Сравнение методов нанесения напылений
Thread Content
1. Сколько существует способов нанесения наплавки? 2. Каковы преимущества и недостатки напыления с использованием полюсов по сравнению с электролитическим напылением?
Поищите в Байду: Наклейка слоев металла как экономичный и быстрый способ модификации поверхности материалов все шире применяется в различных отраслях промышленности для изготовления и ремонта деталей. Для максимально эффективного использования слоя нанесенного покрытия желательно применять такой метод нанесения покрытия, при котором происходит минимальное разбавление основного материала, скорость нанесения покрытия высока, а качество самого покрытия отличное. Иными словами, речь идет о технологии нанесения покрытия, которая обеспечивает высокое качество, эффективность и минимальный уровень разбавления основного материала. Основная информация
Китайское название: 堆焊
Пиньинь: duī hàn
Фонетическое произношение: ㄉㄨㄟ ㄏㄢˋ
Содержание:
1. Краткое описание
2. Обзор
3. Холодное наплавление
4. Сферы применения
5. Электрошлаковое наплавление
6. Применение для ремонта
7. Методы наплавления
8. Наплавление дуговым способом
Краткое описание
duī hàn – это метод сварки, при котором металл плавится с помощью электрозваривания или газовой сварки, после чего его наносят на инструменты или детали машин. Обычно используется для ремонта изношенных и поврежденных участков. Английский: overlay welding. Краткое описание. Применение. В производстве используется множество методов нанесения покрытия; ниже приведено сравнение коэффициента разбавления и скорости нанесения для нескольких таких методов. Сравнение характеристик складывания: метод напыления путем сварки, уровень разбавления (%)، скорость нанесения материала (кг/ч). Для сварки под дугой с использованием одной нити: 30–60, 4,5–11,3; для использования нескольких нитей: 15–25, 11,3–27,2. При использовании последовательной дуги: 10–25, 11,3–15,9. При использовании одного электрода: 10–20, 12–36; при использовании нескольких электродов: 8–15, 22–68. При сварке под плазменной дугой с автоматическим подачей порошка: 5–15, 0,5–6,8; при ручной подаче нити: 5–15, 0,5–3,6; при автоматической подаче нити: 5–15, 0,5–3,6. При использовании двух нитей: 5–15, 13–27. При сварке под защитой газа с использованием растворяющегося электрода: для самозащищаемой дуги – 10–40, 0,9–5,4; для сварки с использованием электрода – 15–40, 2,3–11,3. При сварке с использованием электрода и шлака: 10–14, 15–75. Из таблицы 3 видно, что при сварке с использованием электрода скорость нанесения материала выше, а уровень разбавления ниже. На этой основе исследователи разработали более совершенные технологии сварки с использованием электрода и плазменной дуги, которые обеспечивают высокую эффективность при одновременном снижении уровня разбавления. Складной редактор. Технология холодного сваривания и нанесения покрытия заключается в использовании принципа высокочастотных электрических искр для безтеплового нанесения покрытия на поверхность металлических деталей. Это позволяет устранять дефекты и износ на поверхности деталей, тем самым сохраняя их целостность. Кроме того, с помощью этой технологии можно усилить свойства деталей, повысив их устойчивость к износу, теплу и коррозии. Оборудование для холодного сваривания и нанесения напылений позволяет восстанавливать металлические изделия без их деформации и отжига, обеспечивая высокую прочность соединения и устойчивость к износу. Можно использовать металлографические исследования, испытания на растяжение и твердость; кроме того, металлургическое соединение сварочного материала с основным материалом обеспечивает прочность сварного соединения. Часто используется для устранения пор, пузырей воздуха, заусенцев, остатков литья, повреждений от ударов, царапин, обломов краев, впадин, трещин, износа, вдавлений, производственных ошибок и дефектов, а также для укрепления механических поверхностей. Сферы применения: производство форм для складывания; шлифовка поверхности пластиковых форм с целью улучшения внешнего вида и срока службы; ремонт разделительных поверхностей пластиковых форм для шлемов путем нанесения специального слоя; укрепление поверхности конусов для литья из алюминиевых сплавов; ремонт и укрепление форм в случае наличия дефектов, износа или царапин на их поверхности. Ремонт деталей из пластика и резины с возможностью их складывания; устранение дефектов и износа форм для производства изделий из резины и пластика, а также их ремонт. Складные аэрокосмические системы: ремонт и восстановление деталей двигателей самолетов, турбин, турбошафтов; укрепление поверхности форсунок ракет; ремонт внешних элементов конструкции самолетов; укрепление или ремонт оболочек спутников; локальное укрепление титановых сплавов путем цементирования; локальное укрепление железосодержащих высокотемпературных сплавов таким же способом; нанесение антикоррозионных покрытий на поверхность магниевых сплавов; устранение локальных дефектов магниевых сплавов путем наплавления; локальный ремонт лопастей из никель- и кобальтосодержащих высокотемпературных сплавов – например, устранение износа поверхности лопастей и их кончиков, а также абляции направляющих лопастей. Складное производство и ремонт: в автомобильной промышленности используется для устранения дефектов камер, коленчатых валов, поршней, цилиндров, тормозных дисков, лопастей, ободов колес, сцеплений, фрикционных накладок, выпускных клапанов и т. д., а также для устранения дефектов на поверхности корпуса автомобиля путем сварки. Ремонт электрических узлов судов: электрических валов, втулок, подшипников, электрических компонентов, резисторов и т. д.; сварка соединительных элементов между колесами железнодорожных локомотивов и основными рельсами; изготовление и сварка проводящих роликов на предприятиях по покрытию поверхностей электролизом, а также производство медных и алюминиевых электродов для окисления металлов. Промышленность по производству механизмов для складывания: коррекция деталей с отклонениями от нормы, ремонт направляющих станков, различных валов, камер, гидравлических и пневматических прессов, поршней, стенок цилиндров, шейков валов, валков, зубчатых колес, шкивов, сердечников для формовки пружин, заглушек, кольцевых инструментов, различных валков, стержней, столбов, замков, подшипников и т. д. Промышленность складного литья: устранение дефектов в литых изделиях из железа, меди и алюминия, таких как песчаные поры и поры; ремонт изношенных алюминиевых форм. Складной редактор этого раздела Электролитическое нанесение покрытия. Причины возникновения технологии: на внутренних поверхностях гидрореакторов в нефтехимической промышленности, реакторов для синтеза, реакторов для ликвидации угля, а также толстостенных контейнеров в атомных электростанциях необходимо наносить стальное покрытие, устойчивое к высоким температурам, окислению и коррозии, вызванной сероводородом. В 70-х годах в этой области как в странах мира, так и внутри страны на широкую ногу стала использоваться технология наплавления с погружением электрода (SAW). Ширина полюсов также развивается от