Малогабаритные плазмотроны для наплавки изношенных деталей

Язык труда и переводы:
УДК:
631.3.004
Дата публикации:
27 мая 2022, 14:39
Категория:
Инновационные технологии ремонта, реновации и восстановления в машиностроении
Авторы
Аннотация:
Показана роль плазмотрона при плазменной наплавке. Дан анализ применяемых схем подачи порошковых наплавочных материалов в плазменную дугу. Представлено описание разработанных с учетом этого анализа и прошедших производственные испытания в ООО «Техноплазма» малогабаритных плазмотронов ПД-012 и ПД-008. Приведены их основные характеристики. В плазмотроне ПД-012 одно из отверстий выделено для подачи порошкового материала в зону расплавленного основного материала детали. Плазмотрон имеет малые габариты в поперечном сечении.Плазмотрон ПД-008 и его модификации хорошо зарекомендовали себя при наплавке с подачей порошка в плазменную дугу через дюзу, расположенную вне плазмотрона. Представленные плазмотроны просты и имеют низкие эксплуатационные затраты.
Ключевые слова:
плазменная наплавка, плазмотрон, порошковый наплавочный материал, плазменная дуга, плазмообразующее сопло
Основной текст труда

Одним из путей восстановления и увеличения ресурса деталей машин и оборудования является нанесение на их изношенные поверхности износостойких покрытий плазменной наплавкой. Этот способ получил распространение благодаря  возможности получать качественные покрытия с высокой износостойкостью за счет использования большой номенклатуры высоколегированных порошковых наплавочных материалов при низкой степени их перемешивания с основным материалом детали. Высокая концентрация энергии плазменной дуги обеспечивает нанесение на  поверхности износостойких покрытий и качественное сплавление основного и наплавляемого материалов с регулируемой глубиной проплавления металла детали [1–4].

Важным элементом оборудования для плазменной наплавки является плазмотрон.

Размеры плазмотрона определяются наличием в нем электрода и плазмообразующего сопла, а также системы подачи и распределения плазмообразующего, транспортирующего, защитного газов, системы охлаждения всех перечисленных элементов  [2, 4, 5].

Для подачи порошковых наплавочных материалов в плазменную дугу применяют различные схемы, которые влияют на стабильность работы плазмотрона, качество получаемых покрытий, эффективность использования наплавочного порошка, расход газов [2–8].

Конструкции плазмотронов для плазменной наплавки постоянным током прямой полярности в среде инертного газа аргона можно условно классифицировать по системе подачи порошкового наплавочного материала на несколько групп. 

  1. Подача порошка осуществляется через отдельно выделенное фокусирующее сопло, расположенное внутри защитного сопла и содержащее каналы для направленной подачи порошка в плазменную дугу. Плазмотроны этой группы имеют высокий коэффициент использования наплавочного порошка, достигающего 95 %, но конструктивно имеют больший габаритные размеры за счет дополнительного элемента — фокусирующего сопла.
  2. Подача порошка осуществляется через специальное отверстие, расположенное между плазмообразующим и защитным соплом. Отверстие имеет наклон к оси плазмообразующего сопла, обеспечивающий подачу порошкового материала в плазменную дугу. Коэффициент использования наплавочного порошка в плазмотронах подобной конструкции достигает 95 % и они имеют потенциал для снижения габаритных размеров.
  3. Подача порошка осуществляется через защитное сопло, при этом функции транспортирующего и защитного газа в самом плазмотроне объединены с целью обеспечения эффективной газовой защиты зоны наплавки. Плазмотроны этой группы имеют небольшие габаритные размеры, однако их недостатком является низкий коэффициент использования наплавочного порошка, он достигает 70 %.
  4. Подача порошка в плазменную дугу осуществляется через дюзу, расположенную вне плазмотрона. Коэффициент использования наплавочного порошка достигает 90 %. Однако в настоящее время промышленно выпускаемого оборудования под эту технологию нет.
  5. Подача порошка осуществляется непосредственно в плазмообразующий канал через боковое отверстие в нем или через полый электрод плазмотрона. В производственных процессах плазмотроны такой конструкции не распространены, вероятно в связи с низким ресурсом работы плазмообразующего сопла.
  6. Подача порошка осуществляется через выделенный канал в защитном сопле, образованном кольцевыми наклонными каналами. Коэффициент использования наплавочного материала в плазмотронах такой конструкции достигает 85 %. Конструктивно такие плазмотроны могут иметь малые габаритные размеры за счет отказа от традиционной цилиндрической формы.

