Порошковый питатель Советский патент 1992 года по МПК B23K9/18 G01F11/00 

Фиг.1

сектора, образованного радиусом окружности, проведенной из центра Д через ось В 3, с длиной дуги по этой окружности, равной 3 - 5 внутренним диаметрам В, при этом биссектриса угла сектора размещена в одной плоскости с осью В, а С ориентировано по радиусу Д в сторону его периферии и размещено в пределах указанной окружности на расстоянии от нее, равном 1-3 внутренним диаметрам В. Порошок из Б через В высыпается на Д. При вращении Д порошок располагается на его поверхности и выносится в зону действия t), через которое подается, транспортирующий газ. Транспортирующий газ сдувает с поверхности Д несферои- дизированные порошки различного гранулометрического состава. Питатель позволяет в два раза повысить равномерность дозирования, в 2,5 - 3,5 раза снизить пульсацию расхода порошка, в 1,7 - 2,5 раза снизить высоту микронеровностей наплавленной поверхности. 2 ил., 1 табл. -

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к устройствам для плазменно-порошковой наплавки и напыления. Цель мзобретения - повышение каче-. ства сварки или наплавки за счет улучшения равномерности подачи газопорошковой смеси из трудносыпучих дисперсных материалов и несфероидизированных порошков различного гранулометрического состава. Питатель содержит бункер (Б) 1 с коническим основанием и выпускным отверстием 2, втулку (В) 3, смесительную камеру 4, дозирующий диск (Д) 5 и патрубок (П) 7 подачи транспортирующего газа. П снабжен выходным соплом (С) 8 и размещен под Д вне

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к устройствам для плазменно-порошковой наплавки и напыления.

Известен порошковый питатель для дозирования дисперсных порошковых материалов при плазменном напылении фирмы Плазма-Техник.

Питатель состоит из бункера для порошка с коническим основанием и выпускным отверстием, втулки, размещенной в выпускном отверстии, смесительной камеры, установленной под выпускным отверстием бункера, размещенного в смесительной камере вращающегося дозирующегося диска, установленного с зазором относительно торца втулки выпускного отверстия и привода вращения дозирующего диска. Дозирующий диск имеет загрузочную канавку, расположенную под выпускным отверстием бункера. С противоположной от бункера стороны диска над загрузочной канавкой расположен патрубок отвода газопорошковой смеси, из которого порошок инжектируется к плазмотрону.

Основным недостатком известного порошкового питателя при использовании .его для плазменной наплавки является неравномерная подача при использовании порошка различного гранулометрического состава, а также практическая невозможность- дозировать несфероидизированные порошки.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению является порошковый питатель, включающий бункер для порошка с коническим основанием и выпускным отверстием, втулку, размещенную в выпускном отверстии, смесительную камеру, установленную под выпускным отверстием бункера, вращающийся в смесительной камере дозирующий диск, размещенный с зазором относительно торца втулки выпускного отверстия, привод вращения дозирующего диска и

патрубок подачи транспортирующего газа, установленный в смесительной камере.

Основным недостатком известного питателя является низкое качество наплавленного слоя при использовании несфероидизированного порошка р азличного гранулометрического состава, вызванного низкой равномерностью подачи газопорошковой смеси..

Цель изобретения - повышение качества наплавленного слоя и расширение технологических возможностей наплавки за счет улучшения .равномерности подачи газопорошковой смеси и возможности дозирования несфероидизиро ванных порошков

различного гранулометрического состава.

Поставленная цель достигается тем, что в порошковом питателе для дозирования

трудносыпучих материалов при наплавке и напылении, содержащем бункер для порошка с коническим основанием и выпускным отверстием, втулку, размещенную в выпускном отверстии, смесительную камеру, установленную под выпускным отверстием бункера, размещенный в смесительной камере вращающийся диск, установленный с зазором относительно торца втулки выпускного отверстия, привод вращения дозирующего диска и патрубок подачи транспортирующего газа, последний снабжен выходным соплом и размещен под дозирующим диском вне сектора, образованного радиусом окружности, проведенной из центра дозирующего диска через ось выпускной втулки бункера, с длиной дуги по этой окружности, равной 3-5 внут - ренним диаметром втулки, при этом биссектриса угла сектора размещена в одной

плоскости с осью выпускной втулки бункера, а выходное соплом патрубка ориентировано .по радиусу дозирующего диска в сторону его периферии и размещено в пределах упомянутой окружности1 на расстоянии от нее, равном 1 - 3 внутренним диаметрам выпускной втулки бункера.