узкой до широкой — 60 мм, 90 мм, 120 мм, 150 мм. Эта технология демонстрирует значительный прогресс по сравнению с сваркой под дугой с внедрением проволоки с точки зрения коэффициента разбавления и скорости нанесения материала. Однако по мере увеличения размеров и повышения параметров резервуаров возникает необходимость в развитии технологии напыления в направлении более высокого качества и эффективности. В начале 70-х годов Германия первой разработала технологию напыления электродным способом с использованием электрода. Позже эту технологию доработали Япония, США, бывший Советский Союз и другие страны. Благодаря таким преимуществам, как более высокая производительность по сравнению с методом сварки под дуговым покрытием, меньшая степень разбавления материала и хорошее качество получаемых швов, эта технология быстро получила распространение как внутри страны, так и за рубежом. Ключевой момент при складывании содержимого: процесс электродугового напыления с использованием проводящей шлаковой среды заключается в плавлении материала для напыления и основного материала за счёт тепла, генерируемого электрическим током в шлаке. Помимо начального этапа, на протяжении всего процесса напыления необходимо поддерживать действие электрической дуги. Для обеспечения стабильного процесса электрошлакового покрытия существуют следующие технические ключевые факторы: источник питания с постоянным напряжением. В процессе электрошлакового покрытия стабильность шлаковой кучи оказывает огромное влияние на качество покрытия, а колебания напряжения являются самым важным фактором, влияющим на стабильность шлаковой кучи. Поэтому необходимо минимизировать колебания напряжения во время процесса покрытия; для этого требуется использование источника постоянного тока с постоянным напряжением. Кроме того, источник питания должен обеспечивать низкое напряжение и высокий ток выхода, иметь высокую точность управления, способность к эффективной компенсации колебаний напряжения в сети, а также надежную защиту. Номинальный ток питания зависит от используемой ширины полосы. Как правило, для полосы размером 60 мм × 0,5 мм номинальный ток составляет 1500 А; для полосы размером 90 мм × 0,5 мм – 2000 А; а для полосы размером 120 мм × 0,5 мм – 2500 А. Складной сварочный флюс. Еще одним необходимым условием для обеспечения стабильного процесса электродуговой сварки является наличие у сварочного флюса хороших электропроводных свойств. У электродугового напыления обычно требуется, чтобы проводимость сварочного флюса составляла 2–3 Ом⁻¹·см⁻¹, что в 4–5 раз выше, чем у флюса для обычной сварки под дугой. Внутри страны и за рубежом в качестве электродуговых сварочных порошков чаще всего используются синтезированные виды. Величина электропроводности сварочного флюса зависит от количества хлоридов (NaF, CaF2, Na3AIF6 и т. д.) в его составе. Когда доля хлоридов составляет менее 40%, процесс нанесения покрытия происходит посредством дуги. В диапазоне от 40% до 50% процесс представляет собой сочетание дугового и электролитического методов. При доле хлоридов более 50% возникает полностью электролитический процесс. CaF2 является как хорошим проводящим материалом, так и основным компонентом для образования шлака, поэтому он обычно служит основным компонентом флюса при электрошлаковом покрытии. Помимо электропроводности, сварочный флюс должен обладать хорошими свойствами при процессе нанесения покрытия (удаление шлака, формирование поверхности, способность к смачиванию), а также хорошими металлургическими характеристиками (минимальная потеря элементов сплава, незначительное увеличение количества вредных элементов). Также важна подходящая размерность частиц – обычно она должна быть меньше, чем у сварочного флюса для сварки под затухающим электродом. Для удовлетворения вышеуказанных требований существует множество видов сварочных составов, используемых в производстве: зарубежные такие как FJ-1 (Япония), EST122 (Германия), Sandvik37S (США); отечественные — SJ15, SHD202 и другие. Устройство с магнитным управлением необходимо для процесса электродугового напыления на широких электродах (ширина электрода более 60 мм). Из-за эффекта магнитного сжатия на поверхности напыленного слоя возникают задирки. По мере увеличения ширины электрода увеличивается также ток напыления, что приводит к ещё более серьезным задиркам. Поэтому для предотвращения появления таких задирок необходимо использовать внешнее магнитное поле (метод магнитного управления). Как показано на рисунке. В то же время необходимо правильно расположить магнитные полюса и выбрать подходящее значение тока возбуждения. Слишком сильное или слишком слабое внешнее магнитное поле может повлиять на формирование шва при напылении (рисунок 2). Токи, создаваемые двумя магнитными полюсами, должны иметь возможность регулировки отдельно. Например, для деталей, свариваемых в положении прямой сварки без предварительного нагрева, при ширине электрода 60 мм×0.5 мм контрольные токи для северного и южного полюсов магнитно-контрольного устройства составляют соответственно 1,5 А и 3,5 А; для электродов шириной 90 мм×0,5 мм эти значения составляют соответственно 3 А и 3,5 А. Параметры технологии складывания. Использование разумных параметров процесса нанесения напыления является эффективным способом обеспечения стабильности процесса электрошлакового напыления и высокого качества сварного шва. Основными технологическими параметрами, влияющими на качество наплавления с использованием электродов с проводником, являются напряжение сварки, ток и скорость сварки. Затем следуют такие параметры, как длина выступающей части электрода, толщина слоя флюса, размер перекрытия между сварными швами, а также положение сварки. ① Точный контроль напряжения сварки имеет важное значение при электродно-шлаковой покрытийной сварке. При слишком низком напряжении возникает тенденция к прилипанию электрода к основному материалу. Напряжение слишком высокое, что приводит к усилению явления дуги, нестабильности плавильной кучи и увеличению выбросов стружки. Рекомендуемое напряжение для сварки составляет от 20 до 30 В. ② Ток сварки также оказывает значительное влияние на качество электродно-шлакового покрытия. При увеличении тока сварки увеличиваются глубина проникновения, ширина и высота сварного шва; при этом коэффициент разбавления незначительно снижается. Однако при слишком высоком токе увеличивается количество искр. Для электродов разной ширины следует выбирать разный ток сварки: например, для электродов диаметром φ75 мм и толщиной 0,4 мм оптимальным значением тока будет диапазон от 1000 до 1300 А. ③ По мере увеличения скорости сварки снижаются ширина и высота сварного шва, а увеличивается глубина проникновения и степень разбавления металла. Чрезмерно высокая скорость сварки приводит к увеличению количества искр. Для контроля степени разбавления и обеспечения хороших свойств слоя, получаемого в результате сварки, скорость сварки обычно поддерживается на уровне 15–17 см/мин. ④ При напылении электролитическим способом угол наклона основного металла влияет на степень разбавления и форму шва. Обычно рекомендуется использовать горизонтальное положение или небольшой угол наклона вверх (1º–2º). ⑤ Рекомендуемые значения для некоторых других параметров: длина выступа электрода — 25–35 мм, толщина сварочного флюса — 25–35 мм, размер наложения слоев при сварке — 5–10 мм. Преимущества метода сварки с использованием направленного тока по сравнению с методом сварки под дугой с использованием направленного тока заключаются в следующем: 1) высокая эффективность нанесения металла; при среднем токе эта эффективность на 50% выше, чем при сварке под дугой; 2) небольшая глубина проникновения пламени и ее однородность; коэффициент разбавления основного материала низкий – обычно он составляет менее 10%, что в два раза меньше, чем при сварке под дугой. Для достижения необходимых характеристик достаточно одного слоя сварного материала. 