7.4 Восстановление изношенных деталей газотермическим напылением

За последние годы практика ремонтного производства обогатилась новыми методами восстановления изношенных деталей, которые позволяют восстанавливать и упрочнять широкую номенклатуру изношенных деталей.

Процесс газотермического напыления порошков (рис. 43) заключается в том, что материал пластифицируется в источнике тепла (ацетилено-кислородном пламени), распыляется высокоскоростным потоком сжатого воздуха и наносится на наплавляемую поверхность.

Для повышения прочности сцепления наносимого слоя с основным металлом применяют подслой (слой сцепления) из порошков смеси «никель — алюминий».

В качестве источника тепла используют газовое пламя, образующееся при сгорании ацетилена в кислороде. Рабочим местом может служить обычный сварочный пост для ацетилено-кислородной сварки. Горелки с баллонами соединяют при помощи рукавов с внутренним диаметром 8 мм. При восстановлении деталей типа тел вращения могут быть использованы токарно-винторезные станки, обеспечивающие частоту вращения детали 15…60 мин-1.

Рис. 43. Схема газотермического напыления порошка  1 — горелка; 2 — деталь; 3 — слой напыления металла; 4 — канал для кислорода и ацетилена; 5 — канал для газа, транспортирующего порошок на» пыления; 6 — канал,для подачи напыляемого порошка

Важное преимущество газотермического напыления металлических порошков перед металлизацией — возможность получения наплавленных слоев металла с заранее заданными свойствами (твердостью, износостойкостью), что может быть достигнуто применением, смеси порошков (композиций) с различными химическими свойствами. Кроме того, данный метод позволяет, использовать композиционные порошки, обеспечивающие протекание экзотермической реакции, что обеспечивает увеличение прочности сцепления основного слоя с подслоем (слоем сцепления).

Для газотермического напыления наиболее широкое применение получили установки, выпускаемые Барнаульским аппаратно-механическим заводом: УПН-5-61; УПН-8-68; МГЕ-4А; МГН-4П.

Для газотермического напыления и плазменной наплавки отечественная промышленность выпускает: порошки типа «никель — алюминий» для напыления подслоя (слоя сцепления) — ПН-85Ю15; ПН-70Ю30; самофлюсующиеся порошки типа «никель — хром — бор, кремний» для напыления основного слоя — П-Х80СР2; ПГ-ХН80СР2; П-Х80СРЗ; ПГ-ХН80СРЗ; П-Х80СР4; ПГ-ХН80СР4; СНГН.

7.5 Восстановление изношенных деталей плазменной наплавкой

Прогрессивным методом восстановления изношенных деталей является плазменная наплавка с применением присадочного материала в виде проволоки, лент и порошков. Наиболее распространена плазменная наплавка с вдуванием порошка в дугу. Режимы плазменной наплавки приведены в табл. 47.

Для осуществления плазменной наплавки металла требуется несложное оборудование и небольшая производственная площадка. Плазма представляет собой высокотемпературный газ. Ионизация газа вызывается действиями высокой температуры электрической дуги или электрического поля высокой частоты. В ремонтной практике ионизация газа осуществляется при помощи электрической дуги.

В качестве плазмообразующих газов применяют азот, аргон, водород, гелий, кислород и воздух. Устройство, в котором получают плазму, называется плазмотроном.

Плазмообразующий газ пропускают через узкий канал, в котором между двумя электродами создается дуговой разряд. Газ сжимает дугу, что приводит к повышению его температуры до 16000…30000° С.

Рис. 44. Установка для плазменной наплавки с вдуванием порошка в дугу 1 — дроссель; 2 — осциллятор; 3 — плазмообразующий газ; 4 — вольфрамовый электрод; 5 — внутреннее сопло горелки; 6 — питатель для подачи порошков; 7 — наружное сопло; 8 — защитный газ; 9 — горелка; 10— несущий газ; 11 — наплавляемая деталь; 12 — источник питания (ПС-500); 13 — источник питания (ПС-300); 14 — балластный реостат; 15 — конденсатор

Выделение большого количества тепла в малом пространстве приводит к ионизации плазмообразующего газа. Плазма имеет повышенную электропроводность, что позволяет управлять ею при помощи магнитных электрических полей.

Скорость движения частиц в струе плазмы весьма высока. При давлении газа 0,2…0,3 МПа и силе тока 400…500 А скорость частиц в плазменной струе может превышать 15 000 м/с. i

Установка для плазменной наплавки деталей (рис. 44) состоит из источника питания током, реостатов, дросселя, осциллятора, плазмотрона, пульта управления и контроля, системы циркуляции воды, приспособления для автоматической подачи порошка или проволоки и приспособления для перемещения наплавляемой детали или плазмотрона.

Барнаульский аппаратно-механический завод изготовляет и поставляет в комплекте с запасными анодами и катодами (100 шт.) установки УМП-6, УМП-7 и УМП-8.

Для наплавки подслоя (слоя сцепления) никель — алюминий применяют порошки ПН-85Ю15, ПН-70Ю30; для наплавки основного слоя — порошки самофлюсующиеся никель — хром — бор — кремний: Н-ХН80СР2, ПГ-ХН80СР2, П-ХН80СРЗ, ПГ-ХН80СРЗ, П-ХП80СР4; ПГХН80СР4, СНГН.

Качество слоя металла, нанесенного плазменной наплавкой, зависит от качества подготовки поверхности под наплавку, силы сварочного тока, напряжения холостого и рабочего хода, скорости наплавки, расстояния от горелки до наплавляемой поверхности, расхода плазмообразующего и защитного газа и расхода воды для охлаждения плазмотрона.

Подготовка поверхности под наплавку заключается в очистке от грязи, масла. При неравномерном износе поверхности деталей цилиндрической формы их протачивают или шлифуют, а затем обезжиривают ацетоном. С целью получения лучшей связи рекомендуется наплавляемую поверхность подогреть до 60…100 °С.

Сварочный ток — основной параметр режима плазменной наплавки. С увеличением силы тока резко возрастает коэффициент наплавки, но одновременно возрастают перегрев присадочного материала и нагрев наплавляемой поверхности. Чрезмерное увеличение силы тока может цривести к значительному проплавлению основного металла и ухудшению качества наплавляемого слоя.

Процесс наплавки с использованием порошка протекает устойчиво — при рабочем напряжении 40…50 В. Напряжение холостого хода 100 В.

Скорость наплавки влияет на формирование наплавляемого слоя, качество и прочность сцепления. Скорость наплавки выбирают исходя из необходимых размеров наплавляемого слоя. Расстояние от сопла горелки до наплавляемой поверхности имеет немаловажное значение: увеличение расстояния приводит к уменьшению нагрева металла, уменьшение — к перегреву основного металла. Оптимальное расстояние — 100…180 м