DE1834839U - Flammspritzpistole. - Google Patents
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Description
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UNIONCARBIDE CORPOBTIOI, New Y-orl N. Y. (T. St.) ----'----"'".. ~-.-,, ,,"---4-"""'" Vorrichtung zum Flaiamspritzen Die vorliegende Neuerung bezieht sich auf eine Vorrichtung zumAufbringen von verbesserten Oberfläehenüberzügen auf Gegenstände aller Art mittels einer Flaamspritspistoiep die besonders vorteilhaft zum Aufbringen von Oberflächenüber- zügen aus Materialien mit hohem Schmelzpunkt geeignet ist. Es ist bekannt, einen Gegenstand ssit einem Schutzuberzug zu versehen, indem der Gegenstand mit einem geschmolzenen und zerstäubten Material besprüht wird das an einer vor- gereinigten Oberfläche des Gegenstandes anhaftete Das Uber- zugsmaterial ; gewöhnlich in Form einer Stangep wurde in die Flamme eines Gasbrenners eingeführte um es zu aohmelzenp und hierauf wurde das. geschmolzene Material gegen die zu übersiehende Oberfläche Bit Hilfe eines Luftstromes oder eines Stromes von inertem Gas geblasen. Bei Verwendung von Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt erzielte man Erfolge9 jedoch genügen diese Überzüge für viele Anwendungen nichts da sie oft porös und häufig ungleichmäßig verteilt sind. Vielfachfehlen ihnen die sehr erwünschten Eigenschaften eines guten Schutssübersuges : wie Hartes sowie ein guter b- nutzungswiderstand und Korrosionsbeständigkeit. Die vorliegende Neuerung hat den 2wec die verschiedenen obenerwähnten Nachteile der bekannten Spritzverfahren zu beseitigen. Die Neuerung bezieht sich auf eine Flaaamspritspistole mit einem an den inneren Veybrennngsram angeschlossenen Bnt- c2 wobei ein Gemi-sch"bestehend aus einem Bre-nn- und gegebenenfalls einem Trägergssp sitt Hilfe einer Injektor- w, id gegebenenfalls einem Trä ; e düse in den Verbrennungsraum bzw. Entladungsimnal gelangt. Die neue FlasEaspritzpistole ist dadurch gekennzeichnetg daß dieInjektordüse mit einem aus im wesentlichen gleichmäßiger Bohrung bestehenden Entladungskanal verbunden und die Bohrung derInjektordüse koaxial nach, rückwärts erweitert ist und - Weitere Merkmale der Neuerung ergeben sich aus den Darstellungen von Ausführungsbeispielen.
- Es zeigt : Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausftihrungsform der Flammspritzpistole Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine Abwandlungsform der in Fig. 1 gezeigten Pistole.
einem Sxel r 1 Si en Abse Di e in ri,- einem Brenner 11 versehen mit einem erweiterten Abschnitt 12, der in. einen vom Einlaß bis zum Auslaß unverengten Kanal übergeht. Das in den Kanal eingeführte brennbare Gemisch wird darin entzündete durehgeleitet'tmd dann am anderen Ende als ein Strom heißer Verbrennungsgase ausgelassen ? wobei ein Flammenstrahl erzeugt wird ? der einen hohen Wärmeübertragungs- grad, eine hohe Geschwindigkeit und Druckkraft besitzt « der vorliegenden Erfindung Bedingungen aufrechterhalten u Hierbei bedeutet. A die Querschnittsfläche des Sas-Pulver- 2 Gemisches in cm beim Eintritt in den Entladungskanal J die Querschnittsflache des Gas-Pulver-Gemisches in cm beim Aus- trit aus dem Entladungskanal, P1 den absoluten Druck in kg/ 2 om2 des Gas-Pulver-Gemisches beim Eintritt in den Entladungs- kanal, Po den absoluten Druck in g/cm des Gas-PulTer-Se*- mischens beim Austritt aus dem uhd M das Ge- wicht des zugeführten brennbaren Gasgemisohes in kg/seco Bohr 13 ausgerichteten Durchlaßkanal 15 besitzt. Bin sit Gewinde versehener Mittelteil des Injektors steht mit einem geX detex er Gewindeteil 16 des Seiles 12 