3) Слой нанесенного покрытия имеет хорошую структуру, в нем редко встречаются такие дефекты, как включения; качество поверхности отличное, ее неровность составляет менее 0,5 мм (при наплавлении под затухающим светом — более 1 мм). Поэтому поверхность не требует механической обработки, что позволяет сэкономить материал и время. 4) При нагреве в полюсах уровень выгорания сплавляющихся элементов и увеличения количества вредных элементов минимален; пластичность и прочность слоя, полученного путем напыления, выше, чем у слоя, полученного методом подземной сварки. 5) Поскольку слой диффузии углерода в зоне сращивания соединения узок, а ширина мартенситных полос невелика, характеристики зоны сращивания соединения лучше, чем при наплавлении с использованием стержневого электрода. Именно благодаря вышеупомянутым преимуществам процесса напыления электродным шлаковым способом он находит широкое применение во всем мире для покрытия внутренних поверхностей контейнеров под давлением в реакторах для контроля процесса водородации, в теплообменниках газовых установок, а также в оборудовании ядерных электростанций. Из-за определенных особенностей процесса напыления электролитическим способом у этого метода также есть свои ограничения в области применения: при использовании этого метода показатель теплового ввода является высоким, поэтому его обычно применяют для напыления деталей с толщиной стенки от 50 до 200 мм. Минимальный диаметр и толщина стенки деталей, для которых рекомендуется использование этого метода, приведены в таблице 1. Таблица 1. Рекомендуемые минимальные размеры электродов для процесса напыления с использованием электродной плазменной сварки. Минимальный диаметр и толщина стенки, минимальная толщина основания, минимальный диаметр поверхности: внешняя поверхность, внутренняя поверхность. 60×0,5; 40; 250; 450. 90×0,5; 80; 500; 900. Авторы: Ван Руйцзюнь, Хуан Сяоу, Институт технологий поверхностей, Научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства Китая. Краткое содержание: Электроэнергетика, как основная отрасль национальной экономики, всегда была объектом пристального внимания при ее развитии. В данной статье с помощью технологии напыления электродуговым способом были успешно устранены дефекты износа диаметра вала в зоне уплотнения ротора турбогенератора; устройство выдержало двухлетние испытания с интервалами в два с половиной года. Кроме того, была завершена реставрация уплотнительных поверхностей цилиндров турбины, а также поверхностей оси циркуляции тепловой сети, подвергшихся износу. На сегодняшний день с помощью этой технологии было успешно восстановлено почти двадцать роторов соответствующего типа, а также десятки других компонентов, что принесло значительную экономическую и социальную пользу. Ключевые слова: сварка электродуговым способом, электростанции, износ, ремонт. Введение: Электроэнергетика, как основная отрасль национальной экономики, всегда была объектом пристального внимания при её развитии. Последние два десятилетия стали периодом самого быстрого развития и наибольших достижений в истории электроэнергетики Китая. К 1998 году установленная мощность электростанций в Китае достигла 277 289 МВт, а общий объем произведенной электроэнергии за год составил 11 576 миллиардов киловатт-часов. В стране насчитывалось 68 крупных тепловых электростанций с установленной мощностью более 1000 МВт. По мере увеличения количества напряжений, а также повышения мощности и характеристик отдельных устройств, техническое обслуживание и ремонт этих устройств становятся все более сложными и важными. Ротор генератора, являющийся ключевым компонентом турбогенераторной установки, обладает высокой точностью работы и высокой скоростью вращения. Его производство сопряжено с высокими затратами. При повреждении ротора это приводит к снижению мощности всей установки или даже к её полной остановке. Для ремонта использовались такие методы, как термоопрыскивание, сварка под аргоновым пламенем, устройства для нанесения покрытий, электрохимическое покрытие и другие, однако фактический результат этих работ не оправдал ожиданий. В данной статье описывается процесс ремонта на месте изношенных участков диаметра вала ротора генератора с использованием оборудования для электродугового напыления модели DZ-1400, разработанного Институтом технологии поверхностей Китайской академии наук по механизации сельского хозяйства (сокращенно ESD). Благодаря этому методу были достигнуты удовлетворительные результаты. На сегодняшний день было отремонтировано почти двадцать таких валов; срок их эксплуатации после ремонта может превышать два с половиной года. Практика показала, что технология напыления с использованием электрической искры играет важную роль в ремонте компонентов электростанций, принося значительные экономические и социальные выгоды. Износ диаметра оси сгибания — 0,125 мм. Если диаметр вала изнашивается или повреждается, поддержание равномерного давления масла в уплотнительном слое становится затруднительным, что приводит к утечке водорода. Уплотнительный слой между диаметром вала и подшипниками полностью разрушается, что мешает высокоскоростной работе ротора; в серьезных случаях это может привести к тому, что агрегат перестанет функционировать. На рисунке 1 показано состояние вала ротора после износа его диаметра. На рисунке 3 приведено сравнение методов нанесения напылений с помощью электродугового способа и других аналогичных технологий. Для обеспечения стабильной работы ротора на высоких скоростях, а также эффективного охлаждения, между валом ротора и подшипниками создается трехуровневый уровень герметизации, состоящий из водорода, масла и воды. Во время работы зазор между диаметром оси и подшипниками должен составлять 0,075. Технология напыления плазмой отличается от таких методов, как сварка, покрытие спреем или проникновение элементов в материал. Проще говоря, это технология, находящаяся между ними: она сочетает в себе некоторые особенности таких процессов, как сварка, а также имеет уникальные преимущества, такие как низкий уровень теплового ввода и металлургическое соединение сварного слоя с основным материалом. В некоторых приложениях с особыми требованиями технология напыления электродугой компенсирует недостатки других методов (принцип работы описан