Плазменная сварка и наплавка является наиболее прогрессивным способом восстановления изношенных деталей машин и нанесения износостойких покрытий (сплавов, порошков, полимеров,…) на рабочую поверхность при изготовлении деталей.

Плазмой называется высокотемпературный сильно ионизированный газ, состоящий из молекул, атомов, ионов, электронов, световых квантов и др.

При дуговой ионизации газ пропускают через канал и создают дуговой разряд, тепловое влияние которого ионизирует газ, а электрическое поле создает направленную плазменную струю. Газ может ионизироваться также под действием электрического поля высокой частоты. Газ подается при 2 …3 атмосферах, возбуждается электрическая дуга силой 400 … 500 А и напряжением 120 … 160 В Ионизированный газ достигает температуры 10 … 18 тыс. С, а скорость потока - до 15000 м/сек. Плазменная струя образуется в специальных горелках - плазмотронах. Катодом является неплавящий вольфрамовый электрод.

Рис. 2.34. Схема плазменной сварки открытой и закрытой плазменной струей.

В зависимости от схемы подключения анода различают (рис. 2. 34) :

Открытую плазменную струю (анодом является деталь или пруток). В этом случае происходит повышенный нагрев детали. Используется эта схема при резке металла и для нанесения покрытий.

Закрытую плазменную струю (анодом является сопло или канал горелки). Хотя температура сжатой дуги на 20 …30% в этом случае выше, но интенсивность потока ниже, т.к. увеличивается теплоотдача в окружающую среду. Схема используется для закалки, металлизации и напыливания порошков.

Комбинированная схема (анод подключается к детали и к соплу горелки). В этом случае горят две дуги, Схема используется при наплавке порошком.

Наплавку металла можно реализовать двумя способами:

1-струя газа захватывает и подает порошок на поверхность детали;

2-вводится в плазменную струю присадочный материал в виде проволоки, прутка, ленты.

В качестве плазмообразующих газов можно использовать аргон, гелий, азот, кислород, водород и воздух. Наилучшие результаты сварки получаются с аргоном.

Достоинствами плазменной наплавки являются:

Высокая концентрация тепловой мощности и возможность минимальной ширины зоны термического влияния.

Возможность получения толщины наплавляемого слоя от 0,1 мм до нескольких миллиметров.

Возможность наплавления различных износостойких материалов (медь, латунь, пластмасса) на стальную деталь.

Возможность выполнения плазменной закалки поверхности детали.

Относительно высокий К. П. Д. дуги (0.2 …0.45).

Очень эффективно использовать плазменную струю для резки металла, т.к. газ из-за высокой скорости очень хорошо удаляет расплавленный металл, а из-за большой температуры он плавится очень быстро.

Установка (рис. 2.35) состоит из источников питания, дросселя, осциллятора, плазменной головки, приспособлений подачи порошка или проволоки, системы циркуляции воды и т.д.

Для источников питания важно выдержка постоянным произведение J U, т.к. мощность определяет постоянство плазменного потока. В качестве источников питания применяют сварочные преобразователи типа ПСО - 500. Мощность определяется длиной столба и объемом плазменной струи. Можно реализовать мощности свыше 1000 кВт.

Подача порошка осуществляется с помощью специального питателя, в котором, вертикально расположенный, ротор лопатками подает порошок в струю газа. В случае использования сварочной проволоки подача ее выполняется аналогично как и при наплавке под слоем флюса.

Путем колебания горелки в продольной плоскости с частотой 40 …100 мин -1 за один проход получают слой наплавленного металла шириной до 50 мм. У горелки имеется три сопла: внутреннее для подачи плазмы, среднее для подачи порошки и наружное для подачи защитного газа.

Рис. 2.35. Схема плазменного наплавления порошка.

При наплавке порошков реализуется комбинированная дуга, т. е. одновременно будут гореть открытая и закрытая дуги. Регулировкой балластных сопротивлений можно регулировать потоки мощности на нагрев порошка и на нагрев и оплавление металла детали. Можно добиться минимального проплавления основного материала, следовательно будет небольшая тепловая деформация детали.