По сравнению с прототипом предлагаемому решению присущи новые свойства; высокое качество наплавленного слоя за счет повышения на 10-25% равномерности подачи газопорошковой смеси; расширение технологических возможностей процесса наплавки из-за возможности дозирования несфероидизированных порошков различного гранулометрического состава; сокращение транспортирующего газа на 15 - 30%

Сравнивая указанные свойства совокупности со свойствами отличительных признаков можно установить, что свойства совокупности проявляются лишь тогда, когда все признаки вступят во взаимодействие, и поэтому новые свойства предлагаемого решения не равны сумме свойств прототипа и отличительных признаков. Действительно, высокое качество наплавленного слоя, расширение технологических возможностей процесса, а также другие свойства совокупности не проявляются у питателя по прототипу, так как размещение каждого в отдельности из приведенных элементов (выполнение патрубка подачи транспортирующего газа, оканчивающего соплом, расположение сопла под дозирующим диском вне сектора, биссектриса угла которого между ограничивающимися радиусами проходит через ось втулки, ориентация сопла выпускным отверстием к ближайшему краю диска) не позволяет достичь поставленную цель.

Поэтому только такая совокупность взаимосвязанных признаков позволяет улучшить эксплуатационные характеристики питателя.

Новые свойства совокупности не равны свойствам отличительных признаков, так как ни изменение места расположения сопла по отношению к диску, ни изменение расстояния от выпускного отверстия сопла до окружности, проходящей через ось диска, не проявляют новых свойств предлагаемого решения.

На фиг.1 изображен питатель, осевой разрез; на фиг.2 - сечение А -А на фиг.1.

Питатель содержит бункер 1 с коническим основанием и выпускным отверстием 2, втулку 3, размещенную в выпускном отверстии 2, смесительную камеру 4, установ- ленную под выпускным отверстием 2 бункера 1, размещенный в смесительной камере 4 дозирующий диск 5, установленный с зазором относительно торца втулки 3 выпускного отверстия 2, привод 6 дозирующего диска 5 и патрубок 7 подачи транспор- тирующего газа, смонтированный в смесительной камере 4. Патрубок 7 подачи

транспортирующего газа снабжен выходным соплом 8 и размещен под дозирующим диском 5 вне сектора, образованного ради0 усами окружности, проведенной из центра дозирующего диска 5 через ось выпускной втулки 3 бункера 1, с длиной дуги по этой окружности, равной 3-5 внутренним диаметрам втулки 3. При этом биссектриса угла

5 сектора размещена в одной плоскости с осью выпускной втулки 3 бункера 1, а выходное соплом патрубка 7 ориентировано по радиусу дозирующего диска 5 в сторону его периферии и размещено в пределах упомянутой окружности на расстоянии от нее, равном 1-3 внутренним диаметрам выпускной втулки 3 бункера 1.

Питатель работает следующим образом.

5В бункер 1 засыпают порошок, который

заполняет коническое основание через втулку 3 выпускного отверстия 2 и ссыпается на дозирующий диск 5. Благодаря, зазору между нижней частью втулки 3 и поверхно0 стью дозирующего диска 5 порошок располагается на диске 5 в виде усеченного конуса с верхним диаметром, равным внутреннему диаметру втулки 3 и образующими, расположенными к поверхности дозирую5 щего диска 5 под углом, равным углу естественного дозирующего диска 5 под углом, равным углу естественного ссыпания порошка. Через патрубок 7 подается транспортирующий газ.

0При включении привода 6 дозирующий

диск 5 приходит во вращение. Порошок под действием силы тяжести.ссыпается на поверхность диска 5 из бункера 1 по окружности с радиусом от оси диска 5 до оси втулки

5 3, образуя в сечении равнобочную трапецию с высотой, равной зазору между втулкой 3 и поверхностью диска 5 и верхним основанием, равным внутреннему диаметру втулки 3.

0 По мере вращения диска 5 порошок непрерывно вносится в зону действия выходного сопла 8 патрубка 7 подачи транспортирующего газа, где сдувается с его поверхности и далее попадает в магист5 раль подачи газопорошковой смеси.

