Die Effizienz und Herausforderungen des Plasmaauftragschweißens stellen Werkstoffingenieure vor große Herausforderungen. Dank dieser Technologie ist es nicht nur möglich, die Lebensdauer und Zuverlässigkeit hochbelasteter Teile und Baugruppen deutlich zu erhöhen, sondern auch scheinbar hundertprozentig verschlissene und beschädigte Produkte wiederherzustellen.
Die Einführung der Plasmabeschichtung in den technologischen Prozess erhöht die Wettbewerbsfähigkeit technischer Produkte erheblich. Das Verfahren ist grundsätzlich nicht neu und wird schon seit längerem angewendet. Aber es wird ständig verbessert und die technologischen Möglichkeiten erweitert.
Allgemeine Bestimmungen
Plasma ist ein ionisiertes Gas. Es ist zuverlässig bekannt, dass Plasma durch verschiedene Methoden durch elektrische, thermische oder mechanische Einwirkungen auf Gasmoleküle gewonnen werden kann. Um es zu bilden, müssen negativ geladene Elektronen aus positiven Atomen entfernt werden.
In einigen Quellen finden Sie Informationen darüber, dass Plasma neben fest, flüssig und gasförmig der vierte Aggregatzustand ist. verfügt über eine Reihe nützlicher Eigenschaften und wird in vielen Bereichen der Wissenschaft und Technik eingesetzt: Plasma- und Legierungsnitrieren zur Wiederherstellung und Verstärkung hochbelasteter Produkte, die zyklischen Belastungen ausgesetzt sind, Ionenplasmanitrieren in einer Glimmentladung zur Diffusionssättigung und Härtung der Oberflächen von Teilen, zur Durchführung chemischer Ätzprozesse (Einsatz in der Elektronikfertigungstechnik).
Vorbereitung auf die Arbeit
Bevor Sie mit dem Auftauchen beginnen, müssen Sie die Ausrüstung einrichten. Gemäß den Referenzdaten ist es notwendig, den richtigen Neigungswinkel der Brennerdüse zur Oberfläche des Produkts auszuwählen und einzustellen, den Abstand vom Ende des Brenners zum Teil zu überprüfen (er sollte zwischen 5 und 8 liegen). Millimeter) und führen Sie den Draht ein (wenn das Auftragen von Drahtmaterial durchgeführt wird).
Wenn das Auftragen durch Oszillieren der Düse in Querrichtungen erfolgt, ist es notwendig, den Kopf so zu positionieren, dass sich die Schweißnaht genau in der Mitte zwischen den Extrempunkten der Kopfoszillationsamplituden befindet. Es ist auch notwendig, den Mechanismus anzupassen, der die Frequenz und das Ausmaß der oszillierenden Bewegungen des Kopfes einstellt.
Plasma-Lichtbogen-Auftragsbeschichtungstechnologie
Der Auftragschweißvorgang ist recht einfach und kann von jedem erfahrenen Schweißer erfolgreich durchgeführt werden. Es erfordert jedoch höchste Konzentration und Aufmerksamkeit vom Darsteller. Andernfalls können Sie das Werkstück leicht ruinieren.
Zur Ionisierung des Arbeitsgases wird eine starke Bogenentladung eingesetzt. Die Trennung negativer Elektronen von positiv geladenen Atomen erfolgt durch die thermische Wirkung eines Lichtbogens auf den Strom des Arbeitsgasgemisches. Wenn jedoch eine Reihe von Bedingungen erfüllt sind, kann es nicht nur unter dem Einfluss thermischer Ionisation, sondern auch unter dem Einfluss eines starken elektrischen Feldes auftreten.
Das Gas wird unter einem Druck von 20–25 Atmosphären zugeführt. Um es zu ionisieren, ist eine Spannung von 120-160 Volt mit einer Stromstärke von etwa 500 Ampere erforderlich. Positiv geladene Ionen werden vom Magnetfeld eingefangen und strömen zur Kathode. Die Geschwindigkeit und kinetische Energie von Elementarteilchen ist so groß, dass sie bei der Kollision mit einem Metall diesem eine enorme Temperatur verleihen können – von +10...+18.000 Grad Celsius. Dabei bewegen sich die Ionen mit Geschwindigkeiten von bis zu 15 Kilometern pro Sekunde (!). Die Plasmabeschichtungsanlage ist mit einem speziellen Gerät namens „Plasmatron“ ausgestattet. Dieser Knoten ist für die Ionisierung des Gases und die Erzielung eines gerichteten Elementarteilchenstroms verantwortlich.
Die Lichtbogenleistung muss so groß sein, dass ein Schmelzen des Grundmaterials verhindert wird. Gleichzeitig muss die Temperatur des Produkts möglichst hoch sein, um Diffusionsprozesse zu aktivieren. Daher sollte sich die Temperatur der Liquiduslinie im Eisen-Zementit-Diagramm nähern.
Feines Pulver einer speziellen Zusammensetzung oder Elektrodendraht wird einem Hochtemperaturplasmastrahl zugeführt, in dem das Material geschmolzen wird. Im flüssigen Zustand fällt die Spachtelmasse auf die zu härtende Oberfläche.
Plasmaspritzen
Um das Plasmaspritzen umzusetzen, ist es notwendig, die Plasmaflussrate deutlich zu erhöhen. Dies kann durch Anpassung von Spannung und Strom erreicht werden. Die Parameter werden experimentell ausgewählt.
Die beim Plasmaspritzen verwendeten Materialien sind hochschmelzende Metalle und chemische Verbindungen: Wolfram, Tantal, Titan, Boride, Silizide, Magnesiumoxid und Aluminiumoxid.
Ein unbestreitbarer Vorteil des Spritzens im Vergleich zum Auftragen ist die Möglichkeit, dünnste Schichten in der Größenordnung von mehreren Mikrometern zu erhalten.
Diese Technologie wird zum Härten von Dreh- und Fräsersatzteilen sowie Gewindebohrern, Bohrern, Senkern, Reibahlen und anderen Werkzeugen eingesetzt.
Erhalten eines offenen Plasmastrahls
In diesem Fall fungiert das Werkstück selbst als Anode, an der die Plasmabeschichtung des Materials durchgeführt wird. Der offensichtliche Nachteil dieser Verarbeitungsmethode ist die Erwärmung der Oberfläche und des gesamten Volumens des Teils, was zu strukturellen Veränderungen und unerwünschten Folgen führen kann: Erweichung, erhöhte Brüchigkeit usw.
Geschlossener Plasmastrahl
In diesem Fall fungiert der Gasbrenner selbst bzw. dessen Düse als Anode. Dieses Verfahren wird bei der Plasmapulverbeschichtung zur Wiederherstellung und Verbesserung der Leistungseigenschaften von Maschinenteilen und Komponenten eingesetzt. Besonders beliebt ist diese Technologie im Bereich der Landtechnik.
Vorteile der Plasmabeschichtungstechnologie
Einer der Hauptvorteile ist die Konzentration der Wärmeenergie in einer kleinen Zone, wodurch der Einfluss der Temperatur auf die ursprüngliche Struktur des Materials verringert wird.
Der Prozess ist gut gemanagt. Bei Bedarf und entsprechenden Geräteeinstellungen kann die Deckschicht zwischen einigen Zehntel Millimetern und zwei Millimetern variieren. Die Möglichkeit, eine kontrollierte Schicht zu erhalten, ist derzeit besonders relevant, da sie es ermöglicht, die Wirtschaftlichkeit der Verarbeitung deutlich zu steigern und optimale Eigenschaften (Härte, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und viele andere) der Oberflächen von Stahlprodukten zu erhalten.