Поверхность детали необходимо готовить к наплавке более тщательно чем при обычной электродуговой или газовой сварке, т.к. при этом соединение происходит без металлургического процесса, поэтому посторонние включения уменьшают прочность наплавленного слоя. Для этого производится механическая обработка поверхности (проточка, шлифование, пескоструйная обработка,...) и обезжиривание. Величину мощности электрической дуги подбирают такой, чтобы сильно не нагревалась деталь, и чтобы основной металл был на грани расплавления.

В компании ООО «Гидротехтрейд » производится плазменная наплавка и напыление для восстановления и ремонта изношенных деталей машин, упрочнения поверхностей деталей, работающих при высоких нагрузках. Данный способ позволяет получить тонкий равномерный слой покрытия с беспористой поверхностью, не требующей дополнительной обработки.

Плазменная наплавка металла позволяет придавать рабочим поверхностям изделий износостойкость, жаропрочность, кислотоупорность, теплопроводность и ряд иных дополнительных свойств. С помощью наплавки специалисты нашего технического центра получают разнообразные изделия и детали: валы, зубья ковшей экскаваторов, поршни, штоки, подшипники и т. д.

Виды плазменных наплавок

В зависимости от компоновки различают следующие виды плазменной наплавки:

• открытая плазменная струя (для резки металла и нанесения покрытий);
• закрытая плазменная струя (для закалки, металлизации и напыления порошков.);
• комбинированная струя (при наплавке порошком).

Специалисты «Гидротехтрейд » осуществляют плазменную наплавку различными способами, с использованием современной техники и оборудования. Одним из наиболее распространённых методов является плазменно порошковая наплавка, позволяющая наносить порошковые покрытия толщиной от 0,5 до 4,0 миллиметров. При использовании данного метода действует основная дуга, горящая между изделием и электродом и косвенная дуга, горящая между электродом и плазмообразующим соплом.

При необходимости может производиться плазменно-дуговая наплавка. Её преимущества в том, что она позволяет осуществлять наплавку композиционных материалов, при этом нанесение покрытий осуществляется пошагово.

Плазменная наплавка проволокой (прутками)

Наплавку плазменной струей с токоведущей присадочной проволокой (рис. 1, а) выполняют постоянным током прямой полярности . Дуга горит между вольфрамовым катодом и присадочной проволокой, подаваемой сбоку под прямым углом коси плазмотрона. Между катодом и соплом плазмотрона постоянно горит также слаботочная (15--25 А) дежурная дуга (на схеме не показана), которая обеспечивает надежное возбуждение и устойчивое горение рабочей дуги.

Основной металл нагревается за счет теплового воздействия струи плазмы и теплоты, переносимой каплями присадочного металла. Эффективная тепловая мощность такого источника нагрева зависит от тока дуги и расстояния h между проволокой и основным металлом (рис. 2). Сохраняя ток и, следовательно, скорость плавления присадочной проволоки неизменными, варьируя h, можно в довольно широких пределах изменять мощность, расходуемую на нагрев основного металла. Благодаря этому при наплавке плазменной струей можно регулировать тепловые и диффузионные процессы на границе сплавления, определяющие глубину проплавления основного металла и его содержание в наплавленном слое, протяженность, состав и сплавления.

Рис. 8. Схемы плазменной наплавки с присадкой одной проволоки: а -- плазменной струей с токоведущей присадочной проволокой; б -- плазменной дугой с нейтральной присадочной проволокой; в -- комбинированной (двойной) дугой; 1 --защитное сопло; 2 -- формирующее сопло; 3 -- защитный газ; 4 -- плазмообразующий газ; 5 --- электрод; 6,7-- источники питания косвенной дуги и дуги прямого действия соответственно; 8 -- проволока; 9 -- изделие

По производительности (4 -- 10 кг/ч) наплавка плазменной струей с токоведущей проволокой сопоставима с наплавкой под флюсом проволочным электродом. Коэффициент наплавки составляет 25--30 г/(А*ч).

Наплавку плазменной струей применяют в судовом машиностроении для нанесения коррозионно-стойких и антифрикционных сплавов. Наплавку различных валов, штоков арматуры и других деталей выполняют медными сплавами с применением присадочных проволок сплошного сечения или порошковых Бр КМц 3-1, Бр АМц 9-2, Бр АЖНМц 8,5-4-5-1,5, МНЖКТ 5-1-0,2-0,2, Бр ОН8-3 и др. . Плазмообразующий и защитный газ -- аргон. Перед наплавкой алюминиевых бронз на поверхность изделия наносят тонкий слой флюса 34-А . Детали запорной арматуры судовых трубопроводов наплавляют проволоками Св-02Х19Н9, CB-06X19H10T и др. .

