3.5 Эксплуатация установки плазменного напыления

Технологический процесс восстановления деталей плазмен­ным напылением включает следующие операции: подготовка порошка, поверхности детали, напыление и механическая обра­ботка напыленных покрытий.

Подготовка порошка заключается в сушке на противнях при температуре 150-200°С. Для подбора порошков с опреде­ленной дисперсностью гранул их следует просеивать через сито с размерами ячеек, соответствующих размерам требуемых гранул.

Подготовке поверхности детали к напылению придается первостепенное значение, поскольку от ее качества в значи­тельной мере зависит прочность сцепления частиц порошка с поверхностью детали.

Детали, подлежащие напылению, очищают от грязи и масла, а затем сушат. После очистки, в случае необходимости удаления следов износа и придания детали правильной геометрической формы, их под­вергают механической обработке. Основной подготовительной операцией является образование на поверхности необходимой шероховатости, которая оказывает существенное влияние не только на прочность сцепления напыляемого слоя с подлож­кой, но и на усталостную прочность восстанавливаемой детали.

Наиболее рациональный метод создания шероховатости, в меньшей мере снижающий сопротивление усталости детали – струйно-абразивная обработка металлической чугунной крошкой с размером частиц 1,5-2 мм при давлении воздуха 0,5-0,6 МПа. Другие методы получения на поверхности шероховатости (на­резание рваной резьбы, электроискровая или электромеханическая обработка, анодно-механическое шлифование) снижают сопротивление усталостной прочности детали. Восстанавливаемую поверх­ность перед обработкой следует обезжирить. Участки, приле­гающие к поверхности, подлежащей напылению, защищают специальным экраном.

Напылять покрытия следует сразу после струйно-абразивной обработки, так как уже через 2 часа ее активность уменьшается из-за увеличения на обработанной поверхности оксидной пленки [6].

Обработка осуществляется в специальных устройствах, называемых плазмотронами или плазменными головками. Схема плазменного напыления представлена на рисунке 3.4.

Установка состоит из плазмотрона и устройства для подачи напыляемого порошка. Для получения плазменной струи между вольфрамовым стержнем-катодом 3 и медным анодом (сопло) 7, охлаждаемых потоком воды 2, возбуждают электрическую дугу 6. Катод изолирован от анода прокладкой 5.

Плазмообразующий газ, введенный в зону горения дуги по каналу 1, ионизируется и выходит из сопла 7 в виде струи небольшого сечения. В качестве напыляемого материала применяют гранулированный порошок 4. Подача порошка в плазменную струю 9 осуществляется по каналу 8 транспортирующим газом (азотом). Расход порошка регулируется в пределах от 3 до 12 кг/ч. Частицы по­рошка нагреваются в плазменной струе 9 до оплавления или рас­плавления и направляются с определенной скоростью на по­верхность детали 10, ударяясь о которую деформируются, растека­ются, кристаллизуются, образуя покрытия. Плазменное напыление позволяет наносить покрытия толщиной 0,2…3,0 мм.

1, 8 – канал; 2 – вода; 3 – катод; 4 – порошок гранулированный;

5 – прокладка; 6 – дуга электрическая; 7 – анод (сопло);

9 – струя плазменная; 10 - деталь

Рисунок 3.4 - Схема плазменного напыления

В зависимости от свойств напыленных металлических частиц, нагрева основы, а также способа и режима напыления частицы могут достигать подложки в жидком, пластичном или твердом состоянии, т.е. прочность сцепления определяется состоянием частицы и напыляемой поверхности в каждый конкретный момент. Существенное влияние на формирование и прочность сцепления покрытий оказывает температура поверхности обрабатываемой детали. Таким образом, кроме подготовки поверхности, на качество формирования покрытия и производительность процесса напыления большое влияние оказывают химический состав и свойства порошка, его грануляция, расход, условия доставки к подложке, состав газовой среды, количество теплоты, сообщаемой частицам порошка и детали.

Плазменное напыление по сравнению с другими способами восстановления изношенных поверхностей деталей имеет ряд преимуществ:

- универсальность;

- высокая производительность;

- возможность нанесения покрытий из любых материалов (металлы, сплавы, оксиды, карбиды, нитриды, бориды, пласт­массы и их различные композиции);

- возможность нанесения покрытий на разнообразный материал основы (металлы, керамика, графит, пластмассы и др.);

- относительно небольшое окисление напыляемого материала и поверхности детали;

- отсутствие деформации детали.

Плазменные горелки позволяют в широких пределах регулировать энергетические характеристики плазмы, что облегчает получение покрытий со свойствами, обусловленными требованиями технологии.

Рассмотрев ряд существующих методов восстановления изношенных поверхностей деталей, выявив их достоинства и существенные недостатки, можно сделать вывод, что, при ремонте коленчатых валов эффективным методом является плазменное напыление. Покрытия, полученные плазменным напылением, по физико-механическим свойствам превосходят покрытия, полученные другими способами. В данном дипломном проекте разработана технология восстановления изношенных поверхностей коленчатых валов плазменным напылением.

При работе с установкой плазменного напыления необходимо строго придерживаться правил техники безопасности, так как, выполняя плазменное напыление, имеется большое количество представляющих опасность факторов: высокое напряжение, температура, ультрафиолетовое излучение и расплавленный металл. Приступая к роботе, обязательно надевайте средства индивидуальной защиты.

Перед началом работы осмотрите сварочную маску, сопло и катод, не начинайте работу, если сопло или катод не закреплены.

Не стучите плазмотроном, стараясь удалить брызги металла, так как можете его повредить. Для экономии материалов (сопел и катодов) необходимо избегать частого зажигания и обрыва плазменной дуги.

Правильно эксплуатируя и обслуживая оборудование, вы сможете выполнять напыление с высокой скоростью, качественно и чисто.

Во время выполнения плазменного напыления специалистами может допускаться ряд характерных ошибок, которые влияют на качество напыления и повышают стоимость работ. Первая ошибка – слишком поздно или наоборот слишком рано осуществляется замена комплектующих плазматрона: сопел, электродов и пр.

Использование изношенных комплектующих снижает качество напыления и сокращает срок службы плазмотрона. Частая замена катодов и сопел приводит к росту стоимости напыления.

Вторая ошибка – использование неправильных режимов напыления, которые также сокращают срок службы комплектующих плазматрона. Способствует раннему сбою в работе плазматрона небрежное к нему отношение. На плазматрон следует надевать защитный чехол, чистить от пыли и грязи, вовремя менять сопла и катоды, а также прочие комплектующие.

Третья часто встречаемая ошибка при работе с плазмотроном – отсутствие контроля расхода воздуха. Несоответствие нормам влажности, давления и замасленности воздуха приводит к электрическому пробою в плазматроне, а также к увеличению диаметра дуги, что приводит к быстрому износу сопел, катодов и прочих комплектующих и ухудшает качество напыления.

Механическое повреждение плазмотрона – довольно частая ошибка, допускаемая оператором. Возможно повреждение сопла, катода, головки плазмотрона. Во избежание случайных контактов сопла плазмотрона с деталью следует проявить особую осторожность.