Ein weiterer ebenso wichtiger Vorteil ist die Fähigkeit, eine Vielzahl von Materialien zu bearbeiten: Kupfer, Messing, Bronze, Edelmetalle sowie Nichtmetalle. Mit herkömmlichen Schweißmethoden ist dies nicht immer möglich.
Ausrüstung für die Oberflächenbearbeitung
Die Anlage zur Plasma-Pulver-Beschichtung umfasst eine Drossel, einen Oszillator, einen Plasmabrenner und Netzteile. Es sollte außerdem mit einer Vorrichtung zur automatischen Zufuhr von Metallpulvergranulat in den Arbeitsbereich und einem Kühlsystem mit ständiger Wasserzirkulation ausgestattet sein.
Stromquellen für die Plasmabeschichtung müssen strenge Anforderungen an Kontinuität und Zuverlässigkeit erfüllen. Schweißtransformatoren meistern diese Aufgabe hervorragend.
Beim Auftragen von Pulvermaterialien auf eine Metalloberfläche wird ein sogenannter kombinierter Lichtbogen verwendet. Es wird gleichzeitig ein offener und geschlossener Plasmastrahl verwendet. Durch Anpassen der Leistung dieser Lichtbögen können Sie die Eindringtiefe des Werkstücks verändern. Unter optimalen Bedingungen kommt es nicht zu einer Verformung der Produkte. Dies ist wichtig bei der Herstellung feinmechanischer Teile und Baugruppen.
Materialzuführgerät
Metallpulver wird durch eine spezielle Vorrichtung dosiert und der Schmelzzone zugeführt. Der Mechanismus bzw. das Funktionsprinzip des Förderers ist wie folgt: Die Rotorblätter drücken das Pulver in den Gasstrom, die Partikel erhitzen sich und haften an der zu behandelnden Oberfläche. Die Pulverzufuhr erfolgt über eine separate Düse. Insgesamt verfügt der Gasbrenner über drei Düsen: zur Plasmaversorgung, zur Arbeitspulverversorgung und für Schutzgas.
Wenn Sie Draht verwenden, empfiehlt es sich, den Standard-Vorschubmechanismus einer Unterpulverschweißmaschine zu verwenden.
Oberflächenvorbereitung
Vor dem Plasmaauftragen und Spritzen von Materialien muss die Oberfläche gründlich von Fettflecken und anderen Verunreinigungen gereinigt werden. Während beim konventionellen Schweißen nur eine grobe, oberflächliche Reinigung der Verbindungsstellen von Rost und Zunder zulässig ist, muss beim Arbeiten mit Gasplasma die Oberfläche des Werkstücks möglichst sauber und frei von Fremdeinschlüssen sein. Der dünnste Oxidfilm kann die adhäsive Wechselwirkung zwischen der Oberfläche und dem Grundmetall erheblich schwächen.
Um die Oberfläche für das Auftragen vorzubereiten, wird empfohlen, eine leichte Metallschicht an der Oberfläche durch mechanisches Schneiden und anschließendes Entfetten zu entfernen. Wenn es die Abmessungen des Teils zulassen, empfiehlt es sich, die Oberflächen im Ultraschallbad zu waschen und zu reinigen.
Wichtige Merkmale von Metalloberflächen
Es gibt verschiedene Möglichkeiten und Methoden zur Durchführung der Plasmabeschichtung. Die Verwendung von Draht als Auftragsmaterial steigert die Produktivität des Prozesses im Vergleich zu Pulvern deutlich. Dies liegt daran, dass die Elektrode (Draht) als Anode fungiert, was zu einer deutlich schnelleren Erwärmung des abgeschiedenen Materials beiträgt und somit eine Anpassung der Verarbeitungsmodi nach oben ermöglicht.
Allerdings liegen die Qualität der Beschichtung und die Hafteigenschaften eindeutig auf der Seite von Pulveradditiven. Durch die Verwendung kleiner Metallpartikel ist es möglich, eine gleichmäßige Schicht beliebiger Dicke auf der Oberfläche zu erhalten.
Oberflächenpulver
Aus Sicht der Qualität der resultierenden Oberflächen und der Verschleißfestigkeit ist der Einsatz von Pulverbeschichtungen vorzuziehen, daher werden in der Produktion zunehmend Pulvermischungen eingesetzt. Die traditionelle Zusammensetzung der Pulvermischung besteht aus Kobalt- und Nickelpartikeln. Die Legierung dieser Metalle weist gute mechanische Eigenschaften auf. Nach der Behandlung mit dieser Zusammensetzung bleibt die Oberfläche des Teils vollkommen glatt und eine mechanische Nachbearbeitung und Beseitigung von Unregelmäßigkeiten ist nicht erforderlich. Der Anteil der Pulverpartikel beträgt nur wenige Mikrometer.
Es ist die fortschrittlichste Methode, verschlissene Maschinenteile zu restaurieren und bei der Herstellung von Teilen verschleißfeste Beschichtungen (Legierungen, Pulver, Polymere usw.) auf die Arbeitsfläche aufzutragen.
Plasma ist ein hochtemperaturiges, stark ionisiertes Gas, das aus Molekülen, Atomen, Ionen, Elektronen, Lichtquanten usw. besteht.
Bei der Lichtbogenionisation wird Gas durch einen Kanal geleitet und es entsteht eine Bogenentladung, deren thermische Wirkung das Gas ionisiert und das elektrische Feld einen gerichteten Plasmastrahl erzeugt. Gas kann auch unter dem Einfluss eines hochfrequenten elektrischen Feldes ionisiert werden. Das Gas wird mit 23 Atmosphären zugeführt, ein Lichtbogen mit einer Kraft von 400–500 A und einer Spannung von 120–160 V wird angeregt. Das ionisierte Gas erreicht eine Temperatur von 10–18.000 °C und die Strömungsgeschwindigkeit erhöht sich bis 15000 m/Sek. Der Plasmastrahl wird in speziellen Fackeln – Plasmatrons – gebildet. Die Kathode ist eine nicht schmelzende Wolframelektrode.
Je nach Anodenanschlussplan werden unterschieden (siehe Abb. 1):
1. Offener Plasmastrahl (die Anode ist ein Teil oder Stab). In diesem Fall kommt es zu einer erhöhten Erwärmung des Teils. Dieses Schema wird beim Schneiden von Metall und zum Aufbringen von Beschichtungen verwendet.
2. Geschlossener Plasmastrahl (die Anode ist die Düse oder der Brennerkanal). Obwohl die Temperatur des komprimierten Lichtbogens in diesem Fall um 20 ... 30 % höher ist, ist die Strömungsintensität geringer, weil Die Wärmeübertragung an die Umgebung nimmt zu. Der Kreislauf dient zum Härten, Metallisieren und Pulverspritzen.
3. Kombinierter Kreislauf (die Anode ist mit dem Teil und der Brennerdüse verbunden). In diesem Fall brennen zwei Lichtbögen. Das Diagramm wird für das Pulverauftragschweißen verwendet.
Abb.1. Schema des Plasmaschweißens mit offenem und geschlossenem Plasmastrahl.
Metallbeschichtungen können auf zwei Arten realisiert werden:
1-Gasstrahl fängt Pulver ein und gibt es an die Oberfläche des Teils ab;
2-Additiv-Material in Form von Draht, Stab, Band wird in den Plasmastrahl eingebracht.
Als plasmabildende Gase können Argon, Helium, Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Luft verwendet werden. Die besten Schweißergebnisse werden mit Argon erzielt.
