Разработка установки плазменного напыления и наплавки с использованием порошков сложной структуры

Плазменное напыление и наплавка все чаще внедряются в производство, что связано с расширяющимся объёмом использования в современном машиностроительном производстве за счет универсальности. Применение плазменных процессов позволяет существенно увеличить скорость производства продукции за счет широкого спектра возможностей автоматизации процесса. Среди прогрессивных технологий, эффективность которых основана на многократном повышении надежности и долговечности деталей машин, механизмов и оборудования с покрытиями, одно из главных мест занимает плазменная наплавка. Сущность процесса плазменной наплавки 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. Присадочный материал выбирается, прежде всего, с учетом условий эксплуатации рабочих поверхностей наплавляемых деталей. От свойств основного и наплавляемого материала, сечения, габаритов и конфигурации обрабатываемых изделий и ряда других факторов зависит выбор оптимального технологического процесса и режима наплавки.

Как в отечественных, так и в зарубежных установках плазменного напыления широко используются электродуговые плазмотроны постоянного тока. Именно этот тип плазмотронов реализует высокую концентрацию тепловой энергии в объёме напылительной струи, обеспечивает стабильность параметров плазменной струи, а также обладает простой и удобной в эксплуатации схемой электропитания. Способ и место ввода напыляемого порошка в струю является одной из наиболее важных конструктивных особенностей плазмотронов. Теоретические расчёты показали, что кольцевой ввод порошка в струю плазмы позволяет в несколько раз увеличить эффективность нагрева и ускорения частиц (1, 2).

На сегодняшний день почти вся трудоемкая работа выполняется механизмами, которые при длительной эксплуатации подвергаются изнашиванию, износ поверхностей часто требует полной замены детали, что приводит к удорожанию производства. Также с помощью наплавки мы можем получить особые свойства поверхностей, например теплоустойчивую или же высокотвердую поверхность.

Существующее плазменное оборудование (например, установка УПН- 303), как правило, ориентировано на наплавку материалов с нестрого нормируемыми свойствами, слоями большой толщины. Использование такого оборудования для изготовления изделий ответственного назначения, имеющих относительно небольшие габариты (клапана, валы, изделия автомобильной промышленности и др.), наплавляемых дорогими сплавами, как правило – на ограниченные поверхности, невозможно. При этом обычно среди требований к аппаратуре превалирует не высокая производительность процесса, а необходимость получения стабильной высококачественной наплавки за один проход даже в тонких слоях.

Целью работы является разработка устройства для расширения технологических возможностей производства и повышение качества поверхностей металлических деталей в производстве плазменного напыления и наплавки с использованием порошков сложной структуры.