system, characterized in that the supersonic nozzle is made in the form of a brass tube, to which an angled nozzle with an additional Laval nozzle is attached to the end and the tube for introducing powder particles from the feeder-dispenser.