Die Vorteile der Plasmabeschichtung sind:
1. Hohe Konzentration der Wärmeleistung und die Möglichkeit einer minimalen Breite der thermisch beeinflussten Zone.
2. Möglichkeit, eine Dicke der abgeschiedenen Schicht von 0,1 mm bis zu mehreren Millimetern zu erreichen.
3. Möglichkeit, verschiedene verschleißfeste Materialien (Kupfer, Kunststoff) auf ein Stahlteil aufzuschmelzen.
4. Möglichkeit der Plasmahärtung der Oberfläche des Teils.
5. Relativ hohe Lichtbogeneffizienz (0,2–0,45).
Es ist sehr effektiv, einen Plasmastrahl zum Schneiden von Metall zu verwenden, weil... Aufgrund seiner hohen Geschwindigkeit entfernt das Gas geschmolzenes Metall sehr gut und schmilzt aufgrund seiner hohen Temperatur sehr schnell.
Die Installation (Abb. 2.) besteht aus Netzteilen, einer Drossel, einem Oszillator, einem Plasmakopf, Pulver- oder Drahtzuführgeräten, einem Wasserzirkulationssystem usw.
Bei Stromversorgungen ist es wichtig, das Produkt J U konstant zu halten, denn Die Leistung bestimmt die Konstanz des Plasmaflusses. Als Stromquellen dienen Schweißkonverter vom Typ PSO - 500. Die Leistung wird durch die Länge der Säule und das Volumen des Plasmastrahls bestimmt. Leistungen über 1000 kW sind realisierbar.
Die Pulverzufuhr erfolgt über einen speziellen Zuführer, bei dem ein vertikal angeordneter Rotor mit Schaufeln das Pulver in einen Gasstrom einspeist. Bei der Verwendung von Schweißdraht erfolgt die Zuführung auf die gleiche Weise wie beim Auftragen unter einer Flussmittelschicht.
Durch Oszillieren des Brenners in der Längsebene mit einer Frequenz von 40-100 min -1 wird in einem Durchgang eine bis zu 50 mm breite Schicht aus abgeschiedenem Metall erhalten. Der Brenner verfügt über drei Düsen: eine interne für die Zufuhr von Plasma, eine mittlere für die Zufuhr von Pulvern und eine externe für die Zufuhr von Schutzgas.
Abb.2. Schema der Plasmapulverfusion.
Beim Auftragen von Pulvern entsteht ein kombinierter Lichtbogen, d. h. offene und geschlossene Lichtbögen brennen gleichzeitig. Durch die Anpassung der Ballastwiderstände können Sie die Leistungsflüsse zum Erhitzen des Pulvers sowie zum Erhitzen und Schmelzen des Metalls des Teils regulieren. Es ist möglich, eine minimale Durchdringung des Grundmaterials zu erreichen, wodurch es zu einer leichten thermischen Verformung des Teils kommt.
Die Oberfläche des Teils muss für das Auftragschweißen sorgfältiger vorbereitet werden als beim herkömmlichen Lichtbogen- oder Gasschweißen, weil In diesem Fall erfolgt die Verbindung ohne metallurgischen Prozess, sodass Fremdeinschlüsse die Festigkeit der abgeschiedenen Schicht verringern. Dazu wird die Oberfläche mechanisch bearbeitet (Nuten, Schleifen, Sandstrahlen,...) und entfettet. Die Leistung des Lichtbogens wird so gewählt, dass sich das Teil nicht zu stark erwärmt und das Grundmetall kurz vor dem Schmelzen steht.
Eine der wesentlichen Methoden zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Glasformen, Ventilen und Absperrventilen ist das Plasmaauftragschweißen (Plasma Transfer Arc, PTA).
Der Einsatz des Plasma-Pulver-Auftragsverfahrens kann die Qualität der geschweißten Teile deutlich verbessern, die Produktivität steigern und der zu schweißenden Oberfläche besondere Eigenschaften verleihen.
Die Wahl des PTA-Verfahrens durch die größten Hersteller und Verbraucher von Absperrventilen, Formsätzen für die Glasherstellung und Ventilen bestätigt die Vorteile des Einsatzes des Plasmapulver-Auftragsverfahrens, da die resultierende abgeschiedene Schicht mit verbesserten Eigenschaften die Lebensdauer erheblich steigern kann Lebensdauer von Teilen und Baugruppen, verlängern Reparaturintervalle und senken die Kosten für größere und laufende Reparaturen.
KSK-Plasmabearbeitungsanlagen sind für die Bearbeitung von Teilen von Ringen und Ventilen bis hin zur Endbearbeitung von Glasformen und Absperrventilteilen konzipiert.
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Professionelle Oberflächenausrüstung
Das Unternehmen Metsol LLC stellt potenziellen Kunden automatische Plasmabeschichtungsanlagen des tschechischen Herstellers KSK vor. Die Ausrüstung ist für die Bearbeitung von Dicht- und Arbeitsflächen, einschließlich Glasformen, Ventilsitzen, Ventilringen und die Bearbeitung von Innendurchmessern vorgesehen. Das Design von Plasmabrennern eignet sich für Produkte unterschiedlicher Form und Oberflächenbearbeitung. Die Entwickler bieten 7 Arten von Plasmatrons an, die auch bei maximalem Betriebsmodus eine effiziente Kühlung der Anlage gewährleisten. Während des Betriebs ist es möglich, die Schweißprogrammeinstellungen durch den Bediener über den Touchscreen auf dem Fernbedienungspanel anzupassen. Dadurch ist es möglich, den Fehleranteil an Prüfmustern zu reduzieren.
Qualitativer Ansatz
Eine der Aktivitäten von Metsol LLC ist die Lieferung, Installation und Inbetriebnahme von Plasmabeschichtungsanlagen in Jekaterinburg an Kunden. Erfahrene Spezialisten lösen Produktionsprobleme effektiv auf hohem professionellem Niveau. Die Serviceabteilung verfügt über moderne Kenntnisse im Bereich Schweißtechnik und Metallbearbeitung. Wenn Sie sich für den Kauf einer automatischen Plasmabearbeitungsanlage entscheiden, erhalten Sie:
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Manuelles Lichtbogenschweißen mit Stückelektroden
Die universellste Methode, die sich zum Auftragen von Teilen unterschiedlicher Form eignet, kann in allen räumlichen Positionen durchgeführt werden. Die Legierung des abgeschiedenen Metalls erfolgt durch den Elektrodenstab und/oder durch die Beschichtung.
Zum Auftragen werden Elektroden mit einem Durchmesser von 3–6 mm verwendet (wenn die Dicke der abgeschiedenen Schicht weniger als 1,5 mm beträgt, werden Elektroden mit einem Durchmesser von 3 mm verwendet, mit einer größeren Dicke – mit einem Durchmesser von 4–6 mm). mm).
Um eine minimale Durchdringung des Grundmetalls bei ausreichender Lichtbogenstabilität zu gewährleisten, sollte die Stromdichte 11-12 A/mm 2 betragen.
Die Hauptvorteile der Methode:
- Vielseitigkeit und Flexibilität bei der Durchführung verschiedener Oberflächenarbeiten;
- Einfachheit und Verfügbarkeit von Ausrüstung und Technologie;
Die Hauptnachteile der Methode:
- geringe Produktivität;
- schwierige Arbeitsbedingungen;
- Variabilität in der Qualität der abgeschiedenen Schicht;
- große Durchdringung des Grundmetalls.
Halbautomatisches und automatisches Lichtbogenschweißen
Für die Auftragsschweißung kommen alle wesentlichen Methoden des maschinellen Lichtbogenschweißens zum Einsatz: Unterpulverschweißen, selbstschützende Drähte und Bänder sowie in einer gasgeschützten Umgebung. Am weitesten verbreitet ist das Unterpulverschweißen mit einem einzelnen Draht oder Band (kaltgewalzt, pulverbeschichtet, gesintert). Um die Produktivität zu steigern, wird das Auftragschweißen mit mehreren Lichtbögen oder mehreren Elektroden verwendet. Die Legierung des abgeschiedenen Metalls erfolgt in der Regel durch das Elektrodenmaterial, Legierungsflussmittel werden selten verwendet. Das Lichtbogenschweißen mit selbstschützenden Fülldrähten und -bändern ist weit verbreitet. Die Stabilisierung des Lichtbogens, die Legierung und der Schutz der Metallschmelze vor Stickstoff und Luftsauerstoff werden durch die Kernkomponenten des Elektrodenmaterials gewährleistet.