в отдельной статье). Таблица 1 показывает сравнение технологии напыления электродуговым способом с другими технологиями. Результаты испытаний на складывание ⒊1 Подготовка образцов: с учетом диаметра вала ротора был выбран стандартный материал 35CrMoA в качестве основного материала для образцов. В качестве электрода для наплавления использовалась высоколегированная сталь Инконниль диаметром 25 мм и толщиной 6,0 мм. Химический состав электрода приведен в таблице 2. ⒊Выбор материала электродов для нанесения покрытия осуществляется в соответствии с требованиями завода: твердость покрытия должна соответствовать твердости основного материала; кроме того, покрытие должно обладать свойствами самоослабления, самоотшлифовки, устойчивостью к аэроэрозии, а также высоким содержанием легирующих элементов. Метод токарной обработки, метод покрытия с использованием электродов, метод напыления с помощью искрового разряда. Преимущества: 1. Высокая точность обработки; 2. Возможность проведения работ на месте; 3. Низкая стоимость; 4. Сохранение первоначальных размеров изделия; 5. Высокая эффективность; 6. Возможность выполнения работ на месте; 7. Короткий срок выполнения работ; 8. Сохранение первоначальных размеров; 9. Высокая прочность соединения; 10. Очень низкое количество остаточных напряжений. Недостатки: 1. Уменьшение диаметра оси; 2. Необходимость замены деталей, плохая взаимозаменяемость деталей. ⒊ Длительный цикл, высокие затраты, сложности при обработке на месте. 1) Низкая прочность соединения. 2) Ограниченная толщина покрытия. 3) Покрытие из меди имеет низкую стойкость к износу и легко подвержено коррозии в результате действия гальванических пар. ⒈1. Высокий уровень пористости межслойных зон. 2. Низкая прочность соединения — низкая эффективность. Таблица 2. Состав электродов для напыления: Ni, Cr, Fe, Mo, Mn, Si, Прочее – 70, 14, 4,5, –, 7,8, 0,5 Бар. 3. Анализ результатов испытаний: для удаления оксидов с поверхности образцов используется наждачная бумага и щетка из медного провода; затем поверхность обрабатывается раствором бензина для удаления жировых загрязнений. Железную основу образца прочно соединяют с заземлением аппарата для напыления электродуговым способом, после чего производится напыление на поверхности образца; толщина напыления составляет 1 мм. 3000), из чего следует, что после напыления с использованием электродугового способа получают сечение напыленного слоя с помощью метода токарной резки, а затем готовят металлографические образцы. На рисунке 5 показана микрофотография сечения слоя, полученного в результате напыления: (1) в слое отсутствуют такие дефекты сварки, как поры, оксидные включения, трещины и т. д. ⑵Кристаллы в слое нанесенного покрытия и в переходном слое основного металла имеют мелкую структуру и не склонны к увеличению размеров. ⑶Структура слоя нанесенного покрытия представляет собой крайне мелкие столбчатые кристаллы, что свидетельствует о высоких характеристиках этого покрытия с точки зрения устойчивости к коррозии и износу. |Слой нанесенного покрытия ‖† основной материал. При измерении микропрочности основного материала оказалось, что средняя прочность слоя нанесенного покрытия и зоны термического воздействия составляет HV220, что очень близко к прочности самого основного материала. Зона термического воздействия Tm. Это не только доказывает, что при напылении с использованием электрической искры можно получить слой напыления с хорошей металлургической связью с основным материалом, но также показывает, что зона теплового воздействия при напылении крайне узкая, а остаточные напряжения от сварки можно считать незначительными. На рисунке 6 показана структура слоя, полученного в результате напыления; на рисунке 5 приведен спектральный анализ элементов Ni и Cr в этом слое. По результатам измерений толщина зоны термического воздействия при напылении электродуговым способом составляет всего 10,3 мм. Кроме того, твердость слоя, полученного в результате напыления, совпадает с твердостью основного материала. Результаты вышеуказанного анализа соответствуют требованиям электростанции к ремонту диаметра вала ротора двигателя. На рисунках 7 и 8 показан диаметр вала ротора генератора после ремонта. Эксперименты показали, что при использовании технологии напыления с электродуговым спаекованием для нанесения слоя из сплава инконель происходит металлургическое соединение слоя напыления с основным материалом, без наличия дефектов, свойственных сварке. Зона термического воздействия после сварки крайне узкая (при толщине нанесенного слоя 1 мм зона термического воздействия составляет всего 0,01). В последние два года с помощью технологии электроискрового нанесения покрытий удалось успешно решить проблемы ремонта и усиления поверхности ключевых компонентов электростанций, такие как ремонт поверхностей уплотнений цилиндров турбин и ремонт изношенных поверхностей валов насосов тепловых сетей. На рисунках 9 и 10 показаны фотографии обрабатываемых деталей, восстановленных с использованием технологии напыления электродуговым способом. Выводы: 1. Слой, полученный в результате электродугового наплавления, металлургически соединяется с основным материалом; зона теплового воздействия при наплавлении крайне узкая, а остаточные напряжения можно считать незначительными. ⒉ Для ремонта повреждений критически важных компонентов электростанций используется технология напыления с использованием электродуги; она позволяет выполнять работы в реальном времени и отличается простотой. После дополнительной сварки объем обработки невелик, что сокращает время простоя. ⒊ Технология напыления с использованием электрической искры имеет широкие перспективы применения на электростанциях и обеспечивает значительную экономическую и социальную выгоду. Список литературы: Центр управления надежностью электроснабжения, Руководство по крупным электростанциям, 1998, стр. 4; Перспективы технологии сварки на электростанциях, Сборник докладов, посвященный шестидесятилетию Китайского института электротехники; Williams A.D., Humphries J.L. Избранные доклады пятнадцатой Международной конференции по термоопрыскиванию (ITSC’98). Методы нанесения покрытий: На цементном заводе в Мяньане для нанесения покрытий на ролики двухроликовых дробилок используется метод ручной дуговой сварки; благодаря этому срок службы роликов составляет 10 месяцев, а объем раздробленного клинкера – 150 тысяч тонн. Основные моменты при нанесении наплавки следующие: ⑴ Выбор электродов: необходимо использовать электроды типа D-65, D-667 и 506. Перед нанесением наплавки электроды следует высушить в соответствии с инструкцией к ним и хранить в термосумке до момента использования. Использование сварочных материалов класса 506 приведет к серьезному отслаиванию. Для нанесения подложки методом напыления следует использовать сварочный материал класса 100S-G и выше. ⑵ Обработка поверхности ролика: восстановление поверхности ролика может осуществляться путем локального прямого сваривания или путем полной очистки поверхности с последующим её свариванием; это также можно считать двумя отдельными процессами. Для устранения неравномерного