Обладнання для плазмового напилення

Установки для плазмового напилення можна класифікувати за та­кими ознаками:

1. За способом отримання плазми установки з дуговими плазмови­ми розпилювачами та високочастотними індукційними розпилювачами.

2. За способом захисту процесу обладнання з місцевим та загаль­ним захистом. Для напилення з місцевим захистом використовують різні насадки на плазмотрон, місцеві негерметизовані камери та інші при­строї. Розповсюдження отримало обладнання для плазмового напилен­ня з загальним захистом процесу у жорстких герметизованих камерах.

3. За рівнем тиску в камері розрізнюють установки для напилення при тиску у камерах, близьким до атмосферного (Рк = 0,1 МПа)', в низь­кому вакуумі (Рк = 133 Па і вище); при підвищеному тиску (Рк >0,1 МПа).

Найбільш поширене обладнання перших двох типів.

4. За регенерацією газу з повним викидом ллазмоутворюючого газу в атмосферу і його регенерацією по замкненому циклу.

У промисловості отримали розповсюдження установки для плазмо­во-дугового напилення. У склад цих установок входить (рис. 6.19) плаз­мотрон 7, джерело живлення постійного струму 4, пульт керування 1 з контрольно-вимірювальними та регулюючими приладами, пристрої для підпалювання дуги 5, порошковий живильник 6 або система подачі дро­ту, система газопостачання 2 та водяного охолодження 3, система ав­томатичного блокування у разі аварійних ситуацій (падіння тиску води, ллазмоутворюючого газу, коротке замикання тощо).

Основним компонентом обладнання для напилення покриття є плаз­мотрон.

Плазмотрони для напилення складаються, як правило, з двох кор­пусних вузлів, розділених ізоляційною вставкою (рис. 6.20).

6

Рис. 6.19. Блок-схема установки для плазмового напилення

1 і-сгШ

' 7

До вузла, з’єднаного з позитивною клемою джерела живлення, при­кріплюється змінне сопло-анод 2, а в корпусі, з’єднаному з негативною клемою джерела живлення, розміщується центральний електрод-катод 1. Для забезпечення герметичності системи охолодження плазмотрона між деталями плазмотрона встановлюються гумові та фторопластові ущільнення. Вода для охолодження подається, як правило, по шлангу з струмопідводом до анодного вузла, а злив води відбувається по шлангу струмопровода катодного вузла.

Анод, здебільшого, виготовляють з міді, а катоди для плазмотронів, які працюють в інертних та відновлювальних газах з вольфраму. У плаз­мотронах, які працюють на газових сумішах з окислювачами, використо­вують цирконієві або гафнієві катоди.

Для напилення використовуються плазмотрони з довжиною дуги, яка сама встановлюється із фіксованою довжиною дуги за рахунок між­електродної вставки (МЕВ) 3.

Плазмотрони першого типу потужності 40...45 кВт мають невеликі габарити, просту конструкцію, невелику напругу на дузі. їх негативні ри­си - це необхідність використання спеціальних джерел живлення, обме­женість електричної потужності плазмотрона внаслідок малої довжини дуги, значна (до 30%) пульсація струму. Підвищення потужності за раху­нок струму призводить до скорочення ресурсу роботи електродів.

Використання плазмотронів з МЕВ, незважаючи на збільшення розмірів і складності конструкції, дозволяє збільшити потужність і ККД плазмотрона без суттєвого збільшення сили струму.

Стабілізація дуги здійснюється за рахунок аксіальної (вісьової) або тангенційної (вихрової) подачі газу. Віхрева подача газу забезпечує
більш стабільне горіння дуги, в той час, коли еісьова подача забезпечує більш рівномірне розподілення порошку.

/

Рис. 6.20. Схема плазмотронів для напилення: а - система, де довжина дуги встановлюється сама; б - з фіксованою довжиною дуги за рахунок міжелектродної вставки (МЕВ)

При плазмовому порошковому напиленні використовують плазмо - трони з непрямою дугою, а при дротяному можуть використовуватись плазмотрони, як з прямою, так і непрямою дугою.

