Восстановление деталей методом напыления

Напыление представляет собой процесс нанесения покрытия на поверхность детали с помощью высокотемпературной скоростной струи, содержащей частицы порошка или капли расплавленного напыляемого материала, осаждающиеся на основном металле при ударном столкновении с его поверхностью. газопламенный напыление коленчатый вал

Первоначально напыление покрытий осуществляли с помощью, истекающей из сопла горелки струи воздуха или нагретого газа, обеспечивающей мелкое распыление расплавленного металла и его осаждение на поверхности изделия. Этот способ впоследствии развился в технологию распыления жидких расплавов, широко используемую в современной порошковой металлургии. Первая установка для напыления, созданная в 1910 г. Шоопом (Швейцария), была предназначена для нанесения на подготовленную соответствующим образом поверхность изделия покрытия из расплавленного металла, имеющего низкую температуру плавления, с помощью струи горячего сжатого воздуха. Установка, разработанная для этого метода, получилась громоздкой и малопроизводительной.

История напыления насчитывает уже десятки лет, в течение которых совершенствовался способ упрочнения деталей машин, разрабатывались новые источники нагрева, имеющие высокие энергетические характеристики; создавалась аппаратура для непрерывной подачи напыляемого материала в виде проволоки или порошка; разрабатывалось и изготовлялось комплектное оборудование, типы и модификации которого к настоящему времени стали достаточно многочисленными.

Существующую технологию напыления в зависимости от применяемого источника тепловой энергии можно разделить на два основных вида: газопламенное напыление, при котором используется теплота, выделяющаяся при сгорании смеси горючего газа с кислородом, и электрическое напыление, основанное на использовании теплоты, выделяющейся при горении электрической дуги.

1. Преимущества технологии напыления

1) Возможность нанесения покрытий на изделия, изготовленные практически из любого материала. Напылением можно наносить покрытия на изделия, изготовленные не только из металла, но и из стекла, фаянса и фарфора, органических (включая дерево, ткань, бумагу, картон) и многих других материалов. Этим преимуществом не обладает ни один из известных способов поверхностной обработки, из которых одни пригодны только для металлов, а другие, хотя и обладают многими ценными преимуществами, применимы не для всех материалов.

3 стр., 1322 слов

Оценка качества и экспертиза качества ювелирных изделий

... оценки качества ювелирных изделий; выявление фальсификации рассматриваемых образцов; 1 Теоретическая часть 1.1 Ювелирные изделия как объект исследования и экспертизы качества Данная курсовая работа посвящена ювелирным изделиям. К ювелирным товарам относят изделия, которые изготавливают ...

2) Возможность напыления разных материалов с помощью одного и того же оборудования.

3) Отсутствие ограничений по размеру обрабатываемых изделий. Покрытие можно напылить как на большую площадь, так и на ограниченные участки больших изделий. При нанесении же металлопокрытия электролитическим осаждением, погружением в расплав или диффузионным насыщением (азотированием, цементацией и др.) возможности обработки изделия ограничены размерами ванны либо печи. Напыление приносит большие экономические выгоды в случае неприемлемости других способов упрочнения, например, когда необходимо нанести покрытие на часть большого изделия.

4)Возможность применения для увеличения размеров детали (восстановление и ремонт изношенных деталей машин).

Во избежание выбраковки изделия, при механической обработке которого срезан излишний металл, или при реставрации деталей с большим износом, напыление, как и наплавку, можно использовать как способ восстановления размеров деталей. Напылением можно наносить слой толщиной в несколько миллиметров, тогда как при электролитическом хромировании, например, осуществляемом с целью повышения износостойкости, толщина слоя составляет 6—300 мкм.

5)Относительная простота конструкции оборудования для напыления, его малая масса, несложность эксплуатации оборудования для напыления, возможность быстро и легко перемещаться. В комплекте оборудования для газопламенного напыления достаточно иметь компрессор, который можно также использовать для предварительной пескоструйной обработки поверхности изделия, горелку для напыления и газовые баллоны. Если же имеется источник электроэнергии, то напыление можно проводить электрическими методами.

7)Небольшая деформация изделий под влиянием напыления. Многие способы поверхностной обработки изделия требуют нагрева до высокой температуры всего изделия или значительной его части, что часто становится причиной его деформации.

8) Возможность использования напыления для изготовления деталей машин различной формы. Напыление производят на поверхность формы-оправки, которую после окончания процесса удаляют: остается оболочка из напыленного материала.

9) Простота технологических операций напыления, относительно небольшая трудоемкость, высокая производительность нанесения покрытия.

10)Не требуется специальной дорогостоящей обработки (очистки) продуктов, загрязняющих окружающую среду, в отличие от средств очистки и нейтрализации при гальванических видах обработки изделий.

2. Недостатки технологии напыления

1) Малая эффективность нанесения покрытий на мелкие детали из-за низкого коэффициента использования напыляемого материала (отношение массы покрытия к общей массе израсходованного материала).

В таких случаях поверхностную обработку мелких деталей целесообразно осуществлять гальваническим, химическим, физическим и другими способами (например, диффузионным насыщением, электролитическим, из расплавов металлов и пр.).

2) Вредные условия работы операторов во время предварительной обработки поверхности изделий. Для предварительной подготовки поверхности перед напылением используют пескоструйную или дробеструйную обработку с помощью кварцевого песка, корунда, стальной или чугунной дроби. Эта операции сопровождается загрязнением рабочего участка и ухудшает условия работы оператора, обслуживающего установку.