Используя вместо проволоки сварно-литые прутки или трубчатые электроды, этим способом можно наплавлять также износостойкие сплавы -- стеллит, сор- майт, релит и др. . Однако это менее надежно и удобно, чем наплавка с присадкой проволоки.

Наплавка плазменной дугой с нейтральной присадочной проволокой (см. рис. 1, б) впервые была описана в работе . Наплавку с применением нейтральной присадки можно выполнять механизированным способом и вручную. То, что присадочная проволока электрически нейтральна, снижает интенсивность ее плавления, но в ряде случаев дает определенные технологические и металлургические выгоды: меньше разбрызгивание при наплавке порошковой проволокой, меньше угар легкоиспаряющихся легирующих элементов, предупреждается чрезмерное растворение карбидных зерен при наплавке композиционных сплавов и др.

При токе 300-500 А производительность наплавки достигает 6--9 кг/ч. На практике производительность наплавки по этой схеме значительно ниже, так как с ростом тока недопустимо увеличивается проплавление основного металла. Например, наплавку стеллита дугой прямой полярности с присадкой порошковой проволоки диаметром 2,4 и 3,2 мм рекомендуется вести на токе 80-150 и 120-170 А соответственно. При этом производительность наплавки составляет 1,4-2,5 кг/ч, доля основного металла в первом слое у 0 =15 %. Производительность наплавки стеллита плазменной дугой обратной полярности примерно такая же -- около 1,8 кг/ч при токе 200-220 А, но проплавление основного металла значительно меньше (у 0 < 5 %).

Наплавка плазменной дугой с нейтральной присадочной проволокой нашла значительное и разнообразное применение в промышленности. Этим способом наплавляют медь и ее сплавы, инструментальные стали, жаропрочные и коррозионно-стойкие сплавы на основе никеля, кобальта и титана, композиционные и другие материалы.

В качестве присадочного материала используют проволоку сплошного сечения, порошковую проволоку или литые прутки . Для прецизионной наплавки применяют присадочную проволоку диаметром 0,4-0,6 мм . Плазмообразующим газом служит аргон или аргоногелиевая смесь, защитным -- аргон, азот, смесь аргона, содержащая 5-8 % водорода, и другие газы и смеси в зависимости от наплавляемого металла. При наплавке на обратной полярности рекомендуется добавлять в защитный газ небольшое количество кислорода (0,1-0,2 %) или С0 2 , что уменьшает диаметр пятна нагрева плазменной дуги, повышает ее стабильность и улучшает формирование наплавленных валиков.

Характерные наплавляемые детали -- клапаны и седла клапанов двигателей внутреннего сгорания, детали трубопроводной арматуры для воды, пара и газа, ножи для резки металла, прокатные валки, штампы, шнеки, замки и муфты бурильных труб, лабиринтные уплотнения авиационных турбин и др. .

Во ВНИИЭСО разработаны универсальные установки УПН-601 и УПН-602, позволяющие вести наплавку плазменной дугой прямой и обратной полярности с токоведущей или нейтральной присадочной проволокой . В ИЭС им. Е. О. Патона разработана специализированная установка 06-1795 для плазменной наплавки замков и муфт бурильных труб с присадкой "ленточного релита" .

50 75 100 125 150 Iпр, А

50 75 100 125 150 Iпр, А

Рис. 9. Зависимость эффективной тепловой мощности q плазменной струи (а) и плазменной струи с расплавленным присадочным металлом (б) оттока 1пр (присадочная проволока 0X18НЭТ диаметром 1,6 мм): 1--5-- расстояние от проволоки до изделия соответственно 5, 10, 15, 20 и 30 мм.

Для ремонта мелких прецизионных вырубных штампов, широко применяемых в приборостроении, радио- и электротехнической промышленности, эффективной оказалась ручная микроплазменная наплавка . Для наплавки используют серийные установки для микроплазменной сварки УПУ-4; присадочный материал -- порошковая проволока ПП-АН148 диаметром 1,6-2,0 мм. Благодаря малому термическому воздействию микроплазменной дуги на основной металл восстановленные штампы из закаленной стали Х12 сохраняют твердость, не нуждаются в последующей термической обработке и не требуют больших затрат на механическую обработку.

