ВЕСЬ ДИПЛОМ (1208325), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Установка для изготовления порошков методом распыления представлена на рисунке 4.3
Рисунок 4.3 – Установка для изготовления порошков методом распыления
5 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НАПЛАВКИ МЕТАЛЛА
Наиболее перспективным способом нанесения защитных покрытий является плазменное напыление, при котором нагрев, плавление, диспергирование и перенос напыляемого материала осуществляется плазменной струей, полученной нагревом потока газа в электрическом дуговом разряде [9].
Сущность данного процесса состоит в нанесении покрытия из расплавленного присадочного порошкового или проволочного материала на металлическую поверхность с использованием в качестве источника нагрева сжатой дуги, горящей между электродом плазмотрона и изделием. Основной целью плазменной наплавки является изготовление новых деталей и изделий со специальными износо- и коррозионностойкими свойствами поверхности, а также восстановление размеров изношенных и бракованных деталей за счет нанесения покрытий, обладающих высокой плотностью и прочностью сцепления с изделием, работающих в условиях высоких динамических, знакопеременных нагрузок, подверженных абразивному, коррозионному, высокотемпературному или иному воздействию.
Сжатие дуги в плазмотроне обеспечивает повышение температуры плазменной струи до 10000–15000 К. Нагрев и расширение газа позволяют получить скорость плазменной струи, приближающуюся к скорости звука, а в некоторых случаях превышающую её. Высокие температура и скорость струи позволяют напылять покрытия из любых материалов: металлов и сплавов, керамических материалов, таких как оксиды, карбиды, бориды, нитриды, и композиционных материалов. В качестве плазмообразующих газов используют аргон, азот и их смеси с водородом и гелием. Энергетические параметры плазменной дуги можно регулировать в широких пределах подбором газов, параметров дугового разряда, расходом газов, геометрией сопел и катодов [9].
На рисунке 5.1 изображены схема и реальный процесс плазменно-порошкового напыления поверхностей деталей
Рисунок 5.1 – схема (а) и реальный процесс (б) плазменно-порошкового напыления поверхностей деталей: 1 – корпус плазмотрона; 2 – вольфрамовый электрод; 3 – охлаждаемый анод; 4 – канал подачи газа; 5 – канал подачи порошка; 6 – плазменная струя; 7 – напыляемая поверхность
Физическое взаимодействие напыляемой частицы с основой происходит на атомарном, ионном и молекулярном уровнях. При сближении атомов напыляемого материала и основы на расстояние примерно до 
м возникают силы молекулярного взаимодействия Ван дер Ваальса. Если сблизить атомы на расстояние 
м, то образуется химическая связь [9]. В условиях плазменного напыления, когда скорость частицы в полете составляет 100–150 м/с, при соударение в течение 
– секунды возникает импульсное давление до 1500 Па, в результате чего возникает растекание жидкой компоненты частицы и активизация процесса ее взаимодействия с основой. Вследствие этого метод плазменного напыления обеспечивает высокую адгезионную прочность покрытий из тугоплавких керамических материалов.
Высокая температура плазменной струи и возможность менять ее в широком диапазоне подбором диаметра сопла и режимов работы позволяют производить напыление самых различных материалов: от легкоплавких материалов до тугоплавких керамических материалов. При этом поверхность изделия нагревается не выше 100–200 C°, что исключает ее деформацию. Покрытия полученные плазменным напыление, имеют высокую плотность и хорошее сцепление с поверхностью детали.
Технологический процесс ремонта деталей плазменной наплавкой состоит из трех этапов: подготовки поверхностей деталей к наплавке, нанесения покрытия и обработки деталей после наплавки. Подготовка поверхностей деталей к плазменной наплавке является очень важным этапом, так как от него зависит качество сцепления покрытия с металлом детали. Перед началом восстановления деталь должна быть вымыта в моечной машине в нагретом растворе каустической соды [2]. Также рекомендуется поверхности, подлежащие наплавке, обжигать газовыми горелками. Происходит очистка и обезжиривание деталей от грязи, влаги, окислов и жира. После этого она поступает на дефектоскопию, где определяются величины износа поверхности, характер износа, наличие дефектов. Данные записываются в паспорт на деталь. Далее поступает на токарную обработку, где на токарном станке производится обработка поверхности под наплавку. Далее деталь поступает в камеру струйно-абразивной обработки и сжатым воздухом подается электрокорунд. Производится подготовка поверхности под наплавку. Деталь ставится в установку для наплавки, поджимается центром для устойчивой фиксации, плазмотрон выставляется над поверхностью для наплавки, так чтобы срез сопла располагался под наплавляемой поверхностью на расстоянии 10–12 мм. С помощью тумблера включается вращатель установки. Скорость вращения детали составляет 1 оборот в минуту.