9 стр., 4401 слов

Характеристика ассортимента и экспертиза качества изделий из пластических масс

... используемых для их изготовления материалов, так и от правильности выбора конструкции изделия ... промышленности пластических масс и полимерных материалов вызывает необходимость в соответствующем ... изучение характеристики ассортимента и экспертизы качества изделий из пластических масс. Для ... обработке. Отходы большинства пластмасс могут быть переработаны для вторичного использования. Утилизация изделий ...

3) Выделение дыма и аэрозолей во время напыления. Процесс напыления сопровождается образованием облака мельчайших частиц напыляемого материала, взаимодействие которых с окружающим воздухом сопровождается образованием различных соединений и дыма. Вредность соединений и дыма для здоровья людей требует мощных вытяжных устройств. Напыление имеет отличительные особенности, знание которых необходимо для правильного выбора технологии нанесения покрытий для каждого конкретного случая. Для выбора оптимального способа нанесения покрытия необходимо учитывать форму и размеры изделий; требования, предъявляемые к точности нанесения покрытия, его эксплуатационным свойствам; затраты на основное и вспомогательное оборудование, наплавочные материалы и газы, на предварительную и окончательную обработку покрытий; условия труда и другие факторы производственного и социального характера.

3. Напыляемые материалы

При напылении металлами или сплавами, обрабатываемых волочением, их используют в виде проволоки, преимущество которой связано с возможностью непрерывной и равномерной ее подачи в высокотемпературную зону горелки.

Алюминий. Алюминиевое покрытие используют для защиты черных металлов от коррозии, а в случае последующего диффузионного отжига покрытия происходит диффузия алюминия в основной металл, что позволяет получать слой, обладающий стойкостью к высокотемпературному окислению. Проволоку с алюминиевым покрытием используют в качестве электрических проводов.

Для напыления используют алюминиевую проволоку, содержащую не менее 99,85% А1.

Цинк. Цинковое покрытие используют для защиты черных металлов от коррозии. Проволоку для напыления изготовляют из наиболее чистого цинка — не менее 99,995% Zn. Для напыления следует использовать цинковую проволоку, специально изготовленную для этой цели. Чем чище цинковая проволока, тем мельче она распыляется и тем плотнее и качественнее получаемое покрытие.

Молибден. В связи с хорошей адгезией молибдена к черным металлам его часто используют для нанесения подслоя, на который затем напыляют слой требуемого материала. Само молибденовое покрытие используют как средство повышения жаростойкости. Молибден является единственным промышленным металлом, обладающим стойкостью к горячей концентрированной соляной кислоте. Для напыления используют материал с содержанием не менее 99,95% Мо.

Олово и его сплавы. Лужение как способ повышения кислото-стойкости и коррозионной стойкости широко используют в производстве пищевой тары. Для этой цели используют олово самой высокой чистоты, уделяя особое внимание содержанию мышьяка.

Баббитовое покрытие, состоящее из олова и свинца, используют во вкладышах подшипников.

Медь и ее сплавы. Для напыления используют проволоку из следующих материалов на основе меди:

1)чистая медь (не менее 99,9% Си) используется для нанесения электропроводных и декоративных покрытий;

2) алюминиевая бронза (5—12% А1) с добавлением небольшого количества железа, никеля и марганца обладает высокой коррозионной стойкостью, особенно в морской воде, а также стойкостью к действию серной и соляной кислот, однако она не обладает стойкостью к азотной кислоте. Кроме того, бронза хорошо противостоит коррозионной усталости, является эрозионностойкой и износостойкой;

30 стр., 14563 слов

Восстановление лакокрасочного покрытия легковых автомобилей

... В работе используются современные расходные материалы, гарантирующие высокое качество выполняемых работ по покраске автомобиля. Цель проекта состоит в том, чтобы проанализировать работу поста восстановления лакокрасочного покрытия ... желание владельца авто сменить цвет и т.д. В данном дипломном проекте производится разработка организации и технологии работы малярного участка на базе предприятия АТЦ ...

3)фосфористая бронза с содержанием 0,03—0,35% Р, применяемая в качестве раскислителя обеспечивает покрытие, обладающее высокой износостойкостью; ее используют для упрочнения новых и восстановления изношенных частей валов и подшипников скольжения судовых механизмов. Красивый светло-коричневый цвет покрытия фосфористой бронзой может быть использован для декоративной отделки;

4) латуни, обладая хорошей коррозионной стойкостью, корродируют в морской воде при повышенных температурах. Для напыления используют судостроительную латунь, стойкую к морской воде;

5) свинцовистая бронза представляет собой медный сплав, содержащий 23—42% РЬ. Покрытие антифрикционной свинцовистой бронзы, обладающее стойкостью к схватыванию при высоких удельных нагрузках, широко используют в подшипниках, работающих в режиме высоких скоростей и удельных нагрузок.

Никель и его сплавы. При проволочном напылении используют следующие материалы этой группы:

1)чистый никель применяют для защиты от эрозионного воздействия; никель растворяется в азотной кислоте и царской водке, довольно медленно растворяется в соляной и серной кислотах, не корродирует в воде и устойчив в большинстве химических соединений;

2) нихром (сплав 80% Ni и 20% Сг) практически не окисляется при высокой температуре и хорошо противостоит действию некоторых кислот и щелочей, что предполагает нанесение нихромового слоя на изделие с целью повышения его жаростойкости и коррозионной стойкости. Вместе с тем покрытие из нихрома нестойко при высокой температуре в среде, содержащей сероводород и сернистый газ, а также в азотной и соляной кислотах. Для напыления используют также проволоку хромоникелевого сплава NCHW2, хотя он уступает нихрому по стойкости к окислению и жаростойкости;

3)монель обладает высокой коррозионной стойкостью и кислото-стойкостью, хорошо противостоит действию соленой воды, в нейтральных и щелочных растворах практически не корродирует. По отношению к слабым кислотам обладает сравнительно хорошими антикоррозионными свойствами.

