X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

В этой статье показаны сведения по плазменной наплавке, упрочнению и выбору эффектного варианта реставрирования деталей технологических машин.

Важные слова: реставрации, ремонт, варианты реставрации, плазменная обработка, укрепление

Понижения эффективности технологических машин характеризуется систематическим появлением дефекта, понижением производительности, повышением расхода электроэнергии, возникновением особых шумов и прочее. Причиной неисправностей в машинах является износ их деталей, а также сочленений этих деталей.

В результате износа рабочей поверхности большинство металлических деталей ремонтируемых машин выбраковывают при уменьшении массы деталей на 1–2 %. Как итог мы теряем много металла. Подавляющее количество изношенных деталей можно восстановить, что позволит использовать их повторно. Кроме этого в большинстве случаев отремонтированные детали оказываются более долговечными, чем заводские.

Потерявшие полезные качества детали сочленения можно использовать по новой после их ремонта. Детали могут быть подвергнуты нарушению размеров, искажению формы, изменению зазоров, поверхностным повреждениям, поломкам).

Ремонтироваться может всякая деталь с любыми неисправностями. Однако восстанавливают не все неисправные детали. Очень решает экономический фактор. Дело в том, что чем деталь дороже, тем целесообразнее её восстанавливать. Исключение может послужить для такой детали, которая по каким-либо причинам сложно изготавливается (в частности, для импортного оборудования).

Основой восстановительного производства является ремонт деталей. Технические и экономические показатели ремонта в большой мере зависят от верного выбора способа реставрации.

Плазменная обработка – это один из главных методов ремонта и упрочнения деталей машин. Для восстановления и упрочнения изношенных деталей в последнее время всё чаще применяют плазменную обработку. Образующий плазму (аргон, азот) высокотемпературный и сильно ионизированный газ пропускают через узкий канал, в котором действует дуговой разряд между двумя электродами, из которых один не плавящийся (из вольфрама). Столб электрический дуги сжимается газом, что способствует подъему его температуры до 16000–17000 градусов и выше. Происходит ионизация плазмообразующего газа. Это происходит благодаря тому, что в малом пространстве выделяется большое количество тепла. Плазменную струю получают в плазмотроне, которую по другому называют специальной плазменной горелкой. Плазменной струе характерна высокая температура факела, концентрация большой тепловой мощности в малых объемах, благодаря чему участки перегрева в 3-5 раза меньше, чем при электродуговой сварке, и в 10–30 раз меньше, чем при газовой сварке.

Зоны термического влияния при воздействии плазменной обработкой меньше в 3-5 раз, если сравнивать с электродуговой и газовой сваркой, что даёт нам возможность получить слой наплавленный, который имеет толщину от 0,1 до нескольких миллиметров.

На этом достоинства плазменной обработки не заканчиваются. Всякий из известных материалов поддаётся плавке плазменной струёй: применяемые газы – негорючи; процесс проходит с хорошей производительностью и скоростью, а также может выполняться под водой и в других средах. Тугоплавкая высокотвердая проволока (пруток) или порошок чаще всего используются в качестве присадочного материала, которые обеспечивают получение износостойких покрытий.

Через канал плазмотрона или за срезом его медного сопла вводят присадочный материал в поток плазмообразующего газа. Этот материал расплавляется и сжатым воздухом направляется на поверхность частицы, затем деформируется, взаимодействует и формируется в слой покрытия.

Установка для плазменной обработки состоит из следующего: плазмотрона, системы его электрообеспечения, подачи присадочного материала, управления, газоснабжения, водоохлаждения электродов и контроля.

На рис. 1 мы видим схему установки для плазменного напыления порошковым материалом.

Плазмотрон пп-25 является составляющей частью установок упу-3д и умп-6, предназначенных для плазменной наплавки. Для нанесения износо-коррозиестойких и изоляционных покрытий из проволочного или порошкового материала предназначена универсальная плазменная установка упу-3д. Толщина наносимого покрытия 0,1–2,0 мм, сила тока 300–400А, напряжение 85–90В. Наплавка ведётся на прямой полярности, а электропитание осуществляют преобразователи типа пс-500, псо-500 и ипн-160/600. Для нанесения износостойких, жаростойких, электроизоляционных и других покрытий из металлических и керамических порошковых материалов у нас существует установка плазменного напыления умп-6. На ней детали покрывают следующими материалами: оксид алюминия, вольфрам, никелехромоборокремниевый («самофлюсующийся»), и другими сплавами, которые обеспечивают износостойкие покрытия.

