ВЕСЬ ДИПЛОМ (1208325), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Осаждение в газовой фазе – термическое разложение; реакции замещения; восстановление водородом.

Жидкофазное осаждение – электролитическое покрытие; водородное восстановление; химическое осаждение. Твердофазное осаждение – измельчение.

Для плазменного напыления широко применяется метод химического осаждения, разработанный компанией “Sherrit Gordon Co“ [3].

Металлические порошки и другие активные соединения во время напыления на воздухе окисляются. Даже если плазмообразующими газами являются аргон и водород, окружающий воздух вследствие турбулентности смешивается с поступающим газом, что приводит к окислению металлических порошков. Одним из применяемых в промышленности методов местной защиты от окисления является использование насадок для подачи аргона. Насадка представляет собой охлаждаемую водой приставку к плазменной головке, через которую подается газообразный аргон. Это требует изменения конструкции горелки. Существуют проблемы создания стабильного газового потока внутри насадки [3].

На прочность связи покрытия влияет также присутствие мелких частиц и испаряющихся примесей, которые могут появляться при обычных условиях напыления. Применение порошкового материала более высокой чистоты не экономично. Некоторые из этих проблем ограничили возможность применения метода локального экранирования. Следующим логическим этапом является напыление в камерах, заполненных аргоном. Такая попытка была сделана и привела к снижению количества оксидов в покрытии. Дальнейшие разработки в этой области способствовали созданию камеры низкого давления (7–13 кПа). Этот процесс был первоначально разработан для нанесения композиций на лопатки газовых турбин и клапанов как альтернатива процессу электронно-лучевого напыления. Недавно возник большой интерес к расширению возможностей этого процесса для промышленного применения. Например, разрабатываются плазменные покрытия титана и тантала при низком давлении для защиты от коррозии на химических предприятиях и износостойкие покрытия для трения скольжения.

Преимущества напыления при низком давлении заключаются в достижении высокой скорости плазмы и струи длинной 40–50 см по сравнению с 4–5 см на воздухе. Таким образом, перепад температуры по длине струи происходит более плавно, и дистанция напыления не превышает критических значений. Окисление порошков не происходит. Можно очищать и быстро нагревать подложку с помощью обратной дуги мощностью 8–10 кВт, которая может также использоваться в качестве дополнительного источника энергии для плавления тугоплавких порошков типа тантала [3].

1.4 Техника и технология плазменной наплавки

1.4.1 Подготовка материалов под наплавку

Присадочная поволока должна быть абсолютно чистой. На проволоке не допускаются следы масла, ржавчины, смазки и других загрязнений. Поэтому проволока должна быть зачищена до металлического блеска механическим путем и обезжирена либо зачищена химическим путем (травлением в соответствующих травителях – в зависимости от марки, применяемой проволок).

Намотка сварочной проволоки на кассеты должна осуществляться только на специальных станках для намотки проволоки. В этом случае можно обеспечить получение проволоки без изгибов, что, в свою очередь, обеспечит равномерную подачу электродной проволоки к дуге в процессе наплавки [6].

Поверхность изделия перед наплавкой должна быть тщательно очищена от слоя окислов, масла, ржавчины и других загрязнений. Лучше всего такая поверхность обеспечивается при дробеструйной и пескоструйной очистке. Можно применять механическую очистку поверхности, но в этом случае перед наплавкой поверхность должна быть обезжирена. Для этой цели могут применяться ацетон, уайт-спирит или авиационный бензин марки Б [6].

Такие требования к чистоте поверхности присадочной проволоки и изделия диктуются не только соображениями получения качественного металла наплавки (отсутствие пор, окисных включений), но и необходимостью обеспечить смачивание поверхности изделия жидким наплавленным металлом. Известно, что поверхностное натяжение окислов значительно меньше, чем соответствующих металлов. Поэтому металлы, покрытые слоем окислов, смачиваются, как правило, очень плохо. Вот почему для обеспечения необходимых условий смачивания поверхности изделия жидким наплавленным металлом изделие должно быть тщательно очищено от пленки окислов, всегда имеющихся на его поверхности. Такая очистка поверхности изделия уменьшит переход элементов основного металла в металл наплавки, так как смачивание осуществляется в процессе растворения слоя окислов. И наконец, удаление с поверхности слоя окислов увеличивает растекание жидкого присадочного металла по поверхности изделия, то есть приводит к увеличению скорости наплавки.

