ПЛАЗМОТРОН ДЛЯ НАПЫЛЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1994 года по МПК B23K10/00 

Изобретение относится к сварочному производству и касается плазмотронов, используемых при изготовлении и восстановительном ремонте деталей машин, для образования защитных и декоративных покрытий путем нанесения порошковых материалов на подготовленные поверхности.

Наиболее близким по технической сущности является плазмотрон для напыления типа ПВН, принятый за прототип. Плазмотрон содержит катодный узел с осевым токоподводом и анодный узел с токоподводом и каналами охлаждения, выполненными в корпусе, выходную секцию, в щелевой канал, образованный конической поверхностью, которой подается напыляемый порошок. Плазмотрон содержит секционные вставки, которые растягивают дугу для повышения напряжения на ней. Основные узлы плазмотрона стягиваются в корпусе с помощью накидных гаек. Все подводящие магистрали: токоподводы, трубки подвода порошка и плазмообразующего газа подсоединены к боковой поверхности корпуса, выполненного из изоляционного материала. Такая конструкция затрудняет осуществление обработки внутренних поверхностей деталей (труб, подшипников, стаканов), так как штуцеры и шланги препятствуют введению плазмотрона внутрь изделия.

Кроме того, быстро изнашиваемое и потому сменное сопло анода труднодоступно. Для его замены необходимо разобрать корпус плазмотрона.

Конструкция плазмотрона не обеспечивает стабильное качество обработки, так как не предусматривает наличие средств стабилизации длины дуги.

Цель изобретения - создание удобного в эксплуатации плазмотрона с уменьшенным поперечным размером за счет торцового крепления подводящих магистралей, обеспечивающих стабильное горение дуги.

На фиг. 1 показан предлагаемый плазмотрон, вид со стороны анода; на фиг. 2 - то же, поперечное сечение со стороны катодного узла; на фиг. 3 - то же, продольное сечение горизонтальной плоскости; на фиг. 4 - то же, продольное сечение наклонной плоскостью по каналу подачи плазмообразующего газа; на фиг. 5 - то же, продольное сечение наклонной плоскостью по высоковольтному выводу; на фиг. 6 - то же, продольное сечение вертикальной плоскостью.

Плазмотрон состоит из катодного узла 1 (катододержателя), на торце которого выполнен завихритель и закреплен смежный катод 2. Связь с источником питания и системой водяного охлаждения осуществляется через токоподвод 3. На торце плазмотрона размещена выходная секция 4 с каналом 5 подачи напыляемого порошка.

Все элементы конструкции плазмотрона размещены в составном корпусе 6, выполненном из изоляционного материала. На торце выходной секции 4 с помощью осевых шпилек 7 (положительный токопровод) закреплен анод 8, выполненный в виде медной водоохлаждаемой шины. В корпусе 6 находятся каналы 9 водяного охлаждения анодного узла (вход и выход воды), выполненные в виде осевых отверстий, в которые введены шпильки 7. Плазмообразующий газ (воздух) попадает в корпус плазмотрона от трубки 10, а напыляемый порошок - от трубок 11. Эти трубки размещены параллельно оси плазмотрона со стороны катодного узла. Трубка 10 подачи воздуха связана через воздухопровод 12 в корпусе с завихрителем 13, размещенным на конце катодного узла. Полые шпильки 14, предназначенные для сборки плазмотрона путем стягивания выходной секции 4 и катодного узла 1 в корпусе 6, с одной стороны соединены с трубкой 11 подачи порошка, а с другой - с каналами подачи порошка.

Для удобства сборки магистраль подачи порошка выполнена в виде двух шпилек. Плазмообразующее сопло 15 вместе с межэлектродными вставками 16 обеспечивает стабилизацию дуги и формирование потока плазмообразующего газа.

В корпусе плазмотрона выполнены каналы 17, предназначенные для охлаждения теплопроводных элементов конструкции с последующим подводом воды через осевой штуцер 18 со стороны катодного узла 1.

Электроизоляция между выходной секцией 4 и анодом 8 обеспечивается электроизоляционными втулками 19 и 20. Электрическая связь высоковольтного провода источника питания и плазмообразующего сопла осуществляется посредством подпружиненного контакта 21.

Положительный плюс источника питания соединен со штуцером 18, который электрически связан с помощью медной подковообразной шины 22 с шпильками 7 положительного токоподвода.