Углеродистая и низколегированная стали. Эти стали наиболее широко используют для повышения износостойкости деталей машин. Их широко применяют также для реставрации изношенных деталей.

Коррозионно-стойкая сталь. Предназначенную для напыления сталь, обладающую высокой коррозионной стойкостью и жаростойкостью, подразделяют на четыре сорта: сорт 1 (мартенситная) и сорта 2, 3, 4 (аустенитная).

1)Мартенситная коррозионно-стойкая сталь. Быстрое охлаждение металла системы Fe-Cr, находящегося в области аустенитного или аустенитно-ферритного состояния, обеспечивает получение структуры мартенсита. Высокоуглеродистые стали при этом приобретают высокие износостойкость и коррозионную стойкость.

2)Аустенитная коррозионно-стойкая сталь. Сплавы систем Fe— Сг—Ni и Fe—Cr—Ni—Мп при номинальной температуре имеют структуру аустенита. Лустенитные стали обладают высокой коррозионной стойкостью и жаростойкостью. Выбор соответствующей марки стали в значительной степени определяется параметрами рабочей среды, поэтому должен быть основан на предварительных испытаниях образцов.

4 стр., 1751 слов

Правовое регулирование охраны атмосферного воздуха

... Правовому регулированию и охране подлежат производство и применение озоноразрушающих веществ, изменения целостности озонового слоя, температурного режима и т.п." 4 Глава 1. Состав атмосферного воздуха Атмосферный воздух представляет собой смесь определенных газов ...

Серебро. Этот металл используют для напыления электрических контактов и нанесения покрытия на оси перед напрессовкой деталей (толщина покрытия ~0,1 мм).

4. Газопламенное напыление

Газопламенное напыление за длительный период применения подвергалось существенным усовершенствованиям, как по линии модернизации оборудования, так и в направлении улучшения качества напыляемых материалов. В настоящее время газопламенное напыление используют для нанесения покрытия из керамических тугоплавких материалов.

Газовое пламя получают посредством сгорания горючих газов в кислороде или воздухе. В специальных горелках — распылителях по периферии сопла подается горючая смесь. Центральная часть предназначена для подачи в сформированную газопламенную струю распыляемого материала (рис. 1).

Вблизи среза сопла газовое пламя представляет собой полый конус с кольцевым сечением. По мере удаления от среза газовое пламя образует сплошной поток высокотемпературного газа.

Газопламенные струи как источник нагрева, распыления и ускорения при напылении покрытий подобны плазменным струям. Однако, температура и энтальпия газопламенной струи значительно ниже.

Рис. 1. Схема газопламенного напыления покрытий;

1- смеситель; 2- газопламенное сопло; 3- газовая струя; 4- воздушное сопло; 5- воздушный обжимающий поток; а- формирование газового пламени; б- схема процесса напыления

Напыляемые частицы взаимодействуют с газовой фазой сложного состава, состоящей из горючих газов, продуктов их сгорания и диссоциации, кислорода и азота. Окислительно-восстановительный потенциал на начальном участке струи легко регулируются изменением соотношения между горючим газом в SS Условно можно выделить три режима образования пламени: нейтральное, окислительное и восстановительное.

Газопламенный метод находит широкое применение в технике для напыления и последующего оплавления покрытий из самофлюсующихся сплавов на основе никеля и кобальта.

Одним из специальных видов газопламенного напыления является напыление, при котором используется энергия взрыва (детонация) ацетилсно-кислородной смеси.

Газопламенное напыление в зависимости от состояния напыляемого материала может быть трех типов: напыление проволокой, прутком и порошком.

На рис.2 показан принцип газопламенного напыления проволокой, аналогичного напылению прутком. В обоих случаях напыляемый материал, имеющий форму прутка или проволоки, подают через центральное отверстие горелки и расплавляют пламенем горючей смеси. Расплавленные частицы металла подхватываются струей сжатого воздуха и в мелкораспыленном виде направляются на поверхность изделия. Проволока подается с заданной скоростью роликами, приводимыми в движение встроенной в горелку воздушной турбиной, работающей на сжатом воздухе, используемом при напылении, или электродвигателем через редуктор. В случае подачи проволоки воздушной турбиной невозможно точно регулировать скорость подачи проволоки и поддерживать ее постоянно на одном уровне. В этом случае горелка более компактна и имеет меньшую массу, что позволяет осуществлять ручное напыление.

Горелка (пистолет) с приводом от электродвигателя позволяет более точно регулировать подачу проволоки и поддерживать ее постоянную скорость. Однако такие горелки имеют большую массу, поэтому их устанавливают в механизированных установках для напыления.

Для напыления обычно используют проволоку диаметром не более 3 мм, однако при напылении легкоплавкими металлами (алюминий, цинк и т. п.) в интересах повышения производительности процесса допускается использование проволоки диаметром 5—7 мм.

28 стр., 13505 слов

Организация малярного участка зоны технического ремонта для предприятия, ...

... организации работы малярного участка зоны ТР. 4. Произвести организацию производства малярного участка зоны ТР. 5. Рассмотреть технологический процесс текущего ремонта автомобилей ГАЗ 3302 на молярном участке; 6. ... проекта: Разработать технический проект организации малярного участка зоны ТР, для предприятия эксплуатирующего автомобили - ГАЗ 3302. В работе необходимо решить следующие задачи: 1. ...

