Введение. Модернизация процесса плакирования (автоматической антикоррозионной наплавки)

Модернизация процесса плакирования (автоматической антикоррозионной наплавки) оборудования АЭУ (атомные энергетические установки).

Введение

Наплавочные работы занимают особое место в сварочном производстве. Применяются в основном для износостойкой наплавки при ремонте изделий и для изготовления новых долговечных деталей и изделий [1].

С помощью наплавки можно получать на рабочих поверхностях деталей слои любой толщины, любого химического состава с разнообразными свойствами (высокой твердостью и износостойкостью), слои антифрикционные, кислостойкие, жаропрочные и т.д. Масса наплавленного металла почти всегда составляет несколько процентов от массы изделия.

При использовании конструкций с наплавленным износостойкими слоями достигается значительное увеличение долговечности.

Широкое распространение наплавочные работы получили в связи с тем, что с их помощью можно создавать значительно более дешевые биметаллические изделия с такими же или даже более высокими свойствами, чем у изделий, изготовленных из целого куска высоколегированной стали или различных сплавов.

Требования к наплавке [1]:

1. Обеспечение неглубокого и равномерного проплавления осинового металла;

2. Образование ровного валика с хорошим внешнем видом;

3. Отсутствие склонности к возникновению дефектов: несплавлений в местах перекрытия соседних валиков, застреваний шлака в наплавленном металле, подрезов, пор и трещин;

4. Высокая технологичность процесса, малая чувствительность к состоянию поверхности и форме наплавляемой поверхности детали;

5. Высокая скорость процесса.

Существующие способы наплавки:

1. Лазерная наплавка

2. Газовая наплавка

3. Плазменная наплавка

4. Дуговая наплавка покрытыми электродами

5. Дуговая наплавка под флюсом

6. Наплавка открытой дугой

7. Наплавка в среде углекислого газа

8. Наплавка в среде защитного газа

9. Электрошлаковая наплавка

Лазерная наплавка [2]

Лазерная наплавка — эффективный метод восстановления старых или повышения прочности новых деталей машин и механизмов, при помощи создания на поверхности изделия плакирующего слоя из порошкового материала, с проплавлением его посредством лазерного луча.

Существующие технологии наплавки, которые широко используются в инструментальном производстве (электроискровой и микроплазменный методы, наплавка штучными электродами) не в полной мере удовлетворяют современным требованиям ремонтного производства.

Луч импульсного лазера обладает наибольшим коэффициентом сосредоточенности сварочного источника энергии, поэтому диаметр сфокусированного луча лазера d составляет 0,2¸0,3 мм, что позволяет минимизировать объемы расплава и соответственно уменьшить тепловложения в обрабатываемый материал. Восстановительная наплавка применяется для получения первоначальных размеров изношенных или поврежденных деталей. В этом случае наплавленный металл близок по составу и механическим свойствам основному металлу.

Рисунок 1 - Установка для лазерной наплавки ЛАТ-С.

Устройства линейного перемещения и вращения облегчают обработку изделий, позволяют создавать сложные по конфигурации сварные швы, а также ускоряют процесс лазерной сварки и наплавки. Установки серии ЛАТ-С могут оснащаться:

• автоматизированными координатными столами;

• координатными столами с ручным приводом;

• автоматизированными устройствами вращения для создания кольцевых швов.

Установки ЛАТ-С легко модифицируются и адаптируются к различным особенностям производства и технологического процесса, позволяя решать широкий спектр задач по лазерной сварке и наплавки различной сложности.

Преимущества:

• дозируемая энергия;

• возможность локальной обработки поверхности;

• отсутствие термических поводок, минимизация зоны термического влияния (ЗТВ);

• возможность обработки деталей больших габаритов благодаря высокой производительности наплавки;

• быстрый нагрев и остывание наплавляемого материала;

• образуемая ультрадисперсная структура покрытия эффективно противостоит процессам коррозии и эрозии;

• возможность обработки на нужную глубину;

• минимальное перемешивание основного и наплавляемого материала.

Применение:

Лазерная наплавка применяется в случае, если ЗТВ должна быть минимальной.

Плазменная наплавка [2]

Плазменная наплавка является современным способом нанесения износостойких покрытий на рабочую поверхность при изготовлении и восстановления изношенных деталей машин.

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 давлении в 2 …3 атмосферы, 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.

Рисунок 2 - Аппарат для плазменной наплавки металла.

Плазменную 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. Наилучшие результаты наплавки получаются с аргоном и гелием.

Достоинствами плазменной наплавки являются:

1. Высокая концентрация тепловой мощности и минимальная ширина зоны термического влияния.

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

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

4. Возможность выполнения плазменной закалки поверхности детали.

5. Относительно высокий КПД дуги (0.2 …0.45).

6. Малое (по сравнению с другими видами наплавки) перемешивание наплавляемого материала с основой, что позволяет достичь необходимых характеристик покрытий.

Поверхность детали необходимо готовить к наплавке более тщательно, чем при обычной электродуговой или газовой сварке, т.к. посторонние включения уменьшают прочность наплавленного слоя. Для этого производится механическая обработка поверхности (проточка, шлифование, пескоструйная обработка), иногда обезжиривание. Мощность электрической дуги подбирают такой, чтобы сильно не нагревалась деталь, и чтобы основной металл был на грани расплавления.

Не смотря на ряд преимуществ лазерной и плазменной наплавки они являются дорогостоящими и получили меньше распространение, чем другие виды наплавочных работ.

В таблице 1 представлена производительность при наплавочных работах [3].

Таблица 1 – Производительность при наплавочных работах.

Наплавка	Производительность, кг/ч
Ручная дуговая	0,8-1,0
Пуском электродов	1,2-1,6
Автоматическая в среде углекислого газа	3,0-4,5
Автоматическая под флюсом	4,2-9,5
Электрошлаковая	12,0-30,6

На основе таблицы 1 и отраслевой литературы [1-3], выявлено, что электрошлаковая наплавка позволяет снизить расход сварочных материалов, уменьшить глубину проплавляемого слоя с основным металлом в сравнении с 2-х слойной автоматической дуговой наплавкой, а также перспективный метод наплавки должен производиться в один слой.

Электрошлаковый процесс наплавки основан на эффекте выделения теплоты при прохождении электрического тока через расплав шлака, состоящий из окислов, галоидов и их смесей. Теплота расходуется на поддержание в расплавленном состоянии шлаковой и металлической ванн, расплавление присадочных материалов, а также теряется в окружающее пространство в виде излучения с поверхности шлака. Кроме того, потери тепла происходят в результате нагрева наплавляемого изделия и кристаллизатора. Количество выделившейся в шлаковой ванне теплоты определяется по формуле Q = I U t,где I – величина сварочного тока, А; U – напряжение на шлаковой ванне, В; t – время, с [4].

Дата добавления: 2015-07-18