Технологии наплавки

Технология активированной дуговой металлизации

Разработанные технология и оборудование активированной дуговой металлизации (АДМ) позволяют наносить на детали из алюминиевых сплавов износостойкие покрытия с повышенной прочностью сцепления, выдерживающие выcокие контактные нагрузки при ударном нагружении. Возможна передача АДМ-технологий и разработка новых, поставка АДМ-установок с отладкой на месте и обучением персонала.

Оборудование
В АДМ-аппаратах используются восстановительные транспортирующие газы с оригинальной подачей через профилированные сопла, камера сгорания в системе подачи газов, особое взаимное расположение токоподводов и распыляющего сопла.
Разработано 2 модели АДМ – аппаратов. В одной для распыления используется смесь сжатого воздуха и пропана. Она применяется при восстановлении широкого круга деталей, подвергающихся нагрузкам среднего уровня. Отличительной особенностью другой модели является наличие малогабаритной высокоэффективной камеры сгорания пропано-воздушной смеси, которая используется в качестве транспортирующего газа. Продукты сгорания образуют на выходе из сопла сверхзвуковую струю со скоростью свыше 1500 м/с при 2200 К (рис.1).

Технические характеристики аппаратов:
Диаметр применяемой проволоки - 1,5…2.2 мм; максимальный рабочий ток - 380 А; расход воздуха - 60 м3 /ч; расход пропан-бутана - 0,011 кг/ч; габариты - 290х255х75 мм; масса аппарата - 3,1 кг; производительность при проволоке диаметром 2 мм, кг/ч: по стали - 18,4, по алюминию - 6,5, по цинку - 16,8. Аппараты комплектуются соединительными кабелями с коммутирующей коробкой и пультом управления.

Достоинства АДМ - аппаратов:

• Снижается окисление напыляемого материала и выгорание легирующих элементов. Увеличивается скорость частиц напыляемого материала.
• Угол раскрытия струи не превышает 10 градусов, при этом КИМ увеличивается до 0,85.
• Пористость стальных покрытий 2-4 %, плотность покрытий из алюминиевых сплавов приближается к плотности литого металла.

Улучшение качества покрытий хорошо видно при сравнении микроструктуры АДМ-покрытий и типовых металлизационных (рис.2). Заметно снижается число и размеры пор.

типовые АДМ

Рис. 2. Микроструктуры стальных покрытий, нанесенных способом типовой электрометаллизации и АДМ. х250.

Для АДМ - аппаратов могут использоваться проволоки из различных металлов - цинк, алюминий, бронза, медь, сталь, нихром - и их сочетание. Применяются также порошковые проволоки.

В зависимости от вида покрытий (износостойкие, антикоррозионные) эф-фективность применения составляет 1 – 5 млн. руб. на аппарат, при средней загрузке оборудования.

АДМ-покрытия для ремонта изношенных деталей

Технологии отличаются высокой производительностью, низкими затратами. Вследствие особенностей процесса АДМ-покрытия устойчивее против трещинообразования при увеличенной толщине в сравнении с газопламенными и плазменными. Для плазменных покрытий резко возрастает вероятность растрескивания при толщине свыше 0,7 мм за счет дополнительного нагрева плазменной струей. АДМ-покрытия гораздо устойчивее к этому дефекту. Возможно нанесение покрытия толщиной 0,5 – 7,0 мм, при этом уровень термических напряжений не приводит к образованию трещин.

На ряде предприятий машиностроения, металлургии, газоперерабатывающего комплекса организованы участки АДМ-нанесения покрытий для восстановления изношенных цилиндрических поверхностей: шейки валов и осей, работающих в паре с подшипниками качения и скольжения, тормозные барабаны, изготовление биметаллических "сталь - бронза" поршней вместо цельнобронзовых, восстановление плоских деталей типа направляющая, диск трения. На рис. 3 - 6 приведены фото типичных восстановленных деталей.

Рис. 4. Штырь поворотного кулака троллейбуса, работает в сопряжении с бронзовыми втулками, Орджоникидзевское троллейбусное депо, Екатеринбург. Восстанавливалось по 400 деталей в год

Рис. 5. Поршни гидроцилиндров биметаллические "сталь - бронза", рабочее давление 15 МПа, ФГУП "Уралтрансмаш", экономия бронзы 3 – 5 кг/деталь. Организовано изготовление в промышленных масштабах

Рис. 6. Диски трения фрикциона механизма подъема автокрана КАТО, покрытие на торцевых поверхностях, ОАО "Строймеханизация", Екатеринбург

Рис.7. Обучение оператора при АДМ – восстановлении коленчатого вала двигателя КАМАЗ. Завод по ремонту автомобилей, Нижневартовск.

