Плазмово-дугове зварювання та наплавлення. Термічні способи наплавлення Плазмова наплавка

При плазмовому наплавленні на відміну від аргоіодугового наплавлення електрична дуга стискується стінками сопла, що охолоджується. Для плазмового наплавлення в повітряному середовищі розроблені порошкові сплави на залізній основі до складу яких входять сильні розкислювачі та нітридоутворюючі елементи. Плазмовий струмінь отримують за допомогою плазмотронів, які за різними класифікаційними ознаками утворюють наступні групи: за способом взаємодії дугового розряду з виробом прямої дії непрямого комбінованого; за способом стиснення дугового...

Поділіться роботою у соціальних мережах

Якщо ця робота Вам не підійшла внизу сторінки, є список схожих робіт. Також Ви можете скористатися кнопкою пошук

Лекція 12

Плазмова наплавка

Плазмова наплавка -це процес нанесення покриттів плазмовим струменем, коли деталь включена в ланцюг струму навантаження. У цьому випадку за допомогою плазмового струменя нагріваються поверхня відновлюваної деталі і матеріал, що наноситься. Матеріал переміщається плазмовим струменем. Температура її може перевищувати 20 ТОВ.

При плазмовому наплавленні на відміну від аргоіодугового наплавлення електрична дуга стискується стінками сопла, що охолоджується. Газ, що продувається крізь цю дугу, набуває властивостей плазми - стає іонізованим і електропровідним. Шар газу, що стикається зі стінками сопла, інтенсивно охолоджується, втрачає електропровідність і виконує функції електричної та теплової ізоляції, що призводить до зменшення діаметра плазмового струменя, що становить 0,7 діаметра сопла.

Як плазмоутворюючий газ частіше застосовується аргон (табл. 3.55). Наплавлення із заміною аргону повітрям (до 90%) значно знижує вартість відновлення деталей. Для плазмового наплавлення в повітряному середовищі розроблені порошкові сплави на залізній основі, до складу яких входять сильні розкислювачі та нітридоутворюючі елементи.

Плазмовий струмінь отримують за допомогою плазмотронів, які за різними класифікаційними ознаками утворюють такі групи:

• за способом взаємодії дугового розряду з виробом (прямої дії, непрямого, комбінованого);
• за способом стиснення дугового розряду (стінками каналу сопла, газови м потоком та комбінований);
• за кількістю дуг (одно- та багатодугові);
• за складом плазмообразуючих газів (працюючі на інертних газах, нейтральних і кисневмісних);
• за способом подачі плазмоутворюючого газу (з тангенціальною та аксіальною подачею);
• за видом зварювального струму (змінного та постійного прямого тазворотної полярності);
• за способом додаткового стиснення дуги (з системою каналів, що виходять на торець соплової частини; із системою каналів, що виходять всередину каналу сопла та комбінованою системою каналів);
• за способом подачі матеріалу, що наноситься (радіальною бічною подачею, осьовою подачею через вольфрамовий електрод);
• за величиною струму (для мікроплазмового наплавлення - струм 0,1... 15 А, для плазмового наплавлення - струм 10... 100 А і для наплавлення з глибоким проплавленням - струм > 100 А).

Найбільше застосування знайшли плазмотрони: прямої дії, з комбінованим способом стиснення дугового розряду, однодугові з тангенціальною подачею інертного газу, що працюють на постійному струмі прямої полярності та з радіальною подачею матеріалу. У плазмотрона розрізняють основну дугу між анодом і деталлю і допоміжну між анодом і соплом. Струми обох дуг регулюються баластними реостатами, включеними у відповідні ланцюги.

Найбільш теплонапружені деталі плазмотрону - це електрод та сопло. Матеріал електрода визначається складом плазмоутворюючого середовища. У плазмотронах, що працюють із застосуванням інертних та нейтральних газів (аргон, азот, гелій, суміші: аргон та азот, аргон і водень, азот та водень), використовують електроди з вольфраму. У плазмотронах, що працюють у кисневмісних середовищах, застосовують катоди з гафнію та цирконію. Водоохолоджуване сопло виконане з міді. Сопло, розраховане струм силою 260...310 А, має діаметр отвору для виходу плазми 3...4 мм. Діаметр насадки для подачі захисного газу 10...13 мм.

Переваги плазмового наплавлення в порівнянні з іншими способами нанесення покриттів зводяться до наступного. Гладка та рівна поверхня покриттів дозволяє залишати припуск на обробку 0,4...0,9 мм. Мала глибина проплавлення (0,3...3,5 мм) та невелика зона термічного впливу (3...6 мм) зумовлюють частку основного металу у покритті< 5 %.

Мале вкладення тепла в оброблювану деталь забезпечує невеликі деформації та термічні на структуру основи. При відновленні забезпечується висока зносостійкість наплавлених поверхонь. Спостерігається зниження міцності втоми деталей на 10... 15 %, що набагато менше, ніж при використанні деяких інших видів наплавлення.

