Влияние сварочного тока
реклама
ПЛАЗМЕННАЯ НАПЛАВКА 1.СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА Плазменная наплавка – это нанесение с помощью сжатой дуги слоя металла на поверхность изделия. Достоинства плазменной наплавки: - высокое качество наплавляемого металла; - малая глубина проплавления основного металла при высокой прочности сцепления; - возможность наплавки тонких слоев; - высокая культура производства. Плазменная наплавка применяется при восстановлении изношенных деталей, когда необходимо восстановить размеры деталей и по возможности приблизить металл наплавленного слоя к основному металлу по твердости и другим механическим свойствам. Она также применяется при изготовлении новых деталей для придания им рабочих поверхностям определенных свойств: жаропрочных, кислотостойких, износостойких и других. В этих случаях основа изделия состоит из наиболее дешевых материалов (например, из обычной низкоуглеродистой стали), а поверхность – из сплава со специальными свойствами. Масса металла наплавки в таких изделиях составляет несколько процентов от их массы, а работоспособность значительно выше, чем у аналогичных изделий из однородных материалов. При плазменной наплавке стремятся обеспечить минимальный переход основного металла в наплавленный и более высокие свойства как металла наплавки, так и соединения в целом. 2.СПОСОБЫ ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКИ Плазменная наплавка может выполняться с подачей присадочного металла в виде проволоки, ленты или порошка в сжатую дугу. Наплавка сжатой дугой с подачей присадочной проволоки может осуществятся: 1.Дугой прямого действия, когда она горит между неплавящимся электродом и наплавляемой поверхностью, а проволока электрически нейтральна (рис.1.а). 2.Дугой косвенного действия, когда она горит между электродом и токоведущей присадочной проволокой, наплавляемое изделие электрически нейтрально (рис.1.б). 3.Комбинированным способом, когда горят две дуги: между неплавящимся электродом и изделием и между неплавящимся электродом и токоведущей присадочной проволокой (рис.1.в). 4.Дугой прямого действия с нагреваемой присадочной проволокой от отдельного источника тока (рис.1.г). 5.Способ плазменной наплавки двумя плавящимися проволоками, подключенными последовательно к источнику переменного тока, с помощью которого они нагреваются до соответствующих температур и подаются в хвостовую часть сварочной ванны, образованной сжатой дугой прямого действия, питаемой от источника тока (рис.1.д). Подогретый расплавленный металл защищают плазмообразующим газом и защитным газом, подаваемым через специальное сопло. Производительность этого способа 30кг/ч. 6.Высокой производительностью (до30кг/ч) также отличается и другой способ плазменной наплавки – плавящимся электродом (рис.1.е). В этом способе совмещены два способа сварки-наплавки: сжатой дугой и в среде инертного газа. Сжатая дуга питается от постоянного тока с падающей внешней характеристикой и образуется между вольфрамовым электродом, закрепленным под углом к оси плазменной горелки, и деталью. Наплавочная проволока, питаемая от отдельного источника тока с жесткой характеристикой, подается в сварочную ванну через сжатую дугу. Скорость расплавления проволоки в широких пределах регулируется за счет изменения параметров процесса сварки-наплавки: полярности тока, силы тока, диаметра проволоки, диаметра сопла. а б в г д е Рис.1. Варианты плазменной наплавки с подачей присадочной проволоки Плазменная наплавка с применением в качестве присадочного металла порошка может осуществляться: 1.По слою крупнозернистого порошка, когда порошок заранее насыпается на наплавляемую поверхность, а сжатая дуга прямого действия расплавляет его (рис.2.а.). 2.С подачей порошка тугоплавкого металла непосредственно в ванну расплавленного металла (рис.2.б.), при осуществлении этого способа частицы тугоплавкого металла внедряются в поверхность изделия. 3.С подачей порошка непосредственно в сжатую дугу (рис.2.в.), порошок нагревается и плавится тепловой энергией сжатой дуги и переносится на поверхность изделия, которая подогревается и оплавляется сжатой дугой прямого действия. Более широкие возможности открывает комбинированный способ наплавки, когда в зону сварки подают и порошок, и токоведущую присадочную проволоку. При наплавке дугой прямого действия минимальное проплавление основного металла обеспечивается только при относительно малых токах. Наплавка на больших токах целесообразна при восстановлении изношенных деталей, когда наплавленный металл не отличается по своим свойствам от основного. Рис.2. Варианты плазменной наплавки с подачей порошка При плазменной наплавке дугой косвенного действия с токоведущей присадочной проволокой энергия сжатой дуги затрачивается в основном на плавление присадочной проволоки, и только незначительная часть энергии идет на подогрев основного металла. Главный источник теплоты для нагрева изделием является перегретый жидкий присадочный металл, переходящий на изделие в виде капель или струи. Плазменная наплавка, как с токоведущей, так и с нетоковедущей присадочной проволоки, может выполняться как на прямой (минус на электроде), так и на обратной (плюс на электроде) полярности. При плазменной наплавке на прямой полярности существуют недостатки: повышенная степень загрязнения металла наплавки окислами и грязью, образующимися во время наплавки. Кроме того, этот способ нерационально использовать при наплавке металлов и сплавов, образующих тугоплавкие оксиды (алюминий, алюминиевые бронзы, никель и другие сплавы), так как требуются специальные флюсы для их удаления. Для того, чтобы исключить применение флюсов и организовать очистку поверхности основного металла и сварочной ванны от оксидов и загрязнения, наплавку ведут на обратной полярности. При этом способе в результате катодного эффекта (разрушение оксидной пленки) улучшается смачивание наплавленной поверхности жидкого металла и повышается качество сплавления металла. При плазменной наплавке сжатой дугой косвенного действия с токоведущей присадочной проволокой массивных изделий (валов диаметром > 150-200мм и плоских изделий толщиной больше 50мм) тепловой энергии, переносимой жидким металлом проволоки, иногда недостаточно для обеспечения хорошего смачивания основного металла. В этом случае целесообразно применять комбинированный способ наплавки (рис.1.в), при котором основной металл дополнительно подогревается маломощной сжатой дугой прямого действия. Основные достоинства наплавки дугой прямого действия с нагреваемой присадочной проволокой от отдельного источника тока: малое окисление содержащихся в проволоке примесей (титана и серы), хорошее формирование наплавленного валика, возможность обеспечения небольшой доли основного металла в наплавленном слое, высокая производительность. Плазменная наплавка с применением порошка благодаря минимальному проплавлению основного металла (2-3%) обеспечивает получение наплавленного металла с высокими физико-химическими свойствами. Плазменную наплавку можно выполнять одиночными валиками (при наплавке цилиндрических деталей по винтовой линии), а также с применением колебательного механизма (для широких слоев), на прямой или обратной полярности. 