Другим примером прецизионной наплавки, выполняемой с помощью микроплазменной дуги, но не вручную, а механизированным способом, является восстановление лабиринтных уплотнений авиационных турбин . Наплавку выполняют в импульсном режиме: минимальные значения тока 2-5 А, максимальные -- 7-15 А, частота импульсов 10-50 Гц. Основной металл -- сплав TiAI6V4, присадочный материал -- проволока диаметром 0,4-0,6 мм такого же состава или из сплавов НХ20К1ЗМ4ТЗЮР и Н50Х20Б5МЗ.

Наплавку двойной плазменной дугой с токоведущей присадочной проволокой (см. рис. 1, в) выполняют двумя дугами прямой или обратной полярности, питаемыми как правило, от автономных источников . Одна из них горит между электродом плазмотрона и изделием, другая -- между электродом и присадочной проволокой. Плавление присадочного материала происходит за счет теплоты, получаемой им путем теплообмена с плазмой столба дуги электрод--изделие, и теплоты, выделяющейся в активном пятне дуги электрод-- проволока.

По производительности (10 кг/ч) этот способ значительно превосходит наплавку плазменной дугой с нейтральной присадкой, обеспечивая при этом во многих случаях меньшее про- плавление основного металла. По сравнению с наплавкой плазменной струей с токоведущей присадочной проволокой он более универсален и надежен.

Практическое применение находит наплавка двойной плазменной дугой обратной полярности в аргоне. Применяемые для наплавки материалы -- сплавы на основе меди , хромоникелевые коррозионно-стойкие стали и др. Наплавляемые изделия -- преимущественно детали судового машиностроения, в частности, в серийном производстве наплавляют бронзой Бр АМц 9-2 поршни диаметром 60-160 мм из стали 40Х. Успешно применяют также наплавку деталей диаметром 300-350 мм из стали 35 проволокой Св-04Х19Н11МЗ. Имеется опыт наплавки стального вала диаметром 200 мм с длиной наплавляемого участка около 3 м бронзой Бр ОН8-3 с подслоем из бронзы Бр КМцЗ-1 .

Наплавка комбинированной плазменной дугой с присадкой двух проволок (рис. 3) подробно рассматривается в работе . Благодаря применению двух присадочных проволок, подаваемых в столб плазменной дуги прямого действия навстречу друг другу, компенсируется их магнитное дутье и повышается производительность наплавки, достигающая 30 кг/ч и более.

Толщину наплавленного слоя можно регулировать в пределах 3--8 мм независимо от производительности наплавки. Наплавка ведется с поперечными колебаниями наплавочной головки(размах колебаний до 70 мм). Зона наплавки защищается от воздуха с помощью насадки размером 230х120 мм. Защитный газ -- аргон или смесь аргона с водородом; плазмообразущий газ -- аргон или аргоногелиевая смесь.

Практическое применение плазменная наплавка комбинированной дугой с двумя присадочными проволоками нашла в атомном и химическом машиностроении. Например, трубные доски теплообменников диамёт- ром 1000-2000 мм и толщиной 120-380 мм наплавляли проволоками диаметром 1,6 мм из хро- моникелевых сталей Х21Н11 и Х20Н10 или никелевых сплавов с производительностью 16 кг/ч. При наплавке сталью типа Х20Н10 направляющих регулировочных стержней ВВР, несмотря на малый диаметр деталей (100-200 мм), производительность составляла 12 кг/ч .

Плазменную наплавку "горячими" проволоками выполняют при подогреве за счет джоулевой теплоты присадочных проволок, подключенных к автономному источнику тока (рис. 4). Две присадочные проволоки диаметром 1,6 или 2,4 мм подаются с постоянной скоростью в сварочную ванну, создаваемую мощной плазменной дугой прямого действия. Проволоки расположены V-образно под углом 30° друг к другу и включены последовательно через сварочную ванну в цепь источника переменного тока с жесткой внешней ВАХ. Ток, скорость подачи проволок и расстояние от токоподводящих мундштуков до поверхности сварочной ванны выбирают такими, чтобы проволоки нагревались проходящим током почти до температуры плавления, в результате чего резко повышается производительность наплавки.