Производится включение установки УПНС-304, при этом зажимается дежурная дуга, затем основная. Температура плазменной дуги 19000 C°. Одновременно с зажиманием основной дуги, в зону ее горения подается порошок, который засыпается в проточку детали и расплавляется. Происходит процесс наплавки. Плазма представляет собой крайне мощную дугу, состоящую из высоко ионизированного газа, сжатую и сфокусированную соплом горелки (плазматрон), которая используется в качестве источника нагрева для проведения сварочных процессов. Горелка для плазменной сварки и наплавки (плазматрон) работает с двумя независимыми регулируемыми дугами - дежурной и основной, каждая из которых питается от отдельного источника.
В процессе плазменно-порошковой наплавки присадочный материал в форме микроскопического дисперсного порошка подается транспортировочным газом от порошкового питателя через соответствующий рукав и анодное сопло в сварочную ванну. Метод широко применяется для наплавки тонкослойных покрытий износостойких сплавов на детали, поверхности которых необходимо придать соответствующие износостойкие или коррозионностойкие свойства [2].
Дежурная дуга (пилотная) горит между вольфрамовым электродом катодом и медным соплом – анодом, имеющим жидкостное охлаждение. Именно благодаря наличию вспомогательной (дежурной) дуги поджиг осуществляется на плазме всегда стабильно. Дуга плазмы зажигается при помощи высокочастотного импульса напряжения и ее задача – ионизировать плазмообразующий газ для обеспечения поджига основной дуги. Основная дуга горит между вольфрамовым электродом и наплавляемой деталью, которая представляет собой анод. Присадочный материал, если он требуется в конкретной операции, подается в зону горения сварочной дуги в виде порошка, прутков или проволоки при помощи устройства подачи проволоки, порошкового питателя, или вручную.
По окончанию установка УПНС-304 отключается, затем выключается вращатель [2].
Наплавляемая деталь снимается с вращателя и оставляется для охлаждения. Качество наплавки контролируется на рабочем месте технического контроля. Проверяется качество наплавленного шва и его геометрические параметры. Обточка наплавленной поверхности выполняется на токарном станке.
Процесс плазменной наплавки, как и любой другой процесс, служит для выпуска определённой продукции, параметры качества которой и является основными объектами исследования процесса формирования управляемой системы качества процесса.
Суть контроля качества заключается в получении информации о состоянии объекта контроля, о признаках и показателях его свойств и сопоставлении полученных результатов с установленными требованиями [2].
На основе данных полученных в ходе предварительных экспериментов можно выделить пять основных показателей качества: твёрдость наплавленного металла; несплавление металлов; коэффициент использования наплавляемого материала; трещины в наплавленном металле; напряжения и деформации конструкции, на основе которых будет производиться управление качеством процесса плазменной наплавки.
Как показывает производственный опыт, брак при плазменной наплавке не превышает 1%, а его появление напрямую связано с нарушениями технологического процесса. Толщину наплавляемого металла можно изменять в пределах 0,3–10 мм с разбавлением основным металлом от 3 до 30%. При плазменной наплавке с присадочной проволокой дуга прямого действия горит между электродом и изделием, а дуга косвенного действия – между электродом и присадочной проволокой или соплом плазмотрона. Изменяя силу тока, регулируют долю основного металла и производительность наплавки.
На рисунке 5.2 изображена технологическая схема нанесения покрытия
Рисунок 5.2 – Технологическая схема нанесения покрытий
При напылении порошковых материалов электрическое напряжение подводят к электродам плазменной горелки [9].