3 МАТЕРИАЛ 3.1. ПЛАЗМООБРАЗУЮЩИЕ И ЗАЩИТНЫЕ ГАЗЫ В качестве плазмообразующего газа при наплавке в настоящее время в основном используют Ar, но возможно применение и других газов. Выбор того или иного газа в качестве плазмообразующего определяется его физико-химическими особенностями такими, как теплоемкость, теплопроводность, потенциал ионизации и др. Анализ данных показывает, что в качестве плазмообразующих при наплавке лучше применять Ar и He, дающие наиболее высокую температуру плазмы при наименьшем напряжении дуги, энергии, подводимой к дуге, и коэффициенте использования энергии на нагрев газов. Однако, высокая теплопроводность Не вместе с высоким теплосодержанием гелиевой плазмы приводят к быстрому нагреву и разрушению электродов. Поэтому для наплавки в качестве плазмообразующего газа лучше использовать Ar. В качестве защитного газа при плазменной наплавке с успехом могут применяться Ar, N, CO2 и смеси Ar+He или Ar+N. Выбор защитных газов связан со степенью его воздействия на наплавляемый и основной металл, а также экономическими соображениями. Так при наплавке медных сплавов на сталь в качестве защитного газа с успехом можно использовать Ar, N, CO2, при наплавке износостойких материалов на сталь – N или смесь Ar+N и т.д. 3.2. ЭЛЕКТРОДЫ Для обеспечения стабильного протекания процесса наплавки плазменная струей необходимо использовать неплавящиеся электроды из такого материала, который способен без разрушения выдерживать нагревание до высокой температуры. Таким требованием лучше всего отвечают электроды из чистого вольфрама или с присадками тория или лантана. Вольфрам обладает следующими физическими свойствами: tпл= 3650 К, tкип=5973 K, работа выхода 4,54 в, удельное сопротивление 0,060 Ом*мм2/с. В связи с относительно высокими значениями работы выхода для получения необходимой величины термоэлектронной эмиссии вольфрамового электрода в электродный стержень вводится присадка окиси тория ThO2 (1-1,5%), имеющего работу выхода 3,35 в. Такая небольшая добавка Th улучшает условия зажигания и стабильного горения плазменной дуги. Одним из существующих недостатков применения торированных электродов является естественная радиоактивность Th. Хотя сведения о вредности торированных вольфрамовых электродов являются разноречивыми, но тем не менее производство торированных электродов является вредным, а их применение для сварных работ не желательно. Вместо окиси тория в настоящее время в вольфрам вводят присадки La 2O2 Электроды с присадкой 1-2% La2O2 подобны тарированным вольфрамовым электродам и характеризуются наименьшим расходом и наибольшей плотностью допускаемого тока. На основании сказанного выше можно сделать вывод, что при наплавке плазменной струей наибольшее применение нашли вольфрамовые электроды с присадкой La2O2. Для наплавки на постоянном токе обратной полярности применяют медные водоохлаждаемые электроды, обеспечивающие больший ресурс работы, чем вольфрамовые электроды, особенно при большой плотности тока. 4.3. ГРАНУЛИРОВАННЫЕ ПОРОШКИ В качестве присадочного материала при плазменной наплавке применяют гранулированные порошки, изготовленные путем распыления струи жидкого сплава водой или газом высокого давления. Форма частиц может быть сферической или осколочной. Сфероидизированные порошки отличаются хорошей сыпучестью, не застревают в дозирующих устройствах. Для плазменно-порошковой наплавки применяют сферические порошки с размером частиц 40-300 мкм. Порошки осколочной формы используют для плазменной наплавке по неподвижной присадке. Порошки на основе Ni, Cr, B обеспечивают наплавку металла типа Qa и применяют для наплавки плунжеров водяных и кислотных насосов, уплотнительных поверхностей арматуры, выпускных клапанов дизельных двигателей, пресс форм для стекла и т.п. Порошки на основе Со позволяют наплавлять металл типа N-кобальтевые стеллиты. Порошок ПН-АН300 по своему химическому составу соответствует литым пруткам ВЗК и может заменять их. Порошок ПН-АН31 содержит В и дает более твердый и износостойкий, но несколько менее пластичный металл. После расплавления он хорошо смачивает наплавляемую поверхность и обеспечивает отличное формирование валиков. Если необходим кобальтовый стеллит повышенной пластичности для деталей, испытывающих резкие теплосмены и знакопеременные нагрузки, то рекомендуется применять порошок ПН-АН32. Порошок ПН-АН33 предназначен для плазменной наплавки уплотнительных поверхностей паровой арматуры сверхвысоких параметров. 4.ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКИ Качество плазменной наплавки и свойства наплавленного соединения в первую очередь определяется качеством подготовки присадочной проволоки и поверхности изделия под наплавку, правильным выбором режима наплавки и правильным выполнением техники наплавки. 4.1. ПОДГОТОВКА МАТЕРИАЛОВ ПОД НАПЛАВКУ Присадочная поволока должна быть абсолютно чистой. На проволоке не допускаются следы масла, ржавчины, смазки и других загрязнений. Поэтому проволока должна быть зачищена до металлического блеска механическим путем и обезжирена либо зачищена химическим путем (травлением в соответствующих травителях – в зависимости от марки применяемой проволок). Намотка сварочной проволоки на кассеты должна осуществляться только на специальных станках для намотки проволоки. В этом случае можно обеспечить получение проволоки без изгибов, что, в свою очередь, обеспечит равномерную подачу электродной проволоки к дуге в процессе наплавки. Поверхность изделия перед наплавкой должна быть тщательно очищена от слоя окислов, масла, ржавчины и других загрязнений. Лучше всего такая поверхность обеспечивается при дробеструйной и пескоструйной очистке. Можно применять механическую очистку поверхности, но в этом случае перед наплавкой поверхность должна быть обезжирена. Для этой цели могут применяться ацетон, уайт-спирит или авиационный бензин марки Б. Такие требования к чистоте поверхности присадочной проволоки и изделия диктуются не только соображениями получения качественного металла наплавки (отсутствие пор, окисных включений), но и необходимостью обеспечить смачивание поверхности изделия жидким наплавленным металлом. Известно, что поверхностное натяжение окислов значительно меньше, чем соответствующих металлов. Поэтому металлы, покрытые слоем окислов, смачиваются, как правило, очень плохо. Вот почему для обеспечения необходимых условий смачивания поверхности изделия жидким наплавленным металлом изделие должно быть тщательно очищено от пленки окислов, всегда имеющихся на его поверхности. Такая очистка поверхности изделия уменьшит переход элементов основного металла в металл наплавки, так как смачивание осуществляется в процессе растворения слоя окислов. И, наконец, удаление с поверхности слоя окислов увеличивает растекание жидкого присадочного металла по поверхности изделия, т.е. приводит к увеличению скорости наплавки. 4.2.