Рис.2. Газопламенное напыление проволокой

1- сжатый воздух; 2- ацетилено-кислородная или пропано-кислородная горючая смесь; 3- проволока; 4- насадок; 5- ядро ацетилено-кислородного пламени;

6- оплавляющийся конец проволоки; 7- факел пламени; 8- воздушный поток;

9- покрытие; 10- поток частиц напыляемого материала; 11- основной материал

При напылении порошком последний поступает в горелку сверху из бункера через отверстие, разгоняется потоком транспортирующего газа (смесь кислорода с горючим газом) и на выходе из сопла попадает в пламя, где происходит его нагрев. Увлекаемые струей горячего газа частицы порошка попадают на напыляемую поверхность. В порошковых горелках, как и в проволочных, подача напыляемого материала в пламя и разгон образующихся расплавленных частиц могут осуществляться струей сжатого воздуха.

Схема установки для напыления проволокой показана на рис.3. В этой установке редуктор снижает давление сжатого воздуха, поступающего из воздушной емкости, а осушитель удаляет из воздуха влагу и масло. В качестве горючего газа в большинстве случаев используют ацетилен, можно также применять пропан и водород.

При полном сгорании ацетилена в среде кислорода протекает следующая химическая реакция:

+= + +1262,86 кДж.

Это значит, что для полного сгорания на одну часть по массе ацетилена необходимо 2,5 части по массе кислорода, однако на практике для напыления используют смесь при соотношении в смеси кислорода и ацетилена, равном 1,1; При сгорании смеси такого состава образуется нейтральное пламя, поскольку во время горения в него поступает дополнительный кислород из окружающего воздуха.

Рис. 3. Схема оборудования для напыления проволокой (прутком):

1- осушитель воздуха; 2- ресивер со сжатым воздухом; 3- баллон с горючим газом; 4- редукторы; 5- фильтр; 6- баллон с кислородом; 7- ротаметры; 8- напылительная горелка; 9- канал для подачи проволоки (прутка)

На начальном участке факела, который образуется непосредственно у выхода из сопла, газообразные продукты имеют восстановительный характер, а в середине пламени в связи с прониканием туда кислорода окружающего воздуха происходит полное сгорание ацетилена. При движении напыляемых частиц в факеле они непрерывно нагреваются. Вместе с тем при напылении проволокой с использованием струи сжатого воздуха из-за поступления большого его количества в пламя последнее в большей своей части имеет окислительные свойства.

На рис. 4 показано содержание газообразных компонентов в факеле в зависимости от расстояния от среза сопла горелки по оси пламени при газопламенном напылении проволокой. На практике частицы напыляемого вещества двигаются не только вдоль осевой линии, но и существенно отклоняются от нее. В периферийных зонах струи, отдаленных от осевой линии, газ имеет иной состав, однако общие тенденции изменения состава газа при удалении от оси сопла остаются такими же, как и вдоль осевой линии.

5 стр., 2383 слов

Экологические проблемы при добыче нефти и газа

... нефти и её обессериванием. Пример - в 1996 году при первичной переработке нефти в окружающую среду поступило 91,8 тысяч тонн газо-образованных загрязняющих веществ. 2. Интенсивная добыча нефти и ее последствия Начав эксплуатацию месторождений нефти и газа, ...

При газопламенном способе напыление осуществляется в основном теми материалами, температура плавления которых ниже температуры пламени.

Рис. 4. Содержание газообразных компонентов (%) в пламени горючей смеси при газопламенном напылении проволокой в зависимости от расстояния L от среза сопла горелки; расход газов: кислорода 25 л/мин, ацетилена 12 л/мин; давление сжатого воздуха 0,34 МПа:

1- азот; 2- кислород; 3- оксид углерода; 4- диоксид углерода; 5- водяной пар

В табл. 1 приведена температура пламени для горючих смесей разного состава , а на рис. 5 показаны кривые распределения температуры пламени в направлении удаления от среза сопла горелки по осевой линии при напылении порошком и проволокой.

При газопламенном напылении порошком на расстоянии 60 — 70 мм от сопла температура пламени превышает 2500°С; по мере дальнейшего увеличения расстояния она постепенно снижается: на расстоянии 100 мм температура составляет 1900°С, на расстоянии 150 мм—1400°С. При напылении проволокой быстрое снижение температуры пламени начинается от самого среза сопла горелки и нарастает по мере увеличения расстояния: на расстоянии 50 мм температура пламени составляет 1500°С, на расстоянии 100 и 150 мм —500 и 200°С соответственно. Это связано с охлаждающим действием на пламя струи сжатого воздуха.

Рис. 5. Изменение температуры факела пламени в зависимости от расстояния L от среза сопла газопламенной горелки и режима ее работы (давление сжатого воздуха 34 МПа):

1- напыление порошком при расходе кислорода 12,5 и ацетилена 12,5 л/мин; 2- то же, при расходе кислорода 16,5 и ацетилена 10 л/мин; 3- напыление проволокой при расходе кислорода 18,5 и ацетилена 18,5 л/мин; 4- то же, при расходе кислорода 25 и ацетилена 12 л/мин

После напыления иногда проводят оплавление покрытия, которому, в частности, подвергают покрытия, напыленные самофлюсующимися сплавами на никелевой и кобальтовой основе с добавлением в них бора и кремния. Оплавление обеспечивает получение плотного покрытия, практически без пористости.

Технология газопламенного напыления довольно проста, а стоимость оборудования и затраты на эксплуатацию низкие. В связи с этим данный способ нашел наиболее широкое применение в практике.

5. Параметры газопламенного напыления и их влияние на эффективность процесса, Конструктивные параметры.

К конструктивным параметрам, оказывающим наибольшее влияние на эффективность процесса относят (см. рис. 1) диаметр газового сопла, диаметр отверстий по периферии сопла. Угол наклона а оси отверстий к оси распылителя. Характер истечения струи и ее теплофизические свойства в значительной мере зависят от размеров и профилирования обжимающего сопла. Обычно конструктивные параметры газопламенного распылителя рассчитывают или выбирают экспериментально.