Плазмотрон работает следующим образом.

По каналам катодного узла 1 каналами 17 корпуса подают охлаждающую воду, которая, омывая катод 2, выходную секцию 4, межэлектродные вставки 16, плазмообразующее сопло 15, проходит через каналы охлаждения 9 анодного узла в анод 8 и выходит через штуцер 18. По трубке 10 в плазмотрон подают плазмообразующий газ (воздух), который через воздуховод 12 и завихритель 13 поступает в плазмообразующее сопло. На токоподвод 3 катодного узла и штуцер 18 подают напряжение холостого хода. Подачей высокого напряжения на подпружиненный контакт 21 осуществляют зажигание дежурной дуги между плазмообразующим соплом 15 и катодом 2 с последующим ее развитием в основную дугу между катодом 2 и анодом 8. По трубке 11 через полую шпильку 14, канал 5 выходной секции 4 напыляемый порошок подают в плазмонаправляющий канал выходной секции плазмотрона. Попадая в плазменную струю, напыляемый порошок нагревается до требуемой температуры, ускоряется и переносится на изделие (подложку), где формируется покрытие.

Предложенная конструкция плазмотрона в отличие от прототипа позволяет совместить сборочно-крепежные функции и функции подводящих магистралей в одних и тех же элементах, расположенных в осевом направлении. Такое решение обеспечивает возможность расположения всех коммуникаций со стороны торцовой части катодного узла, тем самым исключает наличие подводящих магистралей на боковой поверхности корпуса плазмотрона, уменьшая относительный поперечный размер. Это, в свою очередь, расширяет технологические возможности, так как позволяет производить напыление в труднодоступных местах. Кроме того, торцовое расположение магистралей в электроизолированном корпусе упрощает захват горелки при ее использовании в роботизированном комплексе.

Расположение анодного узла на торце выходной секции и выполнение его в форме шины, а не сопла позволяет стабилизировать параметры дуги за счет четкой фиксации анодного и катодного пятен, что гарантирует высокое качество нанесенного покрытия в широком диапазоне параметров процесса.

Повышение удобства эксплуатации достигается за счет легкости смены анодного узла без разборки корпуса плазмотрона. (56) Клубникин В. С. и др. Промышленное применение процессов воздушно-плазменного напыления покрытий. Л. : 1987.

Кудинов В. В. и Иванов В. М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. М. : Машиностроение, 1981.

Плазмотрон для напыления ПВН-201, черт. ИЕГВ 462002, разработан ВНИИЭСО, 1986.

Использование: сварочное производство, в частности плазмотроны, используемые при изготовлении и восстановлении деталей машины. Сущность изобретения: плазмотрон состоит из катодного узла, анодного узла, выходной секции, в каналы которой подают напыляемый порошок. Сборка узлов в корпус осуществляется осевыми полыми шпильками, которые одновременно выполняют функции подводящих магистралей. Форма выполнения сборочных элементов конструкции позволяет все подводящие материалы закрепить на торцовой стороне катодного узла. Изобретение позволяет уменьшить поперечный размер и облегчить эксплуатацию плазмотрона. 1 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. ПЛАЗМОТРОН ДЛЯ НАПЫЛЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащий катодный узел с осевым токоподводом, выходную секцию с каналом подачи порошка, корпус из изоляционного материала, анодный узел с токоподводом и каналами охлаждения, выполненными в корпусе, трубку подвода плазмообразующего газа, трубку подачи порошка и крепежные элементы для соединения катода с выходной секцией, отличающийся тем, что каждый из крепежных элементов выполнен в виде полой шпильки, один конец которой закреплен в катодном узле и ее полость соединена с полостью трубки подвода порошка, другой конец шпильки закреплен в выходной секции, а ее полость соединена с каналом подачи порошка, при этом трубки подвода плазмообразующего газа и подачи порошка размещены параллельно оси плазмотрона со стороны катодного узла. 2. Плазмотрон по п. 1, отличающийся тем, что анодный узел выполнен в виде закрепленной на торце выходной секции охлаждаемой шины, каналы охлаждения анодного узла выполнены в виде отверстий в корпусе, оси которых параллельны оси плазмотрона, токоподвод анода выполнен в виде шпилек, установленных в каналах охлаждения с кольцевым зазором и электроизолированных относительно выходной секции.