Plazmové naváranie: vybavenie a procesná technológia

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Efektívnosť a problémy plazmového navárania sú pre materiálových inžinierov mimoriadne akútne. Vďaka tejto technológii je možné nielen výrazne zvýšiť životnosť a spoľahlivosť vysoko zaťažovaných dielov a zostáv, ale aj obnoviť, zdalo by sa, stopercentne opotrebované a zničené výrobky.

Zavedenie plazmového navárania do technologického procesu výrazne zvyšuje konkurencieschopnosť strojárskych výrobkov. Proces nie je zásadne nový a používa sa už dlho. Neustále sa však zlepšuje a rozširuje svoje technologické možnosti.

Všeobecné ustanovenia

Plazma je ionizovaný plyn. Je spoľahlivo známe, že plazmu je možné získať rôznymi metódami ako výsledok elektrických, tepelných alebo mechanických účinkov na molekuly plynu. Na jej vznik je potrebné odtrhnúť záporne nabité elektróny z kladných atómov.

V niektorých zdrojoch môžete nájsťinformácie, že plazma je štvrtým stavom agregácie hmoty spolu s pevnou, kvapalnou a plynnou látkou. Ionizovaný plyn má množstvo užitočných vlastností a používa sa v mnohých odvetviach vedy a techniky: plazmové naváranie kovov a zliatin za účelom obnovy a vytvrdzovania vysoko zaťažených produktov, ktoré sú vystavené cyklickému zaťaženiu, iónovo-plazmová nitridácia v žiarivom výboji na difúznu saturáciu a kalenie povrchov dielov, na realizáciu chemických procesov morenie (používané v technológii výroby elektroniky).

Príprava na prácu

Skôr ako začnete s objavovaním, musíte nastaviť vybavenie. V súlade s referenčnými údajmi je potrebné zvoliť a nastaviť správny uhol sklonu dýzy horáka k povrchu výrobku, zarovnať vzdialenosť od konca horáka k dielu (mala by byť od 5 do 8 milimetre) a vložte drôt (ak je materiál drôtu na povrchu).

Ak sa naváranie bude vykonávať kolísaním dýzy v priečnych smeroch, potom je potrebné nastaviť hlavu tak, aby zvar bol presne v strede medzi krajnými bodmi amplitúd kolísania hlavu. Tiež je potrebné upraviť mechanizmus, ktorý nastavuje frekvenciu a veľkosť oscilačných pohybov hlavy.

Technológia navárania plazmovým oblúkom

Proces navárania je pomerne jednoduchý a môže ho úspešne vykonať každý skúsený zvárač. On však vyžadujeumelec maximálnej koncentrácie a pozornosti. V opačnom prípade môžete ľahko zničiť obrobok.

Na ionizáciu pracovného plynu sa používa silný oblúkový výboj. Oddelenie záporných elektrónov od kladne nabitých atómov sa uskutočňuje v dôsledku tepelného účinku elektrického oblúka na prúd pracovnej zmesi plynov. Za mnohých podmienok je však prúdenie možné nielen vplyvom tepelnej ionizácie, ale aj vplyvom silného elektrického poľa.

Plyn sa dodáva pod tlakom 20-25 atmosfér. Na jeho ionizáciu je potrebné napätie 120-160 voltov s prúdom asi 500 ampérov. Pozitívne nabité ióny sú zachytené magnetickým poľom a ponáhľajú sa ku katóde. Rýchlosť a kinetická energia elementárnych častíc je taká veľká, že keď sa zrazia s kovom, sú schopné dať mu obrovskú teplotu - od +10 … +18 000 stupňov Celzia. V tomto prípade sa ióny pohybujú rýchlosťou až 15 kilometrov za sekundu (!). Plazmové naváracie zariadenie je vybavené špeciálnym zariadením nazývaným "plazmový horák". Práve tento uzol je zodpovedný za ionizáciu plynu a získanie smerovaného toku elementárnych častíc.

Sila oblúka by mala byť taká, aby sa zabránilo roztaveniu základného materiálu. Zároveň by mala byť teplota produktu čo najvyššia, aby sa aktivovali difúzne procesy. Teplota by sa teda mala priblížiť k čiare likvidu na diagrame železo-cementit.

Jemný prášok špeciálneho zloženia alebo elektródový drôt sa privádza do prúdu vysokoteplotnej plazmy, v ktorej sa materiálroztápa sa. V tekutom stave povrch padá na vytvrdený povrch.

Plazmový nástrek

Pre implementáciu plazmového striekania je potrebné výrazne zvýšiť prietok plazmy. To sa dá dosiahnuť úpravou napätia a prúdu. Parametre sa vyberajú empiricky.

Materiály na plazmové striekanie sú žiaruvzdorné kovy a chemické zlúčeniny: volfrám, tantal, titán, boridy, silicidy, oxid horečnatý a oxid hlinitý.

Nespornou výhodou striekania v porovnaní so zváraním je možnosť získať tie najtenšie vrstvy, rádovo niekoľko mikrometrov.

Táto technológia sa používa na kalenie rezanie sústruženie a frézovanie vymeniteľných karbidových doštičiek, ako aj závitníkov, vrtákov, záhlbníkov, výstružníkov a iných nástrojov.