Рис. 10. Схема плазменной наплавки с присадкой двух проволок: 1 - источник питания для дуги электрод-проволока; 2 - источник питания дуги электрод-изделие

Наплавку выполняют, как правило, с поперечными колебаниями плазмотрона. При этом ширина наплавленного валика достигает 60-65 мм. При наплавке без колебаний валик имеет ширину 18-20 мм. Высота наплавленных валиков 3-6 мм.

Производительность плазменной наплавки горячими проволоками достигает 27 кг/ч. Доля основного металла у 0 в наплавленном слое может быть весьма малой, но на практике она обычно составляет 5-15 %.

Рассматриваемым способом можно наплавлять практически все металлы и сплавы (за исключением алюминиевых), которые поставляются в виде проволок. Кроме проволок сплошного сечения можно использовать также порошковые проволоки, но без флюсообразущих компонентов в сердечнике. В промышленности применяют наплавку этим способом хромоникелевых и хромистых сталей, никеля с содержанием 1-4 % Ti, монеля, инконеля, хастеллоя В, меди, алюминиевых и оловянных бронз и других сплавов. Наплавляемые детали -- фланцы крупных сосудов высокого давления, трубные доски теплообменников, детали химических аппаратов, элементы корпусов реакторов и оборудования первого контура атомных электростанций .

Плазменная наплавка плавящимся электродом (рис. 5) представляет комбинацию плазменной и дуговой сварки(наплавки) плавящимся электродом. От обычной дуговой наплавки отличается тем, что конец проволочного электрода и дуга, горящая между проволокой и изделием, окружены аксиальным потоком плазмы, создаваемым плазменной дугой прямого или косвенного действия. Благодаря этому значительно возрастает скорость плавления проволоки, повышается стабильность дуги, улучшаются перенос электродного металла и формирование наплавленных валиков.

Наплавку по схеме на рис. 5, а можно вести дугой как прямой, так и обратной полярности. При обратной полярности резко возрастает тепловая нагрузка на не- плавящийся электрод, что ограничивает ток плазменной дуги. Например, для вольфрамового электрода диаметром 6 мм он не должен превышать 200 А.

Чтобы повысить допустимый ток плазменной дуги, применяют медный водоохлаждаемый электрод или, что более эффективно, используют в качестве неплавящегося электрода сопло (рис. 5, б). Во втором случае упрощается конструкция горелки, уменьшаются ее габаритные размеры.

Производительность наплавки определяется током дуги плавящегося электрода I пэ и при I пэ = 500 А и вылете 65 мм составляет около 34 кг/ч. При этом коэффициент расплавления равен 67,8 г/(А * ч), если учитывать только ток дуги плавящегося электрода, или 56,4 г/(А * ч), если учитывать суммарный ток обеих дуг.

В качестве плазмообразующего газа при наплавке плавящимся электродом в большинстве случаев используют аргон. Для защиты сварочной ванны применяют в зависимости от состава электродной проволоки и основного металла аргон и его смеси с кислородом, углекислым газом, гелием, азотом или водородом, а также углекислый газ.

Рис. 11. Схема плазменной наплавки горячими проволоками: 1 -- источник постоянного тока для питания плазменной дуги; 2 -- источник переменного тока для подогрева проволок; 3 -- присадочные проволоки

Рис. 12. Схема плазменной наплавки плавящимся электродом: а -- с неплавящимся электродом плазменной дуги; б -- с медным соплом в качестве электрода плазменной дуги (с токоподводящим соплом); 1 -- источник питания плазменной дуги; 2 -- вольфрамовый или водоохлаждаемый медный электрод; 3 -- мундштук; 4 -- электродная проволока; 5 -- источник питания дуги с плавящимся электродом; 6 -- плазменная дуга; 7 -- дуга плавящегося электрода

В промышленных условиях плазменную наплавку плавящимся электродом применяют для нанесения износостойких и антикоррозионных сплавов. Хорошие результаты получены при восстановлении полых роликов установок непрерывной разливки стали . Эффективной оказалась наплавка сплавом инконель 625 шарнирных соединений трубопроводов для слива нефти из танкеров . Из технологических и конструктивных соображений на практике применяют наплавку проволокой диаметром 1,6 мм в два и пять слоев производительностью от 10 до 20 кг/ч в зависимости от ширины наплавляемых валиков (30--60 мм).