1.4.2 Техника плазменной наплавки

Техника выполнения наплавки плазменной струей с токоведущей присадочной проволокой, как и любого автоматического процесса наплавки, относительно проста, но требует от сварщика внимательного и последовательного выполнения всех необходимых операций [7].

Перед началом наплавки необходимо тщательно проверить состояние поверхности и при необходимости произвести дополнительную зачистку загрязненных мест. Затем производится установка автомата: устанавливается угол наклона плазменной головки к изделию, расстояние от торца сопла канала до электродной проволоки 3–20 (обычно – 5–8мм,), расстояние от торца электродной проволоки до изделия 0–15мм (обычно 2–3мм). В случае наплавки с поперечными колебаниями плазменной головки относительно оси перемещения источника теплоты автомата (или головка автомата) устанавливается таким образом, чтобы центр шва находился посередине между крайними положениями головки. На колебательном механизме устанавливаются необходимые амплитуда и частота колебаний [7].

Процесс работы на автомате для плазменной наплавки сводится к следующему: Вначале включается подача воды для охлаждения плазменной головки. Расход охлаждающей воды составляет примерно 1–3л/мин. И определяется по свободному вытеканию струи из сливного шланга. Без включения подачи воды ни в коем случае нельзя возбуждать дугу, так как при этом плазменная головка может сразу же выйти из строя. Зятем включается подача плазмообразующего и защитного газа. Для определения расхода плазмообразующего газа (он составляет 0,5–12л/м) желательно пользоваться ротаметрами РС-3. Расход защитного газа (он составляет 5–20л/ч) лучше определять по ротаметру типа РС-5. После установления по ротаметрам необходимого расхода газа включается источник питания (сварочный генератор). Предварительно при помощи балластных реостатов, установленных в цепь вспомогательной и основной дуг, устанавливаются необходимые величины тока. Затем возбуждается дуга неплавящийся электрод – сопло - канал. Возбуждение дуги желательно осуществить при помощи осциллятора. Для этой цели можно также пользоваться специальной зажигалкой, состоящей из графитового стержня, укрепленного на ручке-изоляторе.

С выходом плазменной струи из сопла-канала головка некоторое время работает на холостом ходу до устойчивого горения дуги. Устойчивость горения дуги неплавящийся электрод – сопло - канал очень сильно зависит от того, правильно или нет, подготовлен и установлен неплавящийся электрод. Неплавящийся электрод должен быть заточен на конус. Заточенный конец электрода должен находится на уровне входа в канал-сопло. При этом очень важно, чтобы электрод был расположен точно по центру канала [7].

После того как обеспечивается устойчивость горения дуги, включается подача присадочной проволоки и автоматически возбуждается вторая дуга – между электродной проволокой и неплавящимся электродом. С этого момента начинается плавление электродного металла и поступления его на поверхность изделия. Когда на изделие поступит несколько капель расплавленного электродного металла, образуется сварочная ванна и начинается растекание металла ванны по поверхности изделия. В этот момент включается перемещение автомата. Угол наклона головки к изделию в случае необходимости изменяется таким образом, чтобы поток плазменной струи и капель расплавленного металла был направлен нормально к поверхности ванночки.

При наплавке с колебаниями колебательный механизм лучше всего включать при неподвижном автомате, после образования жидкой ванны на поверхности изделия [1].

Процесс наплавки осуществляется так, чтобы капли расплавленного металла поступали только в перемещающуюся по поверхности изделия ванну на расстоянии 2–3мм от ее головной части. Наплавку можно осуществлять при движении автомата слева направо и наоборот. Удобнее и надежнее производить наплавку так, чтобы проволока подавалась вслед за перемещением сварочного автомата.

Выключение процесса наплавки осуществляется обычным способом: останавливается автомат или прекращается перемещение изделия с

одновременным выключением подачи проволоки.

При наплавке с поперечными колебаниями наплавленный валик имеет плавный переход от металла наплавки к основному металлу, что позволяет успешно сплавлять валики между собой и с основным металлом при необходимости получения широкого слоя наплавки [1].

Амплитуда колебаний устанавливается в зависимости от необходимой ширины валика наплавленного металла и может находится в пределах 10–50 мм. в зависимости от амплитуды колебаний и габаритов изделия выбираются остальные параметры режима наплавки: сварочный ток, расстояние от торца проволоки до изделия, расход защитного газа, скорость подачи проволоки, частота колебаний плазменной головки.