Плазмова наплавка знайшла застосування при відновленні відповідальних деталей, до яких, наприклад, відносяться: колінчасті, кулачкові та розподільні вали, вали турбокомпресорів, осі, хрестовини карданних шарнірів, напрямні обладнання, щоки та сідла засувок, шнеки екструдерів та ін. Область застосування способутонкошарових покриттів на навантажені деталіз малим зносом. Плазмове наплавлення тонкошарових покриттів становить конкуренцію процесам нанесення гальванічних покриттів.

При плазмовому наплавленні одержують покриття товщиною 0,2...6,5 мм і шириною 1,2...45 мм. Якщо наноситься легкоплавкий матеріал, можливо нанесення покриття з проплавленням дуже тонких поверхневих шарів без оплавлення поверхні.

Термічний ККД наплавлення в 2...3 рази вище, ніж за електродугового процесу. Продуктивність процесу 0,4...5,5 кг/год.

Розрізняють наплавку по гвинтовій лінії з безперервною подачею плазмотрона і широкошарову наплавку з його гармонійними коливаннями щодо осі деталі, що обертається. Для нанесення покриттів завтовшки > 4 мм застосовують багатошарову наплавку.

Матеріали для плазмового наплавлення дуже різноманітні, включаючи високолеговані залізовуглецеві сплави, колмоною, стеліти, інструментальні і швидкорізальні сталі. Застосовують прутки, дріт, порошки та комбінації матеріалів.

При наплавленні сідел клапанів (у тому числі і при виготовленні двигунів) Росія, Великобританія, Німеччина, США і Японія застосовують хромокобальтові сплави - стеліти, які мають більш високу жаростійкість при температурі 600...650 °С, ніж хромонікелеві сплави, що самофлюсуються, леговані бором. та кремнієм.

Відбувся перехід з індукційної наплавки та наплавлення наморожуванням цього матеріалу на плазмову наплавку. Це пов'язано з тим,що залізо є шкідливою домішкою в наплавних сплавах Co - Cr - W - C . Розведення наплавленого металу залізом призводить до зниження жароміцності та корозійної стійкості покриттів. При цьому твердість сплавів за кімнатної температури залишається практично постійною, але при високих температурах вона різко знижується. Швидкість корозії у розчинах соляної та азотної кислот у стеллітів з добавкою заліза збільшується приблизно в 10 разів.

Міцні та в'язкі покриття виходять із сталей, легованих ванадієм. Ванадій має високу спорідненість до вуглецю; його карбіди зберігають стехіометричну будову та високу твердість у процесі наплавлення. Нерозплавлені частинки карбіду ванадію стимулюють утворення розплаву дрібнозернистої структури. Висока твердість карбідів ванадію (2900...2940) HV 0,2 ) забезпечує високу зносостійкість покриття.

Хороші результати при відновленні деталей плазмовим наплавленням дає застосування порошкових матеріалів. В цьому випадку:

можлива зміна в широких межах товщини покриття (0,1...7 мм), швидкості (0,5...25 м/хв) та продуктивності наплавлення (0,6... 15 кг/год), ширини шва ( 1...45 мм) і складу металу, що наплавляється за рахунок зміни застосовуваних матеріалів і режимів процесу;

забезпечується простота управління введенням тепла в матеріал деталі та глибиною його проплавлення незалежно від подачі матеріалу;

полегшується вибір присадочного матеріалу для отримання покриттів (у тому числі композиційних) різних складів та структур із заданими властивостями шляхом змішування різних порошків;

Оптимальний розмір частинок порошку 60...100 мкм. Краще подавати присадковий порошок уздовж осі плазмового струменя через отвір анотак, у цьому випадку повністю розплавляються частинки розміром 200 ...250 мкм, і створюються найкращі умови для розплавлення та формування покриття.

Високе значення термічного ККД (до 0,44) плазмовий наплавкі та зменшення вкладення тепла у матеріал деталі досягаються при виконанні двох вимог. По-перше, частки мають розплавлятися у плазмовій дузі та потрапляти на поверхню деталі в рідкому стані. Якщо частки потрапляють на поверхню в твердому стані, то потрібен час для їх розплавлення безпосередньо в зварювальних ванні, що призводить до збільшення її розмірів та, відповідно, глибини проплавлення. По-друге, частинки повинні переміщатися близько до осі плазмового струменя. Рух частинок по периферії струменя і поза нею призводить не тільки до втрат порошку, але і до дефектів покриття. Цим пояснюється найбільша теплова ефективність плазмотронів з аксіаль.ним введенням порошку.