Регулировка производительности питателя осуществляется изменением скорости вращения диска 5 и изменением зазора1 между нижним торцом втулки 3 и поверхно0 стью диска 5,

Необходимо отметить, что в питателе по

предлагаемому изобретению отсутствует

непосредственный контакт между подвиж5 ными деталями в порошке, что способствует

их минимальному износу, увеличению срока

службы питателя и постоянству его эксплуатационных характеристик.

Кроме того, под одним диском 5 можно расположить несколько втулок 3, расположенных в соответствующих выпускных отверстиях 2 бункеров 1, и равное им количество выходных сопел 8, В этом случае, загружая в бункера 1 различные дисперсные материалы и изменяя зазоры между втулками 3 и диском 5, можно наплавить смеси порошков, используя только один дозирующий элемент.

Максимальная скорость вращения диска 5 выбирается из тех соображений, чтобы порошок во время работы питателя удерживался на диске 5 благодаря силам трения, а не сбрасывался с диска 5 центробежными силами, так как порошок несфероидизиро- ванной формы склонен к сцеплению между частицами и конгломерированию, что приводит к ссыпанию порошка порциями.

Максимальный зазор между втулкой 3 и диском 5 выбирают таким, чтобы порошок, ссыпающийся из бункера 1 через втулку 3 с учетом угла естественного ссылания, располагался на поверхности диска 5.

Расположение выходного сопла 8 в секторе, биссектриса угла которого пересекает ось втулки 3 с длиной дуги, меньшей 3 - 5 диаметров внутреннего отверстия втулки 3, приводит к тому, что порошок выдувается из-под втулки независимо от скорости вращения диска 5. Расстояние между выходным соплом 8 до окружности, проходящей через ось втулки 3, выбирается таким, чтобы сдуть весь порошок с диска минимальным количеством транспортирующего газа.

П р и м е р. В идентичных условиях испытывали питатели по предлагаемому изобретению и по прототипу. Питатель по предлагаемому изобретению содержал цилиндрический бункер с выпускным отверстием в виде цилиндрической втулки и смесительную камеру, в которой размещался дозирующий диск. На крышке смесительной камеры был закреплен двигатель с редуктором, связанным валом с дозирующим диском.

Дозирующий диск был выполнен с диа- мет.ром 100 мм. Втулку внутренним диаметром 6 мм располагали на расстоянии 40 мм от оси диска с зазором 4 мм (порошок с максимальным углом естественного ссыпа- ния 28 - 30° - СНГН, при большем зазоре порошок этой марки ссыпается с края диска),

Частота вращения диска измерялась от 0,1 до 10 об/мин и фиксировалась цифровыми дисплеями тахометров в процентах

(100% - 10.об/мин) в виде целых чисел с точностью 1%.

Сопло размещали на различном расстоянии от окружности, проходящей через ось

втулки и длине дуги, измеряемой от оси втулки.до радиуса окружности, проходящего через выпускное отверстие.

Питатель испытывали на установке плазменной наплавки УПН-303 производств

ва Ленинградского завода Электрик.

При помощи карусельного пробоотборника по известной методике определяли основные параметры питателя. Испытывали порошки нержавеющей стали Х18Н9Т производства НПО Тулачермет и отходы распиловки сплава ЭП 109 меткомбината Электросталь.

Порошки нержавеющей стали имели не сфероидизированную форму, а сплава ЭП

109 - игольчатую. Гранулометрический со- став порошков 40 - 300 мкм. Оценку качества дозирования производили путем определения среднего квадратичёского отклонения замеренных пробоотборником

доз по выражению

о,

д&

, (Gi-GcP )2/(m-1) (1)

,-1$.

ы

где m - количество проб; m 50 (задано конструкцией пробоотборника); GI - масса порошка 1-й пробы; Gcp - среднее значение расхода. О равномерности подачи порошка (за- висимость отношения текущего значения расхода к среднему во времени) принято судить по коэффициенту вариации

-f

be

(2)

°СР

Результаты измерении приведены в

таблице G (в числителе - результаты испытаний с порошком Х18Н9Т, в знаменателе - с порошком ЭЛ109).

После обработки результатов измерений питатель был собран так, чтобы среднеквадратичное отклонение и коэффициент вариации были минимальными: расстояние от окружности, проходящей через ось втулки, до выпускного отверстия 10 мм, расстояние от оси втулки до радиуса окружности, проходящей через выпускное отверстие сопла - 12 мм.

