2.Газопламенный метод нанесения покрытий

2.1.Сущность метода.

Источником тепла при данном способе напыления выступает ацетиленокислородное пламя, температура которого не превышает 3000ºС. Использование газопламенного метода характеризуется относительной простотой применяемого оборудования и требует наличия ацетилена и кислорода. Напыляемый порошковый материал, попадая в факел ацетиленокислородного пламени горелки, разогревается до температуры, близкой к температуре плавления. Скорость движения частиц порошка на выходе из горелки составляет 20-30 м/сек. При соударении с поверхностью ремонтируемой детали, разогретые до пластического состояния частицы напыляемого порошка, заполняют неровности (шероховатость) на её поверхности, а при остывании образуют якорное зацепление с телом детали. Последующее нанесение частиц порошка образует толщину наносимого слоя, таким образом, формируется достаточно плотное и равномерное покрытие. Шероховатость на поверхности детали создают искусственно путем осуществления друбеструйной обработки ее поверхности или нарезанием рваной резьбы. С помощью газопламенных горелок производят напыление полимерных материалов, металлов и специальных керамических соединений с низкой температурой плавления. Различают два способа подачи напыляемого материала в ацетиленокислородное пламя горелок: в виде порошка и в виде проволоки. В связи с тем, что покрытия сформированные из отдельных частиц порошка более плотные и однородные по структуре и физическим свойствам наиболее широкого применения нашло оборудование для напыления порошковых материалов. В газопламенной горелке Castodyn-8000 фирмы Castolin-Eutectic (Рис.14) напыляемый материал подают в виде порошка.

2.2. Газопламенная горелка Castodyn-8000.

Напыляемый материал с размером частиц до 100 мкм засыпают в специальную ёмкость конусообразной формы. Конструктивно газопламенная горелка выполнена таким образом, что при её работе ёмкость с порошком находится в верхней части от газового канала. Поэтому, кроме инжекции, значительную роль в равномерной подаче порошка в область нагрева играет сила гравитации. Горелка выполнена в переносном варианте. Габариты кейса 500х300х80 мм, вес 10 кг (Рис.15). При ремонте деталей машин в труднодоступных местах или на высоте используют малогабаритные газовые баллоны емкостью 5 литров, транспортируемые на тележке. При напылении порошковых материалов с различными теплофизическими свойствами у горелки предусмотрено регулирование рабочей смеси газов и смена сопловых насадок, что позволяет получать качественные покрытия как из тугоплавких, так и легкоплавких материалов.

2.2.1.Назначение и область применения.

Газопламенный пистолет Castodyn-8000 наиболее целесообразно использовать для восстановления размеров (ремонта) уникальных металлоемких, крупногабаритных, нетранспортабельных изделий непосредственно на месте их эксплуатации. Агрегат позволяет производить напыление как металлическими, так и специальными керамическими порошковыми материалами. Использование специальных насадок-удлинителей к горелкам дает возможность осуществлять напыление внутренних поверхностей отверстий диаметром от 100 мм на глубину до 500 мм.

Рис.14. Газопламенная горелка Castodyn-8000.

Рис.15. Переносной кейс для горелки Castodyn-8000.

2.2.2.Основные технические данные и характеристики.

2.2.3.Комплектация.

• горелка Castodyn-8000 для напыления порошковых материалов;
• ЗиП к горелке (сменные сопла, ключи, инструмент для чистки газовых каналов);
• редукторы кислородный и ацетиленовый с соединительными шлангами;
• влагомаслоотделитель с редуктором давления воздуха;
• тележка для транспортировки малогабаритных баллонов;
• удлинитель для нанесения покрытий на внутренние поверхности;
• баллоны: ацетиленовый и кислородный;
• приспособление для крепления горелки к суппорту станка;
• техническая и технологическая документация.

2.2.4.Примеры применения.