Температура поверхні, що наплавляється деталі змінюється під дією тепла попереднього підігріву, тепла від попередніх валиків Н тепла від валика, що наноситься в даний момент часу. Через деякий час відведення тепла зрівнюється з його підведенням, що призводить до досягнення матеріалом деталі.теплового насичення. Підвищення термічного ККД плазмового наплавлення та виключення перегріву деталі забезпечуються попереднім нагріванням деталі та обмеженням потужності плазмотрона приблизно на 40% безпосередньо в процесі наплавлення. Це відноситься і до плазмово-порошкової наплавки, теплова потужність якої може регулюватися незалежно від витрат.так порошку, що подається.

Електромагнітне наплавлення

Сутність електромагнітного наплавленняполягає в нанесенні покриття з порошку на поверхню заготівлі в магнітному полі при пропусканні постійного струму великої сили через зони контакту частинок порошку між собою та із заготівлею.

Магнітне поле створюють у зазорі між заготовкою та полюсним наконечником. Воно вибудовує містки частинок феромагнітного порошку між вказаними елементами. На магнітне поле, у свою чергу, накладають електричне поле шляхом докладання напруги до заготівлі та полюсного наконечника. Відновне покриття виходить за рахунок нагрівання частинок порошку в зазорі, їх оплавлення та закріплення на поверхні, що відновлюється.

Процес розроблено та вдосконалюється в Білорусі. Наразі плідні дослідження веде наукова школа БАТУ (Мінськ) під керівництвом проф. Л.М. Кожуро.

Хорошу оброблюваність і зносостійкість мають покриття з високохромистого чавуну С-300 евтектичного складу та з швидкорізальних сталей Р6М5К5 та Р6М5ФЗ. Щільність потужності досягає значень 510 4...510 5 Вт/см 2 .

Процес характеризується деякою нестабільністю через хаотичного формування багатоелектродної системи та дискретного розплавлення ланцюжків-електродів із зерен порошку в робочому зазорі. Усунути цей недолік можна подачею в робочий зазор присадочного матеріалу у вигляді безперервно надходить шару пасти і подальшим її розплавленням ізольованим електродом, що не плавиться. Основою паст служать леговані порошки на залізній основі. Fe-V, Fe-Ti, Fe-Cr , С-300, ПЖРВ2) зернистістю 150...300 мкм, які перемішуються зі сполучним (рідким склом) безпосередньо перед наплавленням в об'ємному співвідношенні 2:1. Це дозволяє підвищити продуктивність за рахунок збільшення густини струму до 3 А/мм. 2 . Можна отримати покриття

завтовшки ~ 2 мм. Стабільність наплавлення ще більше підвищується, якщо

феромагнітний порошок подають у робочу зону в потоці робочої рідини.

Пристрої для реалізації електромагнітного наплавлення можуть бути виконані за одно- або двополюсною схемою. Двополюсна схема за інших рівних умов дає більш високу стабільність і продуктивність наплавлення, але однополюсна більш універсальна. Наплавлення в пульсуючому магнітному полі за рахунок вібрації полюсного наконечника виключає коротке замикання ланцюга розрядного струму, що дозволяє використовувати неімпульсні джерела струму і стабілізувати процес. Можна відновлювати як циліндричні, і плоскі поверхні.

Спосіб дозволяє поєднувати у часі процеси нанесення покриття та поверхневого пластичного деформування. Поєднання забезпечує отримання стискаючих залишкових напруг у наплавленому шарі (втомна міцність збільшується в 1,2...1,4 рази), підвищення його зносостійкості в 1,8...2,7 рази,Електромагнітну наплавку можна поєднувати зі шліфуванням абразивними частинками матеріалу, що наноситься.

Область застосування процесу - відновлення та зміцнення деталей зі зносом до 0,6 мм у дрібно- та середньосерійному виробництвах з одночасним їх поверхневим пластичним деформуванням.

Лазерна наплавка

Лазерна наплавкавикористовує як джерело тепла концентрований промінь лазера.

За допомогою лазерів виконують: наплавлення, оплавлення напилених поверхонь, поверхневе легування, поверхневе загартування та аморфізацію матеріалу. Лазерний вид нагріву дозволяє також усувати пошкодження у виглядітріщин у високонавантажених деталях з нерегулярним режимом навантаження,, з'єднувати деталі у важкодоступних місцях Після лазерної обробки деталей з тріщинами за режимом, що забезпечує їх часткове оплавлення, з подальшою нормалізацією деталі робота руйнування деталі на 30% вище порівняно зі зразками, що мають початкові тріщини.

Виняткова локальність впливу променя за рахунок високої щільності енергії визначає сферу застосування лазерної наплавки. Вона застосовується при відновленні відповідальних деталей (гладких млів та деталей зі складним профілем) із місцевим зносом. Спосіб найбільш ефективний при відновленні поверхонь площею 5...50 ммі величиною зношування 0,1...1,0 мм, при цьому витрата порошків невелика, глибина термічного впливу зазвичай не перевищує 0,5...0,6 мм, а деформації деталі відсутні. За допомогою лазерного наплавлення відновлюють, наприклад, кулачки розподільних валів, поверхні ротора турбокомпресора, осі фільтрів тонкого очищення олії, фаски клапанів.

