Плазменная сварка и наплавка

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.

В зависимости от схемы подключения анода различают (рис. 2.34):

1. 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.

2. 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 напыления порошков.

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

Наплавку металла можно реализовать двумя способами:

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

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

В качестве плазмообразующих газов можно использовать аргон, гелий, азот, кислород, водород и воздух.

Достоинствами плазменной наплавки являются:

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

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

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

4. Возможность выполнения плазменной закалки поверхности детали.

5. Относительно высокий КПД 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 плазменной сварки и наплавки (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 важна выдержка постоянным произведения I · 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 ротор, расположенный вертикально, 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 порошка и наружное — для подачи защитного газа.

При наплавке порошков реализуется комбинированная дуга, т. е. одновременно будут гореть открытая и закрытая дуги. Величиной балластных сопротивлений можно регулировать потоки мощности на нагрев порошка и на нагрев
и оплавление металла детали. Можно добиться минимального проплавления основного материала и, следовательно, получить небольшую тепловую деформацию 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 т. п.)
и обезжиривание. Величину мощности электрической дуги подбирают такой, чтобы сильно не нагревалась деталь
и чтобы основной металл был на грани расплавления.

Дата добавления: 2014-12-16