После этого на .стандартном режиме

(ток 220 - 240 А, скорость наплавки 3 - 4 м/ч, амплитуда колебаний - 30 мм, частота колебаний 40 , дистанция наплавки 8-12 мм) производили наплавку порошков Х18Н9Т и ЭП109 на плоские образцы из стали 45. Затем определяли наличие микротрещин и газовых включений в наплавленном слое, разнотолщинность наплавленного слоя после одного часа работы установки и микронеровностей. Оказалось, что при расходе порошков, равном 2,5 - 3,5 кг/ч, площадь газовых включений и трещин в наплавленном слое не превышает 0,01 - 0,02 мм2в 1 см2 для стали Х18Н9Т и 0,03-0,06 для ЭП109. Разнотолщинность наплавленных слоев составила соответственно 2 и 3%, мйк- ронеровности - соответственно 0,4 и 0,1 мм.

Для проведения сопоставительного анализа в том же питателе вместо сопла ставят подпружиненный скребок.

В смесительную камеру газ подавали через специальный инжектор. Такая схема питателя полностью соответствовала устройству по прототипу. Условия испытаний питателя не изменились. При помощи того же пробоотборника были проведены заме- ры расхода порошков Х18Н9Т и ЭП109. Затем по выражениям (1) и (2) определены средние квадратические отклонения и коэффициенты вариации. Оказалось, что величина Стдесоставляет 0,28 для Х18Н9Т и 0,52 для ЭП109.

Резко возрос также коэффициент вариации: для Х18Н9Т # 0,05, для ЭП109 ц 0,09. Сопоставление величин р свидетельствует о том, что питатель по предла- гаемому изобретению-обладает не только большей стабильностью, но и равномернее дозирует наплавляемый материал.

Питатель по прототипу практически не позволяет длительно дозировать порошок ЭП109. Наплавка покрытий с использованием питателя по прототипу подтверждает следующий вывод. Качество наплавленного слоя существенно снижается: площадь пор и трещин составляет 0,2 - 0,5 мм для

Х18Н9ТиО,1-0,4 мм2 для ЭП109; разнотолщинность наплавленных слоев через один час работы составила соответственно 5 и 20%, микронеровности - 0,7 и 0,5 мм. Кроме того, при наплавке порошка ЭП109 в тече- ние часа приходилось прерывать наплавку вследствие прекращения дозирования питателя, вызываемого износом и заклиниванием подпружиненного скребка.

Таким образом, выполнение порошкового питателя по предлагаемому изобретению позволяет более чем в два раза повысить равномерность дозирования трудносыпучих порошков, снизить в 2,5 - 3,5 раза пульсации расхода порошка, в 1,5 - 2,0 раза уменьшить разнотолщинность при продолжительной наплавке и в 1,7 - 2,5 раза уменьшить высоту микронеровностей, позволяет дозировать порошки игольчатой формы, что значительно расширяет его технологические возможности.

Формула изобретения Порошковый питатель, содержащий бункер для порошка с коническим основанием и выпускным отверстием, втулку, размещенную в выпускном отверстии, смесительную камеру, установленную под выпускным отверстием бункера, размещенный в смесительной камере вращающийся дозирующий диск, установленный с зазором относительно торца втулки выпускного отверстия, привод вращения дозирующего диска и патрубок подачи транспортирующего газа, смонтированный в смесительной камере, отличаю щи и с я тем, что, с целью повышения качества сварки или наплавки за счет улучшения равномерности подачи газопорошковой смеси из трудносыпучих дисперсных материалов и несфероидизиро- ванных порошков различного гранулометрического состава, патрубок подачи транспортирующего газа снабжен выходным соплом и размещен над дозирующим диском вне сектора, образованного радиусами окружности, проведенной из центра дозирующего диска через ось выпускной втулки бункера, с длиной дуги по этой окружности, равной 3-5 внутренним диаметрам втулки, при этом биссектриса угла сектора размещена в одной плоскости с осью выпускной втулки бункера, а выходное соплом патрубка ориентировано по радиусу дозирующего диска в сторону его периферии и размещено в пределах упомянутой окружности на расстоянии от нее, равном 1 - 3 внутренним диаметрам выпускной втулки бункера.

Среднеквадратичное отклонение при производительности3 кг/ч

Коэффициент вариации

А-А