Як обладнання частіше застосовують установки ЛГН-702, УЛГН-502 та ЛОК-ЗМ.

При лазерній наплавці реалізують такі переваги цього виду нагріву:

велику швидкість виконання операції;

широкі технологічні можливості;

висока якість поверхні після обробки;

можливість місцевої обробки;

легкість автоматизації;

обробку внутрішніх поверхонь великих та малих діаметрів за допомогоюВажливим параметром є напрямок подачі порошку щодо руху деталі при лазерній наплавці. Подача порошку в напрямку деталі, що рухається, забезпечує хороше формування наплавлених валиків. Процес формування за такої схеми стабільний: коливання висоти і ширини валика незначні (10... 15%). При подачі порошку назустріч поверхні деталі, що рухається, газопорошковий струмінь відтісняє рідкий метал від частини, що закристалізується, внаслідок чого він дещо розтікається по поверхні, збільшуючи площу ванни плавлення. При цьому зростає кількість частинок порошку, що потрапляють у розплав, і трохи збільшуються розміри валиків порівняно з випадком подачі порошку вслід рухомої деталі. Однак геометричні розміри відрізняються нестабільністю, розкид висоти та ширини валика досягають 50...60%.

Якість покриттів залежить також від товщини шару, що наплавляється, і перекриття валиків. Залежність висоти наплавлення від кута введення порошку має екстремальний характер.

Один із видів лазерного наплавлення - це оплавлення шлікерних покриттів. Наплавлення шлікерних обмазок доцільне при відновленні плоских поверхонь або локально зношених ділянок деталей у важкодоступних місцях. Матеріал готують у вигляді колоїдної суміші порошку в розчині целюлози. У цьому випадку наплавний матеріал повністю використовується. Для отримання якісних покриттів гарної якості лазером кіловатної потужності товщина обмазки не повинна перевищувати 1 мм, а для лазера потужністю 2,5 кВт.< 2 мм. Коэффициент перекрытия при этом должен составлять не менее половины диаметра рабочего пятна.

Твердість покриттів з порошків, що самофлюсуються, становить 35...60 HRC для підкладки зі сталі та 45...60 HRC для підкладки із чавуну. Товщина нанесеного шару досягає 40...50 мкм. Міцність поєднання покриття з матеріалом підкладки > 250 МПа.

Лазерне оплавлення напилених покриттів - один із способів покращення їх властивостей. Структура оплавлених лазером шарів характеризується надзвичайною дисперсністю, відсутністю оксидних включень та пір. Зміст елементів, що легують, в оплавлених ділянках мало відрізняється від вихідного. При лазерному оплавленні покриттів на оптимальному режимі, отриманих напиленням, можна досягти такого стану поверхні, при якому подальша механічна обробка є обробкою (наприклад, шліфування). Поверхневе легування - це введення в оплавлений шар будь-яких легуючих елементів і навіть карбідів. Тривалість процесу вимірюється секундами, тоді як за хіміко-термічної обробці (ХТО) - годинами. Регулюючи потужність лазерного променя, тривалість нагріву, швидкість обертання виробу та крок переміщення променя можна досягти різної ширини оплавлення: 0,05...5 мм.

Порошок на поверхню деталі наносять як пасту, примішану на рідкому склі, у вигляді наплавленого шару або фольги потрібного складу. Є спосіб легування вдуванням порошку в шар, що оплавляється. Вуглець вводять у вигляді графіту, а легуючі елементи - в елементному вигляді або як феросплави. Аналогічно вводять реліт, сплави типу ВК та ін. Твердість та глибина легованого шару залежать від потужності променя та числа імпульсів.

Особливість поверхневого загартування полягає в нагріванні та охолодженні поверхні зі швидкостями, що досягають 10 5 К/с, при цьому нагрівання проводиться за режимом, що не дає оплавлення поверхні. Внаслідок високої швидкості охолодження метал не перегрівається, має місце повна гомогенізація структури. При охолодженні утворюється безструктурний мартенсит, що сприяє підвищенню твердості та зносостійкості (> 1000) HV).

Засклення поверхні (аморфізація) виходить при нагріванні деталі з оплавленням. Твердість поверхні досягає 2000 HV , довговічність у своїй підвищується. Шари укладаються щільними рядами або з перекриттям. В обох випадках на межі шару буде м'яка зона або на ділянці теплового впливу або в зоні перекриття. На зносостійкість ці м'які ділянки не впливають, скоріше навіть мають позитивне значення, оскільки після невеликого зношування вони стануть місцем для затримання мастила і відведення продуктів зношування.нескладних оптичних пристроїв.