Lichtbogenschweißen in einer Schutzgasumgebung wird relativ selten eingesetzt. Als Schutzgase kommen CO2, Argon, Helium, Stickstoff oder Mischungen dieser Gase zum Einsatz.
Aufgrund der großen Durchdringung des Grundmetalls beim Lichtbogenauftragschweißen kann die erforderliche Zusammensetzung des abgeschiedenen Metalls nur in einer Schicht von 3–5 mm erreicht werden.
Die Hauptvorteile der Methode:
- Vielseitigkeit;
- Hochleistung;
- die Fähigkeit, abgeschiedenes Metall nahezu aller Legierungssysteme herzustellen.
Hauptnachteil:
- Großes Eindringen in das Grundmetall, insbesondere beim Auftragen mit Drähten.
Elektroschlackenauftragung (ESN)
ESH basiert auf der Nutzung von Wärme, die entsteht, wenn elektrischer Strom durch ein Schlackenbad fließt.
Die Grundschemata der Elektroschlacke-Auftragsbearbeitung sind in Abb. dargestellt. 25.2.
Reis. 25.2. Elektroschlacke-Oberflächenschemata:
a – ebene Fläche in vertikaler Position: b – feste Elektrode mit großem Querschnitt; c – zylindrischer Teil mit Drähten; g - Elektrodenrohr; d – körniges Füllmaterial: e – Verbundlegierung; g – Verbundelektrode; h - ebene Fläche in geneigter Position; und – flüssiges Zusatzmetall; k – horizontale Fläche mit erzwungener Formation; l - zwei Elektrodenbänder mit freier Formation; 1 - unedles Metall: 2 - Elektrode; 3 - Kristallisator; 4 - abgeschiedenes Metall; 5 - Spender; 6 - Tiegel; 7 - Flussmittel
ESP kann in horizontaler, vertikaler oder geneigter Lage hergestellt werden, in der Regel unter erzwungener Bildung einer abgeschiedenen Schicht. Der Aufbau auf einer horizontalen Fläche kann entweder in erzwungener oder freier Formation erfolgen.
Die Hauptvorteile der Methode:
- Hohe Stabilität des Prozesses in einem weiten Bereich von Stromdichten (von 0,2 bis 300 A/mm2), was die Verwendung sowohl von Elektrodendrähten mit einem Durchmesser von weniger als 2 mm als auch von Elektroden mit großem Querschnitt (>35000 mm2) ermöglicht ) zum Beschichten;
- die Produktivität erreicht Hunderte Kilogramm abgeschiedenes Metall pro Stunde;
- Möglichkeit, dicke Schichten in einem Arbeitsgang aufzutragen;
- Möglichkeit des Auftragens von Stählen und Legierungen mit erhöhter Neigung zur Rissbildung;
- die Fähigkeit, dem abgeschiedenen Metall die gewünschte Form zu geben, die Auftragung mit Elektroschlackeschweißen und -gießen zu kombinieren, worauf die Stumpfschlackeauftragung basiert.
Die Hauptnachteile der Methode:
- hoher Wärmeeintrag des Prozesses, der zu einer Überhitzung des Grundmetalls in der WEZ führt;
- Komplexität und Einzigartigkeit der Ausrüstung;
- Unmöglichkeit, Schichten geringer Dicke zu erhalten (außer bei der ESH-Bandmethode);
Plasmaauftragschweißen (PN)
PN basiert auf der Verwendung eines Plasmalichtbogens als Schweißerwärmungsquelle. PN wird in der Regel mit Gleichstrom gleicher oder umgekehrter Polarität durchgeführt. Das geschweißte Produkt kann neutral sein (Plasmastrahlschweißen) oder, wie es in den allermeisten Fällen der Fall ist, in den Stromkreis der Lichtbogenstromquelle einbezogen sein (Plasmaschweißschweißen). PN hat eine relativ geringe Produktivität (4-10 kg/h), aber aufgrund der minimalen Durchdringung des Grundmetalls ermöglicht es, die erforderlichen Eigenschaften des abgeschiedenen Metalls bereits in der ersten Schicht zu erhalten und dadurch den Aufwand für die Oberflächenbearbeitung zu reduzieren .
Es gibt mehrere PN-Schemata (Abb. 25.3), am weitesten verbreitet ist jedoch die Plasmapulver-Auftragsschweißung – die universellste Methode, da Pulver aus fast jeder für die Auftragsschweißung geeigneten Legierung hergestellt werden kann.
Reis. 25.3. Plasmaoberflächenschemata:
a - Plasmastrahl mit stromdurchflossenem Zusatzdraht; b - Plasmastrahl mit neutralem Fülldraht; c - kombinierter (Doppel-)Lichtbogen mit einem Draht; g - das gleiche, mit zwei Drähten; d – heiße Drähte; e - Verbrauchselektrode; g - mit interner Pulverzufuhr zum Lichtbogen; e - mit externer Pulverzufuhr in den Lichtbogen; 1 - Schutzdüse; 2 - Plasmatrondüse; 3 - Schutzgas; 4 – plasmabildendes Gas; 5 - Elektrode; 6 - Fülldraht; 7 - Produkt; 5 - indirekte Lichtbogenstromquelle; Ich bin die direkte Lichtbogenstromquelle; 10 - Transformator; II – Lichtbogenstromquelle mit verbrauchbarer Elektrode; 12 – Pulver: 13 – Hartlegierungspulver
Die Hauptvorteile der PN-Methode:
- hohe Qualität des abgeschiedenen Metalls;
- geringe Eindringtiefe des Grundmetalls bei hoher Haftfestigkeit;
- hohe Produktionskultur.
Hauptnachteile von PN:
- relativ geringe Produktivität;
- der Bedarf an hochentwickelter Ausrüstung.
Induktionsauftragschweißen (IN)
IN ist ein hochproduktiver Prozess, der leicht mechanisiert und automatisiert werden kann und besonders effektiv unter Massenproduktionsbedingungen ist. In der Industrie werden hauptsächlich zwei Möglichkeiten des Induktionsauftragschweißens verwendet: die Verwendung von festem Zusatzwerkstoff (Pulverladung, Späne, Gussringe usw.), der durch einen Induktor direkt auf der abzuscheidenden Oberfläche geschmolzen wird, und flüssiger Zusatzwerkstoff, der separat geschmolzen wird und auf die durch den Induktor erhitzte Oberfläche des geschweißten Teils gegossen.
Die Hauptvorteile der IN-Methode:
- geringe Eindringtiefe des Grundmetalls;
- Möglichkeit, dünne Schichten aufzutragen;
- hohe Effizienz unter Massenproduktionsbedingungen.
Die Hauptnachteile von IN:
- geringe Prozesseffizienz;
- Überhitzung des Grundmetalls;
- die Notwendigkeit, für die Auftragung nur Materialien zu verwenden, deren Schmelzpunkt unter dem Schmelzpunkt des Grundmetalls liegt.
Laser(licht)auftragschweißen (LS)
Es kommen drei LN-Methoden zum Einsatz: Schmelzen vorab aufgetragener Pasten; Aufschmelzen von Spritzschichten; Auftragen mit Zufuhr von Füllpulver zur Schmelzzone.