ТЕХНИКА ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКИ Техника выполнения наплавки плазменной струей с токоведущей присадочной проволокой, как и любого автоматического процесса наплавки, относительно проста, но требует от сварщика внимательного и последовательного выполнения всех необходимых операций. Перед началом наплавки необходимо тщательно проверить состояние поверхности и при необходимости произвести дополнительную зачистку загрязненных мест. Затем производится установка автомата: устанавливается угол наклона плазменной головки к изделию, расстояние от торца сопла канала до электродной проволоки 3-20 (обычно - 5-8мм,), расстояние от торца электродной проволоки до изделия 0-15мм (обычно 2-3мм). В случае наплавки с поперечными колебаниями плазменной головки относительно оси перемещения источника теплоты автомата (или головка автомата) устанавливается таким образом, чтобы центр шва находился посередине между крайними положениями головки. На колебательном механизме устанавливаются необходимые амплитуда и частота колебаний. Процесс работы на автомате для плазменной наплавки сводится к следующему: Вначале включается подача воды для охлаждения плазменной головки. Расход охлаждающей воды составляет примерно 1-3л/мин. И определяется по свободному вытеканию струи из сливного шланга. Без включения подачи воды ни в коем случае нельзя возбуждать дугу, так как при этом плазменная головка может сразу же выйти из строя. Зятем включается подача плазмообразующего и защитного газа. Для определения расхода плазмообразующего газа (он составляет 0,5-12л/м) желательно пользоваться ротаметрами РС-3. Расход защитного газа (он составляет 5-20л/ч) лучше определять по ротаметру типа РС-5. После установления по ротаметрам необходимого расхода газа включается источник питания (сварочный генератор). Предварительно при помощи балластных реостатов, установленных в цепь вспомогательной и основной дуг, устанавливаются необходимые величины тока. Затем возбуждается дуга неплавящийся электрод – сопло - канал. Возбуждение дуги желательно осуществить при помощи осциллятора. Для этой цели можно также пользоваться специальной зажигалкой, состоящей из графитового стержня, укрепленного на ручке-изоляторе. С выходом плазменной струи из сопла-канала головка некоторое время работает на холостом ходу до устойчивого горения дуги. Устойчивость горения дуги неплавящийся электрод – сопло - канал очень сильно зависит от того, правильно или нет, подготовлен и установлен неплавящийся электрод. Неплавящийся электрод должен быть заточен на конус. Заточенный конец электрода должен находится на уровне входа в каналсопло. При этом очень важно, чтобы электрод был расположен точно по центру канала. После того как обеспечивается устойчивость горения дуги, включается подача присадочной проволоки и автоматически возбуждается вторая дуга – между электродной проволокой и неплавящимся электродом. С этого момента начинается плавление электродного металла и поступления его на поверхность изделия. Когда на изделие поступит несколько капель расплавленного электродного металла, образуется сварочная ванна и начинается растекание металла ванны по поверхности изделия. В этот момент включается перемещение автомата. Угол наклона головки к изделию в случае необходимости изменяется таким образом, чтобы поток плазменной струи и капель расплавленного металла был направлен нормально к поверхности ванночки. При наплавке с колебаниями колебательный механизм лучше всего включать при неподвижном автомате, после образования жидкой ванны на поверхности изделия. Процесс наплавки осуществляется так, чтобы капли расплавленного металла поступали только в перемещающуюся по поверхности изделия ванну на расстоянии 23мм от ее головной части. Наплавку можно осуществлять при движении автомата слева направо и наоборот. Удобнее и надежнее производить наплавку так, чтобы проволока подавалась вслед за перемещением сварочного автомата. Выключение процесса наплавки осуществляется обычным способом: останавливается автомат или прекращается перемещение изделия с одновременным выключением подачи проволоки. При наплавке с поперечными колебаниями наплавленный валик имеет плавный переход от металла наплавки к основному металлу, что позволяет успешно сплавлять валики между собой и с основным металлом при необходимости получения широкого слоя наплавки. Амплитуда колебаний устанавливается в зависимости от необходимой ширины валика наплавленного металла и может находится в пределах 10-50 мм. в зависимости от амплитуды колебаний и габаритов изделия выбираются остальные параметры режима наплавки: сварочный ток, расстояние от торца проволоки до изделия, расход защитного газа, скорость подачи проволоки, частота колебаний плазменной головки. Частоту колебаний следует выбирать так, чтобы капли присадочного металла попадали только в жидкую ванну и чтобы валик по ширине не разрывался на отдельные части. Исследования показали, что наиболее оптимальной является частота в пределах 20-40колеб/мин. (с увеличением тока между неплавящимся электродом и присадочной проволокой частота колебаний увеличивается). 5. ПАРАМЕТРЫ РЕЖИМА ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКИ Качество наплавленного металла зависит от многочисленных параметров: - силы тока сжатой дуги прямого и косвенного действия (электрод-изделие) - силы тока сжатой дуги (электрод-проволока) - силы тока дежурной дуги - напряжения дуги - расхода плазмообразующего газа - расхода защитного газа - скорости наплавки - диаметра канала сопла - длины канала сопла - диаметра электрода - углубления электрода в канал сопла - расстояния от торца сопла плазмотрона до изделия - расстояния от торца сопла до токоведущей проволоки - расстояния от токоведущей проволоки до изделия - диаметра присадочной проволоки - скорости подачи присадочной проволоки - гранулометрического состава порошка - толщины слоя порошка - амплитуды колебаний плазмотрона - частоты колебаний плазмотрона - величины перекрытия предыдущего валика - величины смещения оси плазмотрона с зенита Качество и свойства металла наплавки зависят также от чистоты поверхности изделия, рода плазмообразующего и защитного газа, химического состава присадочного металла, рода тока, полярности и т.д. Влияние сварочного тока Увеличение сварочного тока приводит к увеличению нагрева поверхности основного металла. Чрезмерное увеличение тока приводит к проплавлению основного металла при наплавке легкоплавких металлов и к увеличению проплавления основного металла и степени перемешивания основного и наплавленного металла. Влияние скорости подачи проволоки Скорость подачи проволоки оказывает большое влияние на характер переноса металла в сварочную ванну. Так как дуговой разряд горит независимо от изделия, то с увеличением скорости подачи проволоки характер переноса металла легко регулируется от мелкокапельного до крупнокапельного. Это вызвано тем, что хотя тепловая мощность источника питания не меняется, но за счет уменьшения напряжения величина тока резко увеличивается, что приводит к уменьшению размера капель расплавленного присадочного металла и увеличению частоты их переноса. При наплавке желательно, чтобы характер переноса был крупнокапельный. Влияние расхода защитного и плазмообразующего газа Стабильность процесса наплавки и качество наплавленного слоя в значительной степени зависят от расхода защитного и плазмообразующего газов. Чрезмерный расход плазмообразующего газа приводит к выдуванию жидкого металла или порошка из ванны. Поток защитного газа должен истекать из сопла ламинарно и надежно защищать капли расплавленного металла и всю расплавленную ванну от соприкосновения с воздухом. Влияние расстояния от токоведущей проволоки до изделия Расстояние от присадочной проволоки до изделия очень сильно влияет на эффективную тепловую мощность источника теплоты: с уменьшением этого расстояния эффективная тепловая мощность, а следовательно, нагрев