Способ металлизации изделий

ЦИ (и) САНИЕ 5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И. 0 НРЦТИЙ(71) Одесский институт инженеров морского флота(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 703146, кл. В 05 В 7/22, 1976.2, Авторское свидетельство СССР У 308103, кл. С 23 С 7/00, 1969. (54)(51) СПОСОБ ИЕТАЛЛИЗАЦИИ ИЗДЕЛИЙ, заключающийся в подаче проволок в изогнутые направляющие трубки распылительной головки электрометаллизатора до их пересечения, расплавлении их электрической дугой, возбуждаемой между концами проволок, и распылении полученного расплавленного металла пересекающимися потоками транспорти 3 Ю В 05 Р 1 08 В 05 В 7/22 рующего газа, подаваемого через сопла, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества металлизационного покрытия, для подачи газа используют сопла удлиненной формы с точкой пересечения их газовых потоков в зоне горения дуги, одинаково расположенные по обе стороны плоскости симметрии распылительной головки, причем ширина сопла на срезе превышает диаметр проволок в 1,2-1,5 раза, а длина сопла на срезе определена из соотношения-)59 н -2 где 1 - длина сопла на срезе, мм 3 - диаметр проволоки, мм; о - угол между проволоками в месте их пересечения1 1123Изобретение относится к технике напыления расплавленного металла на поверхность изделий, в частности .путем электродугового расплавления проволоки и распыления частиц сжатым газом, и может быть использовано в машиностроении для металлизации внутренних поверхностей пазов шириной от 50 мм и более.Известен способ металлизации из- О делий путем расплавления проволок электрической дугой, возбуждаемой между их концами, и расплавленного металла воздухом, подаваемым через трубку электрометаллизатора 1 .15Однако этот способ не обеспечивает высокого качества покрытия при обработке боковых поверхностей узких пазов, так как угол распыла составляето18-20 , и при небольшом (порядка 20- 20 30 мм) расстоянии от сопла электрометаллизатора до обрабатываемой поверхности наносит покрытие на узком (менее 10 мм) участке с неравномерным распределением толщины слоя по сече-, 25 ниюЭто приводит к местным отклонениям от заданной толщины наносимого, слоя, а также к возникновению больших термических напряжений в покрытии, обусловленных режимом горячей металлизации, возникающим при расс.стояниях от сопла до покрываемой по" верхности 50-80 мм, и, как следствие, местным отслоением его от основного металла.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ металлиэации изделий, заключающийся в подаче проволок в изогнутые направляющие трубки распылительной головки электрометаллиэатора до их пересечения, расплавлении их электрической дугой, возбуждаемой между концами проволок, и распьшении полученного расплавленного металла пересекающимися потоками транспортируемого газа, подаваемого через сопла 21 . Одно сопло, направленное наклонно к оси головки, направляет струю транспортирующего газа в дуговой промежуток, а второе, размещенное по ходу этого потока на некотором расстоянии эа дуговым промежутком, служит соплом-отсекателем и изменяет направле ние движения частиц расплавлейного металла в сторону обрабатываемой поверхности, в результате чего увеличи 44 2 вается их путь и площадь участка, на котором наносится покрытие.1Газовый поток сдувает пары металла к концам распыпяеьых проволок, нарушая тем самым равномерность ионизации дугового промежутка, что является одним из факторов, определяющих место горения дуги, которая сдвигается, у концов происходит наиболее интенсивное плавление проволок, а дуговой промежуток приобретает форму клина, направленного острием против направления потока транспортирующего газа. При подаче распыляемых проволок происходят периодические замыкания дугового промежутка в наиболее узкой его части и быстрое передвижение дуги (а вместе с ней и зоны плавления распыляемого материала) к концам проволок. Узкая щель, образующаяся между проволоками на начальном (со стороны подающего механизма) участка дугового