Die Produktivität der Laserpulverbeschichtung erreicht 5 kg/h. Die erforderlichen Zusammensetzungen und Eigenschaften des abgeschiedenen Metalls können bereits in der ersten Schicht geringer Dicke erreicht werden, was im Hinblick auf den Materialverbrauch und die Kosten für die Auftragung und Weiterverarbeitung wichtig ist.
Die Hauptvorteile der Methode:
- geringe und kontrollierte Penetration mit hoher Haftfestigkeit;
- Möglichkeit, dünne abgeschiedene Schichten zu erhalten (<0,3 мм);
- leichte Verformungen der Schweißteile;
- Möglichkeit, schwer zugängliche Oberflächen zu bearbeiten;
- die Möglichkeit, mehrere Arbeitsplätze mit Laserstrahlung zu versorgen, was die Zeit für die Neueinstellung der Ausrüstung verkürzt.
Die Hauptnachteile der Methode:
- geringe Produktivität;
- geringe Prozesseffizienz;
- der Bedarf an komplexer, teurer Ausrüstung.
Elektronenstrahloberflächenbearbeitung (EBF)
Beim ELN ermöglicht der Elektronenstrahl, die Erwärmung und das Schmelzen der Grund- und Zusatzmaterialien getrennt zu regeln und deren Vermischung zu minimieren.
Die Auftragung erfolgt unter Zugabe von Massiv- oder Fülldraht. Da das Auftragschweißen im Vakuum erfolgt, kann die Fülldrahtladung nur aus Legierungsbestandteilen bestehen.
Die Hauptvorteile der Methode:
- Möglichkeit der Auftragung von Schichten geringer Dicke.
Die Hauptnachteile der Methode:
- Komplexität und hohe Kosten der Ausrüstung;
- die Notwendigkeit eines biologischen Schutzes des Personals.
Gasauftauchen (GN)
Beim GN wird das Metall durch eine Gasflamme erhitzt und geschmolzen, die in einer Mischung mit Sauerstoff in speziellen Brennern verbrannt wird. Das am häufigsten verwendete brennbare Gas ist Acetylen oder seine Ersatzstoffe: Propan-Butan-Gemisch, Erdgas, Wasserstoff und andere Gase. Bekannt ist GN mit der Zugabe von Stäben oder mit der Verzwillingung von Pulver in eine Gasflamme.
Die Hauptvorteile der Methode:
- geringe Durchdringung des Grundmetalls;
- Vielseitigkeit und Flexibilität der Technologie;
- Möglichkeit der Auftragung von Schichten geringer Dicke. Die Hauptnachteile der Methode:
- geringe Prozessproduktivität;
- Instabilität der Qualität der abgeschiedenen Schicht.
Ofenbeschichtung aus Verbundlegierungen
Das Verfahren zur Ofenauftragung besonders verschleißfester Verbundlegierungen basiert auf der Imprägnierung einer Schicht aus festen feuerfesten Partikeln (Karbiden) mit einer Bindelegierung unter Autovakuum-Heizbedingungen.
Als verschleißfeste Komponente der Verbundlegierung werden am häufigsten Körnungen von 0,4–2,5 mm oder zerkleinerte Abfälle aus gesinterten Hartlegierungen vom Typ WC-Co verwendet. Die üblicherweise verwendete Bindelegierung enthält etwa 20 % Mn, 20 % Ni und 60 % Cu.
Ofenbeschichtungen aus Verbundlegierungen werden vor allem in der Eisenmetallurgie verwendet, um die Haltbarkeit von Hochofenkegeln, Ausgleichsventilen und anderen Teilen zu erhöhen, die starkem Verschleiß ausgesetzt sind.
Der Hauptvorteil der Methode:
- Möglichkeit, einzigartige Produkte mit komplexen Formen an die Oberfläche zu bringen.
Die Hauptnachteile der Methode:
- die Notwendigkeit, metallintensive Geräte herzustellen, die nach Abschluss des Prozesses als Altmetall entsorgt werden;
- lange Dauer der Vorbereitungsarbeiten.
Volchenko V.N. „Schweißen und schweißbare Werkstoffe.“
Beim Plasmaschweißen wird der Lichtbogen im Gegensatz zum Argo-Lichtbogenschweißen durch die Wände der wassergekühlten Düse komprimiert. Für das Plasmaauftragschweißen an Luft wurden eisenbasierte Pulverlegierungen entwickelt, die starke Desoxidationsmittel und nitridbildende Elemente enthalten. Der Plasmastrahl wird mit Plasmabrennern erzeugt, die nach verschiedenen Klassifizierungskriterien folgende Gruppen bilden: nach der Art der Wechselwirkung der Lichtbogenentladung mit dem Produkt aus direkter Wirkung und indirekter kombinierter Wirkung; nach der Methode der Lichtbogenkompression...
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Vorlesung 12
Plasmabeschichtung
Plasmabeschichtung -Hierbei handelt es sich um einen Plasmastrahlbeschichtungsprozess, bei dem das Teil an einen Laststromkreis angeschlossen wird. Dabei werden die Oberfläche des zu restaurierenden Teils und das aufgetragene Material mit einem Plasmastrahl erhitzt. Das Material wird durch einen Plasmastrahl bewegt. Seine Temperatur kann 20.000 K überschreiten.
Beim Plasmaschweißen wird der Lichtbogen im Gegensatz zum Argo-Lichtbogenschweißen durch die Wände der wassergekühlten Düse komprimiert. Das durch diesen Lichtbogen geblasene Gas erhält die Eigenschaften eines Plasmas – es wird ionisiert und elektrisch leitend. Die mit den Düsenwänden in Kontakt stehende Gasschicht wird stark abgekühlt, verliert ihre elektrische Leitfähigkeit und wirkt als elektrische und thermische Isolierung, was zu einer Verringerung des Durchmessers des Plasmastrahls führt, der 0,7 des Düsendurchmessers beträgt.
Argon wird am häufigsten als plasmabildendes Gas verwendet (Tabelle 3.55). Durch das Auftragen mit Ersatz von Argon durch Luft (bis zu 90 %) werden die Kosten für die Restaurierung von Teilen erheblich gesenkt. Für das Plasmaauftragschweißen an Luft wurden Pulverlegierungen auf Eisenbasis entwickelt, die starke Desoxidationsmittel und nitridbildende Elemente enthalten.
Der Plasmastrahl wird mit Plasmabrennern erzeugt, die nach verschiedenen Klassifizierungskriterien folgende Gruppen bilden:
- durch die Art der Wechselwirkung der Lichtbogenentladung mit dem Produkt (direkt, indirekt, kombiniert);
- durch die Methode der Kompression der Lichtbogenentladung (durch die Wände des Düsenkanals, Gas). du m fließen und kombiniert);
- nach der Anzahl der Bögen (Einzel- und Mehrfachbogen);
- durch die Zusammensetzung plasmabildender Gase (arbeitet mit Inertgasen, neutral und sauerstoffhaltig);
- durch die Methode der Zufuhr von plasmabildendem Gas (mit tangentialer und axialer Zufuhr);
- nach Art des Schweißstroms (Wechselstrom und Gleichstrom). umgekehrte Polarität);
- nach der Methode der zusätzlichen Komprimierung des Lichtbogens (mit einem Kanalsystem, das sich bis zum Ende des Düsenteils erstreckt; mit einem Kanalsystem, das sich in den Düsenkanal erstreckt, und einem kombinierten Kanalsystem);
- durch die Art der Zuführung des aufgetragenen Materials (radiale seitliche Zuführung, axiale Zuführung durch eine Wolframelektrode);
- nach Stromwert (für Mikroplasma-Beschichtung – Strom 0,1... 15 A, für Plasma-Beschichtung – Strom 10... 100 A und für Oberflächenbearbeitung mit tiefer Eindringung – Strom > 100 A).