износа вдоль ширины ролика, а также неравномерного износа из-за наличия узоров и твердых частиц, а также общего износа поверхности ролика, можно применить метод локального восстановления путем прямого сваривания. После 5–6 процедур прямого сваривания, из-за постоянных высоких сил сжатия, микротрещины от сварки продолжают расширяться, что приводит к образованию слоя усталости определенной толщины на поверхности ролика. В таком случае, если продолжать использовать сварочные электроды для устойчивости к износу, может произойти отслоение слоев. Поэтому необходимо полностью очистить слой усталости с поверхности ролика перед тем, как наносить новый слой, устойчивый к износу. На цементном заводе «Сюэсин» ремонт поверхности роликов осуществляется путем полного удаления старого слоя материала с последующей заменой его сваркой. Независимо от того, производится ли прямая пайка или сначала удаляется весь изношенный слой, а затем выполняется пайка, допуски по круглости шлифовальных роликов и по диаметру обоих роликов не должны быть слишком велики. В противном случае это может привести к горизонтальным вибрациям пресса и к неравномерной нагрузке на шлифовальные ролики. Для удаления усталостного слоя с поверхности ролика можно использовать газовую резку с углеродным дуговым источником. Необходимо полностью удалить усталостный слой, чтобы стала видна основная часть материала ролика. Перед нанесением напыления необходимо, согласно инструкции к электроду, высушить его, предварительно разогреть детали, а после сварки — медленно охладить их. ⑶Необходимо использовать сварочный аппарат с постоянным током мощностью 10 кВА и более или с переменным током мощностью 20 кВА и более. При использовании постоянного тока сварочный аппарат нужно подключать в обратном порядке (электрод — к положительному полюсу). При нанесении напыления с использованием переменного тока требуется, чтобы напряжение при безнагрузочном режиме составляло не менее 70 В, а ток — около 200 А. Если напряжение при пустом ходе ниже 70 В, необходимо увеличить ток до тех пор, пока электрод и основной металл полностью не сольются. Оптимальное соотношение ширины и высоты шва составляет 3:1. Только так можно добиться прочного слияния с основным материалом и образования необходимой износостойкой структуры. ⑷Порядок и толщина нанесения напыления: после предварительного прогрева поверхности ролика сначала необходимо нанести 1–3 слоя напыления с использованием электродов 506, чтобы придать ролику круглую форму. Затем равномерно наносят несколько слоев D-667 до достижения требуемой толщины. После нанесения слоя сварки D-667 наносится ещё один слой D-65 толщиной 3–5 мм; после нанесения слоя сварки D-65 на него также наносится слой D-65 с узором в форме линий. Для возникновения износа поверхности ролика необходимы одновременно два фактора: давление, необходимое для измельчения материала, и относительное скольжение. Давление определяется свойствами материала и обычно трудно изменить. А снизить относительное скольжение объекта по поверхности ролика в процессе прессования гораздо проще с помощью специальных узоров на её поверхности. Хотя ранее в стране использовался гребенчатый узор, способный предотвратить круговое скольжение материала, он не ограничивал его осевого скольжения в процессе экструзии, особенно при обработке материала в виде мелких частиц, когда износ становился ещё более серьезным. По сравнению с этим, поверхность ролика с линейным узором и жесткими элементами посередине обладает наилучшей износостойкостью. ) Длина сторон узора в форме линий составляет 4–5 см, ширина шва — около 1 см, а высота — около 4 мм. Толщина всех износостойких слоев должна быть максимально одинаковой, чтобы экструдионные ролики всегда сохраняли круглую форму в процессе использования. ⑸При нанесении наплавки необходимо работать по трём сменам, не давая людям отдыха, чтобы обрабатываемый материал долгое время оставался при высокой температуре. Складной редактор. Раздел: Нанесение покрытия с использованием плазменного арка. Принцип. Технология нанесения износостойких покрытий с использованием плазменного арка предусматривает применение высокотемпературного плазменного арка, обладающего высокой плотностью тока. Твердые частицы высокой твердости равномерно вставляются в металл слоя покрытия методом пайки; при этом эти частицы почти не плавятся или вовсе не плавятся. Таким образом формируется композитный слой покрытия. Этот композитный слой состоит из двух и более различных по своим свойствам материалов. Одним из таких материалов являются карбидные частицы, которые обеспечивают высокую износостойкость слоя покрытия; это обычно литой титановый карбид, хромовый карбид, бористый карбид, спеченный титановый карбид и т. д. В принципе, любые карбиды, бориды, а также алмазы с еще более высокой твердостью могут использоваться в качестве компонентов композитного слоя покрытия. В промышленности как в странах СНГ, так и за рубежом наиболее часто используемыми твердыми частицами являются литой титановый карбид; он имеет твердость 250–300 единиц по шкале Мооса. Другим компонентом слоя покрытия является основной металл, который выполняет функцию связующего элемента; его также называют основным металлом. Считается, что соединение твердых частиц с основным металлом происходит путем пайки, а соединение слоя покрытия с основным материалом — путем металлургического соединения. Преимуществом использования технологии плазменной сварки для создания композитного слоя покрытия является стабильность и надежность качества получаемого слоя. Современные технологии плазменной сварки позволяют создавать слои покрытия без пор, трещин, а также без других дефектов, связанных с разрушением карбидов. Частицы карбидов равномерно распределены в слое покрытия. Слои покрытия из износостойких материалов обладают высокой износостойкостью; в условиях сильного износа их износостойкость особенно выражена. Это позволяет увеличить срок службы поверхностных покрытий, сделанных из железа, кобальта или никеля, в несколько раз, а иногда даже в десятки раз. Композитные слои покрытия также обладают высокой прочностью соединения. Поскольку слой покрытия соединяется с поверхностью основного материала металлургическим способом, он может соответствовать самым высоким требованиям к прочности. По сравнению с композитными покрытиями, полученными методом термического напыления, прочность соединения в композитных слоях покрытия в 3–8 раз выше. Композитные слои покрытия также способны сопротивляться ударам. Например, в дробилках известняка, используемых в производстве цемента, из-за больших ударных нагрузок в процессе износа обычно используется высокомарганцовистая сталь, срок службы которой невелик. После нанесения на поверхность слоя из высокосодержащей углерода и хрома сплава слой покрытия может разрушаться. Однако использование композитных износостойких слоев покрытия позволяет избежать этой проблемы, а также значительно повысить износостойкость. Это позволяет достичь высокой автоматизации производства, снизить нагрузку на рабочих, улучшить условия труда и повысить производительность труда.