промежутка, экранирует от воздействия высокоскоростного газового потока остальную более широкую часть дугового промежутка и значительно снижает в ней скорость транс,портирующего газа, в результате чего он не в силах оторвать мелкие каплирасплава от поверхности и гонит ихвдоль проволок. Это приводит к дли"тельному нахождению распыляемого металла в расплавленном состоянии,застывания значительной его части ввиде наплывов на проволоках, а такжеросту капель, которые срываются сконцов проволок. Крупным каплям распыляемого материала требуется большийпуть для разгона до необходимой(100 - 300 м/с) скорости. Например,до скорости 150 м/с разгоняются частицы диаметром 0,01 мм на пути 25 мм," частицы диаметром 0,04 мм на пути 45 мм, частицы диаметром 0,2 мм и более не могут разогнаться до скоростей, превышающих 60 м/с, Длительное нахождение распыляемого материала врасплавленном состоянии и низкиескорости полета ча .тиц приводят кбольшому окислению и низкой адгезиинапыляемого материала к основному металлу. Сопло-отсекатель, предназначенное для изменения направления движения напыляемых частиц, не увели.чивает их скорость, а увеличивает длительность пути, что приводит кдополнительному окислению этих частици снижению качества покрытий при ме3 1123таллиэации узких пазов в целях защиты их от коррозии.Цель изобретения - повышейие качества металлизационного покрытия.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу металлизации Изделий, заключающемуся в подачепроволок в изогнутые направляющие1,трубки распйлительной головки электрометаллизатора до их пересеМения, 10расплавлении их электрической дугой,возбуждаемой между концами проволок,и Распылений полученного расплавленного металла пересекающимися потокамитранспортирующего газа, подаваемогочерез сопла, для подачи газа используют сопла удлиненной формы с точкойпересечения их газовых потоков в зоне горения дуги, одинаково расположенные по обе стороны плоскости сим Ометрии распылительной головки, причеМ ширйна сопла на срезе превышаетдиаметр проволок в 1 2-1,5 раза, адлина сопла на срезе определена изсоотношения25 30где ь - длина сопла на срезе, мм;о 1 " диаметр проволоки, мм6 - угол между проволоками в месте их пересечения.Способ может быть реализован с помощью распылительной головки. 35На фиг.1 изображена распылительная головка электрометаллизатора, план, частичный разрез; на фиг,2- разрез А-А на фиг.1; на фиг,З - узел Г на фиг.1, увеличенный масштаб; на 40фиг.4 - факел распыла и пятно напыления.Распылительная головка электрометаллизатора (фиг.1) состоит из корпуса 1 с выполненными в нем соплами 2 и 3. Корпус 1 подвижно соединен с коллектором 4, выполненным иэ неэлектропроводного материала, посредством трубок 5 и 6, служащих для подачи к соплам 2 и 3 транспортирующего газа, например сжатого воздуха, азота. Одновременно эти трубки выполняют функции элементов, фиксирующих положение корпуса 1 относительно проволоколодающего механизма 7, к 55 которому прикреплен коллектор 4. Между корпусом 1 и коллектором 4 к трубкам 5 и 6 прикреплена траверса 8,744 4Ф выполненная из электроизоляционного материала, на которой зафиксированы посредством металлических бобышек 9 концы направляющих трубок 10, предназначенных дляподачи распыляемых проволок 11 и .одновременно служащих для подвода напряжения питания к токоподводящим башмакам 12, закрепленным на бобышках 9 посредством клеммовых зажимов 13. Вторые концы направляющих трубок 10 пропущены .сквозь коллектор 4 и закреплены в передней стенке проволокоподающего механизма 7.