Порошкова лазерна наплавка полягає в отриманні покриттів шляхом примусової подачі порошку газовим потоком у зону лазерного випромінювання. Частинки порошку починають нагріватися в лазерному промені та розплавляються в поверхневому шарі. Цей вид наплавлення визначається такими параметрами (інтервали оптимальних значень наведені у дужках):

потужністю лазерного випромінювання (I...3 кВт);

швидкістю переміщення відновлюваної поверхні під опроміненням (16,7...33,3 мм/с);

діаметром плями нагріву, що визначається умовами фокусування випромінювання (10... 15 мм);

Масовою витратою порошку, що подається в зону обробки (2,1...3,2 кг/год);

Кутом введення порошку (30...35 °).

Збільшення потужності лазера призводить до збільшення кількості порошку, що розплавляється, внаслідок чого зростає ширина і висота наплавлених валиків.

Підвищення швидкості обробки призводить до суттєвого зменшення геометричних розмірів наплавлених валиків. Це з тим, що із збільшенням швидкості обробки при постійної потужності зменшується питома погонна енергія, і навіть масовий витрата порошку.

Вплив ступеня фокусування на геометричні параметри валиків, що наплавляються, неоднозначно. Зі зменшенням ступеня фокусування при постійній потужності знижується щільність потужності випромінювання, що призводить до зменшення кількості розплавленого порошку та висоти розплавленого валика.

Вібродугове наплавлення.

Принцип її нанесення – чергування періодів короткочасного існування дуги та короткочасних коротких замикань. Цей процес передбачає певний ступінь механізації. Дріт, що подається в зону зварювання, повинен здійснювати часті зворотно-поступальні рухи (до 100 рухів в секунду). Вібродугова наплавка здійснюється під флюсом у газовому середовищі. Наплавлення можна проводити і у водних розчинах. Таким розчином може бути 25% розчин технічного гліцерину у воді чи розчин кальцинованої соди. Рідина дає високу швидкість охолодження, а це зменшує можливість деформації деталі. До недоліків цього способу слід віднести дефекти, що часто виникають, в наплавленому металі у вигляді дрібних газових пор, тріщин, а також нерівномірну його твердість.

Переваги цього процесу - у гарантуванні малої глибини проплавлення основного металу, дуже тонкий шар, що наплавляється, висока якість з'єднання шарів. При роботі полум'яний струмінь оточений потоком захисного газу, що дає захист наплавленому шару.

Плазмово-порошкове наплавленняздійснюють також з подачею порошку хвостову частину ванни. У цьому випадку забезпечується більш надійна подача присадного порошку, а при наплавленні порошків карбіду відсутнє їхнє розкладання, так як вони, потрапляючи у ванну, пройдуть руйнівну дію електричної дуги. Для наплавлення застосовують порошки кулястої форми з розміром частинок, 40-400 мкм, а для подачі порошку в хвостову частину ванни - більші частинки. Плазмова наплавка з струмопровідним присадним дротом забезпечує мінімальне проплавлення основного металу за досить високої продуктивності процесу.

Кожен вид наплавлення має свої основні елементи режиму, що впливають на продуктивність та якість процесу. Для дугового наплавлення основними елементами режиму є сила струму, напруга та швидкість переміщення дуги, виліт і число електродів, крок наплавлення, а також зміщення електрода з зеніту при наплавленні тіл обертання. Наплавлення зазвичай ведуть на постійному струмі, що забезпечує високу стабільність процесу. Струм дуги при наплавленні залежить від швидкості подачі електродного дроту. Зі збільшенням швидкості подачі зростає сила струму, отже, і продуктивність наплавлення. Однак із зростанням струму дуги збільшується глибина проплавлення та частка основного металу в наплавленому.

Наплавлення самозахисними дротиками. Цей спосіб нанесення захисного покриття відкритою дугою в атмосфері знаходить все ширше застосування. Тут застосовуються електроди, сердечник яких містить поряд з порошками легуючих компонентів та інші (газо- та шлакоутворюючі) речовини, мета яких - захистити метал, що розплавляється, від впливу повітря. При цьому зварювальника не повинно турбувати підвищене розбризкування металу та газовиділення.

Якщо процес наплавлення можна механізувати, найкраще робити наплавлення під флюсом. Цей спосіб привабливий своєю економічністю, відсутністю відкритого випромінювання дуги, високою продуктивністю.

У випадку, якщо наплавлення під флюсом неможливе, можна звернутися до наплавлення у захисних газах. Тут захисним середовищем виступить вуглекислий газ чи аргон. При здійсненні наплавлення високолегованих хромонікелевих сталей, сплавів на основі міді застосовується саме аргон.

Наплавлення з газоподібним флюсом: деталь підігрівають полум'ям з флюсом до температури змочування (приблизно 700°С), наплавляють перший шар з зануренням кінця прутка в рідку ванну. Другий та наступні шари наплавляються аналогічним чином. Газофлюсову наплавку можна робити як на сталь, так і на чавун.