Китайское название: 堆焊
Пиньинь: duī hàn
Фонетическое произношение: ㄉㄨㄟ ㄏㄢˋ
Содержание:
1. Краткое описание
2. Обзор
3. Холодное наплавление
4. Сферы применения
5. Электрошлаковое наплавление
6. Применение для ремонта
7. Методы наплавления
8. Наплавление дуговым способом
Краткое описание
duī hàn – это метод сварки, при котором металл плавится с помощью электрозваривания или газовой сварки, после чего его наносят на инструменты или детали машин. Обычно используется для ремонта изношенных и поврежденных участков. Английский: overlay welding. Краткое описание. Применение. В производстве используется множество методов нанесения покрытия; ниже приведено сравнение коэффициента разбавления и скорости нанесения для нескольких таких методов. Сравнение характеристик складывания: метод напыления путем сварки, уровень разбавления (%)، скорость нанесения материала (кг/ч). Для сварки под дугой с использованием одной нити: 30–60, 4,5–11,3; для использования нескольких нитей: 15–25, 11,3–27,2. При использовании последовательной дуги: 10–25, 11,3–15,9. При использовании одного электрода: 10–20, 12–36; при использовании нескольких электродов: 8–15, 22–68. При сварке под плазменной дугой с автоматическим подачей порошка: 5–15, 0,5–6,8; при ручной подаче нити: 5–15, 0,5–3,6; при автоматической подаче нити: 5–15, 0,5–3,6. При использовании двух нитей: 5–15, 13–27. При сварке под защитой газа с использованием растворяющегося электрода: для самозащищаемой дуги – 10–40, 0,9–5,4; для сварки с использованием электрода – 15–40, 2,3–11,3. При сварке с использованием электрода и шлака: 10–14, 15–75. Из таблицы 3 видно, что при сварке с использованием электрода скорость нанесения материала выше, а уровень разбавления ниже. На этой основе исследователи разработали более совершенные технологии сварки с использованием электрода и плазменной дуги, которые обеспечивают высокую эффективность при одновременном снижении уровня разбавления. Складной редактор. Технология холодного сваривания и нанесения покрытия заключается в использовании принципа высокочастотных электрических искр для безтеплового нанесения покрытия на поверхность металлических деталей. Это позволяет устранять дефекты и износ на поверхности деталей, тем самым сохраняя их целостность. Кроме того, с помощью этой технологии можно усилить свойства деталей, повысив их устойчивость к износу, теплу и коррозии. Оборудование для холодного сваривания и нанесения напылений позволяет восстанавливать металлические изделия без их деформации и отжига, обеспечивая высокую прочность соединения и устойчивость к износу. Можно использовать металлографические исследования, испытания на растяжение и твердость; кроме того, металлургическое соединение сварочного материала с основным материалом обеспечивает прочность сварного соединения. Часто используется для устранения пор, пузырей воздуха, заусенцев, остатков литья, повреждений от ударов, царапин, обломов краев, впадин, трещин, износа, вдавлений, производственных ошибок и дефектов, а также для укрепления механических поверхностей. Сферы применения: производство форм для складывания; шлифовка поверхности пластиковых форм с целью улучшения внешнего вида и срока службы; ремонт разделительных поверхностей пластиковых форм для шлемов путем нанесения специального слоя; укрепление поверхности конусов для литья из алюминиевых сплавов; ремонт и укрепление форм в случае наличия дефектов, износа или царапин на их поверхности. Ремонт деталей из пластика и резины с возможностью их складывания; устранение дефектов и износа форм для производства изделий из резины и пластика, а также их ремонт. Складные аэрокосмические системы: ремонт и восстановление деталей двигателей самолетов, турбин, турбошафтов; укрепление поверхности форсунок ракет; ремонт внешних элементов конструкции самолетов; укрепление или ремонт оболочек спутников; локальное укрепление титановых сплавов путем цементирования; локальное укрепление железосодержащих высокотемпературных сплавов таким же способом; нанесение антикоррозионных покрытий на поверхность магниевых сплавов; устранение локальных дефектов магниевых сплавов путем наплавления; локальный ремонт лопастей из никель- и кобальтосодержащих высокотемпературных сплавов – например, устранение износа поверхности лопастей и их кончиков, а также абляции направляющих лопастей. Складное производство и ремонт: в автомобильной промышленности используется для устранения дефектов камер, коленчатых валов, поршней, цилиндров, тормозных дисков, лопастей, ободов колес, сцеплений, фрикционных накладок, выпускных клапанов и т. д., а также для устранения дефектов на поверхности корпуса автомобиля путем сварки. Ремонт электрических узлов судов: электрических валов, втулок, подшипников, электрических компонентов, резисторов и т. д.; сварка соединительных элементов между колесами железнодорожных локомотивов и основными рельсами; изготовление и сварка проводящих роликов на предприятиях по покрытию поверхностей электролизом, а также производство медных и алюминиевых электродов для окисления металлов. Промышленность по производству механизмов для складывания: коррекция деталей с отклонениями от нормы, ремонт направляющих станков, различных валов, камер, гидравлических и пневматических прессов, поршней, стенок цилиндров, шейков валов, валков, зубчатых колес, шкивов, сердечников для формовки пружин, заглушек, кольцевых инструментов, различных валков, стержней, столбов, замков, подшипников и т. д. Промышленность складного литья: устранение дефектов в литых изделиях из железа, меди и алюминия, таких как песчаные поры и поры; ремонт изношенных алюминиевых форм. Складной редактор этого раздела Электролитическое нанесение покрытия. Причины возникновения технологии: на внутренних поверхностях гидрореакторов в нефтехимической промышленности, реакторов для синтеза, реакторов для ликвидации угля, а также толстостенных контейнеров в атомных электростанциях необходимо наносить стальное покрытие, устойчивое к высоким температурам, окислению и коррозии, вызванной сероводородом. В 70-х годах в этой области как в странах мира, так и внутри страны на широкую ногу стала использоваться технология