С использованием последней схемы подачи порошкового материала в ООО «Техноплазма» разработана серия плазмотронов, позволяющих проводить наплавку изношенных поверхностей в ограниченном пространстве конструктивно сложных деталей (шеек коленчатых валов, опорных шеек валов тормозных, крестовин и других деталей). Система охлаждения этих плазмотронов сформирована за счет полостей отверстий и пазов, образованных вокруг плазмообразующего сопла и электрода плазмотрона. Система газовой защиты также сформирована с помощью отверстий, образованных вокруг плазмообразующего сопла.

 В плазмотроне ПД-012 одно из отверстий выделено для подачи порошкового материала в зону расплавленного основного материала детали. Плазмотрон имеет малые габариты в поперечном сечении. Габаритные размеры без присоединительных трубок (ширина 16 мм, высота 54 мм, длина 38 мм).  Работает на прямой полярности при максимальном токе дуги 200А. В нем используется электрод WL-20, ISO 6848, плазмообразующее сопло диаметром 4мм. При наплавке применяется порошок сферической формы 100…300 мкм. Рекомендуемое расстояние от торца защитного сопла до поверхности детали составляет 10…14 мм. Производительность наплавки составляет до 2 кг/час. Ресурс работы плазмотрона ПД-012 достигает 500 часов при ПВ 70 %.

Плазмотрон ПД-008 и его модификации хорошо зарекомендовали себя при наплавке с подачей порошка по способу 4, в котором порошок в плазменную дугу подается через дюзу, расположенную вне плазмотрона. Коэффициент использования порошкового наплавочного материала составляет около 90 %. Габаритные размеры без присоединительных трубок (ширина 16 мм, высота 48 мм, длина 35 мм).  Работает на прямой полярности при максимальном токе дуги 250А. В нем используется электрод WL-20, ISO 6848, плазмообразующее сопло диаметром 4мм. При наплавке применяется порошок сферической формы 40…200 мкм. Рекомендуемое расстояние от торца защитного сопла до поверхности детали составляет 10…14 мм. Производительность наплавки составляет до 3 кг/час. Плазмотрон применяется при наплавке пальцев ковшей экскаваторов и спецтехники, осей, валов, других цилиндрических деталей диаметром до 85 мм.

Представленные плазмотроны серии ПД имеют простую конструкцию, состоят из шести основных деталей и стандартных винтов их крепления, низкие эксплуатационные затраты.

Литература
  1. Юдин В.М., Шиповалов А.Н., Храпков Г.А. Восстановление деталей автомобилей. Ремонт. Восстановление. Модернизация, 2017, № 4, с. 11–13.
  2. Слинко Д.Б., Дорохов А.С., Денисов В.А., Лялякин В.П. Практика применения плазменно-порошковой наплавки при восстановлении изношенных деталей машин. Технология машиностроения, 2019, № 3, с. 32–37.
  3. Слинко Д.Б., Дорохов А.С., Денисов В.А., Павлов В.А. Технологические особенности восстановления валов плазменной наплавкой. Заготовительные производства в машиностроении, 2018, т. 16, № 12, с. 566–569.
  4. Юдин В.М., Шиповалов А.Н., Храпков Г.А. Восстановление изношенных деталей наплавкой. Сварочное производство, 2017, № 7, с. 35–37.
  5. Семенов А.П., Ковш И.Б., Петрова И.М. и др. Методы и средства упрочнения поверхностей деталей машин концентрированными потоками энергий. Москва, Наука, 1992, 404 с.
  6. Лялякин В.П., Слинко Д.Б. Частично механизированная сварка (наплавка) плавлением. Москва, Издательский центр Академия, 2019, 192 с.
  7. Веселовский Н.И., Маврутенков А.А. Оценка эффективности газовой защиты плазмотрона. Труды ГОСНИТИ, 2011, т. 107, № 2, с. 118–120.
  8. Юдин В.М., Шиповалов А.Н., Храпков Г.А., Маврутенков А.А. Плазмотроны для порошковой наплавки. Ремонт. Восстановление. Модернизация, 2022, № 4, с. 36–39.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.