Наплавка

Технологический процесс нанесения покрытий при расплавлении как присадочного материала (прутков, проволок, трубок, стержней, лент, порошков), так и поверхностного слоя наплавляемой металлической поверхности. В зависимости от вида источника нагрева наплавка может производиться при помощи теплоты газового пламени (газопламенная), электрической дуги (электродуговая в среде защитного газа, под флюсом и др.), расплавленного шлака (электрошлаковая), концентрированных источников энергии - сжатой дуги (плазменная), лазерного луча (лазерная) и др. методами.

Назначение

газопламенная

Изготовление деталей с износо- и коррозионностойкими свойствами поверхности, а также восстановление размеров изношенных и бракованных деталей, работающих в условиях высоких динамических, циклических нагрузок или подверженных интенсивному изнашиванию.

Выбор способа

Выбор и использование конкретного способа наплавки определяется условиями производства, количеством, формой и размерами наплавляемых деталей, допустимым перемешиванием наплавленного и основного металла, технико-экономическими показателями, а также величиной износа. Выбор типа материала покрытия производится в соответствии с условиями эксплуатации деталей. В качестве присадочного материала при наплавке деталей во многих случаях наиболее эффективно использование порошков, которые технологичны в изготовлении и обеспечивают получение химического и фазового состава покрытия в широких пределах.

Достоинства

плазменная

Недостатки

Плазменная наплавка

Плазменными называются производственные технологии, использующие воздействие плазмы (четвертого агрегатного состояния вещества) на различные материалы с целью изготовления, обслуживания, ремонта и/или эксплуатации изделий. При плазменной наплавке нагрев детали и присадочного материала осуществляется электродуговой плазмой, которая генерируется дугой прямого действия сжатой плазмообразующим соплом и плазмообразующим газом или дугой косвенного действия, горящей между электродом и плазмообразующим соплом (между электродом и присадочной проволокой) или двумя дугами одновременно.

Плазменно-порошковая наплавка

При плазменно-порошковой наплавке применяется как процесс, использующий одну дугу прямого действия, так и двухдуговой РТА процесс (plasma transferred arc), где действует одновременно дуга прямого действия, горящая между электродом и изделием, и дуга косвенного действия, горящая между электродом и плазмообразующим соплом (рис. 1). В связи с тем, что традиционно процесс нанесения покрытий с использованием косвенной дуги называется плазменным напылением, а с применением дуги прямого действия - плазменной наплавкой, PTA процесс получил название плазменная наплавка-напыление.

Дуга прямого действия
Рис. 1. Схемы плазмотронов для сварки (а), наплавки (а, б), напыления (в, г), финишного плазменного упрочнения (г), закалки (а – без ПП), где ПГ – плазмообразующий газ, ЗГ – защитный газ, ТГ – транспортирующий газ, ДГ – фокусирующий газ, ПП – присадочная проволока; П – порошок или реагенты для упрочнения

Процесс плазменной наплавки-напыления можно охарактеризовать как метод нанесения порошковых покрытий толщиной 0,5-4,0 мм с регулируемым вводом тепла в порошок и изделие плазмотроном с двумя горящими дугами прямого и косвенного действия. Косвенная (пилотная, дежурная) дуга используется для расплавления присадочного порошка, а основная дуга - для оплавления поверхностного слоя детали и поддержания необходимой температуры порошка на детали. Раздельное регулирование параметров основной и косвенной дуги обеспечивает эффективное расплавление порошка при минимальном нагреве поверхности детали.

Основные преимущества плазменной наплавки-напыления:

электродуговая

В табл. 1 представлены отличительные характеристики плазменной наплавки-напыления от ближайших аналогов. Так покрытия, наносимые плазменной наплавкой с использованием дуги прямого действия, обеспечивают чрезмерное оплавление основного металла и его перемешивание с присадочным материалом, а покрытия, наносимые плазменным напылением, не являются беспористыми и ограничены толщиной порядка 1 мм (за пределами которой возможно растрескивание вследствие высоких внутренних напряжений).

