Источник: www.welder.ru
Среди способов изготовления новых деталей с износо- и коррозионностойкими
свойствами поверхности, а также восстановления размеров изношенных и бракованных
деталей за счет нанесения покрытий, обладающих высокой плотностью и прочностью
сцепления с изделием, работающих в условиях высоких динамических, знакопеременных
нагрузок или подверженных абразивному изнашиванию, важное место занимают
технологии наплавки.
К основным термическим способам наплавки относятся: электродуговая, электрошлаковая,
плазменная, электроннолучевая, лазерная, индукционная, газовая и печная. В последнее
время наиболее активно внедряют технологию плазменной наплавки проволочными и
порошковыми материалами. В связи с широкой универсальностью использования различной
гаммы выпускаемых присадочных порошков процесс плазменной наплавки порошковыми
материалами наиболее эффективен. НПФ "Плазма-центр" является разработчиком технологии
и оборудования для новых процессов - плазменной наплавки-напыления и скоростной
плазменной наплавки.
Плазменная наплавка-напыление.
В настоящее время среди способов порошковой плазменной наплавки наибольшее
распространение в России имеет способ, при котором используют прямую дугу,
горящую между электродом и изделием. В то же время за рубежом данный способ не
получил серьезного развития, там наиболее активно используют так называемый
РТА - процесс (plasma transferred arc). При этом способе действуют одновременно
основная дуга (горящая между электродом и изделием) и пилотная или косвенная дуга
(горящая внутри плазмотрона между электродом и плазмообразующим соплом). В связи с
тем, что процесс нанесения покрытий только косвенной дугой в России называется
плазменным напылением, новая технология получила название плазменная наплавка-напыление.
Таким образом, процесс плазменной наплавки-напыления - это способ нанесения
порошковых покрытий толщиной 0,5-4,0 мм с гибким регулированием ввода теплоты в
порошок и изделие плазмотроном с двумя дугами - основной и пилотной.
Поскольку покрытия, наносимые способом плазменного напыления, ограничены толщиной
порядка 1 мм, за пределами которой проявляется тенденция к растрескиванию
(вследствие высоких внутренних напряжений), а покрытия, наносимые плазменной
наплавкой традиционным способом с использованием только основной дуги, связаны
с оплав-лением основного металла и его перемешиванием с присадочным материалом
(соответственно, с отсутствием необходимых свойств покрытия в первом наплавленном слое),
то разработка гибридного процесса, совмещающего положительные характеристики
процессов наплавки и напыления является актуальной задачей.
Качество нанесенных покрытий способом плазменного напыления зависит от большого
числа входных параметров. При этом в настоящий момент не существует количественных
неразрушающих методов контроля качества плазменных напыленных покрытий. Поэтому
получение беспористых покрытий с максимальными адгезионными свойствами за счет
использования второго источника теплоты - основной дуги, позволило бы значительно
повысить качество и эксплуатационные характеристики покрытий.
Процесс плазменной наплавки-напыления (РТА-процесс) обеспечивает использование
пилотной дуги для расплавления присадочного порошка и основной дуги для поддержания
необходимой температуры частиц порошка на детали. Увеличение времени нахождения
частиц порошка при высокой температуре способствует максимальному сцеплению и
уплотнению частиц с минимальным перегревом поверхности детали. Оптимизация основных
характеристик процесса (токов основной и пилотной дуги, расстояния до изделия,
скорости подачи порошка и скорости перемещения плазмотрона) выявило минимальную
чувствительность к скорости подачи порошка и в определенных пределах к скорости
перемещения плазмотрона.
При анализе микроструктуры самофлюсующихся покрытий, нанесенных способом плазменной
наплавки-напыления, было отмечено получение литой структуры (в отличие от слоистой
структуры, типичной для процессов плазменного напыления), а также отсутствие пористости
(около 0,3%). Микротвердость покрытия составила 800 HV. Зона термического влияния
зафиксирована порядка 0,5 мм, в то время как при плазменной наплавке она составляет 3-4 мм.
Процесс плазменной наплавки-напыления наиболее часто используют для наплавки
автомобильных и судовых клапанов, различных экструдеров и шнеков, посадочных
мест деталей арматуры, при нанесении абразивостойких покрытий на основе карбидов
вольфрама и др.