поверхности основного металла и переход элементов основного металла в металл наплавки увеличивается. Кроме того, при чрезмерном уменьшении расстояния от присадочной проволоки до изделия ухудшатся газовая защита из-за образования высокой турбулентности потока в результате подсоса воздуха. Чрезмерное увеличение расстояния (более25мм) приводит к резкому ухудшению газовой защиты, вызывая дефекты в металле наплавки. Наиболее оптимальным, как показали исследования, является расстояние 8-17мм. Выбор скорости наплавки Скорости наплавки определяется режимом наплавки, углом наклона сварочной головки к изделию, расстоянием от торца присадочной проволоки до поверхности основного металла, качеством подготовки основного металла. Оптимальной можно считать такую скорость наплавки, при которой капли перегретого жидкого металла присадочной проволоки, попадают в ванну перемещающуюся по поверхности изделия жидкого металла наплавки на расстояние 2-3мм от головной части ванны. При уменьшении скорости наплавки увеличивается нагрев поверхности основного металла и длительность контактирования твердой и жидкой фаз, что приводит к увеличению содержания примесей основного металла в металле наплавки. Слишком большая скорость ведет к нарушению формирования поверхности и к неравномерной по длине толщине наплавленного слоя. Скорость наплавки зависит от угла наклона сварочной головки к поверхности изделия. При возбуждении дуги между неплавящимся электродом и присадочной проволокой плазменный факел вследствие магнитного дутья отклоняется в сторону. Угол отклонения зависит от величины тока в проволоке. В зависимости от угла наклона сварочной головки к изделию меняется и направление потока плазменной струи к изделию. Поток плазменной струи может быть направлен к изделию под углом 2<90 , 2=90, 2>90 (рис.3.). Во всех трех случаях угол наклона головки 1 к изделию меньше 90. Рис.3 Схема вариантов наклона плазменной головки к поверхности изделия. 1 – угол наклона плазменной головки; 2 – угол между направлением потока плазменного факела и поверхностью изделия; - угол наклона головной части ванны к поверхности основного металла. В первом случае 1 < ; 2 <9 0; = 90 ( - угол растекания, - оптимальный угол наклона плазменной головки, обеспечивающий направление потока плазменной струи нормально к ванне; рис.3.а.). Поток плазменной струи направлен навстречу перемещающейся ванне жидкого металла, и давление газов препятствует перемещению ванны жидкого металла. Скорость наплавки уменьшается. Во втором случае 1 = ; 2= 90; > 90 (рис.3.в.). поток плазменой труи направлен в центр ванны жидкого металла, и дополнительное давление, оказываемое потоком, заставляет течь жидкий металл быстрее. Скорость наплавки увеличивается. В третьем случае 1>; 2>90; >90 (рис.3.б.). Поток плазменной струи направлен частично в ванну и частично за ванну, что также препятствует нормальному течению ванны жидкого металла, так как в этом случае необходимо преодолеть дополнительное сопротивление плазменной струи. Если во втором случае ванна жидкого металла течет с постоянной скоростью углом в перед, то в третьем и в первом случае ванна жидкого металла течет неравномерно, как бы отдельными волнами, углом назад. Влияние напряжения холостого хода Напряжение холостого хода источника питания дуги оказывает влияние на устойчивость процесса наплавки. Исследования показали. Что процесс наплавки протекает устойчиво при напряжении холостого хода источника питания дуги (плазмы) не ниже 70В. это требование удовлетворяется стандартными источниками питания постоянного тока. Выбор диаметра электрода В качестве неплавящегося электрода, исходя из условий повышения его стойкости, уменьшения расхода и сохранения стабильности процесса, наиболее желательно применять, как показали исследования, лантанированные электроды диаметром 3-5мм. При наплавке в среде аргона можно применять и вольфрамовый электрод. Однако при наплавке в среде азота следует применять только лантанированные электроды. При необходимости вести наплавку на малых токах можно применять электрод диаметром 3мм. Влияние толщины изделия Толщина изделия во многом влияет на качество металла наплавки и сварного соединения. Были проведены исследования по наплавке плазменной струей бронзы на сталь толщиной от 1 до 60 мм. Во всех случаях получено качественное соединение металла наплавки с основным металлом, отсутствие проплавления основного металла и низкое содержание примесей основного металла в металле наплавки. С увеличением толщины изделия сварочный ток следует увеличивать. Выбор диаметра присадочной проволоки Диаметр токоведущей присадочной проволоки в принципе может быть любым. При необходимости получения малой толщины металла наплавки и при наплавке на изделие малой толщины (до2-3мм) целесообразнее применять проволоку диаметром 1,0-1,6мм. В остальных случаях целесообразнее применять проволоки диаметром 25мм. С увеличением диаметра присадочной проволоки можно обеспечить крупнокапельный перенос металла , а следовательно, и меньший перегрев основного металла при более высоких значениях сварочного тока, чем применяемых при наплавке тонкими проволоками. Кроме того, с увеличением диаметра присадочной проволоки повышается к.п.д. процесса наплавки, так как более полно используется тепло плазменного факела, увеличивается скорость наплавки, повышается коэффициент расплавления, эффективность процесса наплавки повышается. При наплавке двумя токоведущими проволоками желательно, чтобы их диаметры были одинаковыми. Хотя возможно применение проволок разных диаметров. При плазменной наплавке порошком большое значение имеет размер зерна порошка, особенно в случае наплавки с вдуванием порошка в дугу. Слишком крупные зерна порошка могут недостаточно проплавляться в плазменной струе и попадают на подложку в твердом состоянии. Мелкие зерна комкаются и могут забивать шланги горелки или даже спекаться между собой в сопле горелки. Поэтому для плазменной наплавки с вдуванием порошка в дугу наиболее целесообразно применять зерна размером 0,07-0,1мм. В случае наплавки по слою порошка применяется крупнозернистый порошок размером 0,5-2,5мм. Применение в этом случае мелкозернистого порошка нецелесообразно, так как он может сдуваться с наплавляемой поверхности пламенем дуги или струей защитного газа, и во избежание этого на поверхности изделия приходится предварительно наносить связывающее вещество. 