На четырех авторемонтных заводах СНГ, в том числе в Кургане и Нижневартовске в России, освоена технология АДМ - восстановления коленчатых валов большегрузных дизельных автомобилей, рис. 7. Покрытие толщиной до 1.5 мм наносится на коренные и шатунные шейки диаметром 80…100 мм. Затраты по нанесению покрытия составляют 10…15 % от стоимости нового вала.

• Антикоррозионные покрытия
  Большая область применения – это нанесение антикоррозионных покрытий. Помимо высокого качества получаемых покрытий, к достоинствам АДМ – оборудования можно отнести малый вес и простоту в обращении. Это дает возможность наносить покрытия в монтажных условиях, в различных пространст-венных положениях, рис. 8. Крупный заказ, общей площадью нанесенного по-крытия 2500 м2, выполнен при защите покрытием из нержавеющей стали резер-вуаров очистки питьевой воды , разработчик - фирма «Экопроект» , Екатеринбург (рис. 9).
• Разработана технология нанесения покрытий для защиты от высокотем-пературной коррозии труб бойлеров, работающих на твердом топливе. Сравнительные испытания показали, что в горячих газовых средах и чистый АДМ-покрытия в 4 раза менее проницаемы, чем ЭДМ-покрытия .
• Проведены сравнительные испытания различных видов покрытий при работе на изделиях пищевой промышленности. Тестирование автоклава в течение 7 суток при температуре 170º , среда - ликер, pH 2.8-3.8, показало, что стойкость АДМ-покрытий в 3-3,5 раза выше, чем у нанесенных методом высокоскоростно-го газопламенного напыления (HVOF), рис. 10.

  

Рис 8. Нанесение АДМ – покрытия на потолок резервуара очистки питьевой воды

Рис. 9. Элементы очистных сооружений станции подготовки питьевой воды, пос. Советский, Ханты-Мансийский автономный округ. На внутренние поверхности резервуаров нанесено АДМ-покрытие

Рис. 10. Сравнительная стойкость антикоррозионных покрытий по глубине проникновения агрессивной среды.1 - АДМ, проволока NiCr, 2 - HVOF, порошок NiCrMo, 3 - HVOF, порошок NiCrTi

Технология нанесения стальных покрытий на алюминиевые детали
Технология включает механическую обработку и нанесение АДМ-покрытия. Обеспечена возможность перерыва между подготовкой поверхности и напылением до 48 часов.
В приведенных ниже характеристиках АДМ-покрытий отметим высокую прочность сцепления, в 2-3 раза превышающую аналоги. При получаемом качестве самого покрытия это позволяет применить данную технологию в различных отраслях машиностроения при необходимости сочетания легкости узла с возможностью работы в условиях ударно-абразивного изнашивания.

Характеристики АДМ-покрытия

• МикротвердостьHV 800 МПа
• Контактные нагрузкидо 100 МПа при наличии ударов
• Степень окисления покрытия.до 3%
• Прочность сцепления с алюминиевой основой60 - 70 МПа
• Толщина покрытия0,5 - 4,0 мм
• Термическое разупрочнение алюминиевой основыне происходит

Реализация технологии:

• Упрочнение опорного алюминиевого катка гусеничного тягача 630мми 670 мм. По существующему варианту для защиты износа катка 3 при контакте с гребнем трака гусеницы 4 механически крепится стальное кольцо 1. По разработанной технологии вместо установки стальной реборды нанесено АДМ-покрытие 2, рис. 11. Катки успешно прошли ходовые испытания в объеме гарантийного пробега, рис. 12.

Рис.12. Опорный каток гусеничного тягача. Варианты изготовления.
1 – алюминиевый диск катка; 2 – стальное напыленное покрытие; 3 – стальное кольцо; 4 – гребень трака гусеницы; 5 – шина резиновая

• Изготовление алюминиевых прокладоксизносостойким покрытием в качестве мягкой прослойки в парах трения между сопряженными поверхностями деталей железнодорожного подвижного состава. Нагрузка от вагона на тележку передается через надрессорные балки, рис. 13. В балках износу подвержены опорные наклонные плоскости. Для их защиты установлены алюминиевые прокладки со стальным износостойким покрытием, рис. 14. детали успешно прошли полные ходовые испытания в объеме 130 тыс. км. Суммарный износ в узле снизился в 3,4 раза, при этом сколы в покрытии отсутствуют.

Рис. 13. Вид опорного катка с напыленным покрытием до и после ходовых испытаний в объеме гарантийного пробега. Экономические показатели:

• Снижение трудоемкости изготовления – 40 мин./каток
• Снижение расхода металла - 12 кг/каток
• Износ покрытия составляет 10...25% от серийной реборды.

Рис. 14. Тележка грузового вагона с надрессорной балкой

Рис. 15. Надрессорная балка. По наклонной плоскости установлена алюминиевая прокладка со стальным покрытием

Версия для печати