im Eingriffe während der Injektor 14 im Brenner mit Hilfe einer Gegenmutter 17 in vorbestim'aer axialer Lage gehalten wird. Der Injektor 14 ist bei 18 abgestuft, um einen Mischer 19 von verringertem Lurchmesser sn schaffen ? der radial einwärts sum Teil 12 angeordnet liegt und in einem uaß 20 endete der in C> derdurch die Bohrung des-Bohres 13 gebildeten Ter'bremmngs- kanals2 fuhrt. Der bischer 9 ist räumlich ein weni von 1 der Endwand des Teiles 12 weg angeordnete um einen ringför- , j einell ringför- magenPurohlaßkanal für den Gasstrom iror-dem Raum oder Kammer 22 rund umi dell 19 in das Rohr 13 vorzusehen. EineBrennstoffzufuhrleitmng 24 ist mit dem Durch- laßkanal 15 über eine seitliche Öffnung 23 verbunden, während eine Sauerstoffzufuhrleitung 25 mit der Kammer 22 über eine seitlicheÖffnung 26 in Verbindung steht. Um einen Rückschlag der Flamme, die anfangaußerhalb des Kanals entsUndet wird ? in den Kanal 21 vorzubeugen, sollte der Mindestdurchmesser des Auslasses 30 im wesentlichen nicht kleiner als 0, 5 mm sein. DasÜberzugsmaterial kann in den Brenner in feinserkleinerter Form im Brennstoff, im Sauerstoff oder im Verbrennungsgemisoh eingeführt werden. Bei der in Figur 1 veranschaulichten Aua- fUhrungsform wird daä feinserkleinerte Material von einsm Tr. ägergas, z. B. Wasserstoffe in einen Nippel 2 ? eingeführts, der mit Gewinden in den Kopf einer zentral offenen Steek- hülse 28 verschraubt ist1 welche das rnekwertie Ende des Durchlaßkanals 15 abschließt. Das rückwärtige vorstehende Ende des Nippels kann an die Nadhschubquelle des Übersga materials angeschlossen werden « In sein vorderes Ende ist ein nach vorwärts sich erstreckender hohler Schaft 29 einge- paßt, der in den Durchlaßkanal 5 sumindest jenseits der seitlichen Brennstoffzufuhroffnang 23 hineinragt und Träger- gas sowie das mitgenommene Überzugsmaterial zum Mischer 19 liefert. Brennstoff und Sauerstoff werden dem Kanal tnter Drucke vor- 2 zugsweise zumindest mit 1 kg/cm Überdruck zugeführt. Sobald der die Teilchen tragende Brennstoff in den Verbrennungs jüngten engen Raum des Kanals nach vorwärts strömen und dann aus dem Auslaß 30 an der Mündung des Rohres 3 sie ein Flam- menstrahl herauskommen. Die von den Verbrennungsgasen mitge- nommenenSberzusteilohen werden dann aus der Pistole in triebes ist eine Hülse 31 rund um das Rohr rädial nach aus- wärts angeordnet, um einen Kühlmantel 32 zu bilden durch welchen Kuhlwasser über den Einlaß 33 und den Auslaß 34 un laufenkann. . Das Überzugsmaterial kann auch direkt in die Terbrennungs- r Ein Ring 43 dient zur Abdichtung der Öffnung 41. Teilchen wahrend des Durchströmens durch den. Terbrennungs- raum nicht behindert wird und folglich die Teilchen keinen Hindernissen begegnen dio eine Verstopfung verursachen tz könnten. Die erforderliche GassussNmensetsung die hohe Pulverge- sohwindigkeit und die hohe Pulvertesperatur kennen bei den beschriebenen Spritspistolen durch riohtigeStenermg der Betriebsbedingungen'und durch richtige Proportionierang 0-CD bestimmter Teile der Pistole erzielt werden. Es gibt mehrere Faktoren ; welche die Pulvertemperatur steuern. Zu den wichtigsten gehören die Beschaffenheit der Reaktionstellnehraery das die Aufenthaltsdauer des Sberzugspnivers in den Verbrennungs- gasen, die Erennerk-Uhlverluste, der Abstand des Brennerszzum Werkstück und die Pulvergeschwindigkeit. Brennstoffe mit hohen Flammentemperaturen, wie azetylen sind geeignet und wo es zulässig ist, sollten-nur 'haltnisse, welche maximale Flamaentemperaturen erzegen Ter wendet werden. Solche Verhältnisse kennen aber bei vielen