6. ОБОРУДОВАНИЕ Для осуществления наплавки плазменной струей с токоведущей присадочной проволокой используется после некоторой модернизации стандартное сварочное оборудование. В настоящее время серийно выпускают установки для плазменного напыления (УМП-5, УМП-6, УПУ-3, УПУ-5), плазменной сварки (УПС-301, УПС-403, УПС-804), плазменной наплавки (УПН-303, УПН-602), а также установки для плазменной наплавки фасок клапанов. Сварочные плазменные установки также можно применять для наплавки. Установки для плазменного напыления могут быть использованы при плазменной наплавке после изменения электрической схемы и замены напыляющего плазмотрона плазмотроном для наплавки. Схема установки для плазменной наплавки с подачей порошка в сварочную ванну представлена на рис 4. Стабильность и ресурс работы установки, предназначенной для плазменной наплавки порошковыми материалами, в первую очередь зависят от надежности работы плазмотрона и порошкового питателя. Рис.4. Схема плазменной наплавки с подачей порошка в сварочную ванну: 1 - источник питания, 2 - вращатель, 3 - наплавляемая деталь, 4 - порошковый питатель, 5 - плазмотрон, 6 - пульт управления, 7 - баллоны с газом, 8 - балластный реостат, 9 - дроссель В качестве автомата для наплавки может быть применен любой сварочный автомат (лучше предназначенный для сварки в защитных газах). Переделка автомата заключается в следующем. Вместо обычной сварочной головки устанавливается плазменная головка. Поскольку угол наклона плазменной головки к изделию оказывает существенное влияние на процесс наплавки, на автомате обязательно должен иметься поворотный механизм, позволяющий устанавливать головку под любым углом к поверхности изделия в вертикальной плоскости. На автомате устанавливаются коммуникации для подвода к плазменной головке плазмообразующего и защитного газов и охлаждающей воды. Токоведущая (электродная) присадочная проволока подается непосредственно под плазменную головку. Торец токоведущего мундштука располагается на расстоянии около 15мм от плазменной струи. Мундштук для подачи проволоки следует изготавливать массивным, чтобы предотвратить его случайное обгорание. Токоподводящие мундштуки изготавливаются сменными для подачи присадочной проволоки различных диаметров: от 1,0 до 5,0мм. Расстояние от торца сопла-канала до токоведущей проволоки составляет 5-8мм. Для регулирования этого расстояния на автомате устанавливается устройство для перемещения токоподводящего мундштука вместе с проволокой в вертикальной плоскости. Токоведущая присадочная проволока составляет с осью плазменной головки (с неплавящимся электродом) прямой угол. Поэтому механизм подачи проволоки должен быть жестко связан с плазменной головкой таким образом, чтобы при изменении угла наклона головки к поверхности изделия прямой угол между токоведущей проволокой и осью головки не нарушался. Одним из основных элементов режима плазменной наплавки является расстояние от торца токоведущей проволоки до изделия. Поэтому на автомате должен иметься механизм вертикального перемещения системы механизм подачи проволоки – плазменная головка. Проведенные исследования показали, что наплавку целесообразнее всего осуществлять с поперечными колебаниями плазменной головки и токоведущей присадочной проволоки относительно оси перемещения автомата. Для этой цели на автомате устанавливается кривошипно-шатунный механизм с регулируемой амплитудой и частотой колебаний. Колебательный механизм должен обеспечивать величину амплитуды в пределах 8-60мм при частоте 15-60 колебаний в секунду. При изготовлении колебательного механизма следует иметь в виду, что перемещение проволоки и плазменной головки в поперечном направлении должно быть плавным, без видимых остановок в левом и правом крайнем положениях. Плазмотроны. В настоящее время в зависимости от вида технологического процесса (резка, напыление, сварка, наплавка и другие), рода тока (постоянного, переменного) существует множество конструкций плазмотронов. Для наплавки порошковыми сплавами и наплавочными проволоками наибольшее распространение получили плазмотроны постоянного тока прямой полярности. Плазмотроны обратной полярности применяют главным образом для наплавки на алюминиевые изделия. Несмотря на большое разнообразие конструкций плазмотронов, принцип их действия и устройство примерно одинаковы. Принцип действия основан на сжатии дуги водоохлаждаемым соплом и проходящим через него газом. Независимо от типа плазмотронов их конструкции должны удовлетворять определенным требованиям, обеспечивающим надежную работу. Требования к плазмотронам: -надежность защиты сварочной ванны от вредного воздействия окружающего воздуха при минимальном расходе газа; -стабильность работы плазмотронов в отношении поддержания постоянными заданных параметров сжатой дуги; -большой срок службы при непрерывной работе; -свободное прохождение порошка различной формы в зону наплавки через выполненные в плазмотроне каналы; -возможность использования наплавочных металлов в виде проволок, прутков; -достаточное и надежное охлаждение участков плазмотрона, подверженных высокой тепловой нагрузки; -возможность наплавки поверхностей заданной формы. Основными узлами плазменной головки являются: Электрододержатель, электрод и сопло головки. Электрододержатель должен обеспечивать надежную центровку неплавящегося электрода относительно канала сопла, возможность легкой и удобной регулировки вылета электрода, хороший электрический контакт с электродом. Вольфрамовый электрод должен быть прямолинейным, жестким, чтобы прямолинейность его в процессе наплавки не нарушалась. Диаметр вольфрамового электрода выбирается в зависимости от величины рабочего тока: при токах до 130 А диаметр электрода 3мм, при токах 130-200 А – 4 мм и при токах выше 200 А – 5 мм. Вылет электрода из электрододержателя должен быть в пределах 8-10мм. Конец вольфрамового электрода располагается либо на уровне верхнего среза канала сопла, либо на 1-2 мм выше. Перед установкой в головку конец вольфрамового электрода затачивается на конус. Внутренний диаметр канала сопла составляет 4-5 мм. Уменьшение диаметра канала сопла приводит к резкому увеличению тепловой нагрузки на сопле и повышению вероятности двойного дугообразования. Увеличение диаметра канала сопла приводит к снижению стабильности столба дуги за счет уменьшения скорости газового потока. Высота цилиндрической части внутреннего канала сопла плазменной головки должна быть примерно равной внутреннему диаметру канала сопла, т.е. 4-5 мм. Увеличение высоты канала повышает вероятность двойного дугообразования, уменьшение высоты канала приводит к снижению стабильности столба дуги. Одной из причин выхода из строя плазменных головок является двойное дугообразование. На рис.6. представлена конструкция плазменной головки. Плазменная головка выполнена по схеме с совмещенным каналом и соплом. Водоохлаждаемое соплоканал изготавливается из красной меди или жаропрочного медного сплава, остальные детали головки из латуни. Цельнопаяное сопло-канал позволяет сделать головку наиболее простой, надежной в работе и удобной для осуществления качественной защиты сварочной ванны от атмосферы воздуха. В качестве неплавящегося электрода могут применяться лантанированные вольфрамовые прутки диаметром 3-5мм. Возбуждение дуги в канале сопла производится осциллятором или ведением графитового стержня в канал до упора в вольфрамовый электрод. С выделением плазменной струи из канала сопла включается подача присадочной проволоки и автоматически возбуждается вторая дуга в момент соприкосновения электродной проволоки с плазменой струей. С этого момента начинается плавление электродной присадочной проволоки и поступление капель электродного металла на поверхность изделия. Порошковый питатель. Порошковые питатели предназначены для содержания порошка, регулирование его расхода и обеспечения стабильной и равномерной подачи через плазмотрон в зону наплавки. Применяют различные по конструкции типы питателей: инжекторные, вертикально- и горизонтально-барабанные, шнековые и другие. Питатель вертикально-барабанного типа показан на рис.6. Порошок из бункера 8 поступает в патрубок 1 с жестко закрепленным герметичным корпусом 2. При включении электродвигателя вал 4 с дисками 5, 6 начинает вращаться, и порошок засыпается в