2.8 Плазмове наплавлення
Плазмова дуга – це іонізована електрична дуга, стиснута газом у спеціальному пристрої, що називається плазмотроном (плазмовий пальник). Плазмова дуга є універсальним джерелом тепла, яке застосовується для зварювання, наплавлення, напилення, різання, термообробки та інші.
1– присаджувальний дріт; 2 – наконечник для присаджувального дроту; 3 – вольфрамовий електрод;
4 – плазмотрон; 5 – сопло
Рисунок 2.11 – Схема плазмового наплавлення
Дуговий розряд збуджується між вольфрамовим катодом і мідним анодом, який виготовлений у виді трубки, що охолоджується водою. У трубку електрода подають газ (аргон або азот), який, проходячи через електричну дугу, іонізується і виходить з сопла у виді яскравого плазмового струменя. Дуговий розряд стискається газом, що призводить до сильного розігрівання частини газу і підвищення температури плазмового струменя від 15 до 18 тис градусів і вище. Є різні схеми наплавлення, які відрізняються між собою тим, що дуговий розряд збуджується між електродом і деталлю. Для наплавлення використовують схеми, при яких горять дві дуги між електродами та електродом і деталлю.
Схема, на якій деталь не включена в електричне коло використовується для плазмового напилення.
Наближений режим наплавлення:
Напруга основної дуги - від 45 до 85 В;
Струм основної дуги - від 115 до 300 А;
(основна дуга – дуга між електродом і деталлю, або електродом, що плавиться)
Напруга допоміжної дуги – від 15 до 25 В;
Струм допоміжної дуги – від 45 до 80 А.
Витрата плазмового газу – від 90 до 800 л/год.
Відстань від пальника до деталі – від 10 до 12 mm.
Товщина наплавленого шару– від 0.25 до 6 мм за один прохід.
Товщина напилення – від 0.1 до 0.2 мм за один прохід
Процес наплавлення деталей плазмовою дугою забезпечує високу якість покриття, добре зчеплення наплавленого шару з основним металом, високу стійкість зношуванню. До недоліків процесу належать складність та висока вартість обладнання (потреба у газі, воді, значний термічний вплив на деталь).
3 Відновлення деталей методами напилення
3.1 Технологічні особливості методу напилення, його різновидності
Процес металізації полягає у нанесенні розплавленого металу, струменем повітря або газу, на спеціально підготовлену поверхню деталі. Частинки розплавленого металу, вдаряючись до поверхні деталі, заповнюють попередньо створені на поверхні нерівності, в результаті чого проходить їх механічне закріплення, а також виникає молекулярне схоплення між напиленим і основним металами. Розрізняють електродугову, газову, високочастотну, плазмову металізацію. Як матеріал для напилення використовують дріт, стрічку, порошок.
До електродного дроту підводять електричний струм, електродний дріт механізмом подачі подається з швидкістю від 2.5 до 3.5 м/хв. При виході з наконечників дроти перетинаються утворюючи електричну дугу, яка розплавляє дріт. Через сопло подається струмінь стисненого повітря під тиском від 0,4 до 0,7 МПа, який розпилює розплавлений метал на дрібні частинки і він з швидкістю від 75 до 200 м/с подається на відновлювану деталь створюючи на її поверхні напилений шар. Відстань від сопла до відновлюваної поверхні рівна від 75 до 150 mm.
В комплект обладнання електричної металізаційної установки входить:
– електричний металізатор;
– джерело живлення;
– ресивер;
– компресор.
Режим електродугової металізації:
– тиск повітря - 0,4...0,6 МПа;
– витрата повітря - 0.8...0.9 м3/хв;
– напруга дуги - 30...35 В;
– сила струму - 300 А;
– діаметр електродного дроту - 1.5...2.5 мм;
– продуктивність процесу - 2.5 кг/год.
Перевагою є висока продуктивність процесу.
До недоліків відноситься окислення напиленого металу, низькі механічні властивості, мала сила зчеплення з основним металом.
При газовій металізації електродний дріт розплавляють ацетилен–кисневим полум'ям, а розпилення проводять стисненим повітрям.
Отримане при газовій металізації покриття більш високої якості. Вигорання легуючих елементів і наявність окислів у напиленому шарі значно менше у порівнянні з електродуговою металізацією. Недоліком є більш висока вартість покриття. Газова металізація широко використовується для напилення тугоплавких металів та сплавів, наприклад титану.
Одним з прогресивних методів є плазмова дугова металізація.
Між вольфрамовим електродом і мідним охолоджуючим соплом створюється дуговий розряд, який проходить по вузькому, охолоджуваному водою каналі. У канал пальника подається інертний газ, який під дією електричної дуги іонізується і виходить із сопла у виді плазмового струменя. У зону плазмового струменя безперервно подається матеріал, що напиляється. Розплавлені плазмою частинки матеріалу, що напиляється, потрапивши у плазмовий струмінь, з великою швидкістю (9000 м/с) напиляються на поверхню деталі. У залежності від схеми включення розрізняють відкриту, закриту та комбіновану дугу.
Плазмову металізацію використовують для напилення тугоплавких металів і їх сполук. Наприклад вольфраму, оксиду алюмінію, карбідів, боридів, кольорових металів. Оскільки нейтральний плазмоутворючий газ запобігає окисленню напилених матеріалів, досягається досить міцне зчеплення напиленого шару з основним матеріалом відновленої деталі.
Як недолік – висока зернистість напиленого шару. При нерівномірному спрацюванні деталі перед нанесенням металізаційного покриття потрібно провести механічну обробку, оскільки покриття копіює профіль відновлюваної поверхні. Якщо не проводити механічної обробки перед металізацією, то після завершення обробки ми не отримаємо рівномірний напилений шар на поверхні деталі.
Для забезпечення високої міцності зчеплення покриття з основним металом, потрібно надати відновлюваній деталі перед металізацією відповідної шорсткості. Найбільш розповсюдженими способами створення шорсткості є нарізання рваної різьби, кругових канавок, дробоструминна обробка та інші. При необхідності з метою запобігання утворенню тріщин та збільшення сили зчеплення проводять підігрівання відновлюваної поверхні до температури від 270 до 370 °С. Після металізації при необхідності проводять механічну та термічну обробки.
Металізацію використовують для відновлення зношених плоских, циліндричних зовнішніх та внутрішніх поверхонь, отримання антифрикційних та корозійно–стійких покрить.