Технологию наплавки применяют для восстановления изношенной поверхности промышленного оборудования. Плазменная наплавка относится к современным методам защиты покрытий от разрушающего воздействия агрессивной среды. Разновидность высокоточной сварки позволяет продлить срок эксплуатации дорогих механизмов.

плазменная наплавка металла

Суть метода

Процесс наплавки металла осуществляется путем подачи присадочного материала (проволока, мелкозернистый порошок) в струю плазмы. Под воздействием направленного потока плазмы, действующего на обрабатываемую зону, происходит нагрев присадки с последующим ее расплавлением. В результате непрерывно нагреваемая поверхность изделия покрывается защитным материалом, создавая наплавочный слой.

Плазма представляет собой один из вариантов сильно ионизированного газа, нагретого до сверхвысоких температур. Во время процедуры дуговой ионизации газа под воздействием образующегося электрического поля создается направленная струя плазмы. На производстве такую струю получают одним из двух способов формирования электрического разряда:

  • при помощи плазмотрона, направленного на обрабатываемую поверхность (прямое действие плазмы);
  • при помощи электрода и водоохлаждаемого сопла плазмотрона (косвенное воздействие плазмы).

Особенности технологического процесса

Кроме порошковых материалов и проволоки для наплавки используют металлические ленты и прутки, спецшнуры с порошковым металлом в составе. Нагрев и расплавление присадки обеспечивает плазменная дуга, ее получение зависит от типа компоновки.

  1. Закрытую струю плазмы используют для металлизации (напыление) и закалки металла. В качестве анода выбирают сопло или горелку, которые формируют широкий поток небольшой интенсивности. К недостаткам компоновки можно отнести высокую теплоотдачу с медленным прогреванием основы.
  2. Для получения открытого плазменного потока анодом служит само изделие либо проволока. Открытую струю применяют для создания защитного слоя или резки металлических изделий. Этот тип компоновки вызывает сильный и быстрый разогрев поверхности детали с расположенным над ней температурным пиком.
  3. При комбинированном способе выполняют плазменно-порошковое напыление. Плазменная наплавка реализуется одновременным разжиганием двух дуг – открытой (зона подачи порошка) и закрытой (зона жесткой присадки).

наплавка металла

Плазменная наплавка выполняется по двум технологиям. При первом способе поток ионизированного газа захватывает порошковую смесь, чтобы доставить ее к зоне наплавления. При втором способе присадочный материал в виде ленты, проволоки, прутка вводят внутрь плазменного потока.

Для образования плазмы применяют подачу воздуха или пара, кислорода, водорода, гелия, азота, аргона. Выбор гелия и аргона в качестве газообразующей основы для плазмотрона улучшают сваривание основы с присадкой.

Этапы

Примерная схема технологического процесса:

  • проверка и зачистка поверхности, на которую будет наплавлен усиливающий слой;
  • подбор и установка требуемых параметров автоматического оборудования;
  • включение подачи воды, охлаждающей плазменную головку (без возбуждения дуги);
  • включение и установка параметров подачи защитной газовой смеси;
  • установление необходимых величин тока для дуг (вспомогательная и основная);
  • включение источника питания (сварочного генератора);
  • возбуждение дуги неплавящегося электрода по направлению к каналу сопла;
  • после регулирования устойчивости горения дуги подается проволока присадки;
  • автоматическое возбуждение второй дуги между проволокой и электродом.

В результате этих манипуляций стартует процесс плавления присадочного материала, подаваемого затем на поверхность детали для создания наплавочных слоев по месту образования сварочной ванны. Выключение наплавки происходит путем остановки автомата либо прекращения перемещения изделия при одновременном выключении механизма, подающего проволоку. Подбирая присадочный материал, нужно учитывать, что он должен обладать ничтожным сопротивлением по отношению к потоку плазмы.

Небольшой процент массы наплавляемого металла по отношению к общей массе изделия не вредит работоспособности механизма. Минимальный процент перемешивания основы с наплавом повышает его качество.

применение плазменной наплавки

Комбинированный способ

Суть этого метода – одновременная подача в зону плавления порошка и проволоки. На современных предприятиях плазменная наплавка реализуется с помощью комбинированного плазмотрона:

  • порошковую смесь, обогащенную газом, транспортируют через канал сопла;
  • электродную проволоку доставляет подающий механизм установки.