Die am weitesten verbreiteten Plasmabrenner sind: Direktwirkung, mit einer kombinierten Methode zur Komprimierung einer Bogenentladung, Einzelbogenbrenner mit tangentialer Zufuhr von Inertgas, Betrieb mit Gleichstrom direkter Polarität und radialer Materialzufuhr. In einem Plasmabrenner gibt es einen Hauptlichtbogen – zwischen der Anode und dem Teil und einen Hilfslichtbogen – zwischen der Anode und der Düse. Die Ströme beider Lichtbögen werden durch Vorschaltwiderstände geregelt, die an die entsprechenden Stromkreise angeschlossen sind.
Die hitzebeanspruchtesten Teile eines Plasmatrons sind die Elektrode und die Düse. Das Elektrodenmaterial wird durch die Zusammensetzung des plasmabildenden Mediums bestimmt. In Plasmatrons, die mit inerten und neutralen Gasen (Argon, Stickstoff, Helium, Gemische: Argon und Stickstoff, Argon und Wasserstoff, Stickstoff und Wasserstoff) arbeiten, werden Wolframelektroden verwendet. In Plasmabrennern, die in sauerstoffhaltigen Umgebungen betrieben werden, werden Kathoden aus Hafnium und Zirkonium verwendet. Die wassergekühlte Düse besteht aus Kupfer. Die für einen Strom von 260...310 A ausgelegte Düse hat einen Lochdurchmesser für den Plasmaaustritt von 3...4 mm. Der Durchmesser der Düse zur Schutzgaszufuhr beträgt 10...13 mm.
Die Vorteile des Plasmaauftragschweißens im Vergleich zu anderen Beschichtungsverfahren sind folgende. Die glatte und gleichmäßige Oberfläche der Beschichtungen ermöglicht eine Bearbeitungszugabe von 0,4...0,9 mm. Eine geringe Eindringtiefe (0,3...3,5 mm) und eine kleine Wärmeeinflusszone (3...6 mm) bestimmen den Anteil des Grundmetalls in der Beschichtung< 5 %.
Ein geringer Wärmeeintrag in das Werkstück sorgt für geringe Verformungen und thermische Einwirkungen auf die Grundstruktur. Bei der Sanierung wird eine hohe Verschleißfestigkeit der aufgetragenen Oberflächen gewährleistet. Die Ermüdungsfestigkeit der Teile nimmt um 10 bis 15 % ab, was deutlich geringer ist als bei einigen anderen Oberflächenarten.
Die Plasmabeschichtung findet Anwendung bei der Restaurierung kritischer Teile, zu denen beispielsweise Kurbelwellen, Nocken und Nockenwellen, Turboladerwellen, Achsen, Kardangelenk-Querträger, Geräteführungen, Ventilwangen und -sitze, Extruderschrauben usw. gehören. Der Anwendungsbereich der Methode ist Anwendung dünne Schicht Beschichtungen auf belasteten Teilen Mit wenig Gebrauchsspuren. Das Plasmaauftragen dünnschichtiger Beschichtungen konkurriert mit galvanischen Verfahren.
Beim Plasmaauftragen entstehen Beschichtungen mit einer Dicke von 0,2...6,5 mm und einer Breite von 1,2...45 mm. Wird ein niedrig schmelzendes Material aufgetragen, ist es möglich, eine Beschichtung unter Durchdringung sehr dünner Oberflächenschichten aufzutragen, ohne dass die Oberfläche anschmilzt.
Der thermische Wirkungsgrad des Auftragschweißens ist 2...3 mal höher als beim Lichtbogenverfahren. Prozessproduktivität 0,4...5,5 kg/h.
Man unterscheidet zwischen dem Auftragschweißen entlang einer Schraubenlinie mit kontinuierlichem Vorschub durch einen Plasmabrenner und dem Breitschichtauftragschweißen mit seinen harmonischen Schwingungen relativ zur Achse des rotierenden Teils. Um Beschichtungen mit einer Dicke > 4 mm aufzutragen, werden Mehrschichtbeschichtungen eingesetzt.
Die Materialien für die Plasmabeschichtung sind sehr vielfältig, darunter hochlegierte Eisen-Kohlenstoff-Legierungen, Colmonoy, Stellit, Werkzeug- und Schnellarbeitsstähle. Zum Einsatz kommen Stäbe, Drähte, Pulver und Materialkombinationen.
Beim Auftragen von Ventilsitzen (auch bei der Herstellung von Motoren) verwenden Russland, Großbritannien, Deutschland, die USA und Japan Chrom-Kobalt-Legierungen – Stellite, die bei Temperaturen von 600...650 °C eine höhere Hitzebeständigkeit aufweisen als selbst- Flussmittel-Chrom-Nickel-Legierungen, legiert mit Bor und Silizium.
Es gab einen Übergang von der Induktions- und Gefrierbeschichtung dieses Materials zur Plasmabeschichtung. Dies liegt an der Tatsache Was Eisen ist eine schädliche Verunreinigung in Auftragslegierungen Co - Cr - W - C . Eine Verdünnung des abgeschiedenen Metalls mit Eisen führt zu einer Verringerung der Hitzebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Beschichtungen. Dabei bleibt die Härte der Legierungen bei Raumtemperatur nahezu konstant, bei hohen Temperaturen nimmt sie jedoch stark ab. Die Korrosionsrate in Salz- und Salpetersäurelösungen für Stellite erhöht sich unter Zusatz von Eisen um etwa das Zehnfache.
Starke und zähe Beschichtungen werden aus mit Vanadium legierten Stählen erhalten. Vanadium hat eine hohe Affinität zu Kohlenstoff; Seine Karbide behalten während des Auftragungsprozesses eine stöchiometrische Struktur und eine hohe Härte. Ungeschmolzene Vanadiumkarbidpartikel regen die Bildung einer feinkörnigen Struktur aus der Schmelze an. Hohe Härte der Vanadiumkarbide (2900...2940). HV 0,2 ) sorgt für eine hohe Verschleißfestigkeit der Beschichtung.
Gute Ergebnisse bei der Restaurierung von Teilen durch Plasmaauftragschweißen werden durch die Verwendung von Pulvermaterialien erzielt. In diesem Fall:
Es ist möglich, die Beschichtungsdicke (0,1...7 mm), die Geschwindigkeit (0,5...25 m/min) und die Oberflächenproduktivität (0,6...15 kg/h) sowie die Schweißnahtbreite (1...45) zu ändern mm) und die Zusammensetzung des abgeschiedenen Metalls aufgrund von Änderungen der verwendeten Materialien und Prozessmodi;
ermöglicht eine einfache Kontrolle des Wärmeeintrags in das Material des Teils und der Eindringtiefe, unabhängig von der Materialzufuhr;
Die Auswahl des Füllstoffmaterials zur Herstellung von Beschichtungen (einschließlich Verbundwerkstoffen) unterschiedlicher Zusammensetzung und Struktur mit bestimmten Eigenschaften wird durch das Mischen verschiedener Pulver erleichtert.
Die optimale Partikelgröße des Pulvers beträgt 60...100 Mikrometer. Es ist besser, das Füllpulver entlang der Achse des Plasmastrahls durch das Ano-Loch zuzuführen Ja, in diesem Fall Partikel der Größe 200 ...250 µm und es werden beste Bedingungen für das Aufschmelzen und die Schichtbildung geschaffen.