Щоб збільшити термін служби деталей, здійснюється наплавлення твердими сплавами. В даному випадку як основа треба застосовувати низьковуглецеві сталі з наплавленням зносостійких сплавів безпосередньо на робочі поверхні.

Особливу увагу треба приділяти процесу наплавлення на марганцеві, високовуглецеві та хромомолібденові сталі (включаючи і сірі чавуни). Справа в тому, що всі перелічені сплави вимагають обов'язкового попереднього підігріву та повільного охолодження після наплавлення. Якщо цього не дотримуватись після виробництва наплавки можуть з'явитися тріщини.

Які ж наплавні матеріали найкраще використовувати? Хорошу репутацію мають трубчасті наплавні стрижні ТЗ, прутки із білого чавуну Б4 або Х4. Широко поширена практика наплавлення литими твердими сплавами, припаювання металокерамічних пластин до сталевих державок.

Флюси при цьому способі наплавлення використовують для захисту наплавленого шару при газополум'яній наплавці твердими литими сплавами. Наприклад, наплавлення сормайту виробляється з флюсом, до складу якого входять: 50% бури, 3% кремнезему, 47% двовуглекислої соди. При наплавленні стелліту застосовується флюс, що складається з 20% прожареної бури, 12% плавикового шпату та 68% борної кислоти. Наплавні матеріали, що застосовуються при газополум'яній наплавці, наведені в таблиці нижче.

Газополум'яна плавкапередбачає застосування ацетилену, потужність полум'я якого має бути 100-120 л/год. на 1 мм товщини металу. Глибина проплавлення має бути більше 0,3-0,5 мм. В цьому випадку не відбудеться перемішування основного металу з наплавленим.

Як регулювати товщину наплавленого шару? Це робиться за рахунок різних кутів нахилу деталі. Якщо кут нахилу деталі буде 7%, то вийде тонкий шар наплавлення. Якщо збільшувати кут нахилу до 15% (ведучи наплавлення знизу вгору), шар буде збільшуватися.

При виконанні наплавних робіт пальник треба тримати під кутом 70 ° (можна 60-80 °) вправо, а присадку - під кутом 30-40 ° вліво. Пруток завжди має бути в зоні полум'я. Не можна допускати торкання ядром полум'я розплавленого металу. Це загрожує появою пористості в металі, що наплавляється. Зріз мундштука пальника повинен бути на відстані 50 мм від валика, що наплавляється. При наплавленні обов'язкове попереднє нагрівання деталі. Якщо деталь загартована, робиться відпал при температурі 800-900°С. Якщо масивна деталь, то температура підігріву складе 600-700°С. Дрібні деталі достатньо підігріти до 300-500°С, щоб не з'явилися мікротріщини. Зазвичай товщина наплавленого шару має бути більше 2-3 мм (якщо деталь піддається ударним навантаженням), товщина шару у разі роботи деталі на стирання - 4-8 мм.

Наплавні матеріали, що застосовуються при газополум'яному наплавленні

Наплавний матеріал	Марка	Характеристика складу	Галузь застосування
Металокера-мічні тверді сплави у вигляді пластин	Переможе	Карбіди вольфраму та титану, пов'язані кобальтом та залізом	Оснащення металорізального інструменту
Литі тверді сплави у вигляді прутків	Стелліт В2К Стелліт ВЗК Сормайт 2 Сормайт С27	Сплав вольфраму та хрому, пов'язаних кобальтом та залізом Сплав карбіду хрому із залізом та нікелем (до 5%)	Наплавлення на деталі, що працюють при високих температурах Для наплавлення на деталі, що працюють при нормальних та декілька підвищених температурах
Твердий сплав у вигляді трубчастого стрижня	Реліт ТЗ	Трубка (06X0,5 мм) із низьковуглецевої сталі, заповнена крупкою карбідів вольфраму (ослитом)	Для наплавлення бурового інструменту в нафтовій промисловості та інших деталей, що працюють в умовах сильного абразивного зносу

Плазмова наплавка є сучасним способом нанесення зносостійких покриттів на робочу поверхню під час виготовлення та відновлення зношених деталей машин. Плазмою називається високотемпературний сильно іонізований газ, що складається з молекул, атомів, іонів, електронів, світлових квантів та ін.

При дуговій іонізації газ пропускають через канал і створюють дуговий розряд, тепловий вплив якого іонізує газ, а електричне поле створює спрямований плазмовий струмінь. Газ може іонізуватися також під впливом електричного поля високої частоти. Газ подається при тиску в 2 ... 3 атмосфери, збуджується електрична дуга силою 400 ... 500 А і напругою 120 ... 160 В Іонізований газ досягає температури 10 ... 18 тис. ° С, а швидкість потоку - до 15000 м / сек. Плазмовий струмінь утворюється в спеціальних пальниках-плазмотронах. Катодом є неплавний вольфрамовий електрод.