Если потребуется, установку умп-6 можно оснастить плазмотроном для нанесения покрытия на внутреннюю поверхность детали. Деталь, которая подлежит плазменному наращиванию, очищают от загрязнения. Плазменное покрытие зачищают и, если нужно, оно подвергается шлифовке.

1 – вольфрамовый электрод; 2 – сопло плазмотрона; 3 – электросопротивление;

4 – источник электропитания; 5 – плазменная струя; 6 – плазменный факел, газ и частицы присадочного материала; 7 – восстанавливаемая деталь; 8 – система подачи воды для охлаждения электродов; 9 – газ, транспортирующий порошок; 10 – плазмообразующий газ.

Рисунок 1 – схема установки для плазменной наплавки порошковым материалом

Восстановление изношенного вала плазменным напылением с дальнейшим оплавлением (рис. 2) является эффективным для таких валов, толщина покрытия которых должна быть в пределах 0,1–1,0 мм. Плазмотрон 4 напыляет изношенный вал 8. В его сопло поступает гранулированный порошок наносимого металла, который берётся из питателя 3 трубопровода 7. Между вольфрамовым неплавящимся электродом и водоохлаждаемым каналом возбуждается электрическая дуга. Балластный реостат 2 включается в цепь источника электрического питания 1.

Восстановления ведётся в 2 стадии: напыляется слой необходимой толщины, после чего подача порошка прекращается и оплавляют плазменной струёй напыленный слой, приблизив плазмотрон к поверхности вала. Как итог получаем довольно качественное покрытие с однородной структурой, высокой прочностью и ровной поверхностью, которая не требует следующей черновой механической обработки. Твёрдость покрытия весьма высокая. Получают покрытие твёрдостью 45–60 hrc. Этого добиваются нанесением на изношенный вал слоя из порошка сормайт и оплавлением его плазменной струёй.

1 – станок; 2 – восстанавливаемый вал; 3 – наружное сопло плазмотрона;

4 – медное сопло; 5 – плазмо-образующий газ; 6 – вольфрамовый катод;

7 – питатель для подачи порошка; 8 – транспортирующий газ; 9 – защитный газ.

Рисунок 2 – Восстановление изношенных валов наплавкой

Для упрочнения в большинстве случаях трущуюся поверхность вала закаливают токами высокой частоты (ТВЧ) или газовым пламенем. Для применения токов высокой частоты необходимо дорогостоящее оборудование и индукторы для каждого размера и конфигурации вала. Появляются сложности при контроле и регулировании температуры и глубины закалки при применении газового пламени для поверхностного нагрева, вследствие чего появляется перегрев поверхностных слоёв вала. В таких условиях процесс трудно автоматизировать и механизировать.

Плазменное упрочнение вала поверхностной закалкой свободно от недостатков, которые присущи другим способам. Плазменное поверхностное закаливание ведётся по схеме, которая изображена рисунке 3. Здесь используется плазмотрон 3, который укреплён на каретке станка. Ему придаётся продольное перемещение (слева направо). Упрочняемый вал 1, который закреплён в центрах станка, имеет вращательное движение. Разбрызгиватель воды 2 на каретке укреплён вместе с плазмотроном. Разбрызгиватель перемещается вместе с плазмотроном, он охлаждает и закаляет нагретую поверхность вала.

Современная технология позволяет отреставрировать любую деталь со всеми неисправностями. Но важно разобраться насколько это экономически выгодно.

1 – вал; 2 – разбрызгиватель воды; 3 – плазмотрон.

Рисунок 3 – схема установки для упрочнения ремонтируемых валов плазменным способом

В целом, деталь выгодно восстанавливать, если соблюдено это условие:

(1)

где А – затраты на изготовление новой детали;

B – затраты на ремонт нерабочей детали;

срок службы новой и восстановленной деталей.

Затраты на восстановление неисправной детали

(2)

где остаточная стоимость восстанавливаемой детали;

заработная плата рабочего (с начислениями), который занят ремонтом детали;

затраты на материалы, которые расходуются при ремонте детали (например, электродов, проволоки и др.);

накладные расходы (в долях от заработной платы рабочего), которые включают в себя затраты, вызванные применением приспособлений, приборов, инструментов.

Библиографический список:

1. Малаховский В. А. Плазменная сварка. м., 1987.

2. Худых м. и. ремонт текстильных машин. м., легпромбытиздат”, 1991

3. Бафаев д. х. плазменная наплавка, упрочнение и выбор способа восстановления деталей машин [текст] // технические науки в россии и за рубежом: материалы vi междунар. науч. конф. (г. москва, ноябрь 2016 г.). — м.: буки-веди, 2016. — с. 65-68. — url https://moluch.ru/conf/tech/archive/228/11192/

Код для цитирования: Скопировать