Plasmafusion mit hohem thermischen Wirkungsgrad (bis zu 0,44). ki und eine Reduzierung des Wärmeeintrags in das Material des Teils werden erreicht, wenn zwei Anforderungen erfüllt sind. Zuerst müssen die Partikel schmelzen Xia in einem Plasmalichtbogen und gelangen im flüssigen Zustand an die Oberfläche des Bauteils. Wenn Partikel in festem Zustand auf die Oberfläche treffen, dauert es einige Zeit, sie direkt im Schweißwagen zu schmelzen Nicht, was zu einer Vergrößerung seiner Größe und damit der Eindringtiefe führt. Zweitens müssen sich die Partikel nahe an der Achse des Plasmastrahls bewegen. Die Bewegung von Partikeln entlang der Peripherie des Strahls und außerhalb führt nicht nur zu Pulververlusten, sondern auch zu Beschichtungsfehlern. Dies erklärt den höchsten thermischen Wirkungsgrad von Plasmatrons mit axialer Ausrichtung Injektion von Pulver.
Die Temperatur der geschweißten Oberfläche des Teils ändert sich unter dem Einfluss der Vorwärmwärme, der Wärme der vorherigen Raupen und der Wärme der zum betrachteten Zeitpunkt aufgebrachten Raupe. Nach einiger Zeit gleicht sich die Wärmeabfuhr mit der Wärmezufuhr aus, was dazu führt, dass das Material das Bauteil erreichtthermische Sättigung. Durch die Vorwärmung des Teils und die Begrenzung der Leistung des Plasmabrenners um ca. 40 % direkt während des Beschichtungsprozesses wird eine Erhöhung der thermischen Effizienz der Plasmabeschichtung und die Vermeidung einer Überhitzung des Teils gewährleistet. Dies gilt auch für die Plasma-Pulver-Beschichtung, deren thermische Leistung unabhängig von der Durchflussmenge eingestellt werden kann. Ja mitgeliefertes Pulver.
Elektromagnetischer Oberflächenbelag
Wesen Elektromagnetischer Oberflächenbelagbesteht darin, in einem Magnetfeld eine Pulverbeschichtung auf die Oberfläche des Werkstücks aufzutragen und dabei einen Gleichstrom hoher Leistung durch die Kontaktzonen der Pulverpartikel untereinander und mit dem Werkstück zu leiten.
Im Spalt zwischen Werkstück und Polschuh entsteht ein Magnetfeld. Es baut Brücken aus ferromagnetischen Pulverpartikeln zwischen den angegebenen Elementen. Das Magnetfeld wird wiederum einem elektrischen Feld ausgesetzt, indem eine Spannung an das Werkstück und den Polschuh angelegt wird. Die Sanierungsbeschichtung entsteht durch Erhitzen der Pulverpartikel im Spalt, Aufschmelzen und Fixieren auf der zu restaurierenden Oberfläche.
Das Verfahren wurde in Weißrussland entwickelt und verbessert. Derzeit werden fruchtbare Forschungsarbeiten an der wissenschaftlichen Fakultät der BATU (Minsk) unter der Leitung von Prof. durchgeführt. L.M. Schälen.
Beschichtungen aus eutektischem Gusseisen S-300 mit hohem Chromgehalt und Schnellarbeitsstählen R6M5K5 und R6M5FZ weisen eine gute Bearbeitbarkeit und Verschleißfestigkeit auf. Die Leistungsdichte erreicht 510 4 ... 510 5 W/cm 2 .
Der Prozess ist durch eine gewisse Instabilität aufgrund der chaotischen Bildung eines Mehrelektrodensystems und des diskreten Aufschmelzens von Kettenelektroden aus Pulverkörnern im Arbeitsspalt gekennzeichnet. Dieser Nachteil kann behoben werden, indem Füllmaterial in Form einer kontinuierlich einströmenden Pastenschicht in den Arbeitsspalt zugeführt und anschließend mit einer isolierten, nicht abschmelzenden Elektrode geschmolzen wird. Die Pasten basieren auf legierten Pulvern auf Eisenbasis ( Fe-V, Fe-Ti, Fe-Cr , S-300, PZHRV2) mit einer Korngröße von 150...300 µm, die unmittelbar vor dem Auftragen im Volumenverhältnis 2:1 mit einem Bindemittel (Flüssigglas) vermischt werden. Dies verbessert die Leistung, indem die Stromdichte auf bis zu 3 A/mm erhöht wird 2 . Sie können eine Deckung erhalten
~2 mm dick. Die Stabilität der Lagerstätte wird weiter erhöht, wenn
Ferromagnetisches Pulver wird in einem Arbeitsflüssigkeitsstrom dem Arbeitsbereich zugeführt.
Geräte zur Durchführung elektromagnetischer Oberflächenbearbeitung können in ein- oder zweipoliger Schaltung hergestellt werden. Eine zweipolige Schaltung bietet bei sonst gleichen Bedingungen eine höhere Stabilität und Produktivität bei der Oberflächenbearbeitung, eine einpolige Schaltung ist jedoch universeller. Das Auftauchen in einem pulsierenden Magnetfeld aufgrund der Vibration des Polstücks verhindert einen Kurzschluss im Entladestromkreis, was die Verwendung nicht pulsierender Stromquellen und die Stabilisierung des Prozesses ermöglicht. Sowohl zylindrische als auch flache Oberflächen können wiederhergestellt werden.
Das Verfahren ermöglicht es, die Prozesse der Beschichtung und der plastischen Oberflächenverformung zeitlich zu kombinieren. Die Kombination gewährleistet die Erzielung von Druckeigenspannungen in der abgeschiedenen Schicht (Ermüdungsfestigkeit erhöht sich um das 1,2- bis 1,4-fache) und erhöht die Verschleißfestigkeit um das 1,8- bis 2,7-fache.Das elektromagnetische Auftragen kann mit dem Schleifen des aufgetragenen Materials mit Schleifpartikeln kombiniert werden.
Der Anwendungsbereich des Verfahrens ist die Sanierung und Verstärkung von Teilen mit Verschleiß bis 0,6 mm in der Klein- und Mittelserie bei gleichzeitiger plastischer Oberflächenverformung.
Laseroberflächenbearbeitung
Laseroberflächenbearbeitungnutzt einen konzentrierten Laserstrahl als Wärmequelle.
Mit Lasern werden folgende Aufgaben durchgeführt: Auftragschweißen, Schmelzen von Spritzflächen, Oberflächenlegieren, Oberflächenhärten und Amorphisieren des Materials. Durch die Lasererwärmung können Sie auch Schäden in Form von Schäden beseitigenRisse in hochbelasteten Teilen mit unregelmäßigen Belastungsverhältnissen,, Teile an schwer zugänglichen Stellen verbinden Nach der Laserbearbeitung von Teilen mit Rissen in einem Modus, der deren teilweises Schmelzen und anschließende Normalisierung des Teils gewährleistet, ist die Zerstörungsarbeit des Teils im Vergleich zu Proben mit anfänglichen Rissen um 30 % höher .
Die außergewöhnliche Lokalität des Strahlaufpralls aufgrund der hohen Energiedichte bestimmt den Anwendungsbereich des Laserauftragschweißens. Es wird zur Wiederherstellung kritischer Teile (glatte Teile und Teile mit komplexem Profil) mit lokalem Verschleiß verwendet. Am effektivsten ist die Methode bei der Sanierung von Flächen mit einer Fläche von 5...50 mm Und Der Verschleißwert beträgt 0,1...1,0 mm, der Pulververbrauch ist gering, die Tiefe des thermischen Einflusses überschreitet in der Regel 0,5...0,6 mm nicht und es kommt zu keiner Verformung des Teils. Mit dem Laserauftragschweißen werden beispielsweise Nockenwellen, Rotorflächen von Turboladern, feine Ölfilterachsen und Ventilfasen wiederhergestellt.
Die am häufigsten verwendeten Geräte sind die Installationen LGN-702, ULGN-502 und LOK-ZM.