В Інституті газу та I ЕС ім. Патона НАН України створена серія плаз­мотронів для нанесення покриття у плазмі продуктів спалення природ - нього газу або пропан-бутану з повітрям. Це дозволило підвищити по­тужність плазмотронів та продуктивність по порошку до 20...50 кг/год.

Підвищення потужності плазмотронів можна досягти за рахунок створення надзвукових плазмових струменів (до 2М...ЗМ). Створення надзвукового струменя можливе при напиленні у динамічному вакуумі (способи VPS/LPPS) та за рахунок створення профільованих сопел.

При виборі джерела живлення для плазмотронів постійного струму перевага віддається випрямлячам, які відрізняються малим шумом, ма­ють високі ККД та більш надійні в експлуатації. Найбільше поширення знайшли випрямлячі АПР-402, ПД 502У2 та ін. Перспективним для ви­користання є тиристорні джерела постійного струму.

Важливим вузлом плазмової установки є система водяного охолод­жування, від якої значною мірою залежить довговічність і надійність ро­боти плазмотрону. На багатьох сучасних установках використовують автономні системи охолодження, в яких, як правило, циркулює дисци - льована вода під високим тиском з витратами 15...25 дм3/хв. Можливе використання для охолодження плазмотрона фреонового холодильника або радіаторного теплообмінника з проточною водою з мережі загаль­ного водопостачання.

Враховуючи, що точність регулювання витрат порошку, стабільність його подачі, межі діапазону розмірів часток порошку суттєво впливають на якість і властивості покриття, конструкції живильників-дозувачів по­рошку приділяється багато уваги.

До основних типів живильників належать живильники з виваженим шаром порошку, з вільною течією порошку під дією сили тяжіння або вібрації, живильники з механічним дозуаачем порошку: роторним бара­баном, шнеком, пласким та вібруючим диском.

Практичний досвід показав, що найбільш надійними можна вважати живильники з пласкими вібруючими дисками.

Найбільш вдала конструкція порошкового живильника фірми "Плаз - ма-технік АГ, в якому порошок тече на диск-тарілку, яка одночасно обертається та вібрує. З тарілки порошок зсипається у проміжний бун­кер і перемішується з турбулентним струменем транспортуючого газу. Цей живильник забезпечує рівномірну подачу порошків з розміром час­ток від 20 мкм до 1 мм, продуктивністю від 50 до 1500 см /год, точністю дозування - ± 2%, об’ємом бункера - 2,5 дм3.

У зв’язку з розширенням використання в технології плазмового на­пилення різних механічних сумішей порошків використовуються багато - бункерні живильники.

Найбільш поширені установки для плазмового напилення, які при­значені для нанесення багатошарових двохкомпонентних металокера­мічних покриттів з порошків або проволоки, наведені в табл. 6.6. Вони можуть використовуватись як у складі напівавтоматів для напилення, так і у складі наявних на підприємстві засобах механізації, які забезпе­чують надійний захист обслуговуючого персоналу та навколишнього середовища від шуму, аерозолей та інших шкідливостей, які супровод­жують напилення. Як правило, вони застосовуються для зміцнення та відновлення поверхонь деталей в умовах дрібносерійного та ремонтно­го виробництва.

Таблиця 6.6

Технічні характеристики установок для плазмового напилення

Характеристики

установок

УМП-6

УМП-7

Київ-7

УН102

УПУ-8

УПУ-

ЗД

Продуктивність,

кг/год

Порошок керамічний

0,5...4,5

5

10

5

металічний

1...7

12

25

20

композиційний

1...7

7

10...15

1...2

Дріт 00,8; 1,0...1,2, мм

4 .6

Робочий газ

N2

N2, Аг, БС

суміш СП з ПГ або ПБ

N2, Аг

Ni, Аг

N2, Аг, БС

Потужність плазмо­трона, кВт

28

ЗО

80

70

40

400 А"