наплавления с погружением электрода (SAW). Ширина полюсов также развивается от узкой до широкой — 60 мм, 90 мм, 120 мм, 150 мм. Эта технология демонстрирует значительный прогресс по сравнению с сваркой под дугой с внедрением проволоки с точки зрения коэффициента разбавления и скорости нанесения материала. Однако по мере увеличения размеров и повышения параметров резервуаров возникает необходимость в развитии технологии напыления в направлении более высокого качества и эффективности. В начале 70-х годов Германия первой разработала технологию напыления электродным способом с использованием электрода. Позже эту технологию доработали Япония, США, бывший Советский Союз и другие страны. Благодаря таким преимуществам, как более высокая производительность по сравнению с методом сварки под дуговым покрытием, меньшая степень разбавления материала и хорошее качество получаемых швов, эта технология быстро получила распространение как внутри страны, так и за рубежом. Ключевой момент при складывании содержимого: процесс электродугового напыления с использованием проводящей шлаковой среды заключается в плавлении материала для напыления и основного материала за счёт тепла, генерируемого электрическим током в шлаке. Помимо начального этапа, на протяжении всего процесса напыления необходимо поддерживать действие электрической дуги. Для обеспечения стабильного процесса электрошлакового покрытия существуют следующие технические ключевые факторы: источник питания с постоянным напряжением. В процессе электрошлакового покрытия стабильность шлаковой кучи оказывает огромное влияние на качество покрытия, а колебания напряжения являются самым важным фактором, влияющим на стабильность шлаковой кучи. Поэтому необходимо минимизировать колебания напряжения во время процесса покрытия; для этого требуется использование источника постоянного тока с постоянным напряжением. Кроме того, источник питания должен обеспечивать низкое напряжение и высокий ток выхода, иметь высокую точность управления, способность к эффективной компенсации колебаний напряжения в сети, а также надежную защиту. Номинальный ток питания зависит от используемой ширины полосы. Как правило, для полосы размером 60 мм × 0,5 мм номинальный ток составляет 1500 А; для полосы размером 90 мм × 0,5 мм – 2000 А; а для полосы размером 120 мм × 0,5 мм – 2500 А. Складной сварочный флюс. Еще одним необходимым условием для обеспечения стабильного процесса электродуговой сварки является наличие у сварочного флюса хороших электропроводных свойств. У электродугового напыления обычно требуется, чтобы проводимость сварочного флюса составляла 2–3 Ом⁻¹·см⁻¹, что в 4–5 раз выше, чем у флюса для обычной сварки под дугой. Внутри страны и за рубежом в качестве электродуговых сварочных порошков чаще всего используются синтезированные виды. Величина электропроводности сварочного флюса зависит от количества хлоридов (NaF, CaF2, Na3AIF6 и т. д.) в его составе. Когда доля хлоридов составляет менее 40%, процесс нанесения покрытия происходит посредством дуги. В диапазоне от 40% до 50% процесс представляет собой сочетание дугового и электролитического методов. При доле хлоридов более 50% возникает полностью электролитический процесс. CaF2 является как хорошим проводящим материалом, так и основным компонентом для образования шлака, поэтому он обычно служит основным компонентом флюса при электрошлаковом покрытии. Помимо электропроводности, сварочный флюс должен обладать хорошими свойствами при процессе нанесения покрытия (удаление шлака, формирование поверхности, способность к смачиванию), а также хорошими металлургическими характеристиками (минимальная потеря элементов сплава, незначительное увеличение количества вредных элементов). Также важна подходящая размерность частиц – обычно она должна быть меньше, чем у сварочного флюса для сварки под затухающим электродом. Для удовлетворения вышеуказанных требований существует множество видов сварочных составов, используемых в производстве: зарубежные такие как FJ-1 (Япония), EST122 (Германия), Sandvik37S (США); отечественные — SJ15, SHD202 и другие. Устройство с магнитным управлением необходимо для процесса электродугового напыления на широких электродах (ширина электрода более 60 мм). Из-за эффекта магнитного сжатия на поверхности напыленного слоя возникают задирки. По мере увеличения ширины электрода увеличивается также ток напыления, что приводит к ещё более серьезным задиркам. Поэтому для предотвращения появления таких задирок необходимо использовать внешнее магнитное поле (метод магнитного управления). Как показано на рисунке. В то же время необходимо правильно расположить магнитные полюса и выбрать подходящее значение тока возбуждения. Слишком сильное или слишком слабое внешнее магнитное поле может повлиять на формирование шва при напылении (рисунок 2). Токи, создаваемые двумя магнитными полюсами, должны иметь возможность регулировки отдельно. Например, для деталей, свариваемых в положении прямой сварки без предварительного нагрева, при ширине электрода 60 мм×0.5 мм контрольные токи для северного и южного полюсов магнитно-контрольного устройства составляют соответственно 1,5 А и 3,5 А; для электродов шириной 90 мм×0,5 мм эти значения составляют соответственно 3 А и 3,5 А. Параметры технологии складывания. Использование разумных параметров процесса нанесения напыления является эффективным способом обеспечения стабильности процесса электрошлакового напыления и высокого качества сварного шва. Основными технологическими параметрами, влияющими на качество наплавления с использованием электродов с проводником, являются напряжение сварки, ток и скорость сварки. Затем следуют такие параметры, как длина выступающей части электрода, толщина слоя флюса, размер перекрытия между сварными швами, а также положение сварки. ① Точный контроль напряжения сварки имеет важное значение при электродно-шлаковой покрытийной сварке. При слишком низком напряжении возникает тенденция к прилипанию электрода к основному материалу. Напряжение слишком высокое, что приводит к усилению явления дуги, нестабильности плавильной кучи и увеличению выбросов стружки. Рекомендуемое напряжение для