От других методов она отличается тем, что нагрев и плавление материала покрытия и поверхностного слоя основы осуществляется плазменной струей

Рисунок - Схема плазменной наплавки с вдуванием порошка в дугу:

1 - вольфрамовый электрод; 2 - источник питания дуги косвенного действия; 3 - внутреннее сопло; 4 - плазменная струя косвенного действия; 5 - наружное сопло; 6 - плазменная струя прямого действия; 7 - источник прямого действия

В зону наплавки подается наплавочная проволока, порошок или при комбинированном способе одновременно порошок и проволока (например, для восстановления изношенных деталей автомобиля на Витебском мотороремонтном заводе применяют 75…80% проволоки Св-08Г2С и 20…25% самофлюсующегося порошка ПГ-СРУ).

В качестве плазмообразующего газа используется аргон. Замена его (до 90%) значительно снижает стоимость восстановления деталей.

Плазмотроны могут быть прямого, косвенного, комбинированного действия, одно- и многодуговые, прямой и обратной полярности.

Весьма эффективны для плазменной наплавки самофлюсующиеся диффузионно-легированные порошки, на железной основе, разработанные научной школой проф. Пантелеенко Ф.И. (БНТУ). Они позволяют получать наплавленные покрытия с требуемой твердостью, износо- и коррозионной стойкостью (диапазон твердости от 20 до 65 HRC, и более).

Указанная школа имеет значительный опыт восстановления изношенных деталей (валов, штоков, шпинделей, защитных гильз и т.п.) для теплоэнергетики, нефтехимии, целлюлозно-бумажной промышленности стран СНГ.

Плазменная наплавка - один из самых производительных, универсальных и экономичных методов нанесения покрытий толщиной от десятых долей до нескольких миллиметров.

Преимущество плазменной наплавки по сравнению с другими способами:

• -минимальный припуск на механическую обработку (0,4…0,9 мм)
• -минимальная глубина проплавления основы (0,3…3,5 мм) и зона термического влияния (3…6 мм)
• -минимальные тепловложения в основу

Плазменная наплавка целесообразна для восстановления крупногабаритных деталей большой длины и диаметром более 20 мм из углеродистых и легированных сталей (например, коленчатых валов, валов насосов бумагоделательных машин и т.п.)

Наплавка ведется на установке скоростной плазменной наплавки (источник питания УПС-301, плазмотрон СИБ-4, сила тока 90…170А, напряжение 30…35В, поперечная подача плазмотрона 1,5…2 мм/об, дистанция наплавки 8…10 мм).

Наиболее приемлем диффузионно-легированный самофлюсующийся порошок на основе ПР-Сталь 45 с гранулометрическим составом 40…160 мкм. Расход порошка 35 г/мин, толщина наплавленного слоя за проход 0,5…1,5мм, твердость - требуемая (диапазон 20…60 HRC).

Электромагнитная наплавка или МЭУ, заключается в том, что в зазор между полюсным наконечником и деталью, подается ферромагнитный порошок, который под воздействием магнитного поля выстраивается в зазоре в виде цепочек. Прилагаемое к полюсному наконечнику и детали электрическое поле вызывает нагрев частиц, их оплавление и закрепление на восстанавливаемой поверхности.

Применяют различные порошки ферросплавов, сталей, чугунов и диффузионно-легированные порошки на железной основе.

Покрытия шероховаты, специфичны (толщиной до 0,6 мм), однако весьма эффективны для упрочнения плоских и цилиндрических поверхностей ножей сельскохозяйственной техники, восстановления деталей с малыми износами. Начатые в этом направлении учеными БГАТУ работы получили в последние годы развитие в ГГТУ им. П.О.Сухого и БНТУ.

Лазерная наплавка при которой в качестве источника тепла используют концентрированный луч лазера. Лазер позволяет наплавлять покрытия, оплавлять предварительно напыленные или нанесенные в виде шликера покрытия. Исключительная локальность пучка и высокая плотность энергии предопределяют его преимущественные области применения и наибольшую эффективность при восстановлении малых поверхностей (5…50 мм2) с местным износом 0,1…1,0 мм.

Чаще всего лазерной наплавкой восстанавливают кулачки распредвалов, фаски клапанов, оси фильтров тонкой очистки масла и т.п.

Значительных успехов в лазерной наплавке и упрочнении добились ученые ФТИ НАН Беларуси, БНТУ.