С помощью газопламенной горелки Castodyn-8000 выполнены следующие работы:

-выполнено восстановление геометрических размеров опорных и посадочных мест крупногабаритных валов под подшипники качения и скольжения, коренных и шатунных шеек коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания, дизельных машин и компрессорных установок. Выполнена работа на шахте «Северопесчаная» Богословского рудоуправления г.Краснотурьинск, где осуществлено восстановление вала диаметром 980 миллиметров механизма подъемной клети рабочего ствола для последующей насадки опорного подшипника. Работы по ремонту осуществлялись без демонтажа вала в лифтовом помещении подъемного механизма на высоте 50 метров;

-на заводе РТИ г.Екатеринбург, осуществлен ремонт опорного и посадочного места вала каландра под насадку подшипника качения;

-на Шарташском щебеночном карьере город Екатеринбург произведен ремонт посадочного места дробильной щеки и др;

-при эксплуатации газотурбинных установок магистральных газопроводов наблюдается износ внутренней поверхности статора осевого компрессора. Это приводит к увеличению радиальных зазоров в проточной части и, как следствие, к падению мощности и снижению кпд ГТУ. С использованием отечественного и импортного оборудования разработана технология восстановления геометрических размеров корпусов и агрегатов газотурбинных установок. Для этих целей использован метод газопламенного напыления порошковой смеси состава (Ni - Al - графит). Предварительные испытания показали, что с помощью напыления удается поднять мощность ГТУ. Нанесенные покрытия обладают необходимой устойчивостью в условиях работы газотурбинных установок и прирабатываемостью при задевании напыленного слоя лопатками ротора. Нанесённое покрытие не требует механической обработки. Толщина напыленного слоя варьировалась 0,2-2,0 мм в зависимости от величины износа и коробления корпуса статора. Испытания восстановленного компрессора проводились на КС ОАО «Тюментрансгаз».

-в нагревательных печах для плавки алюминия и меди стенки плавильной зоны выполнены из огнеупорного кирпича. В процессе эксплуатации печей наблюдается остекловывание кирпичной кладки и налипание шлаковых образований на стенки плавильной зоны. Такое явление приводит к уменьшению рабочего объема печи и снижению КПД плавильного агрегата. Механическое удаление шлаковой корки приводит к разрушению стенок плавильной зоны. На базе порошковых огнеупорных материалов разработан состав порошковой смеси и технология ее нанесения на огнеупорные стенки печи. Использование мобильных переносных напылительных устройств позволяет производить нанесение огнеупорной порошковой смеси (на основе керамики) непосредственно на готовые, выложенные из кирпича, стены плавильной зоны. Напыленное керамическое покрытие не смачивается жидким металлом и шлаком, не остекловывается и, тем самым, препятствует уменьшению рабочего объема печи.

-на Нижне-Исетском заводе металлоконструкций г.Екатеринбург метод нашёл применение для защиты металлических конструкций от коррозии. С помощью газопламенной горелки производят напыление алюминиевого покрытия на готовые сварные металлоконструкции (радиомачты). Применение данного способа защиты позволяет исключить трудоемкую операцию покраски радиомачт на месте их эксплуатации.

-завод «Ждановтяжмаш» г.Жданов выпускает автоцистерны для перевозки горючего (бензозаправщики). Внутреннюю поверхность стальных емкостей покрывают путем распыления цинкового порошка. Такое покрытие предотвращает появление окисной пленки и исключает возможность попадания ржавчины в топливные емкости.

2.3.Газопламенная горелка для наплавки.

Газопламенная горелка для наплавки (Рис.16) представляет собой ацетиленокислородную горелку со сменными соплами, которые меняются в зависимости от требуемой производительности. Специальный самофлюсующийся наплавляемый порошок, с размером частиц 40-100 мкм засыпают в ёмкость, находящуюся в верхней части горелки. Конструктивно газопламенная горелка выполнена таким образом, что при её работе ёмкость с порошком находится в верхней части от газового канала. Поэтому, кроме инжекции, значительную роль в равномерной подаче порошка в область нагрева играет сила гравитации. Горелка выполнена в переносном варианте. Габариты кейса 300х400х100 мм, вес 8 кг.