Витрати, м3 /гос

Плазмоутворюючого

газу

4

3

3,9...12** 0,1..2***

3...6.3

1,8...2,9

0,9...6

води

0,21

0,21

1,44

0,6

Тиск, МПа

Плазмоутворюючого

газу

0,4

0,35

0,5..0,6’* 0,2...0,3***

-

-

води

0,25...0,5

0,35

_

0,4

Маса установки в комплекті, кг

1200

870

1150

1150

2100

-

Позначення: БС - бінарні суміші (з Нг чи Не); СП - стиснуте повітря; ПГ - природній газ; ПБ - пропан-бутан;

* - струм плазмотрона;

** - витрати та тиск повітря;

*** - витрати та тиск природного газу.

На рис. 6.21 подано загальний вигляд установки “Київ-7".

Рис. 6.21. Схема установки “Київ-7”:

1 - блок електроживлення; 2 - блок керування; 3 - плазмотрон;

4 - блок автономного охолодження; 5 - блок подачі порошків

Для організації нанесення багатошарових зносостійких, корозійно­стійких, антифрикційних та інших покриттів на зовнішні поверхні дета­лей в умовах дрібносерійного та ремонтного виробництва рекомен­дують використовувати напівавтомати камерного типу.

ЦІ напівавтомати складаються з камери напилення, плазмової установки у зборі, аспіраційної установки.

У камері напилення розташовані плазмотрон, передня та задня баб­ки для кріплення деталі, яка напилюється. Механізми переміщення плаз­мотрона та оберту деталі винесені за межі камери, що забезпечує зручне обслуговування та експлуатацію обладнання.

Напівавтомат 15В-Б (рис. 6.22) наносить покриття на зовнішні цилі­ндричні та пласкі поверхні деталей. Керування напівавтоматом здійсню­ється за допомогою релейних схем. Напівавтомат виготовлявся у двох виконаннях: 15В-Б-01 з плазмовою установкою УМП-7, 15В-Б-02 з плаз­мовою установкою “Київ-7”.

У напівавтоматі моделі УН-115 (рис. 6.23) механізми обертання де­талі та переміщення плазмотрона розташовані у камері напилення, яка має відкидний кожух для вільного доступу до них. Напівавтомат напи­лює зовнішні поверхні циліндричних деталей. Керування здійснюється за допомогою релейних схем.

Напівавтомат 3201П напилює зовнішні поверхні циліндричних де­талей та деталей складної конфігурації (конус, циліндричні малоступін - часті деталі тощо). Керування напівавтоматом здійснюється за допо­могою системи керування “Електроніка НЦ-31", яка випускається серій­но.

Конструкція напівавтомату забезпечує:

- можливість ручного регулювання дистанції напилення;

- ручний поворот та фіксацію плазмотрона відносно поздовжньої осі деталі;

- плавне регулювання швидкостей обертання виробу; поздовжньо­го та поперечного переміщення плазмотрона;

- можливість автоматичного лозицїювання плазмотрона відносно поздовжньої осі;

- захист приводів переміщення плазмотрона та обертання деталі від попадання порошку, який напилюється;

- захист обслуговуючого персоналу та навколишнього середовища від шуму, випромінювання, аерозолей та інших шкідливостей, що су­проводжують напилення.

Крім того, напівавтомат моделі 3201П забезпечує:

- позиціювання та зміну швидкості переміщення плазмотрона по двом координатам з інтерполяцією за заданою програмою;

- зміну частоти обертання шпинделю за заданою програмою;

- поворот плазмотрона у завдану точку;

- автоматичне регулювання відстані від плазмотрону до напилюва­ної деталі.

Напівавтомат моделі 3201П комплектується плазмовою установкою “Київ-7”.

Технічні можливості напівавтоматів визначаються за параметрами плазмових установок (табл. 6.6) та наведені в табл. 6.7.

X

03

CD

>

Q.

Q)

ьс

-a

5

o s <N I

CsJ *

<o

CL cni

a;

i

x

a>

ц.