Схема плазмового наплавлення відкритим і закритим плазмовим струменем.

Залежно від компонування розрізняють:

1. Відкритий плазмовий струмінь (анодом є деталь або пруток). У цьому випадку відбувається підвищений нагрів деталі. Використовується ця схема для різання металу та нанесення покриттів.
2. Закритий плазмовий струмінь (анодом є сопло або канал пальника). Хоча температура стиснутої дуги на 20 …30% у разі вище, але інтенсивність потоку нижче, т.к. збільшується тепловіддача у довкілля. Схема використовується для загартування, металізації та напилювання порошків.
3. Комбінована схема (анод підключається до деталі та до сопла пальника). У цьому випадку горять дві дуги, Схема використовується при наплавленні порошком.

Плазмову наплавку металу можна реалізувати двома способами:

1. струмінь газу захоплює та подає порошок на поверхню деталі;
2. в плазмовий струмінь вводиться присадковий матеріал у вигляді дроту, прутка, стрічки. Як плазмоутворювальні гази можна використовувати аргон, гелій, азот, кисень, водень і повітря. Найкращі результати наплавлення виходять з аргоном та гелієм.

Достоїнствами плазмового наплавлення є:

1. Висока концентрація теплової потужності та мінімальна ширина зони термічного впливу.
2. Можливість отримання товщини шару, що наплавляється від 0,1 мм до декількох міліметрів.
3. Можливість наплавлення різних зносостійких матеріалів (мідь, латунь, пластмаса) на сталеву деталь.
4. Можливість виконання плазмового загартування поверхні деталі.
5. Відносно високий К. П. Д. Дуги (0.2 … 0.45).
6. Мале (порівняно з іншими видами наплавлення) перемішування матеріалу, що наплавляється з основою, що дозволяє досягти необхідних характеристик покриттів.

Опис установки плазмового наплавлення - .

Поверхня деталі необхідно готувати до наплавлення більш ретельно ніж при звичайному електродуговому або газовому зварюванні, т.к. при цьому з'єднання відбувається без металургійного процесу, тому сторонні включення зменшують міцність шару наплавленого. Для цього проводиться механічна обробка поверхні (проточка, шліфування, піскоструминна обробка..) та знежирення. Потужність електричної дуги підбирають такою, щоб сильно не нагрівалася деталь і щоб основний метал був на межі розплавлення.

Плазмова наплавка широко застосовується для захисту від високотемпературного зношування формокомплектів скляної промисловості, для захисту від корозії та зношування деталей запірної та запірно-регулюючої арматури, для зміцнення поверхні деталей, що працюють при високих навантаженнях.

Широке застосування нині знаходять плазмові методи наплавлення. При плазмовій наплавці (ПН) як джерело нагрівання використовується плазма, яка є речовиною в сильно іонізованому стані. В 1 см 3 плазми міститься 109 - 1010 і більше заряджених частинок. Практично у будь-якому дуговому розряді утворюється плазма. Основним методом отримання плазми для технологічних цілей є пропускання газового струменя через електричну дугу, розташовану у вузькому мідному каналі. При цьому у зв'язку з відсутністю можливості розширення стовпа дуги зростає кількість пружних і непружних зіткнень заряджених частинок, тобто збільшується ступінь іонізації, зростає щільність і напруга дуги, що викликає підвищення температури до 10000 - 15000 про С.

Наявність у плазмових пальників стабілізуючого водоохолоджуваного каналу сопла є основною відмінністю від звичайних пальників, що застосовуються при зварюванні в середовищі захисних газів електродом, що не плавиться.

При зміцненні та відновленні деталей залежно від їх форми, умов роботи застосовують кілька різновидів плазмового наплавлення, що відрізняються типом присадного металу, способом його подачі на зміцнювану поверхню та електричними схемами підключення плазмотрона.

При плазмовій наплавці по відношенню до деталі, що наплавляється застосовують два види стиснутої дуги: прямої і непрямої дії. В обох випадках запалення дуги плазмотрону та здійснення процесу наплавлення виконують комбінованим способом: спочатку між анодом та катодом плазмотрону за допомогою осцилятора збуджують дугу непрямої дії.

Дуга прямої діїутворюється при дотику малоамперної (40 - 60 А) непрямої дуги з струмоведучою деталлю. У зону дуги можуть подаватися матеріали: нейтральний або струмопровідний дріт, два дроти (рис. 8.8), порошок, порошок одночасно з дротом.

Метод непрямої дугиполягає в тому, що між черговою дугою і струмопровідним дротом утворюється пряма дуга, продовження якої є непрямою незалежною дугою по відношенню до електрично нейтральної деталі.

Високу продуктивність (до 30 кг/год) забезпечує плазмова наплавка з подачею у ванну двох електродів, що плавляться 1 (рис.8.8), підключених послідовно до джерела живлення і нагріваються майже до температури плавлення. Захисний газ подається через сопло 2.