Параметры режима работы газопламенного распылителя.

Наиболее значимыми параметрами являются: род горючего газа, его давление на входе в распылитель и расход; давление окислительного газа и его расход; соотношение между окислительным и горючим газами и т. д.

Наиболее высокая эффективность процесса наблюдается при использовании в качестве горючего газа ацетилена или пропан-бутановой смеси.

Давление горючего газа (Р

В практике напыления в = 1,1-4: нижний предел для ацетилена, верхний — для пропан-бутановой смеси. Значение в определяет физико-химические свойства пламени. Увеличение расхода горючего газа при выбранном в приводит к возрастанию тепловой мощности газового пламени W р.п , его скорости vр.п , и длины высокотемпературной части потока lв (рис. 6, а).

3 стр., 1157 слов

Порядок подачи и рассмотрения административных жалоб общего характера

... в полном объеме к 18 годам). 2. Срок для реализации прав на подачу жалобы российским законодательством не устанавливается. 3. Устанавливается так называемая социальная потребность - когда ... продвигается в том же направлении, что и классическое судебное рассмотрение. При подаче административной жалобы всегда следует учитывать ее точную и детальную подведомственность. То есть нужно обращать ...

При этом растет скорость подачи распыляемого материала (vр.п ) и, соответственно производительность Gн (рис. 6, б).

Для обжатия газового пламени давление газа (воздуха) должно составлять (300-400) 10 3 Па, а его расход 30-40 м3 /ч.

Рис. 6. Влияние расхода грючего газа G г на эффективность процесса газопламенного напыления

Параметры распыляемого материала и его ввода в газовое пламя.

Дисперсность порошковых частиц, подаваемых в газовое пламя, составляем 10- 100 мкм. Более крупные порошки нагреваются недостаточно. Расход порошка составляет 0,5- 10 кг/ч. Подачу порошка осуществляют двумя способами. Во многих случаях порошок подают в газовое пламя за счет собственной массы в сочетании с инжектированием струи. При этом стремятся к минимальной длине коммуникационных каналов. В других случаях порошок подают дополнительным транспортирующим газом: кислородом или воздухом. Давление транспортирующего газа выбирают в пределах (100- 200) 10 3 Па, а расход 0,3- 0,6 м3 /ч. Диаметр проволоки при газопламенном напылении составляет 1- 5 мм. Скорость подачи находится в пределах 1- 0,15 м/с. Максимальную производительность процесса получают при высоких мощностях газового пламени и больших диаметрах проволоки.

Параметры, характеризующие внешние условия напыления.

Для газопламенного процесса это, прежде всего, дистанция напыления. Влияние этого параметра аналогично другим методам газотермического напыления и составляет 100- 200 мм.

Параметры распыляемой струи и потока напыляемых частиц.

Максимальная температура пламени вблизи среза сопла составляет 3273- 3473 К и зависит, в основном, от рода горючего газа и величины в. Скорость газопламенных струй составляет 150-300 м/с и определяется расходом горючего газа, значениями в и профилированием сопла. В ряде случаев достигается сверхзвуковая скорость истечения. Состав газового пламени, в основном, определяется значениями в. Изменение температуры, энтальпии, скорости и состава по оси струи и в сечениях аналогично плазменным струям.

Длина высокотемпературной части газопламенной струи зависит от рода горючего газа, его расхода и р. Для ацетилена и пропанбутановой смеси, длительность нагрева составляет 70—150 мм. Верхний предел относится к максимальным расходам горючего газа и оптимальным значениям р. Тепловые и скоростные границы струи близки и составляют 17—25°.

Температура напыляемых частиц при порошковых способах напыления не превышает 2473 К.. Проволочное напыление может обеспечить частицы с более высокой температурой порядка 2973 К. Скорость частиц вблизи поверхности напыления находится в пределах 20—100 м/с и выше. Плотность потока напыляемых частиц составляет 10 3 —105 ч/с*см2 .

Газопламенное напыление предназначено для нанесения покрытий различного назначения посредством распыления порошковых и проволочных материалов. Этот метод не обеспечивает возможность нанесения тугоплавких материалов. При порошковом напылении температура распыляемого материала ограничена, примерно, 2473 К, при проволочном напылении 2973 К.

12 стр., 5696 слов

Очистные комбайны и струговые установки

... очистных комбайнов — применение планетарных механизмов на выходных ступенях редуктора исполнительного органа. Это позволит при сохранении размеров основных узлов увеличить энерговооруженность очистных комбайнов и снизить частоту вращения исполнительных органов. ... проволока круглого или трапециевидного сечения; зазор между проволоками ... подачи, ... Исполнительный орган комбайна ... очистных комбайнах ...

6. Оборудование при газопламенном напылении

6.1 Функциональная схема установок для газотермического напыления

Любая установка для газотермического напыления состоит из распылителя, механизма подачи распыляемого материала (проволоки или порошка); источника энергопитания; системы подачи распылительных газов; пульта управления. В некоторых установках предусмотрена система охлаждения. На рис.7 приведена функциональная схема обобщенной установки для газотермического напыления.

Рис. 7. Функциональная схема установки для газотермического напыления

Установки классифицируют в зависимости от метода напыления, вида подводимой энергии, уровня механизации и формы распыляемого материала.