Získanie otvorenej plazmovej trysky

V tomto prípade samotný obrobok funguje ako anóda, na ktorú je materiál nanášaný plazmou. Zjavnou nevýhodou tohto spôsobu spracovania je zahrievanie povrchu a celého objemu dielu, čo môže viesť k štrukturálnym premenám a nežiaducim následkom: mäknutie, zvýšená krehkosť atď.

Zatvorená plazmová tryska

V tomto prípade plynový horák, presnejšie jeho dýza, funguje ako anóda. Táto metóda sa používa na povrchovú úpravu plazmovým práškom s cieľom obnoviť a zlepšiť výkon dielov auzly stroja. Táto technológia si získala mimoriadnu popularitu v oblasti poľnohospodárskej techniky.

Výhody plazmového navarenia

Jednou z hlavných výhod je koncentrácia tepelnej energie na malej ploche, čo znižuje vplyv teploty na pôvodnú štruktúru materiálu.

Proces je dobre zvládnuteľný. Ak je to potrebné a pri vhodnom nastavení zariadenia, môže sa povrchová vrstva meniť od niekoľkých desatín milimetra do dvoch milimetrov. Možnosť získania riadenej vrstvy je v súčasnosti obzvlášť aktuálna, pretože umožňuje výrazne zvýšiť ekonomickú efektivitu spracovania a získať optimálne vlastnosti (tvrdosť, odolnosť proti korózii, odolnosť proti opotrebovaniu a mnohé ďalšie) povrchov oceľových výrobkov.

Ďalšou nemenej dôležitou výhodou je možnosť vykonávať plazmové zváranie a naváranie širokej škály materiálov: meď, mosadz, bronz, drahé kovy, ale aj nekovy. Tradičné metódy zvárania to zďaleka nie vždy dokážu.

Zariadenia s tvrdým návarom

Inštalácia pre plazmové naváranie zahŕňa tlmivku, oscilátor, plazmový horák a napájacie zdroje. Tiež by mal byť vybavený zariadením na automatické podávanie granúl kovového prášku do pracovného priestoru a chladiacim systémom so stálou cirkuláciou vody.

Napájacie zdroje pre plazmové naváranie musia spĺňať prísne požiadavkystálosť a spoľahlivosť. Zváracie transformátory odvedú v tejto úlohe najlepšiu prácu.

Pri naváraní práškových materiálov na kovový povrch sa používa takzvaný kombinovaný oblúk. Súčasne sa používajú otvorené aj uzavreté plazmové trysky. Úpravou výkonu týchto oblúkov je možné meniť hĺbku prieniku obrobku. Za optimálnych podmienok sa deformácia výrobkov neobjaví. To je dôležité pri výrobe dielov a zostáv presného strojárstva.

Podávač materiálu

Kovový prášok je dávkovaný špeciálnym zariadením a privádzaný do taviacej zóny. Mechanizmus alebo princíp činnosti podávača je nasledovný: lopatky rotora tlačia prášok do prúdu plynu, častice sa zahrejú a prilepia sa na ošetrovaný povrch. Prášok sa privádza cez samostatnú trysku. Celkovo sú v plynovom horáku nainštalované tri trysky: na prívod plazmy, na prívod pracovného prášku a na ochranný plyn.

Ak používate drôt, odporúča sa použiť štandardný podávací mechanizmus zváracieho stroja pod tavivom.

Príprava povrchu

Plazmovému nanášaniu a striekaniu materiálov by malo predchádzať dôkladné očistenie povrchu od mastných škvŕn a iných nečistôt. Ak je pri klasickom zváraní prípustné vykonávať iba hrubé, povrchové čistenie spojov od hrdze a vodného kameňa, potom pri práci s plynovou plazmou musí byť povrch obrobku ideálne (pokiaľ je to možné) čistý, bez cudzích inklúzií. Najtenší oxidový film je schopnývýrazne oslabuje adhéznu interakciu medzi tvrdým návarom a základným kovom.

Pre prípravu povrchu na povrchovú úpravu sa odporúča odstrániť nepodstatnú povrchovú vrstvu kovu opracovaním rezaním a následným odmastením. Ak to rozmery dielu dovoľujú, odporúča sa povrchy umyť a vyčistiť v ultrazvukovom kúpeli.

Dôležité vlastnosti povrchovej úpravy kovov

Existuje niekoľko možností a metód plazmového navárania. Použitie drôtu ako materiálu na naváranie výrazne zvyšuje produktivitu procesu v porovnaní s práškami. Je to spôsobené tým, že elektróda (drôt) funguje ako anóda, čo prispieva k oveľa rýchlejšiemu ohrevu ukladaného materiálu, čo znamená, že umožňuje nastavenie režimov spracovania smerom nahor.

Kvalita náteru a adhézne vlastnosti sú však jednoznačne na strane práškových prísad. Použitie jemných kovových častíc umožňuje získať na povrchu rovnomernú vrstvu akejkoľvek hrúbky.

Púder na povrchovú úpravu

Použitie práškového navárania je preferované z hľadiska kvality výsledných povrchov a odolnosti proti opotrebeniu, preto sa vo výrobe čoraz častejšie používajú práškové zmesi. Tradičným zložením práškovej zmesi sú častice kob altu a niklu. Zliatina týchto kovov má dobré mechanické vlastnosti. Po spracovaní takýmto zložením zostáva povrch dielu dokonale hladký a nie je potrebné jeho mechanické dorábanie a odstraňovanie nerovností. Frakcia práškových častíc je len niekoľko mikrometrov.