треугольные канавки 3, выполненные накаткой с внутренней торцовой стороны каждого диска. Одновременно в полость барабана через патрубок 9 подается газ, который транспортирует выпадающие из канавок частицы порошка в патрубок 7 и затем через плазмотрон в зону наплавки. При выключении электродвигателя диски плотно прижимаются к патрубку и задерживают выподание порошка. Минимальный расход его 3г/мин при грануляции 0,1-0,5мм. Рис.5. Порошковый питатель Шкаф управления. На шкафу управления сосредоточены пусковые, измерительные, сигнальные приборы и устройства, контролирующие процесс плазмообразования и водоснабжения. Основное назначение шкафа управления обеспечение включения установки только после подачи в плазмотрон охлаждающей воды и плазмообразующего газа. Колебательный механизм. Колебатель предназначен для возвратнопоступательного перемещения плазменной горелки вдоль оси цилиндрической наплавляемой детали с заданной частотой и амплитудой с целью повышения производительности труда путем получения валика требуемой ширины за один оборот детали. При наплавке плоских поверхностей колебатель перемещает плазмотрон перпендикулярно направлении подачи наплавляемой детали, формируя валик необходимой ширины. Источники питания. Для питания установки плазменной наплавки с подачей порошка в сварочную ванну требуется источник питания постоянного тока с подающей вольт-амперной характеристикой и напряжением холостого хода не менее 60В. Этому требованию удовлетворяют сварочные выпрямители: ВД-306, ВД-303, ВДУ-504, ВДУ505 и другие. Вращатель. Токарный станок – самый простой и доступный механизм, обеспечивающий заданную частоту вращения детали и скорость перемещения плазмотрона вдоль детали. Поддержание требуемой частоты вращения осуществляется установкой к станку понижающего редуктора. Частота вращения должна быть в пределах 0,3-10об/мин. При плазменной наплавке на суппорте токарного станка необходимо смонтировать устройство для крепления плазмотрона и его перемещения по вертикали. Лучшим вариантом крепления и перемещения плазмотрона и детали являются специальные станки для плазменной наплавки с электромеханическим приводом, обеспечивающим бесступенчатое регулирование всех необходимых движений плазмотрона и детали в заданных пределах. Кроме перечисленного оборудования в установку для плазменной наплавки входят: балластные реостаты (РБ-300) для регулирования тока и создания падающей характеристики источника тока; осциллятор (ОСПЗ-2М1) для зажигания плазменной струи, которая возникает в результате ионизации промежутка между вольфрамовым электродом (катодом) и плазмообразующим соплом (анодом), дроссель для предохранения изоляции источника питания от пробоя высоковольтными и высокочастотными разрядами осциллятора; обычно применяют дроссели от сварочных трансформаторов типа РСТЭ-24; баллоны высокого давления; редукторы для понижения давления газа до рабочего; ротаметры для определения расхода газа. 7. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ Плазменная наплавка обладает такими важными преимуществами, как высокая производительность, широкая возможность легирования слоев наплавки, большой диапазон регулирования ввода теплоты в основной и наплавочный металлы, возможность применения любых наплавочных металлов. Перечисленные положительные стороны способов плазменной наплавки не только существенно расширяют технологические возможности их применения, но и позволяют получать значительный экономический эффект за счет наплавки слоев с минимальной глубиной проплавления и сохранения первоначальных физикомеханических свойств при меньшем количестве наплавленного металла; изготовления деталей из низкоуглеродистых сталей с поверхностями, упрочненными твердыми сплавами, вместо дорогих легированных сталей; применения износостойких порошковых сплавов, повышающих срок службы наплавленных деталей; уменьшения припуска на механическую обработку. Тенденция развития машиностроения, строительных, дорожных, сельскохозяйственных и других машин требует применения износостойких покрытий. Повышение интереса в нашей стране и за рубежом к плазменной наплавке как способу нанесения износостойких покрытий с целью упрочнения новых и восстановления изношенных деталей объясняется тем, что работающие в соединениях детали сельскохозяйственных, строительных, горно-рудных, дорожных и других машин подвергаются, как правило, знакопеременным нагрузкам и быстро выходят из строя. Для увеличения срока службы необходимо наносить износостойкие покрытия на поверхность таких деталей с учетом условий их работы, вида износа и обеспечивать высокую прочность сцепления наплавляемого слоя с основным металлом. При этом плазменной наплавкой можно наплавлять не только дорогие сплавы никеля и кобальта, но и дешевые – на основе железа. С помощью легирования ферромарганцевых, феррохромовых сплавов можно эффективно упрочнять и восстанавливать большую номенклатуру деталей, работающих при температуре, не превышающей 500 0С. Твердость слоев, наплавленных сплавами на железной основе, составляет HRC 50-60 при хорошем сочетании вязкости, износостойкости. В зарубежной практике плазменную наплавку широко применяют при упрочнении следующих деталей: седел клапанов химического оборудования; внутренних поверхностей ротационных насосов из стального литья; клапанов автотракторных двигателей; изнашивающихся поверхностей деталей атомного реактора; барабанов бумагоделательных машин; режущих кромок шнекобурильных машин, долот для вращательного бурения, зубьев экскаваторов. При восстановлении изношенных деталей плазменную наплавку применяют для деталей типа "вал". Промышленное применение плазменной наплавки токоведущей присадочной проволоки началось в середине 60-х годов с наплавки медными сплавами Бр КМц3-1 и МНЖКТ5-1-0,2-0,2 уплотнительных поверхностей стальных фланцев и колец. Затем была освоена плазменная наплавка этими же проволоками стальных цилиндрических изделий диаметром от 60 до 170мм (штоки, валики, поршни и т.д.) сплавами на основе меди. Валы бумагоделательных машин диаметром 120мм на два слоя, первый слой – проволокой диаметром 3мм марки Бр 0Н8-3. Плазменная наплавка широко используется при восстановлении и изготовлении запорной арматуры. Уплотнительные поверхности деталей из стали 20 наплавляются коррозионно-стойкими хромоникелевыми проволоками марки 06Х19Н10Т и 02Х19Н10Т. Процесс осуществляется на специальном вращающемся столе при неподвижном автомате. Кольца фланцев наплавляются проволокой БрКМц3-1, толщина слоя 4,55мм. Плазменной наплавкой восстанавливаются детали сельскохозяйственных машин, от лемехов рыхлителей до коленчатых валов тракторных двигателей. Наплавка инструмента резания. Плазменная наплавка порошковым присадочным материалом, благодаря незначительному проплавлению, обеспечивает стабильное качество наплавленного металла при минимальном его расходе. Кроме того, этот процесс хорошо поддается автоматизации и может быть применен в условиях инструментального завода. При наплавке концевых фрез диаметром 40 мм применяется заготовка из стали 50ХФА способная сохранять достаточно высокую твердость (НRC 30-40) при термообработке по режиму (закалка 1250 0С, отпуск 5000С) для быстрорежущей стали. Наплавка производится порошком с размером частиц 80200 мкм. Заготовки торцевых фрез представляют собой цилиндры, которые наплавляются попарно