Чаще всего для плазменной наплавки применяются порошки на основе никеля, кобальта или железа. Присадки бора и кремния снижают температуру плавления сплава, что позволяет получить тонкий слой наплавки при малой степени проплавления основного металла. В тоже время примести бора и кремния повышают твердость и износостойкость металла наплавки.
Плазменная наплавка с применение присадочных материалов в виде порошковых сплавов обеспечивает высокое качество наплавленного металла.
Во избежание образования пор и шлаковых включений, гранулированные порошки должны содержать не более 0,08% кислорода.
С помощью плазменной наплавки металлическим порошком можно получить жаростойкие и наиболее износостойкие покрытия из сплавов на основе никеля и кобальта. Этот способ позволяет получить тонкий равномерный слой покрытия с гладкой беспористой поверхностью, часто не требующей дополнительной механической обработки. При плазменной наплавке токоведущей присадочной проволокой дуга горит между катодом плазмотрона и проволокой, являющейся анодом, равномерно подаваемой в пространство между соплом и изделием. При таком способе обеспечивается более высокая производительность процесса наплавки при малой глубине проплавления основного металла, однако возможности получения тонкого и равномерного слоя при таком способе наплавки ограничены. Кроме того, применение присадочного материала в виде порошка позволяет использовать для наплавки практически любые сплавы, что трудно осуществить при использовании проволоки в качестве присадочного материала [9].
Режимы наплавки определяются требуемой толщиной наплавленного металла, исходя из которой назначаются скорость перемещения детали относительно плазмотрона и силы тока. Величина напряжения зависит от применяемого ионизирующего газа. В состав оборудования для наплавки входят плазмотрон со шкафом управления, источник питания постоянного тока (обычно выпрямитель) с падающей характеристикой. Для наплавки деталей цилиндрической формы плазмотрон устанавливается на суппорт токарного станка, переоборудованного на низкое число оборотов [9].
6 РАЗРАБОТКА УЧАСТКА ПО ВОССТАНОВЛЕНИЮ ДЕТАЛЕЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА МЕТОДОМ ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКИ
Расстановка оборудования предлагает использование технологического принципа, то есть создание или групп оборудования по технологически однородным производственным процессам. Как известно, при такой производственной структуре цеха получается большая гибкость производства, большая приспособленность к постоянно меняющейся номенклатуре изделий.
Участок должен быть специализирован по технологическому признаку. Расстановка оборудования осуществляется по группам однотипных станков и других видов машин и аппаратов. На участке должно преобладать универсальное оборудование, использоваться стандартная технологическая оснастка [19].
Мероприятия по созданию рациональной организации производства, не требуя крупных капиталовложений, резко повышают производительность труда, сокращают время производства и значительно снижают себестоимость выпускаемых изделий.
Расстановка оборудования и маршрут рабочего для обслуживания станков должны обеспечивать: наименьший переход от станка к станку, возможность бесперебойного и ритмичного обслуживания оборудования, экономию производственных площадей. Следует стремиться к тому, чтобы расстановка оборудования позволяла совершать рабочему обходы по замкнутому маршруту [19].
Шпинтоны поступают в участок на столы для изношенных деталей 5. Далее шпинтон нужно очистить от загрязнений, его отправляют в моечную машину 4, где деталь должна быть вымыта в нагретом растворе каустической соды. После этого она поступает в участок дефектоскопии, где проверяются величины износа, характер износа и наличие дефектов. Деталь проходит токарную обработку на станке 1. Затем поступает в камеру струйно-абразивной обработки 2. После деталь отправляется в участок по наплавке, устанавливается на столе УПНС-304 3, поджимается центром для фиксации. Плазмотрон выставляется над поверхностью для наплавки. Включается установка УПНС-304 3. По окончанию наплавки установка УПНС-304 отключается. Деталь снимается для охлаждения. Затем деталь доставляется к токарному станку 1, где производится обточка наплавленной детали. Далее производится окончательный контроль качества в участке дефектоскопии. Шпинтоны помещаются на столы накопления восстановленных деталей 6.
Также во всем участке имеются четыре рабочих стола, три тумбочки для инструментов и рабочего инвентаря, и одна большая трех-секционная тумба.
На рисунке 6.1 изображен участок по восстановлению деталей вагонов методом плазменной наплавки
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