Beim Laserauftragschweißen werden folgende Vorteile dieser Art der Erwärmung realisiert:
höhere Betriebsgeschwindigkeit;
breite technologische Fähigkeiten;
hohe Oberflächenqualität nach der Behandlung;
Möglichkeit der lokalen Verarbeitung;
einfache Automatisierung;
Bearbeitung von Innenflächen mit großem und kleinem Durchmesser mitEin wichtiger Parameter ist die Richtung der Pulverzufuhr relativ zur Bewegung des Teils beim Laserauftragschweißen. Die Zuführung des Pulvers in Richtung des beweglichen Teils sorgt für eine gute Schweißnahtbildung. Der Formationsprozess ist bei diesem Schema stabil: Schwankungen in der Höhe und Breite der Walze sind unbedeutend (10...15 %). Wenn Pulver in Richtung der sich bewegenden Oberfläche des Teils zugeführt wird, drückt der Gas-Pulver-Strahl das flüssige Metall vom kristallisierten Teil weg, wodurch es sich etwas über die Oberfläche ausbreitet und die Fläche des Schmelzbades vergrößert. In diesem Fall erhöht sich die Anzahl der in die Schmelze eintretenden Pulverpartikel und die Abmessungen der Walzen nehmen im Vergleich zur Zuführung des Pulvers nach einem beweglichen Teil geringfügig zu. Allerdings sind die geometrischen Abmessungen instabil, die Streuung der Höhe und Breite der Walze beträgt 50...60 %.
Die Qualität der Beschichtungen hängt auch von der Dicke der aufgetragenen Schicht und der Überlappung der Walzen ab. Die Abhängigkeit der Abscheidehöhe vom Pulvereintrittswinkel ist extrem.
Eine Art der Laserauftragsbearbeitung ist das Aufschmelzen von Gleitbeschichtungen. Das Auftragen von Gleitbeschichtungen empfiehlt sich bei der Wiederherstellung flacher Oberflächen oder lokal abgenutzter Bereiche von Teilen an schwer zugänglichen Stellen. Das aufgetragene Material wird in Form einer kolloidalen Pulvermischung in einer Celluloselösung hergestellt. In diesem Fall wird das Belagmaterial vollständig verbraucht. Um mit einem Kilowatt-Laser qualitativ hochwertige Beschichtungen zu erhalten, sollte die Schichtdicke 1 mm nicht überschreiten, bei einem 2,5-kW-Laser sollte sie es sein< 2 мм. Коэффициент перекрытия при этом должен составлять не менее половины диаметра рабочего пятна.
Die Härte von Beschichtungen aus selbstfließenden Pulvern beträgt 35...60 H.R.C. für Stahluntergrund und 45...60 H.R.C. für Gusseisensubstrat. Die Dicke der aufgetragenen Schicht beträgt 40...50 Mikrometer. Die Festigkeit der Verbindung zwischen Beschichtung und Trägermaterial beträgt > 250 MPa.
Das Laserschmelzen von Spritzschichten ist eine Möglichkeit, deren Eigenschaften zu verbessern. Der Aufbau lasergeschmolzener Schichten zeichnet sich durch extreme Streuung und das Fehlen von Oxideinschlüssen und Poren aus. Der Gehalt an Legierungselementen in den geschmolzenen Bereichen weicht kaum vom Original ab. Beim Laserschmelzen von Beschichtungen, die durch Aufsprühen im optimalen Modus erhalten werden, ist es möglich, einen Oberflächenzustand zu erreichen, bei dem die anschließende mechanische Bearbeitung eine Endbearbeitung (z. B. Schleifen) darstellt. Beim Oberflächenlegieren werden fast alle Legierungselemente und sogar Karbide in die geschmolzene Schicht eingebracht. Die Dauer des Prozesses wird in Sekunden gemessen, während sie bei der chemisch-thermischen Behandlung (CHT) in Stunden gemessen wird. Durch Anpassen der Laserstrahlleistung, der Heizdauer, der Produktrotationsgeschwindigkeit und der Strahlbewegungsschritte können unterschiedliche Schweißbreiten erreicht werden: 0,05...5 mm.
Das Pulver wird als mit flüssigem Glas vermischte Paste in Form einer abgeschiedenen Schicht oder Folie der gewünschten Zusammensetzung auf die Oberfläche des Teils aufgetragen. Es gibt eine Methode zum Legieren, bei der Pulver in die geschmolzene Schicht eingeblasen wird. Kohlenstoff wird in Form von Graphit eingebracht, Legierungselemente werden in elementarer Form oder als Ferrolegierungen eingebracht. Das Einbringen von Relit, Legierungen wie VK usw. erfolgt auf die gleiche Weise. Härte und Tiefe der legierten Schicht hängen von der Strahlleistung und der Anzahl der Impulse ab.
Die Besonderheit der Oberflächenhärtung besteht darin, die Oberfläche mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 zu erhitzen und abzukühlen 5 K/s, während die Erwärmung nach einem Regime erfolgt, bei dem die Oberfläche nicht schmilzt. Aufgrund der hohen Abkühlgeschwindigkeit kommt es zu keiner Überhitzung des Metalls und die Struktur wird vollständig homogenisiert. Beim Abkühlen entsteht strukturloser Martensit, der die Härte und Verschleißfestigkeit erhöht (> 1000). HV).
Beim Erhitzen und Verschmelzen des Teils kommt es zu einer Verglasung der Oberfläche (Amorphisierung). Die Oberflächenhärte erreicht 2000 H.V. , die Haltbarkeit erhöht sich. Die Schichten werden in dichten Reihen oder überlappend verlegt. In beiden Fällen entsteht an der Schichtgrenze eine weiche Zone, entweder im Bereich des thermischen Einflusses oder in der Überlappungszone. Diese weichen Stellen haben keinen Einfluss auf die Verschleißfestigkeit, sondern wirken sich sogar positiv aus, da sie nach leichtem Verschleiß zu einem Ort werden, an dem Schmiermittel zurückgehalten und Verschleißprodukte entfernt werden können.einfache optische Geräte.
Beim Pulverlaserauftragen werden Beschichtungen durch Zwangszufuhr von Pulver mit einem Gasstrom direkt in die Laserstrahlungszone erzeugt. Pulverpartikel beginnen sich im Laserstrahl zu erhitzen und in der Oberflächenschicht zu schmelzen. Diese Art der Oberfläche wird durch die folgenden Parameter bestimmt (Intervalle optimaler Werte sind in Klammern angegeben):
Laserstrahlungsleistung (I...3 kW);
Bewegungsgeschwindigkeit der wiederhergestellten Oberfläche unter Bestrahlung (16,7...33,3 mm/s);
der Durchmesser des Heizflecks, bestimmt durch die St(10 ... 15 mm);
Massendurchsatz des der Verarbeitungszone zugeführten Pulvers (2,1...3,2 kg/h);
Pulvereingabewinkel (30...35°).
Eine Erhöhung der Laserleistung führt zu einer Erhöhung der Menge an geschmolzenem Pulver, wodurch die Breite und Höhe der abgelagerten Perlen zunimmt.
Eine Erhöhung der Verarbeitungsgeschwindigkeit führt zu einer deutlichen Verringerung der geometrischen Abmessungen der abgelegten Perlen. Dies liegt daran, dass mit zunehmender Verarbeitungsgeschwindigkeit bei konstanter Leistung der spezifische Wärmeeintrag abnimmt, ebenso wie der Massenstrom des Pulvers.
Der Einfluss des Fokussierungsgrades auf die geometrischen Parameter von Schweißnähten ist nicht eindeutig. Mit abnehmendem Fokussierungsgrad bei konstanter Leistung nimmt die Strahlungsleistungsdichte ab, was zu einer Verringerung der Menge an geschmolzenem Pulver und der Höhe der geschmolzenen Walze führt.