Скоростная плазменная наплавка (СПН) - это механизированная плазменно-порошковая
наплавка тел вращения, при которой специальное расположение плазмотрона и порошкового
дозатора относительно наплавляемой детали обеспечивает эффективное высокоскоростное
нанесение покрытий с качеством, равнозначным качеству, получаемому при использовании
технологий газотермического напыления с последующим оплавлением. Подача порошкового материала
осуществляется за счет собственной силы тяжести и текучести, а его перенос
непосредственно в зону пятна нагрева плазменной дуги в жидком состоянии многократно
повышает скорость наплавки и обеспечивает ее регулирование в широких пределах
(от 3 до 18 м/мин и выше). При этом осуществляется высокоскоростной процесс вращения
наплавляемой детали без оплавления поверхности основного металла. Порошок из
бункера дозатора самотеком подается в корпус, имеющий запорную иглу, и через
калиброванное отверстие дозирующей вставки струйным потоком поступает в
высокотемпературную область столба плазменной дуги и переносится на наплавляемую
поверхность детали. Аналогом процесса может служить процесс газотермического
напыления самофлюсующихся порошков с последующим их оплавлением. Но при СПН
интегральная температура восстанавливаемых деталей значительно меньше, чем при
оплавлении газотермических покрытий, и не превышает 200-300 °С. Это способствует
получению минимальных деформаций в изделии.
Технологический процесс СПН предусматривает очистку наплавляемых поверхностей
от различных загрязнений (масла, пыли, ржавчины), устранение дефектов (трещин,
задиров, заусенцев, овальности, предыдущего упрочняющего слоя), а также, при
необходимости, дефектацию поверхности. В качестве присадочного материала
используются износостойкие и теплостойкие порошки на основе железа, никеля,
кобальта размером 40-100 мкм. Плазмообразующим и защитным газом служит аргон с
общим расходом 7-9 л/мин. Наплавку производят на токе прямой полярности в непрерывном
или импульсном режиме. Оптимальная толщина наносимых покрытий 0,3-2,0 мм,
производительность наплавки 130-200 см2/мин.
Оборудование для СПН состоит из сварочного источника питания, плазмотрона,
порошкового дозатора, а также манипулятора для перемещения детали и плазмотрона.
В качестве источника питания используют установки УПВ-301 или сварочные
источники с падающей характеристикой, дополненные специальным блоком
аппаратуры, а также установки для плазменной обработки УПС-301, УПНС-304,
УПО-302, УПН-303 после их модернизации. Для вращения восстанавливаемых деталей
рекомендуют применять токарные станки невысокой точности.
Качество процесса СПН определяют по отсутствию в наплавленном слое дефектов
визуально или другими способами.
Основные требования безопасности при СПН: наличие вытяжной вентиляции и защита
органов зрения от излучения.
По сравнению с плазменно-дуговой наплавкой традиционным способом СПН имеет
преимущества:
высокую производительность нанесения покрытий (скорость наплавки традиционным
плазменно-дуговым способом не превышает 70 м/ч);
повышенную длительность и стабильность непрерывной работы в связи с подачей порошка вне зоны плазмотрона;
минимальное термическое воздействие на основной металл;
отсутствие перемешивания основного и наплавленного металла;
высокий коэффициент использования присадочного материала;
высокую стабильность процесса;
высокую равномерность наплавленного слоя;
минимальные деформации наплавленной детали и малые припуски на механическую обработку;
простоту эксплуатации наплавочного оборудования;
высокий уровень механизации технологического процесса.
СПН наиболее эффективно используют при изготовлении и восстановлении деталей
сельскохозяйственных и дорожных машин, автомобильной и тракторной техники,
механизмов бумагоделательных производств, деталей нефтяного и газового
оборудования, электродвигателей и насосных станций, штампового и металлообрабатывающего
оборудования и др. Примерами восстанавливаемых деталей способом СПН являются:
кулачковые валы газораспределительных механизмов и топливных насосов;
коленчатые валы компрессоров; валы и оси трансмиссий; золотники, штоки,
плунжеры гидросистем; отверстия шатунов двигателей внутреннего сгорания,
посадочные отверстия в блоках цилиндров; валы-шестерни масляных насосов,
втулки нагруженных насосов; поворотные кулаки, вилки полуоси, цапфы;
клапаны с износом фаски и стержня; крестовины кардана; шнеки смесителей
и транспортеров сыпучих материалов; протяжки, ножи, диски, штампы; детали
нефтеперекачивающего оборудования и т. п.
Экономическую эффективность СПН определяют исходя из программы производства
и вида продукции, при этом учитывают повышение долговечности деталей и узлов
при снижении расхода порошковых материалов и затрат на обработку наплавленного
металла, а также экономию газа.
|