по винтовой линии с необходимым шагом. Наплавка многозаходная (по числу режущих кромок) и предусматривает снижение тока при переходе к наплавке очередного валика. Это делается в связи с интенсивным разогревом заготовок малого диаметра (30-40 мм) в процессе наплавки. Для обеспечения требуемых размеров (ширина 11-12 мм, высота 4,5 мм) каждый валик наплавляется за два прохода с поперечными колебаниями плазмотронов. После наплавки первого слоя (толщина 3,5 мм) всех четырех валиков (четырех зубная фреза) заготовка снимается со станка и охлаждается до комнатной температуре. При наплавке первого слоя ток меняется от 170 А (первый валик) до 150 А (четвертый валик), при наплавке второго слоя в диапазоне 160-140 А. Подача порошка составляет 35 г/мин, общий расход Ar около 20 л/мин, полное время наплавки одной заготовки 12 мин. Наплавленные заготовки проходят отжиг, а после механической обработки – закалку и отпуск. После отжига твердость основы 50ХФА составляет 170-180, а твердость наплавки 100Р6М5 – НВ 240-260. После окончательной термообработки твердость основы НRС 39-40, твердость режущих зубьев HRC 64-65. Стойкость фрез с плазменной наплавкой выше серийных в 1,5 раза. Соединительные элементы (замки, муфты) как правило, обладают большим диаметром, чем сами трубы и поэтому в скважине истираются быстрее. Наибольшее повышение износостойкости (до 8 раз) соединительных элементов дает плазменная наплавка композиционным сплавом на основе релита. Частицы твердого сплава перед наплавкой покрывают сплавом-связкой, который защищает их от окисления в дуге и играет роль матрицы при кристаллизации. Матрица составляет 20% от веса зерен, размеры которых 0,1-0,9 мм. Режим наплавки: I=200-120 А, U=40-42 В, Vн=12-13 м/ч. Расход плазмообразующего газа 1,5-2,0 л/мин, расход защитного газа 3-4 л/мин, амплитуда поперечных колебаний 10 мм, расстояние от сопла до детали 1517 мм. Наплавка валов производится преимущественно для восстановления изношенных посадочных мест. При этом необходимо применять меры по сохранению необходимого уровня предела выносливости и снижения остаточных сварочных деформаций. Способы плазменной наплавки с токоведущей присадочной проволокой и подачей присадочного порошка (рис 6) позволяет добиться минимального проплавления (0,3-0,5 мм) и благоприятного термического цикла. Наплавленные по этому способу коленчатые валы (рис 7) имеют предел выносливости ниже нового лишь на 7% []. Режим наплавки с присадочной токоведущей проволокой Св 15ГСТЮЦА диаметром 2 мм и присадочным порошком ПГ-СР4, подающихся в дугу в соотношении 80%, 20%: общий ток 220-230 А, ток в присадочной проволоке 50-60 А, напряжение 3035 В, расход плазмообразующего Аr 1,5-2,0 л/мин, расход защитного газа 5-6 л/мин, скорость наплавки 6 м/ч. Параметры колебаний плазмотрона: частота 12 мин-1, амплитуда 12 мм. Шаг наплавки 6 мм, расстояние, мм: от детали до плазмотрона 1217, от детали до токоведущей присадочной проволоки 3,4, толщина наплавленного слоя 1,5-1,8. Рис 6 Схема установки плазменной наплавки комбинированным способом: 1- корпус плазмотрона (анод), 2- вольфрамовый электрод, 3- электродная проволока, 4- механизм подачи проволоки, 5- источник питания, 6- наплавляемая деталь, 7- порошковый питатель. Рис 7 Схема установки наплавки коленчатых валов: плазменной 1 - плазмотрон, 2 - порошковый питатель, 3 - баллон с газом, 4 - механизм подачи проволоки, 5 - дроссель, 6 - проволока, 7 - коленчатый вал. Аппаратура нефтехимической промышленности эксплуатируется в потоке агрессивной среды с температурой до 6000С. Наиболее интенсивно изнашиваются детали пускорегулирующих устройств (задвижки). Для их наплавки используется кобальтовый стеллит. Рис11 Режим наплавки плазменной наплавки седел диаметром 900 мм: ток 190-200А, скорость наплавки 3,5 м/ч, расход аргона (общий) 25 л/ч, расход порошка 5,4 кг/ч, размах колебаний плазмотрона 40 мм, частота колебаний 34 мин -1, температура подогрева 450-5000С. Толщина наплавленного слоя 5 мм, твердость НRC 40-45. После наплавки, не давая остыть, деталям производят одночасовой отпуск при 800 0С с охлаждением в печи до 2000С, а затем охлаждают на воздухе []. Для задвижек, работающих при температуре до 5850С, рекомендуется применять плазменную наплавку порошками типа ХН 80С2Р2, ХН 80С3Р3, ХН 80С4Р4 []. По задираемости, технической усталости, эрозионной и коррозионной стойкости не уступают стеллиту, но дешевле его. Применение плазменной наплавки для восстановления алюминиевых поршней позволяет существенно снизить трудоемкость подготовительных операций. Сначала производится предварительная промывка в растворителях и в горячей воде. Окончательная очистка производится путем катодного распыления. Для этого поверхность оплавляется плазменной дугой обратной полярности. Наплавка производится с подачей присадочной проволокой диаметром 2 мм типа: Св АК12, Св АК10, Св-АК5, Св-АМг6, Св-АМг7. Две последние обеспечивают повышенную износостойкость. Проволоки перед наплавкой подвергаются травлению в щелочи и осветлению в 5% щелочной кислоте. Канавку заплавляют за 2-3 оборота. Режим плазменной наплавки током обратной полярности: Iсв=140-160А, Uд=40В, Vн=14 м/ч. Расстояние между плазмотроном и поршнем 14 мм, расход аргона, л/мин: плазмообразующего –2,2, защитного – 7. Клапаны. Ресурс клапанов автотракторных двигателей лимитируется главным образом износом его фаски, в результате чего в соединении седло-фаска клапана увеличивается глубина погружения его тарелки относительно поверхности головки блока цилиндров, что ведет к ухудшению экономических показателей двигателя: снижению мощности, повышению расхода топлива, масла и др. Эффективным способом восстановления клапанов является способ плазменной наплавки с подачей жаропрочных порошковых твердых сплавов на изношенную фаску. Для этого Малоярославским филиалом ГОСНИТИ, ЦОКТБ и ВСХИЗО на базе станка У151 по конструкции ИЭС им. Е.О. Патона была разработана установка ОКС-1192. Установка состоит из наплавочного полуавтомата в комплексе с балластным реостатомРБ-300, плазмотрона конструкции ВСХИЗО. Технические характеристики установки ОКС-1192 Типоразмеры наплавляемых клапанов (диаметр тарелки), мм 30-70 Производительность, шт/ч <100 Расход газа, л/мин плазмообразующего <3 защитно-транспортирующего <12 Расход охлаждающей воды, л/мин >4 Вместимость порошкового питателя, м3 0,005 Мощность, кВт 6 Габаритные размеры, мм: установки 610X660Х1980 Шкаф управления 780Х450Х770 В случае отсутствия промышленной установки при необходимости восстановления клапанов ремонтные предприятия в состоянии собрать плазменную установку из отдельных готовых узлов на базе токарного станка по схеме, представленной на рис 8. Рис 8 Схема установки для плазменной наплавки клапанов: 1- источник питания, 2- дроссель, 3- вольфрамовый электрод, 4- внутреннее сопло, 5- защитное сопло, 6- клапан, 7- медная форма, 8, 16- подшипники, 9- корпус установки, 10- водоподводящая трубка, 11, 12- штуцеры, 13- основание, 14- стойка, 15, 17- сальники, 18- стопорный винт, 19, 20- конические шестерни, 21- цилиндр. Клапан устанавливают на медную водоохлаждаемую форму, соответствующую размеру его тарелки, которая через подпятник и пару конических шестерен приводится во вращение от шпинделя токарного станка. Принцип действия установки ОКС-1192 и установки, собранной в условиях ремонтного предприятия, примерно