При газопламенном и плазменном напылении технологические операции, касающиеся подготовки детали и порошка, аналогичны и выполняются на одном и том же оборудовании. Наиболее качественные покрытия получаются при первоначальном напылении подслоя термореагирующим порошком толщиной 0,05—0,15 мм, а затем основного слоя износостойким порошковым сплавом толщиной 2 мм. Подслой и основной слой наносят при одних и тех же режимах напыления: давление кислорода 0,35—0,45 МПа; давление ацетилена 0,03—0,05 МПа; расход кислорода 960—1100 л/ч; расход ацетилена 900—1000 л/ч; расстояние от среза сопла мундштука до наплавляемой поверхности 160—200 мм; продольная подача 3—5 мм/об; расход порошка 2,5—3 кг/ч.

Мощность пламени выбирают в зависимости от размеров детали. При напылении применяют восстановительное (нормальное) или науглероживающее (с небольшим избытком ацетилена) пламя. Перед началом напыления деталь подогревают до температуры 50—100°С.

В процессе напыления необходимо следить, чтобы поверхность напыляемой детали не нагревалась выше 250°С. Температуру можно контролировать с помощью термочувствительных карандашей.

Процесс газопламенного напыления с последующим оплавлением практически выполняется так же, как и аналогичный плазменный процесс.

Напыление с одновременным оплавлением возможно лишь газовым пламенем. Плазменная струя из-за интенсивного неравномерного нагрева напыленного слоя не обеспечивает получения качественного покрытия.

Назначение и краткая характеристика оборудования

Марка грелки или установки Назначение и характеристика Аппараты ВНПО Для газопламенного напыления порошковых сплавов на изделия различной формы. В комплект входят горелки и наборы слесарного инструмента

Установка УПН-8 Для газопорошкового напыления самофлюсующимися и термо реагирующими сплавами. Для оплавления покрытий установка укомплектована газовой горелкой «Звезда» и двумя сетчатыми мундштуками. Установка состоит из бачка-питателя и распылительного пистолета с инжекторным устройством. Порошок захватывается проходящим через бачок-питатель кислородом и направляется в центральный канал пистолета, а затем в зону пламени

Установка 011-1-09 Для газопламенного напыления деталей типа «вал» диаметром до 190 мм, длиной до 800 мм, при толщине покрытий до 2 мм. Частота вращения шпинделя 0,75—150 об/мин, скорость перемещения горелки 0,9—180 мм/мин

Установка 011-1-01 Для газопламенного напыления деталей типа «вал», в том числе коленчатых валов, длиной до 1700 мм

Остальные параметры аналогичны параметрам установки 011-1-09

Станок ОКС-11233 Для газопламенного напыления изношенных поверхностей тел вращения самофлюсующимися порошковыми сплавами. Поставляется в комплекте с оплавляющим станком ОКС-11235

Установка УГН-2 Для роторного газопламенного напыления фасок клапанных гнезд головок цилиндров

Установка Л-5405 Для газопламенного напыления порошковых материалов, композиционных материалов, пластмасс

Горелка УПТР-1-78М Для газопламенного напыления широкой номенклатуры деталей

Установка УГПТ Для напыления вручную самофлюсующихся порошков типа ПГ-10Н, ПГ-12Н, с последующим оплавлением напыленных покрытий, а также для напыления оксида алюминия и др. Состоит из пульта управления, стойки, распылительной горелки со сменными мундштуками, трех питателей, кислородного и ацетиленового редукторов, шлангов

6.2 Газопламенные распылители

В зависимости от способа подачи горючего газа различают инжекторные и безынжекторные распылительные головки. На рис. 8, а приведена примерная конструктивная схема инжекторной головки. В корпусе головки размещены кольцевой канал и перпендикулярно ему продольные по периферии. Центральный канал с наконечником 2 предназначен для подачи распыляемого материала. Корпус головки снабжен газовым соплом 3 с рассекателем горючей смеси. Для проволочного и иногда порошкового напыления предусмотрено воздушное обжимное сопло 5 с воздушным колпаком 4 и соответствующие коммуникационные каналы. Для подачи горючего газа в смесительную камеру 6 предусмотрен инжектор 7. К инжектору подводится кислород под давлением 0,2—0,4 МПа. На выходе из инжектора развивается высокая скорость истечения кислорода и соответственно этому местное разрежение. Происходит подсос горючего газа через периферийные каналы инжектора. При наличии инжектора распылитель может работать с применением горючего газа, находящегося под низким давлением. Это важно для ацетилена, получаемого на месте производимых работ от переносных ацетиленовых генераторов низкого давления (0,005—0,01 МПа).

При более высоких давлениях горючего газа роль инжекции снижается. В случае равных или близких давлений кислорода и горючего газа может производиться безынжекторная подача. Наличие инжектора делает распылитель универсальным по давлению горючего газа. На выходе из газового сопла образуется пламя, являющееся источником нагрева, распыления и ускорения напыляемых частиц. Распылительную головку закрепляют в корпусе аппарата. Для напыления внутренних поверхностей применяют сменные угловые головки с удлинителями. В отличие от плазменных горелок распылительные головки составляют чаще всего неотъемлемую часть газопламенного аппарата. Распылительные головки не взаимозаменяемы.

Рис. 8. Конструктивная схема газопламенного инжекторного (а) и безынжекторного (б) распылителей

6.3 Механизмы подачи распыляемого материала в установках для газотермического напыления

Особенностью газотермического напыления является механизированная подача в распылитель порошка, проволоки или стержней. Этим и определяется назначение механизмов подачи. Общие требования, предъявляемые к ним следующие: стабильность подачи; широкие пределы регулирования скорости подачи распыляемого материала; компактность и малая масса для механизмов, совмещенных с распылителем (в ручных аппаратах); возможность автоматизации подачи распыляемого материала в зависимости от параметров процесса напыления; простота конструкции, а также надежность и долговечность.

В зависимости от вида распыляемого материала их подразделяют на две группы.