Использование токоведущей проволоки для наплавки обеспечивает минимум глубины проплавления наращиваемых слоев.

Процесс наплавления имеет строгое ограничение – допускается использование проволок (медь, медные сплавы, аустенитные виды сталей), температура плавления которых ниже, чем у металла основы.

Выбор проволок из низкоуглеродистых и легированных сталей приводит к потере качества формируемых слоев из-за недостатка подогрева металла и увлажнения основной поверхности.

Использование твердосплавных порошков повышает износостойкость слоев, но они приобретают низкую пластичность. Проволочный наплав обладает высокой пластичностью при низкой стойкости к износу, но высокой степени перемешивания с основой. Комбинация порошка с проволокой в процессе наплавки позволяет эффективно использовать сжатую дугу для получения за один проход качественных слоев, лишенных дефектов.

У комбинированного вида два преимущества. Это возможность регулировать состав наплавляемого металла с получением слоев по заданным характеристикам.

плазменно порошковая наплавка

Плазменно-порошковая наплавка

Этот способ создания слоя для защиты поверхности изделия представляет собой особый вид механизированного процесса. В качестве теплового источника выбрана плазма, обозначенная высокотемпературной сварочной дугой.

Материалом для присадки служат гранулированные смеси порошков из металлов с высокой степенью износостойкости. Их транспортировку внутрь плазмотрона осуществляют при помощи газа, подаваемого через специальный питатель.

Плазменная наплавка характеризуется:

  • малой глубиной проплавления металла основы (не более 5%);
  • обеспечением прецизионной точности качественного наплава;
  • минимальной потерей материала присадки;
  • контроль над дугой плазмы при гарантии чистоты наплава;
  • возможностью наплавления различных видов сплавов.

Минимальное проплавление основы при высокой производительности процесса гарантирует широкий диапазон выбора значений тепловой мощности совместно с подачей присадки. Благодаря такой возможности удается получить наплавленные слои заданной твердости с определенным химическим составом.

Высота наплава однородной структуры над поверхностью плавления может достигать 0,5 мм. Эта особенность предоставляет возможность выполнить однослойную наплавку там, где требуется несколько слоев, что сокращает расходы на присадочный материал и время обработки.

восстановление деталей

Преимущества плазмы

Технология плазменной наплавки требует тщательной подготовки поверхности детали к наплавлению усиливающего слоя. Перед наплавкой необходимо выполнить механическую обработку поверхности путем протачивания, шлифования и других видов работ с последующим обезжириванием детали.

Преимущества методики:

  1. Возможность провести плазменную закалку поверхности детали, работа с любыми материалами, в том числе тугоплавкими.
  2. Отсутствие влияния геометрических параметров и формы изделия на результат обработки (стандартный).
  3. Нанесение нескольких слоев наплавки не вредит состоянию основной поверхности, даже если она тонкая.
  4. Минимизирован риск появления дефектов внутри основы по причине формирования неглубокой зоны проплава.
  5. Обеспечение заданных характеристик покрытия за счет малого перемешивания слоя наплавляемого металла с основной поверхностью.

Условия выбора мощности электрической дуги – плазменный поток не должен сильно нагревать изделие, но при доведении основного металла до грани, за которой начинается расплавление.

оборудование для наплавки

Популярная методика с использованием плазмотрона позволяет наплавлять на стальную поверхность материалы с различной степенью износостойкости (латунь, медь, пластмассу). Новейшую технологию создания защитного покрытия применяют в различных областях. Изделия, упрочненные плазменной наплавкой, можно без опасения подвергать действию высоких нагрузок, а сам процесс по эффективности не уступает плазменной сварке.

Используемая литература и источники:

  • Соснин Н. А., Ермаков С. А. Плазменные технологии. Руководство для инженеров. Изд-во Политехнического ун-та. СПб.: 2013.
  • Попов В. Ф., Горин Ю. Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии. — М.: Высш. шк., 1988.
  • Хасуи А., Моригаки О. Плазменная наплавка и напыление. Пер. с яп. Москва « Машиностроение » 1985г.