Таблица 1. Основные свойства покрытий, наносимых плазменными методами

Характеристика Плазменное напыление Плазменная наплавка (однодуговая) Плазменная наплавка-напыление (двухдуговой PTA- процесс)
Толщина покрытия, мм ≤ 1,0 слоями 2,0-4,0 слоями 0,5-4,0
Пористость покрытия, % ≤ 10 отсутствует отсутствует
Прочность сцепления покрытия, МПа ≤ 100 полное сплавление полное сплавление
Взаимный переход элементов в покрытие и основной металл, % отсутствует ≤ 10 ≤ 5
Температура детали в процессе нанесения покрытия, °С ≤ 150 ≤ 700 ≤ 700
Положение поверхности при нанесении покрытия любое нижнее Любое
 

Вид плазмотронов для процесса плазменной наплавки-напыления представлен на рис. 2.

Рис. 2. Плазмотроны для плазменной наплавки-напыления
 

Сравнительные характеристики всех производственных плазменных технологий приведены в табл. 2 (положительные стороны процессов выделены серой заливкой ячеек, а наибольшие преимущества отмечены жирным шрифтом), а на рис. 3 представлены варианты их использования.

Таблица 2. Характеристики плазменных технологий

Характеристика Сварка Наплавка Напыление ФПУ Закалка
Схема обработки
Толщина обрабатываемых деталей, мм 0,5 - 10 более 2 любая любая более 3
Толщина покрытия (или глубина закалки без оплавления), мм - большая (1-4) средняя (0,1-1,0) малая (0,0005-0,003) средняя (0,3-1,5)
Прочность соединения покрытия с основой - высокая понижен-ная высокая
Интегральная температура основы, оС высокая (200-1000) высокая (200-1000) низкая (100-200) низкая (100-200) низкая (200-300)
Термическая деформация изделия пониженная есть нет нет есть
Структурные изменения основы есть значительные нет минимальные есть
Предварительная подготовка поверхности основы очистка от окалины и органики очистка от окалины и органики абразивно-струйная обработка очистка от органики (обезжиривание) очистка от окалины и органики
Пористость покрытия - нет есть минимальная
Сохранение класса шероховатости поверхности нет нет да да
Поверхность может иметь повышенную твердость да да да да
Покрытие может быть износостойким да да да да
Покрытие может быть жаростойким (до 1000оС) да да да
Покрытие может быть диэлектрическим нет да да
Расходы на материал покрытия (присадки) пониженные высокие средние низкие нет
Возможность сохранения высокой твердости основы нет ограниченная да да да (вне ЗТВ)
Возможность обработки острых кромок да (с доп. механи-ческой обработ-кой) как правило – нет да да (ограни-ченно)
Возможность эксплуатации покрытий при ударных нагрузках да нет да да
Необходимость дополнительной механической обработки покрытий как правило - да как правило - да нет
Экологическая чистота технологии высокая средняя низкая высокая высокая
Затраты на оборудование производственного участка средние средние высокие низкие низкие
Отходы технологии низкие средние значительные нет нет
Возможность проведения техпроцесса вручную и автоматически в основном - автоматически да да да только автоматически
Возможность интеграции технологии без изменения других техпроцессов нет нет нет да да
 

Плазменная наплавка наиболее часто используется для нанесения покрытий на клапана автомобильных и судовых двигателей, различные экструдеры и шнеки, детали арматуры и другие детали. Экономическая эффективность плазменной наплавки определяется повышением долговечности наплавленных деталей при снижении расхода используемых порошковых материалов, затрат на их обработку, экономии газа.

Рис. 3. Процесс плазменной наплавки

Ссылка на книги и статьи

 
«Плазмацентр» предлагает  

Свяжитесь с нами по телефонам: +7 (812) 679-46-74, +7 (921) 973-46-74, или напишите нам на почту: office@plasmacentre.ru

 

Наши менеджеры подробно расскажут об имеющихся у нас технологиях нанесения покрытий, упрочнения, восстановления, придания свойств поверхности, а также о стоимости услуг компании.