В первую группу входят механизмы подачи порошков; во вторую — механизмы подачи проволоки или стержней, Механизмы подачи устанавливают в одном корпусе с распылителем и отдельно от него. В последнем случае осуществляется дистанционная подача. Однокорпусное исполнение особенно характерно для некоторых ручных аппаратов.

Механизмы подачи проволоки

При плазменном, газопламенном и других методах напыления покрытий с использованием проволоки, стержней, гибких шнуров и т. п. применяют различные механизмы подачи. Большую роль играет равномерность подачи и фиксированное положение плавящегося торца проволоки. Поэтому часто в механизмах подачи предусмотрены устройства для правки проволоки. В наиболее общем виде функциональная схема механизма подачи проволоки представлена на рис. 10, а. Приводные двигатели, используемые в механизмах подачи, делятся на две группы: пневмоприводы и электроприводы. Компоновка механизма подачи показана на рис. 10, б. Механизм устанавливают либо в одном корпусе с распылителем, либо отдельно от него. В первом варианте используют тянущий принцип подачи проволоки, во втором — толкающий по направляющим каналам.

Рис. 10 Функциональная схема механизма подачи проволоки (а) и его компоновка (б):

1- приводной двигатель; 2- редуктор; 3- подающие ролики; 4- механизм правки; 5- распылитель

Пневмоприводы в механизмах подачи. В настоящее время пневмоприводы применяют только в ручных аппаратах для газопламенного напыления и электродуговой металлизации, там, где для распыления проволоки используют сжатый воздух или другой газ. В пневмопривод встраивают малогабаритную турбинку или ротационный двигатель.

Конструктивная схема ротационного двигателя приведена на рис. 11. Сжатый воздух или другой газ через отверстие в статоре 1 подается в рабочую камеру 2, Пространство камеры образуется между лопатками за счет эксцентрично расположенного ротора 3, являющегося приводным валом механизма подачи. В роторе по прорезям свободно перемещаются лопатки 4. Центробежные силы обеспечивают надежное поджатие лопаток к внутренней поверхности статора. Сжатый газ, попадая в пространство между двумя лопатками, оказывает на них давление. Сила, действующая на лопатку, пропорциональна ее площади. Ротор начинает вращение в сторону лопатки, занимаемую в данный момент большую площадь. Для установки необходимого числа оборотов служит тормозная система, состоящая из тормозной колодки 6 и тормозного диска 5, свободно перемещающегося по оси вала ротора. Между колодкой и диском установлена пружина 7, которая компенсирует изменяющуюся при работе силу нажатия диска на колодку, а следовательно, и заданные обороты двигателя. Тормозной диск приводится в осевое перемещение вращающимися грузиками 8, расположенными шарнирно на конце вала ротора. При стремлении занять вертикальное положение они нажимают на скользящую втулку тормозного диска.

Рис. 11. Схема приводов в механизмах подачи проволоки

Более надежны в пневмодвигателях индукционные регуляторы скорости. Скорость вращения регулируется за счет кольца, охватывающего лопатки ротора. По мере продвижения магнита изменяются вихревые токи, наводимые в кольце. Благодаря этому изменяется индуктивность в зазоре и, следовательно, обороты двигателя.

Достоинства пневмоприводов заключаются в небольшой массе, большом количестве оборотов (до 25000 об/мин), достаточно высокой мощности (60—90 Вт).

На вращение расходуется тот же газ, что и на распыление проволоки.

Недостатки связаны со значительными трудностями статической и динамической балансировки вращающейся части двигателя, а также износом фрикционных тормозных устройств и появлением продуктов износа.

Пневмоприводы, применяемые в механизмах подачи проволоки, не относятся к комплектующим изделиям. Их изготавливают применительно к конкретным аппаратам.

Электроприводы в механизмах подачи. в отличие от пневмоприводов значительно проще в изготовлении. Их используют как комплектующие изделия и их легко можно заменять. Стационарные установки для всех методов напыления содержат в механизмах подачи проволоки только электропривод. По гибким шлангам (направляющим каналам) проволока подается от механизма подачи к распылителям. При этом расстояния между ними могут достигать 3 м и более. При подаче тонкой проволоки целесообразно использовать механизмы тянущего типа с закреплением их непосредственно на распылителе. Толстую проволоку подают механизмами толкающего типа с отделением его от распылителя.

В электроприводах, в основном, применяют двигатели постоянного тока. При этом используют нерегулируемый редуктор или регулируемый с небольшим количеством ступеней.

Регулировку скорости подачи проволоки осуществляют изменением напряжения на якорной обмотке двигателя. Для этих целей применяют автотрансформаторные и тиристорные регуляторы напряжения (РН).

6.4 Установки для газопламенного напыления

Установки для порошкового напыления

Для примера на рис. 9 приведена компоновка установки для газопламенного порошкового напыления УПТР-85 (порошковая термораспылительная).

Она комплектуется распылителем 1 с узлом его крепления для механизированного напыления, порошковым питателем 2, соединительными шлангами, пультом управления 3 и узлом газопитания, состоящим из ацетиленового и кислородного баллонов с редукторами и воздушного маслоотделительного фильтра 4. Особенностью установки является наличие удлинительного насадка для напыления сложных поверхностей; обжатие двухфазной струи сжатым газом (воздухом) или использование его для охлаждения напыляемых изделий. Порошок из питателя под собственной массой, инжектируемый транспортирующим газом, равномерно подается в факел, кольцевого в сечении, пламени. Предусмотрена также подача порошка от отдельно установленного питателя.