Універсальний спосіб плазмового наплавлення – наплавлення з вдуванням порошку в дугу(Рис.8.9). Пальник має три сопла: 3 – для формування плазмового струменя, 4 – для подачі присадного порошку, 5 – для подачі захисного газу. Один джерело струму служить для запалювання дуги осцилятором 2 між електродом і соплом, а інший джерело струму формує плазмову дугу прямої дії, яка оплавляє поверхню виробу і плавить порошок, що подається з бункера потоком 6 газу. Змінюючи струм обох дуг пристроями 1, можна регулювати кількість теплоти, що йде на плавлення основного металу і порошку присади і, отже, частку металу в наплавленому шарі.

Мал. 8.9. Плазмова порошкова наплавка

Збільшення продуктивності процесу плазмового наплавлення багато в чому залежить від ефективності нагрівання порошку в дузі. Температура, яку набувають частинки порошку в дузі, визначається інтенсивністю та тривалістю нагріву, що залежать від параметрів плазми, умови введення порошку в дугу, технічних параметрів процесу наплавлення. Найбільший вплив на нагрівання порошку мають струм дуги, розмір частинок та відстань між плазмотроном та анодом.

Основні переваги методу ПН:висока якість наплавленого металу; мала глибина проплавлення основного металу за високої міцності зчеплення; можливість наплавлення тонких шарів; Висока культура виробництва.

Основні недоліки ПН:щодо невисока продуктивність; необхідність у складному обладнанні.

«Центр захисних покриттів - Урал» (ЦЗПУ) застосовує технологію наплавлення плазмово-порошкова наплавка, яка дозволяє значно підвищити і стабілізувати якість деталей, що наплавляються, скоротити витрату наплавочних матеріалів і витрати на механічну обробку наплавлених деталей. Шлюб при плазмовому наплавленні вбирається у 1%, яке поява безпосередньо пов'язані з порушеннями технологічного процесу. Плазмово-порошкова наплавказдійснюється при наплавленні деталей горлових кілець та клапанів, чистових склоформ та сідел запірної арматури порошковими матеріалами. Після плазмово-порошкового наплавлення деталі здатні витримувати вплив агресивних хімічних середовищ і підвищених температур, і при цьому зберігати свої високі характеристики міцності. Плазмова наплавка дуже ефективна при відновленні зношених шиберів та сідел. Тривалу та надійну роботу наплавлених деталей запірної арматури забезпечують особлива конструкція фонтанної арматури та застосування для наплавлення сідел та шиберів сплавів на нікелевій основі з високими твердістю та корозійною стійкістю. Процес плазмового наплавлення забезпечує хорошу керованість, дозволяє отримувати високоякісні корозієстійкі та зносостійкі покриття в широкому діапазоні матеріалів та деталей обладнання. Плазмова наплавка знайшла застосування при відновленні відповідальних деталей наприклад - клапани зі зносом фаски і стрижня, кулачкові, колінчасті і розподільні вали, осі, штоки, плунжери гідросистем, хрестовини карданних шарнірів, вали турбокомпресорів, напрямні обладнання, щоки і сідла. змішувачів, деталі нафтоперекачувального обладнання та ін. Основна сфера застосування плазмово-порошкового наплавлення це нанесення тонкошарових покриттів на навантажені деталі з малим зносом.

Плазмова наплавка порошковий сучасний метод нанесення на поверхню зношених виробів спеціальних порошкових покриттів з високим показником зносостійкості. Висока концентрація теплової потужності та мінімальна ширина зони термічного впливу – основна перевага плазмового наплавлення. Вона виконується для відновлення деталей машин та механізмів, а також при зміцненні механічних виробів, які піддаються постійним високим навантаженням. Плазмова порошкова наплавка дає можливість отримання товщини шару, що наплавляється від 0,1 мм до декількох міліметрів. Плазмова порошкова наплавка забезпечує високу працездатність деталей за рахунок відмінної якості наплавленого металу, його однорідності, а також сприятливої ​​структури, яка визначається специфічними умовами кристалізації металу.

Переваги плазмового наплавлення в порівнянні з іншими видами нанесення зносостійких покриттів зводяться до наступного. Гладка та рівна поверхня отриманих покриттів дозволяє залишати припуск на обробку 0,4…0,9 мм. Мале вкладення тепла в оброблювану деталь забезпечує малі деформації та термічні на структуру основи. Невелика зона термічного впливу 3…6 мм та мала глибина проплавленого шару 0,3…3,5 мм зумовлюють частку основного металу у покритті менш як 5 %. При відновленні забезпечується висока зносостійкість наплавлених поверхонь. Спостерігається зниження втомної міцності деталей на 10 ... 15%, що набагато менше, ніж при використанні деяких інших видів наплавлення.