К направляющим трубкам 10 прикреплены электрические шины 14, предназначенные для присоединения к токоподводящим кабелям (не показаны). Внешние поверхности бобьппек 9, направляющих трубок 10 и электрических шин 14 покрыты электроизоляционным слоем 15. Скоба 1.6 охватывает корпус 1 и предназначена для фиксации его положения относительно траверсы 8; Уплотнительные кбльца 17 предназначены для герметизации соединенийтрубок 5 и 6 с корпусом 1, Внутренние полости 18 трубок 5 и 6 (фиг2) сообщены с соплами 2 и 3 сбединительными каналами 19 и образуют две симметричные полости для подачи транспортирующего газа из коллектора 4 в дуговой промежуток 20. Выходные участки сопел 2 и 3 расположены симметрично относительно диаметральной плоскости и наклонены к ней на угол 3, величина которого выбирается в пределах до 15 в зависимости отонеобходимого угла распыла. Оптимальная величина угла распыла зависит от распыляемого материала и экспериментально определена для различных материалов. Расстояние между соплами 2 и 3 определено из условия пересЕчения динамических осей газовых потоков в верхней части дугового промежутка 20. Расстояние й между поверхностью корпуса 1 и плоскостьюподачи проволок ограничено: мини 1мальная величина - из условия электрической прочности в условиях ионизации парами распыляемого материала; максимальная - длиной начального участка истекающей из сопла струи транспортирующего газа. Оптимальная величина Ь = 2-4 4, где д - диаметр распыляемых проволок 11.Для создания в дуговом промежутке 20 равномерных условий ионизации иизмельчения материала распыляемых проволок 11, сопла 2 и 3 выполнены удлиненными (фиг.3) в направлении подачи распыляемых проволок 11. Иинимальные размеры выходных сечений сопел и диаметр распыляемой проволоки связаны соотношением10Ь= 1,23где .8 . - длина сопла на срезе, мм;д - диаметр распьщяемой гроволокиэ мм 115с 6 - угол между распьщяемыми проволоками в месте их пересечения;ширина сопла на срезе, мм,Зависимость величин , Ь от диаметра распыляемой проволоки 3 получены экспериментальным путем. При меньших величинах 1, 5 разбрызгиваемые дугой капли расплава попадают на поверхность корпуса и прилипают к ней 1 при больших значениях этих величин увели" чивается расход сжатого воздуха без увеличения производительности и качества процесса распыления.Такая конструкция соплового аппаЗО рата обеспечивает по всей длине дугового промежутка 20 практически одинаковые условия для горения дуги и распыления материала проволок 11, а также формирование рабочей струи транспортирующего газа с большим углом раствора, обеспечивающей оптимальный угол распыла (много больший, чем в известных конструкциях), что дает возможность повысить качество наносимого покрытия при сокращении против обычного расстояния сопло - основной металл (изделие).Распылительная головка электрометаллизатора работает следующим образом.Оператор проверяет положение точки пересечения проволок 11, которую располагают напротив середины сопел 2 и 3. Для чего предусмотрена регу" лировка изменения положения токопод О водящих башмаков 12, Затем присоединяют токоподводящие кабели к сети, подают транспортирующий газ в коллектор 4, включают проволокоподающий механизм 7. При горении дуги расплав"5 ляются внутренние края проволок, при этом движущиеся в поперечном (по от,ношению к проволокам 11) направлении и пересекающиеся в дуговом промежутке высокоскоростные струи транспортирующего газа срывают мелкие капельки расплава и пары металла. Газовый поток (фиг.2) образован истекающими из сопел струями, динамические оси которых пересекаются в дуговом про-, межутке результирующей рабочей струи, которая непосредственно предназначена для разгона и транспортировки распыляемых частиц металла к защищаемой поверхности изделия. Зона максимального динамического напора результирующего газового потоа совпадает с зоной его сужения, а ее центр находится в точке пересечения динамических осей газовых потоков из сопел 2 и 3 в верхней части дуго. вого промежутка. За этой точкой результирующий гаэовыи поток расширяется и экранирования верхней кромкой нижних участков дугового промежутка не происходит, направление движения транспортирующего газа поперек распыляемых проволок обеспечивает равномерность ионизации дугового промежутка по длине. Это способствует мелкому равномерному распылу и быстрому разгону напыляемых частиц до высоких скоростей, кроме того, сокращенный путь капелек расплавленного металла (поперек проволок, а не вдоль них как в прототипе) также способствует измельчению напьщяемого материала,Величина удельного теплопритока, от которого зависит температура напыленного слоя, а следовательно, и режим металлизации (холодный или горячий), .