Рис. 9. Компоновка установки для газопламенного порошкового напыления

Установки для проволочного напыления

В практике напыления широкое применение нашли газовые металлизаторы МГИ-2, МГИ-4 и МГИ-5. Установка состоит из собственно металлизатора и блока газопитания. В корпусе металлизатора сосредоточена распылительная головка, коммуннкационные газовые каналы, механизм подачи проволоки. Ацетилен (пропан), кислород и воздух подводятся от узла газопитания к металлизатору при помощи стандартных соединительных шлангов.

Газовый металлизатор инжекционный МГИ-4

Является более совершенной конструкцией металлизатора МГИ-2. В пневмоприводе механизма подачи проволоки использована турбина мощностью 90 Вт, развивающая до 25 000 об/мин. Для регулирования скорости подачи проволоки применен индукционный регулятор, в сочетании со ступенчатой настройкой редуктора. Работает как на ацетилене, так и на пропане. Несмотря на инжекционный принцип, давление горючих газов должно составлять около 0,1 МПа. Этим определяется более стабильный состав горючей смеси.

Газовый металлизатор МГИ-5

Относится к стационарному типу. Работает на пропане. В приводе механизма подачи проволоки использован электродвигатель постоянного тока с нерегулируемым редуктором.

7. Расчет времени на восстановление одного коленчатого вала

I. Определение времени необходимого для газопламенного напыления:

где, — ширина шейки коленчатого вала, мм,

  • диаметр обрабатываемой шейки коленчатого вала, мм;

n пр. — количество проходов (оборотов);

  • скорость напыления, мм/мин,

м/мин,

где: D — диаметр шейки, мм;

  • n — частота врашения шпинделя стенда, n = 52 об/мин;

для шатунной шейки:

для коренной шейки:

а) Наплавка шатунной шейки:

=63 мм,

=58 мм,

б) Первая коренная шейка:

=72,5 мм,

=31,5 мм,

в) Пятая коренная шейка:

=72,5 мм,

=45,5 мм,

г) Коренная шейка:

=72,5 мм,

=32 мм,

д) Время необходимое для газопламенного напыления:

е) Вспомогательное время наплавки :

где, -время на установку и снятие детали в центросместители, мин,

=3,6 мин,

  • время на установку и снятие детали, мин, =0,35 мин,
  • время, связанное с переходом, мин, =0,27 мин,
  • время на заглушку отверстий, мин, =6,5 мин,
  • время на нагрев детали, мин, =4 мин,
  • время на подвод шатунной шейки, мин, =0,6 мин.

ж) Штучное время на операцию:

где, -поправочный коэффициент, зависящий от размера партий ,

=1,0,

  • время на обслуживание рабочего места, %, =4%
  • время перерывов на отдых и личные надобности ,% ,

=4% ,

Заключение

Восстановление деталей газопламенным методом — один из эффективных способов восстановления газотермическим методом. При этом, метод газопламенного напыления является более экономичным по сравнению с плазменным, детонационным, лазерным или плазменно-лазерным способами, являющимися наиболее продуктивными и экономически выгодными. Важной особенностью газопламенного напыления является отличное формирование напыляемого слоя, стабильность и хорошая воспроизводимость геометрических форм напыляемой поверхности, что благоприятно сказывается на трудоемкость процесса восстановления и трудоемкость дальнейших механических обработок восстановляемых деталей, а значит и на денежные средства, закладываемые в процесс восстановления. Применение в технологическом процессе восстановления новейшего оборудования и разработок, а также качественно новых расходных материалов качественно способствует снижению производительности процесса, а также снижают финансовые затраты на процесс восстановления.

Слой, восстановленный способом газопламенного напыления, обеспечивает высокую работоспособность деталей за счет высокого качества напыленного металла, его однородности, а также благоприятной структуры. В результате применения предлагаемого способа восстановления, такая деталь как коленчатый вал двигателя ЗИЛ-130 обретает ресурс в два и более раз выше чем новый.

Список используемой литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://pravsob.ru/kursovoy/vosstanovlenie-detaley-napyileniem/

1.Белов С. В. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов / Белов С. В., Ильницкая А.В., Козьяков А.Ф. — 2-е изд. исправленное и дополненное. — М.: Высшая школа, 1999. — 448с.

2.Вишняков Я.Д. Безопасность жизнедеятельности. Защита населения и территорий в ЧС: Учебное пособие для студ. высш. учеб. заведений. — 2-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2008. — 304с.

3. Ильющенко А. Ф. Процессы формирования газотермических покрытий и их моделирование — Минск: Белорусская наука, 2011.

4.Гладкий П.В. Исследование и разработка технологии газотермической наплавки: Дис. канд.техн.наук. — Киев, 1972, — 232с.

5.Гладкий П.В. Газотермическая наплавка. Автоматическая сварка / Гладкий П.В., Фрумин И.И — М.:Машиностроение,1995. — 792с.

6. Дубровский В. А. Пособие слесаря-ремонтника. М., «Колос», 1973. 239 с. ил.

7. Кудинов В. В. Газотермические покрытия / Кудинов В. В. -М.: Наука, 1977.-184с.

8. Кулик А.Я. Газотермическое напыление композиционных порошков / Кулик А.Я., Борисов Ю.С., Мнухин А.С., Никитин М.Д.-Л.: Машиностроение, 1985.-199 с.

9. Логачев Н.П. Технология машиностроения. Техническое нормирование в машиностроений: Справочник для студентов специальностей 170400,171100 и учащихся машиностроительных техникумов и колледжей всех форм обучения / Логачев Н.П., Садовников В.И., Байделюк В.С.-Красноярск: Сиб ГТУ,2004. -196с.

10.Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие. Изд-е 2-е, переработанное и дополненное / Шейнблит А.Е.- Калининград, 2002. — 454с.