Ubcrzugsmatcrialien, aus den im folgenden dargelegten GrUndent nicht angewandt werdenr sie sind jedoch zum überziehen mit kerami'-sohen Materialien geeignet. Die thermische Energie des ÜbeFsgspulvers ist sowohl von der Pulvergeschwindigkeit als a.'o. ch von der plammentemperatur abhnig ? da die kinetische Energie der Teilchen a. aeh dem Auftreffen auf dem Werkstück in Wärmeenergie umgewandelt wirdo Dies geht aus der folgenden Tabelle hervor ? die den Tempera- turanstieg nach dem Aufprall seigtg wobei die Berechnungen auf der Annahme vollständig unelastischer Zusammenstöße beruhen. Temperaturanstieg nach dem Aufprall pulvereschwindigkeit Erhaltener theoretischer Temperaturanstieg 213,4 m/sec. 71°C 304, 8 mzaeo. 160°C 442,0 m/sec. 360°C 609,6 m/sec. 693°C 914,4 m/sec. 1582°C DieMindestteniperatur, bei welcher das Pulver genug plastisch wird, um einen guten Überzug zu bilden :, wird allerding vom verwendeten Material abhgngig sein. Auf jeden Fall jedoch be- deutetMindesttemperatur'die niedrigstsulässige Überzugs- temperatur des Teilchens zur Seit des Aufpralls. Die Aufprall- temperatur ist die Summe der Temperaturäquivalente der droh die Flamme erteilten Wärmeenergie und der beim Aufprall frei werdendenkinetischen Energie des Pulvers, i-ßf diese Weise kann auch ein sonst zufriedenstellender Brennstoff 9 der aber eine zu niedrige Flammentemperatr fSy Verfahren mit niedri- gen Geschwindigkeiten aufweist:jetstnachdemvorliegenden Verfahren erfolgreich wegen der eit"-eenergiep welche dem Uberzugsmaterial beim infprall mit den hohen Geschwindigkeiten gemäß der'vorliegenden Erfindung'-zugefügt wird, verwendet werden. Bei vielen überzugsmaterialien ? besonders bei Metallen metallischen Legierungen und Verbindungen ? ist es wichtige die Zusammensetzung der Verbrennungagase nntey nicht oxydie- renden und nicht entkohlenden Bedingungen su halten m einen Überzug von gewünschter Qualität zu erhalten. Die Art des Brennstoffes und das beeinflussen das Oxydationspoteatial der Atmosphäre ? das wiederum die Zusammensetzung des Qbersuges beeinflußt. 2m Beispiel beträgt der Kohlenstoffgehalt bestimmter Wolfram- karbidpulver 4, 5 bis 5 ? 0 Sewichtsprosent. Bei einem Saey- stoff-Azetylen-Volmaenverhältnis von'0 wurde durch Ver- brennungsanalysegefunden daB der Eohlenstoffgehalt &s Überzug ungefähr 3,0 % beträgt. Bei einea Verhältnis von 1, 4 betrug der Kohlenstoffgehalt 20 % und bei eines e hltnis von 2,0 war er . Die Sbersugsqualität änderte sich mit dem Kohlenstofgehalt des Sbersuges ? was dFeh Schwankungen in der Härw, der : Brüchigkeit und dem Obar : flächen- Schwankungen In der Eäre aussehen nachweisbar war* Das effektive Oxydstionspotential verschiedener Kombinationen von Brennstoff und Sauerstoff ? in diesem Fall durch die Kohlenstoffentziehung gemessen ? steht in enger Beziehung zu der Menge der Oxydationsmittel in den heißen Verbrennungsgasen. Als solche sydätions- mittel,z. B. Kohlendioxyd und Wasserp können im Zusaumenhang wit diesem Verfahren Stoffe definiert werden ? die bei den BetriebstemperaturenOxydatiOReigenaohaften aufweisen. Es wurde gefunden, daß wenn ein Uolframkarbiduberzug aetrag'en wird, das ird, daz z. B. zo sein solltet daß weniger als 67 Volimprosent Oxydationsmittel in der ausgeführten Reaktion gefunden werden ? d. h. das Ver- hältnis des Volumens dr Oxydationsmittel zum Gesamtvolamea. der Reaktionsprodukte Bßß kleiner als 67%-sein. Es ist besonders wichtig, das Oxytionspotential der tmsophäre beS Verwendung be bei Verwendung von Übersugsmaepialiea die bei hohen Tempe- raturen leicht oxydierbar sind s beschränkens wie bei Pulvern