одинаков и состоит в следующем. После подачи к плазмотрону охлаждающей воды (из водопроводной сети), плазмообразующего газа аргона (из баллона), электрической энергии (от источника питания) между вольфрамовым электродом и внутренним соплом плазмотрона с помощью осциллятора возбуждается косвенная сжатая дуга (плазменная струя). Затем из порошкового питателя транспортирующим газом — аргоном через защитное сопло горелки на фаску вращающегося клапана подается порошок и одновременно через балластный реостат подводится ток к клапану. Между электропроводимой плазменной струей и фаской клапана возникает сжатая дуга, которая расплавляет одновременно фаску клапана и наплавочный порошок, образуя плотные слои высокого качества. Для клапанов автомобильных двигателей рекомендуется использовать порошки ПГ-СР2, ПГ-СРЗ с добавлением 4% А1, который повышает жаростойкость сплавов и предупреждает возникновение отдельных пор. Для наплавки фасок клапанов тракторных двигателей, имеющих большую массу, кроме рекомендованных, можно применять также порошковые твердые сплавы на железной основе ПГ-С1, ПГ-УС25 с добавлением к последним 6% А1. При выборе материала для наплавки клапанов следует руководствоваться тем, что хромоникелевые сплавы имеют более высокую жаростойкость и износостойкость, но они в 8—10 раз дороже твердых сплавов на железной основе и хуже обрабатываются. Режимы плазменной наплавки фасок клапанов: Сила тока, А Напряжение, В Расход газа (аргона), л/мин: плазмообразующего транспортирующего (защитного) Скорость наплавки, см/с Расстояние от плазмотрона до фаски клапана, мм Ширина слоя, мм Высота слоя, мм Глубина проплавления, мм Твердость HRC наплавленного слоя сплавом: ПГ-СР2, ПГ-СРЗ ПГ-С1, ПГ-УС25 100—140 20—30 1,5—2 5—7 0,65—0,70 8—12 6—7 2—2,2 0,08—0,34 34—46 46—54 Технологический процесс восстановления тарелки клапана содержит следующие основные операции: мойка, дефектация, очистка торца и фаски от нагара, плазменная наплавка, механическая обработка, контроль. Механическую обработку клапанов выполняют в такой последовательности: зачистить торец тарелки клапана; обточить тарелку клапана по наружному диаметру в номинальный размер, обработать предварительно тарелку фаски; обработать фаску шлифованием под номинальный размер. Первые три операции выполняют на токарном станке резцами с твердосплавными пластинами. Применение плазменного способа наплавки позволило повысить износостойкость рабочей поверхности тарелки автомобильных клапанов в 1,7-2,0 раза по сравнению с износостойкостью новых. Распределительные валы. Основными дефектами распределительных валов могут быть: изгиб, износ кулачков, опорных шеек и посадочных мест. Валы изготовляют главным образом из сталей 40, 45 и специальных чугунов. Наиболее трудоемким и сложным является восстановление кулачков. При износах, не вышедших за пределы допустимых, кулачки перешлифовывают на копировально-шлифовальном станке, сохраняя их предельно допустимую общую высоту. Вторично кулачки, как правило, не перешлифовывают, поскольку износ превысит допустимый. В этом случае их восстанавливают нанесением слоя покрытий. Распределительные валы работают в условиях знакопеременных нагрузок. Для их восстановления наиболее рационально применять порошковые твердые сплавы. Для большинства кулачков требуется наплавить только верхушку. Однако при значительных износах кулачки наплавляют по профилю и затем шлифуют под номинальный размер. Наплавку выполняют с помощью копировального устройства, смонтированного на токарном станке. Для плавного регулирования скорости наплавки станок приводится в движение от источника постоянного тока. В качестве наплавочных материалов для наплавки кулачков стальных распределительных валов используются порошковые сплавы ПГ-СР4+3% А1, ПГ-ФБХ6-2 + 6;% А1, ПГ-С1 + 6% А1. Кулачки чугунных валов наиболее целесообразно наплавлять порошковым сплавом ПГ-СР4+5% А1. Толщина слоя наплавки на вершину кулачка 1,3-1,6 мм, на цилиндрическую поверхность 0,4-0,6 мм. При наплавке сплавов на железной основе (ПГ-ФБХ6-2 + + 6% А1, ПГ-С1 + 6% А1) на кулачки распределительных валов, изготовленных из стали, в качестве транспортирующего (защитного) газа можно применять азот. Твердость наплавленных слоев при использовании сплавов ПГ-СР4 + 6% А1 и ПГ-ФБХ6-2 + + 6% А1 составляет HRC 54-60, при наплавке сплавом ПГС1 + 6% Al HRC 45-50. Кроме распределительных валов, плазменной наплавкой целесообразно также восстанавливать кулачковые валы топливных насосов тракторных двигателей. Восстановление крестовин. Крестовины карданных шарниров и сателлитов дифференциала автомобилей и тракторов работают в тяжелых условиях абразивной среды и сравнительно быстро выходят из строя. В зависимости от характера износа крестовины распределяются по следующим дефектам: крестовины, имеющие только размерный износ, — 30%; крестовины, имеющие размерный износ в сочетании со смятием шипов,— 52%; крестовины, имеющие размерный износ в сочетании со смятием и объемной деформацией (овальность, конусность), — 6%; крестовины, не подлежащие восстановлению,— 12%. Размерный износ составляет 0,05-0,15 мм, глубина вмятин — 0,1-0,6 мм. Поскольку крестовины установлены в вилках шарниров карданного вала на игольчатых подшипниках, то вмятины на поверхности образуются от игольчатых роликов. К крестовинам карданного вала, сдаваемым в ремонт, предъявляются следующие технические требования. Крестовины не принимаются в ремонт при наличии одного из следующих дефектов: трещин; выкрашивания; овальности и конусности свыше 1 мм; при износе шипов более 1,3 мм на диаметр. Для наплавки крестовин исследованы следующие твердые сплавы на основе железа: ПГ-С1, ПГУС25 с добавлением 6—8% А1. В качестве плазмообразующего газа можно использовать аргон, защитного газа — аргон, азот, углекислый газ. Для транспортирования порошка и защиты сварочной ванны с точки зре-1ия технико-экономических соображений наиболее целесообразно применять технический азот. При использовании для защиты сварочной ванны углекислого газа качество наплавки ниже, чем при использовании азота: формирование валиков более грубое,, деталь перегревается, и после наплавки каждого шипа необходимо охлаждение. Плазменную наплавку крестовин выполняли на токарном станке плазмотроном конструкции ВСХИЗО, расположенным под углом 10—15° относительно вертикальной оси и смещенным с зенита на 4—6 мм по ходу наплавки. Наплавку шипов различных крестовин диаметром 11—25 мм выполняли по винтовой линии при следующих режимах: Сила тока, А Напряжение, В Скорость наплавки, см/с Расход газа, л/мин: плазмообразующего (аргона) защитного (азота) . Расход порошка, г/мин 90—140 35 — 45 1,6 — 1,7 1,5—2 10 — 12 34 — 40 Плазменная наплавка крестовин на указанных режимах обеспечила толщину слоя 1,6—1,9 мм при глубине проплавления €,4—0,6 мм. Твердость поверхности, наплавленной сплавом ПГ-УС25+8% Al HRC 52—56, а сплавом ПГ-С1 + 8% А1 HRC 46—52. В настоящее время на ряде ремонтных предприятий крестовины восстанавливают вибродуговой наплавкой, наплавкой в среде СО2 с использованием наплавочных проволок Нп-65Г, Нп-ЗОХГСА. Основные недостатки указанных способов: низкое качество наплавленных слоев (высокая структурная неоднородность, пористость и др.); высокая трудоемкость технологического процесса и низкий ресурс восстановленной крестовины (примерно 45— 55% уровня новой).