Рис.16. Газопламенная горелка для наплавки.

При ремонте деталей машин в труднодоступных местах или на высоте используют малогабаритные газовые баллоны емкостью 5 литров, транспортируемые на тележке. Для регулирования тепловой мощности и состава пламени на корпусе горелки имеются регулировочные винты. Для начала и останова процесса подачи порошка в пламя на корпусе горелки имеется курок, выполненный в виде пластины.

2.3.1.Назначение и область применения.

Газопламенная горелка для наплавки предназначена для нанесения (наплавки) износостойких самофлюсующихся металлических покрытий с целью ремонта (восстановления) посадочных мест валов, подшипников, а также придания поверхности детали или инструмента специальных механических свойств. Основное отличие газопламенной наплавки от напыления заключается в том, что порошок в пламени горелки для наплавки нагревается до температуры выше температуры плавления и при соприкосновении с поверхностью детали требует дальнейшего нагрева до состояния жидкотекучести. Доведение до состояния жидкотекучести приводит к активному протеканию процесса флюсования и смачивания наплавляемым порошком поверхности детали. Для этих целей применяются специальные самофлюсующиеся порошки на основе никеля, со значительным содержанием флюсующих элементов: бора и кремния. Такие порошки имеют температуру плавления 1000-1100 °С. Для успешного протекания процесса, деталь (изделие) перед операцией наплавки предварительно подогревают до температуры 700-800 °С. Крупногабаритные изделия подогревают в специальных печах. Детали небольших размеров нагревают этой же горелкой или ацетиленовым резаком. Для увеличения прочности сцепления наплавленного слоя с поверхностью детали рекомендуется перед наплавкой провести абразивоструйную (пескоструйную) обработку наплавляемой поверхности. Износостойкость и твёрдость наплавленного слоя обеспечивается образованием боридов и карбидов металлов в покрытия.

Применение технологического процесса наплавки порошковыми материалами ограничено последствиями нагрева детали до высоких температур. Существуют сплавы металлов склонные к закалке на открытом воздухе, поэтому нагрев таких металлов до температуры 800-1100 °С приводит к образованию закалочных структур, и как следствие к возникновению трещин в детали.

2.3.2.Основные технические данные и характеристики.

2.3.3.Комплектация.

Для организации поста газопламенной наплавки порошковыми материалами необходимо следующие оборудование и приспособления:

• горелка для наплавки со сменными соплами;
• ЗиП к горелке (сменные сопла, ключи, инструмент для чистки газовых каналов);
• редукторы кислородный и ацетиленовый с соединительными шлангами;
• баллоны: ацетиленовый и кислородный;
• тележка для транспортировки малогабаритных баллонов;
• приспособление для крепления горелки к суппорту станка;
• техническая и технологическая документация.

2.3.4.Примеры применения.

С помощью горелки для наплавки покрытий были выполнены следующие работы:

-осуществлена наплавка износостойкого покрытия на шнеки для перемешивания глиняной массы при производстве посуды на фарфоровом заводе г.Богданович. Ресурс работы детали возрос в три раза (Рис.17)

-произведён ремонт (наплавка износостойкого покрытия) рабочей поверхности резиносмесителя на заводе РТИ г.Екатеринбург. Величина межремонтного цикла последнего увеличилась в пять раз.

-выполнена наплавка (ремонт) стойкого к гидроабразивному износу покрытия на рабочие поверхности колеса и броневой плиты шламового насоса. Срок службы агрегата увеличился в пять-семь раз (Рис.18).

-осуществлена наплавка зубьев ковшей экскаваторов, грейдеров, деталей асфальтоукладочной техники.

Рис.17. Шнеки для перемешивания глиняной массы.

Рис.18. Рабочее колесо и броневая плита шламового насоса.