aus Metallen : Metallkarbi&eR'-boriden-nitriden und - siliziden. Es ist verständliche daß die Regelung der Zusammen- setzung der Flamme zur ErzieKag ordentlicher Überzugs- qualitätenwichtig ist. Verschiedene Brennstoffe kernen verwendet werden Es wurde gefunden, daß Azetylen speziell FlaBsaspritsen geeignet ist, da es besonders hohe Flammentemperaturen bei vorteil- haftenBrennstoff-Sauerstoff- ? eFhältnisgen"aweist<< Jedo-eh hatten z"redo41'a sind andere Brennstoffe, welche die Temperatur mid 2'RsaSEaen- setzungserfordernisseebenfalls erfüllen ? such geeignet. Zum Beispiel sind Wasserstoff, Methan und Äthylen beim Lamm- spritzverfahren gemäß dieser Erfindung erfolgreich verwendet : worden. Die Pulvergeschwindigkeit bei einer Spritzpistole der be- schriebenen Art ist ungefähr der Gssgeschwindigkeit propor- tional. Da der Zufuhrdruck der wichtigste Faktor für die ßaa- ? gesohwindigkeit ist, wird der Druck bei der Auswahl eines gesnhwt st de Ql Brennstoffes ausschlaggebend sein. J höher der Zufuhx'dmol ! : ist, der bei einem speziellen Brennstoff aageandt werden kann, desto höher ist die erreichbare Plvergeschwindigkeit. Höhere Pulvergeschwindigkeiten erhöhen auch dia Wärmeenergie des Pulvers. Dies ergibt sich aus dem erhöhten Temperatnyan- stieg bei Freiwerden der kinetischen Energie beia uftreffes des Pulvers auf die Werstuekcberfläche.-So oDnen auch Brenn- stoffe mit niedrigeren Flammentemperatren doch noch verwend- bar sein, falls sie höhere Zfirdrü. ca und höhere Pulverge- schwindigkaitan zlûassen. Die Härte und Porosität des Qbersuges hängen s einem be- trächtlichen Ausmaß von der Bulvergesohwindigkeit ab. Dies wird in der folgenden Tabelle gezeigtg welche sieh beim Spritzen einer Wolframkarbid-Kobald-Legierung mit einer Pistolenach ? ig. 1 ergab : Teilchengeschwin- Härte des Über- Porosität digkeit zugs Knoop Pyramidenzahl 122 bis 183 m/sec. 800 bis 1000 bis zu 10 % 183 bis 244 m/sec. 1000 bis 1200 annähernd 5 % 396 bis 457 m/sec. 1100 bis 1600 weniger als 2 % punkteinet ist sie ebenso für das übersiehen von Ober- flächen mit irgendeinem aus dem breiten Bereich von Metallen, Legierungen, metallischen Verbindungen Eunststoffenc tetra- Stoffen, die mit Hilfe dieses Verfahrens überzogen worden sind.DieSberzügewurdendurchTerwendung-von1f6?9m Sauerstoff und Azetylen pro Stande in einem Brenner nach Fig. 1 hergestellt. Das Sauerstoff-Azetylen-Verhãltnis betrug 5 1, 0 bis 16. Im Falle von Kupferpulver wurden nur 8g4 m Sauerstoff und Azetylen pro Stunde verwandt. Die Übersugs- proben wurden auf einem flachen Werkstück erzeugt. EinBeispiel für die Bedeutung der Neuerung iet die Möglich- keit, einen im vesentlichen nicht prösen Obersug aus ab- nutzungsbeständigem hartem Materisl mit einem hohen Schmelz- punkt, wie olframkarbidlegierungen aufzutragen. Bei Anwendung einer Spritzpistole gemäß Fig. mxrde eine Wolfram-Kohlenstoff- Kobalt-Legierung mit ungefähr 4% Kbhienatoff und 9% Kobalt in der Form eines feinverteilten Pulvers das durch eine Maschenweite von 0043 mm dringt in einem Tyägeygas aus Was- 3A in den Branner dei,'-Pistole mit einer sers&off vcn 17 m/h in den Brenner der Pistole mit einer Geschwindigkeit von 68 kg/h sugefiSirt Asetylen und Sauer- stoff Bit einem Druo. k von 2p4-6 Rg/cm mrden dein Brenner in 5 2 vmrde7 ln Brenne, & i stof*a'mit ei-nem Di--iack nion 2946 Z , Z' de einemVerhältnisvon1, 4 m3 Sauerstoffsna Azetylen mit einer gemeinsamen Geschwindigkeit von 169 m/ zugeführt. Das Workstudk ein zylindrisches Stahlstück im Durchmesser von,27c.u4..von3.8cmLSne.,.-., .