Электронно-лучевая наплавка (ЭЛН) заключается в оплавлении присадочного материала электронным лучом. Во многом этот способ схож со способом лазерной наплавки (по локальности, эффективности)

В последние годы российскими учеными (г. Томск) и школой проф. Груздева В.А. (ПГУ, г. Новополоцк) создан высокоэффективный электронно-лучевой комплекс на базе плазменного источника электронов. Он прост в обслуживании, не требует глубокого вакуума. ЭЛН производительнее индукционной наплавки в 10…15 раз, применима для наплавки любых материалов.

Индукционная наплавка основывается на использовании токов высокой частоты для нагрева металла детали и наплавляемого материала. Деталь с нанесенной шихтой вводят в индуктор ТВЧ установки. ТВЧ проходя через контур индуктора возбуждают в поверхностном слое детали токи Фуко, которые нагревают поверхность детали. От нагретой поверхности нагревается и оплавляется более легкоплавкая шихта, формируя покрытие.

Шихта (наплавочный порошок и флюс) может не включать флюс, если порошок является самофлюсующимся.

Следует заметить, что применение недорогих самофлюсующихся порошков, в том числе разработанных в БНТУ, самозащитных порошковых проволок позволяет отказаться при многих способов наплавки от применения дорогих защитных газов и тем значительно удешевить технологию нанесения защитных покрытий.

Значительных успехов в разработке технологии индукционной наплавки для промышленности Беларуси добились ученые Объединенного института машиностроения НАН Беларуси (ОИМ НАН Беларуси).

Электроконтактная приварка состоит в закреплении проволоки, порошка, ленты мощными импульсами тока (7…30 кА) при приложении давления (1000…1600 Н). При этом материал основы и наносимого покрытия (порошка, ленты) подплавляется на границе их в месте максимального электросопротивления (рис. 2.5).

Преимуществами электроконтактной приварки по сравнению с дуговыми способами наплавки являются:

• - более высокая (в 2…3 раза) производительность
• -меньший (в 3…4 раза) расход материалов за счет сокращения потерь на разбрызгивание и минимального припуска на механическую обработку
• -минимальные тепловложения в основу и отсутствие деформаций
• -отсутствие угара легирующих элементов
• -простота и экономичность

Рисунок 2.5 - Схема электроконтактной приварки ленты:

1 и 3 - ролики; 2 - восстанавливаемая деталь; 4 - трансформатор; 5 _ контактор

Способ эффективен для восстановления шеек валов, других нагруженных цилиндрических поверхностей, отверстий в гильзах и блоках цилиндров и развивается в ОИМ НАН Беларуси

Плазменно-порошковая наплавка (Plasma transfer Arc, PTA)

Плазма - нагретый до высокой температуры сильно ионизированный газ, достигающий температуры +10 … 18 тыс. С. Плазменная струя образуется в специальных горелках - плазмотронах. Катодом является неплавящий вольфрамовый электрод. Струя плазменного газа со скоростью потока до 15 000 м/сек захватывает и подаёт порошок на поверхность детали.

Преимущества плазменно-порошковой наплавки:

1. Высокая концентрация тепловой мощности.
2. Минимальная ширина зоны термического влияния, отсутствие поводок.
3. Толщина наплавляемого слоя от 0,1 мм до нескольких мм.
4. Наплавка разных износостойких материалов на стальную деталь.
5. Плазменная закалка поверхности изделия.
6. Незначительное перемешивание наплавляемого материала с основой.

АО "Плакарт" обладает значительным опытом решений плазменно-порошковой наплавки. Данный метод нанесения износостойкого покрытия обеспечивает высокое качество и однородность наплавленного металла.

Применения:

• Защита от коррозии и износа деталей запорной и запорно-регулирующей арматуры: арматура для судостроительной и химической промышленности, энергетическая арматура, нефтегазовая арматура. Безотказная работа наплавленных деталей запорной арматуры более 10 лет. Износостойкая арматура (седла, шиберы, штоки) горнодобывающей промышленности.
• Упрочнение износостойкими покрытиями высоконагруженных деталей (горловых колец и клапанов и др.)

После плазменно-порошковой наплавки детали выдерживают влияние агрессивных химических сред, повышенные температуры, сохраняют высокие прочностные характеристики.