CO

s

8

Рис. 6.23. Напівавтомат плазмового напилення УН-115

Для плазмово-дугового напилення присадковим дротом зносостій­кого покриття на чавунні та сталеві вироби типу “вал” у МИТК ім. Є. О. Патона розроблена установка УН-126.

Техніка напилення зносостійкого покриття ґрунтується на розпи­ленні плазмовою дугою струмонесучого дроту - аноду, який є вихідним матеріалом створення шару покриття та механічній обробці покриття спеціальним пристроєм. Установка забезпечує необхідну точність при відновленні геометричних розмірів валу, а також автоматичне відклю­чення процесу напилення при досяганні завданої товщини покриття.

До складу комплекту плазмового обладнання входить плазмово - дугова голівка, захисний пристрій, пульт керування, об’єднана газороз - подільча шафа та шафа керування, джерело живлення та звукоізоля­ційна камера.

Плазмово-дугову голівку, об’єднану із захисним пристроєм, встано­влюють на супорт поперечного переміщення токарно-гвинторізного вер­стату або іншого обертача. Для напилення покриття на шатунні шийки колінчастих валів використовують індивідуальні центрозміщувачі. Пода­ча розпилюваного дроту та коливання плазмотрону ведеться від одного приводу. Частота коливань плазмотрону синхронізована зі швидкістю подачі дроту.

Технічні можливості напівавтоматів для напилення

Характеристики

напівавтоматів

15В-Б

3201П

УН-115

Розмір деталей, мм

Циліндричних

довжина

63...1500

63...1600

1200

діаметр

20...320

25...500

600

Пласких

63...1500x4016

Маса деталей, кг, не більше:

500

150

циліндричних

100

плоских

250

Швидкість переміщення плазмотрона, м/с

0,0002...0,16

Уздовж вісі шпинделя

0,002...0,1

О

О

о

О)

о

-

Поперек вісі шпинделя

0,004...0,18

0,001...0,5

-

Кількість координат переміщення плазмотрона

-

3

-

Частота обертів шпинделя, об/хв

22,5...500

20...400

6...300

Габарити напівавтомата, мм

3850х5900х

2500

4850х4850х

2400

4600х3100х

2470

Маса напівавтомата, кг, не більше

4200

5700

4200

Технічні характеристики установки УН-126:

потужність плазмотрону, кВт..................................................... не.... більше 24;

продуктивність напилення, кг/год................................................. 2...8;

діаметр розпилюваного дроту, мм................................................ 1,0...2,0;

робочий струм плазмотрону, А..................................................... 160...300;

робоча напруга на дузі, В................................................................ 60...80;

витрати плазмоутворюючого газу (аргон), м3/год 1,0...1,5;

витрати стисненого повітря (охолоджуючого), м /год 16...20;

період коливання плазмотрону, с'1 .............................................. 2...6;

розмір напилюваних деталей, мм, не більше:

діаметр.................................................................................... 160;

довжина.................................................................................. 800.

Для мікроплазмового нанесення використовується установка МПН-004, яка використовує в якості плазмоутворюючого та захисного газів аргон першого сорту. Вона дозволяє проводити напилення мідним дротом діаметром 0,3 мм, бронзовим порошком ПГ-АН11 (Бр0ф-10-1) фракції

63.. .100 мкм та композиційним порошком нікель-графіт (Ni-C 80-20) фракції 63...100 мкм. До комплекту установки входять джерело живлен­ня з пультом керування, плазмотрон, спеціальний пристрій для подачі дроту.

Характеристика установки мікроплазмового напилення:

- робочий газ....... Аргон;

- захисний газ Аргон;

- потужність, кВт до 3,0;

- сила струму, А 10...50;

-напруга, В.................................................................... до 60;

- витрати плазмоутворюючого газу, дм^год.. 10...150;

- витрати захисного газу, дма/год 60...240;

- продуктивність, кг/год 0,25...2,5;

- діаметр дроту, мм 0,15...0,3;

- габарити, мм 0,5...1,0;

- вага, кг 390*255x205

14.

Оставить комментарий