Частоту колебаний следует выбирать так, чтобы капли присадочного металла попадали только в жидкую ванну и, чтобы валик по ширине не разрывался на отдельные части. Исследования показали, что наиболее оптимальной является частота в пределах 20–40 колебаний в минуту [1].

1.5 Параметры режима плазменной наплавки

Качество наплавленного металла зависит от многочисленных параметров:

- силы тока сжатой дуги прямого и косвенного действия (электрод-изделие)

- силы тока сжатой дуги (электрод-проволока)

- силы тока дежурной дуги

- напряжения дуги

- расхода плазмообразующего газа

- расхода защитного газа

- скорости наплавки

- диаметра канала сопла

- длины канала сопла

- диаметра электрода

- углубления электрода в канал сопла

- расстояния от торца сопла плазмотрона до изделия

- расстояния от торца сопла до токоведущей проволоки

- расстояния от токоведущей проволоки до изделия

- диаметра присадочной проволоки

- скорости подачи присадочной проволоки

- гранулометрического состава порошка

- толщины слоя порошка

- амплитуды колебаний плазмотрона

- частоты колебаний плазмотрона

- величины перекрытия предыдущего валика

- величины смещения оси плазмотрона с зенита

Качество и свойства металла наплавки зависят также от чистоты поверхности изделия, рода плазмообразующего и защитного газа, химического состава присадочного металла, рода тока, полярности и так далее [8].

1.5.1 Влияние сварочного тока

Увеличение сварочного тока приводит к увеличению нагрева поверхности основного металла. Чрезмерное увеличение тока приводит к проплавлению основного металла при наплавке легкоплавких металлов и к увеличению проплавления основного металла и степени перемешивания основного и наплавленного металла [8].

1.5.2 Влияние скорости подачи проволоки

Скорость подачи проволоки оказывает большое влияние на характер переноса металла в сварочную ванну. Так как дуговой разряд горит независимо от изделия, то с увеличением скорости подачи проволоки характер переноса металла легко регулируется от мелкокапельного до крупнокапельного.

Это вызвано тем, что хоть тепловая мощность источника питания не меняется, но за счет уменьшения напряжения величина тока резко увеличивается, что приводит к уменьшению размера капель расплавленного присадочного металла и увеличению частоты их переноса. При наплавке желательно, чтобы характер переноса был крупнокапельный [8].

1.5.3 Влияние расхода защитного и плазмообразующего газа

Стабильность процесса наплавки и качество наплавленного слоя в значительной степени зависят от расхода защитного и плазмообразующего газов. Чрезмерный расход плазмообразующего газа приводит к выдуванию жидкого металла или порошка из ванны. Поток защитного газа должен истекать из сопла, надежно защищать капли расплавленного металла и всю расплавленную ванну от соприкосновения с воздухом [8].

1.5.4 Влияние расстояния от токоведущей проволоки до изделия

Расстояние от присадочной проволоки до изделия очень сильно влияет на эффективную тепловую мощность источника теплоты: с уменьшением этого расстояния эффективная тепловая мощность, а следовательно нагрев поверхности основного металла и переход элементов основного металла в металл наплавки увеличивается. Кроме того, при чрезмерном уменьшении расстояния от присадочной проволоки до изделия ухудшатся газовая защита из-за образования высокой турбулентности потока в результате подсоса воздуха. Чрезмерное увеличение расстояния (более 25 мм) приводит к резкому ухудшению газовой защиты, вызывая дефекты в металле наплавки. Наиболее оптимальным, как показали исследования, является расстояние 8–17 мм [8].

1.5.5 Выбор скорости наплавки

Скорости наплавки определяется режимом наплавки, углом наклона сварочной головки к изделию, расстоянием от торца присадочной проволоки до поверхности основного металла, качеством подготовки основного металла. Оптимальной можно считать такую скорость наплавки, при которой капли перегретого жидкого металла присадочной проволоки, попадают в ванну перемещающуюся по поверхности изделия жидкого металла наплавки на расстояние 2-3мм от головной части ванны. При уменьшении скорости наплавки увеличивается нагрев поверхности основного металла и длительность контактирования твердой и жидкой фаз, что приводит к увеличению содержания примесей основного металла в металле наплавки. Слишком большая скорость ведет к нарушению формирования поверхности и к неравномерной по длине толщине наплавленного слоя.

Характеристики

Список файлов ВКР