обратно пропорциональна площади пятна распыла - участка поверхности изделия, на котором образуется напыляемое покрытие при неподвижной относительно него распьщительной головке. В свою очередь, площадь пятна распьща связана с расстоянием от обрабатываемой поверхности изделия до српла и углом распьща распылительной головки следующим соотношением .(Фиг.4):15 =кЬ 1( гугде 5 д - площадь пятна распыпа;М - безразмерный коэффициент;В - расстояние от сопла дообрабатываемой. поверхности1123744 глубина паза по короткой стороне 65 мм.Подготовка поверхности (очистка от ржавчины, окалины и образование необходимого микрорельефа поверхности) производилась обдувкой колотой чугунной дробью (размер частиц 1,6 - 2,5 мм) с помощью дробеструйного аппарата. Разрыв во времени между обработкой поверхности и нанесением покрытия не превышал 30 мин. Нанесение покрытия производилось предлагаемьщ устройством Расстояние 1 от сопел до распыляемых проволок составляло 5 мм, Пересекающиеся потоки транспортирующего газа формировались соплами, имевшими на срезе ширину2,4 мм, длину 10 мм, угол 23 между осями газовых потоков в выходных сечениях сопел бып равен 30 о. Угол распыласоставлял 75 . Напыляемыи материал - алюминиевая проволока Св А 97 ГОСТ 871-75 диаметром 2 мм.При нанесении покрытия поддерживался следующий режим: ток 60-80 А; давление воздуха в питающей магистрали 0,6 МПа (6 кГ/см); расход проволоки 2-2,5 м/мин; расстояние напыления 25-35 мм; толщина покрытия выдерживалась в пределах 0,25-0,30 мм, Контроль толщины покрытия производился с помощью толщиномера МТН, Прочность покрытия с основныМ металлом (измеренная клеевым методом) составила 15-25 МПа ( 150-250 кг/см ) . Нанесенное покрытие имело вид равно" мерного мелкозернистого матового слоя без крупных включений.Использование предлагаемого способа нанесения металлизационных покрытий обеспечивает по сравнению с известными способами повышение качества покрытия при значительном 2-8 раз уменьшении расстояния напыления, что имеет решающее значение при нанесении антикоррозионных покрытий на внутренние поверхности пазов и труднодоступные поверхности. Для поддержания оптимальной величины площади пятна распыла бп, обеспечивающей желаемый режим напыления, можно менять как расстояние напыления В, так и угол распыла. 5 Известно, что при нанесении алюминиевых покрытий увеличение расстояния напыления приводит к значительному повьппению содержания окислов 1в покрытии, которые снижают его ка чество, Следовательно, для повьппения качества покрытия целесообразно уменьшить расстояние напыпения, уве-, личив угол распыла.Угол раствора результирующего по-; 15 тока транспортирующего газа, используемого для разгона и транспортировки напыляемых частиц, лежит у предлагаемой распылительной головки в пределах 40-75 , что обеспечивает знаОчительно больший угол распыла, чем струя одиночного сопла (прототип), у которой угол раствора равен 17 ф. Это позволяет обеспечить режим холод, ного напыления при сокращенном до 25 20-40 мм расстоянии сопло - изделие и повысить качество напыляемого покрытия за счет более высоких скоростей напыляемых на основной металл частиц. Максимальную скорость и ки нетическую энергию распыпяемые частицы приобретают на пути 25-40 мм, а затем скорость их постепенно снижается. Сокращение (за счет более короткого пути и более высоких скоростей) времени нахождения напыляемых частиц в расплавленном состоянии сокращает количество окислов в покрытии, что также повьппает его качество,40П р и м е р, Проводилось нанесение алюминиевого антикоррозионного покрытия на внутренние поверхности уплотнительного паза грузового люка морского сухогрузного судна. 45Материал иэделия - сталь Ст.З ГОСТ 380-71; ширина паза 60 мм; глубина паза по длинной стороне 200 мм;