- :" :. ? Werkstück Pulver Überzugshaft- fähigkeit +) StahlAluminium annehmbar StahlKobalt Stahl Kupfer gut Stahl Eisen gut Stahl Nickel gut Stahl Silizium annehmbar (durch 0074 am Maschenweite) Stahl Silber ausgezeichnet Stahl Wolfram + 12 % CO gut (durch0,043 mm Maschenweite) Stahl Wolframcarbid + 8 % gut CO (-3 Mikron) Stahl Wolframcarbid + 12% gut Ni (-1 0 micron) StahlWolframcarbid + 20% gut Ag(-20 Mikron) Stahl Chromcarbid + 15 % Ni (-10 @ikron) ausgezeichnet Kupfer Wolframkarbid + 8% annehmbar CO Rostsicherer Wolframoarbid + 8% gut Stahl (durch 0,043 mm CO Maschenweite) ) Die Einstufung der Haftfähigkeit wurde wie folgt durch- geführt ! Annehmbar : DieUntersuchung der quergeschnittenen Proben ergab einen Einriß an manchen Punkten zwischen dem Überzug und dem Grundmetall. - Gut : Schwarze Einschlüsse wurden beobachtet an der Treenfläche zwischen Grundmetall und Überzug der quergeschnittenen Proben, obwohl die Haftung sonst dicht zu sein schien. ausgezeichnet: Die Bindung des Überzugs mit dem Grundmetall gut mit sehr wenigen oder keinen finschlüssen an der Trennfläche. wurde mit 150 min gedreht und um 3,2 mm pro Umdrehung am Brennerauslaß mit einem Abstand von 10,2 cm vorberückt. Auf diese Weise wurde das Werkstück mit einer radialen Dicke von
0, 10 mm in ungefähr 5 Sekunden überscgen. Das übersogene Pistole besaß eine wassergekühlte zylindrische Düse mit einem Innendurchmesser von 7, 1 am bei einer Länge von 203 om. Diekontinuierliche Arbeitsweise des erfindungagemäBen Ver- fahrens ermöglicht es einen steten Stros von Überzugsteil- chen auf eine Oberfläche aufzutragen wobei den Teilchen stetsgleichmäßige Kräfte erteilt werden. Auf diese Weise - In der Praxis kann die Pistole entweder in horizontaler oder vertikaler Lage gehalten werden und das zu überziehende Werkstück kann in bezug auf die Pistole oder die
Pistole in bezu auf das Werkstück bewegt werden. Außerde kann beim Überziehen bestim-mter z. B. bei Kaliber- dornen, das Werkstück gehalten und in einer Drehbank gedreht
Claims (2)
- Schutzansprüche 1. Flammpsirtzpistole zum Herstellen eines Oberflächenüberzuges auf einen Gegenstand mit einem an den inneren Veybrennungsraum angeschlossenen Entladungskanal, wobei ein Gemische bestehend aus einem Brenngas, einem Oxydationsmittel und einem festen Überzugsmaterial und gegebenenfalls einem Trägergas mit Hilfe einer Injektordüse in den Verbrennungsraum bzw. Entladungskanal gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektordüse mit einem aus im wesentlichen gleichmäßiger Bohrung bestehenden Entladungskanal verbunden ist und die Bohrung der Injektordüse koaxial nach rückwärts erweitert ist und sich hinter den seitlich angeordneten Einlaßkanal für das Brenngas erstreckt.
- 2. Flammspritzpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektordüse für die gasdichte Zuführung von drahtförmige Überzugsmaterial an ihrer Büekseite eine mit einer @oaxialen Bohrung versehene Wand aufweist.
Neuer Anspruch 3 Flaanaspritzpiatole nach Ansprüchen 1 biaf'dadurch gekenn- zeichnet, daß die Querscbnittsfläcb$ der Eintrittsöffnung für das Gas-PUlver-Gemiscb in den Ehtladekanal so bemessen wird, daß das Quadrat dieses Eintrittaflächenquerachnitts gleich dem 75-750-fachen des Austrittsquerschnittes aus du '0 laungskanal, multipliziert mlii dem Verhältnis -g ist, wobei 2 2 T P, denmsoluten Druck in kg/cm2 des Gas-Fulver-eemisches beim Eintrittin den Entladungskanal, Po den absoluten Druck in kg/cmdes Gas-Pu1ver-Gemiscbes beim Austritt aus'dem. Entla- dungskanal und W das Gewicht des zugeführten brennbaren Cas- gemisches bedeutet.
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