сварки составляет от 20 до 30 В. ② Ток сварки также оказывает значительное влияние на качество электродно-шлакового покрытия. При увеличении тока сварки увеличиваются глубина проникновения, ширина и высота сварного шва; при этом коэффициент разбавления незначительно снижается. Однако при слишком высоком токе увеличивается количество искр. Для электродов разной ширины следует выбирать разный ток сварки: например, для электродов диаметром φ75 мм и толщиной 0,4 мм оптимальным значением тока будет диапазон от 1000 до 1300 А. ③ По мере увеличения скорости сварки снижаются ширина и высота сварного шва, а увеличивается глубина проникновения и степень разбавления металла. Чрезмерно высокая скорость сварки приводит к увеличению количества искр. Для контроля степени разбавления и обеспечения хороших свойств слоя, получаемого в результате сварки, скорость сварки обычно поддерживается на уровне 15–17 см/мин. ④ При напылении электролитическим способом угол наклона основного металла влияет на степень разбавления и форму шва. Обычно рекомендуется использовать горизонтальное положение или небольшой угол наклона вверх (1º–2º). ⑤ Рекомендуемые значения для некоторых других параметров: длина выступа электрода — 25–35 мм, толщина сварочного флюса — 25–35 мм, размер наложения слоев при сварке — 5–10 мм. Преимущества метода сварки с использованием направленного тока по сравнению с методом сварки под дугой с использованием направленного тока заключаются в следующем: 1) высокая эффективность нанесения металла; при среднем токе эта эффективность на 50% выше, чем при сварке под дугой; 2) небольшая глубина проникновения пламени и ее однородность; коэффициент разбавления основного материала низкий – обычно он составляет менее 10%, что в два раза меньше, чем при сварке под дугой. Для достижения необходимых характеристик достаточно одного слоя сварного материала. 3) Слой нанесенного покрытия имеет хорошую структуру, в нем редко встречаются такие дефекты, как включения; качество поверхности отличное, ее неровность составляет менее 0,5 мм (при наплавлении под затухающим светом — более 1 мм). Поэтому поверхность не требует механической обработки, что позволяет сэкономить материал и время. 4) При нагреве в полюсах уровень выгорания сплавляющихся элементов и увеличения количества вредных элементов минимален; пластичность и прочность слоя, полученного путем напыления, выше, чем у слоя, полученного методом подземной сварки. 5) Поскольку слой диффузии углерода в зоне сращивания соединения узок, а ширина мартенситных полос невелика, характеристики зоны сращивания соединения лучше, чем при наплавлении с использованием стержневого электрода. Именно благодаря вышеупомянутым преимуществам процесса напыления электродным шлаковым способом он находит широкое применение во всем мире для покрытия внутренних поверхностей контейнеров под давлением в реакторах для контроля процесса водородации, в теплообменниках газовых установок, а также в оборудовании ядерных электростанций. Из-за определенных особенностей процесса напыления электролитическим способом у этого метода также есть свои ограничения в области применения: при использовании этого метода показатель теплового ввода является высоким, поэтому его обычно применяют для напыления деталей с толщиной стенки от 50 до 200 мм. Минимальный диаметр и толщина стенки деталей, для которых рекомендуется использование этого метода, приведены в таблице 1. Таблица 1. Рекомендуемые минимальные размеры электродов для процесса напыления с использованием электродной плазменной сварки. Минимальный диаметр и толщина стенки, минимальная толщина основания, минимальный диаметр поверхности: внешняя поверхность, внутренняя поверхность. 60×0,5; 40; 250; 450. 90×0,5; 80; 500; 900. Авторы: Ван Руйцзюнь, Хуан Сяоу, Институт технологий поверхностей, Научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства Китая. Краткое содержание: Электроэнергетика, как основная отрасль национальной экономики, всегда была объектом пристального внимания при ее развитии. В данной статье с помощью технологии напыления электродуговым способом были успешно устранены дефекты износа диаметра вала в зоне уплотнения ротора турбогенератора; устройство выдержало двухлетние испытания с интервалами в два с половиной года. Кроме того, была завершена реставрация уплотнительных поверхностей цилиндров турбины, а также поверхностей оси циркуляции тепловой сети, подвергшихся износу. На сегодняшний день с помощью этой технологии было успешно восстановлено почти двадцать роторов соответствующего типа, а также десятки других компонентов, что принесло значительную экономическую и социальную пользу. Ключевые слова: сварка электродуговым способом, электростанции, износ, ремонт. Введение: Электроэнергетика, как основная отрасль национальной экономики, всегда была объектом пристального внимания при её развитии. Последние два десятилетия стали периодом самого быстрого развития и наибольших достижений в истории электроэнергетики Китая. К 1998 году установленная мощность электростанций в Китае достигла 277 289 МВт, а общий объем произведенной электроэнергии за год составил 11 576 миллиардов киловатт-часов. В стране насчитывалось 68 крупных тепловых электростанций с установленной мощностью более 1000 МВт. По мере увеличения количества напряжений, а также повышения мощности и характеристик отдельных устройств, техническое обслуживание и ремонт этих устройств становятся все более сложными и важными. Ротор генератора, являющийся ключевым компонентом турбогенераторной установки, обладает высокой точностью работы и высокой скоростью вращения. Его производство сопряжено с высокими затратами. При повреждении ротора это приводит к снижению мощности всей установки или даже к её полной остановке. Для ремонта использовались такие методы, как термоопрыскивание, сварка под аргоновым пламенем, устройства для нанесения покрытий, электрохимическое покрытие и другие, однако фактический результат этих работ не оправдал ожиданий. В данной статье описывается процесс ремонта на месте изношенных участков диаметра вала ротора генератора с использованием оборудования для электродугового напыления модели DZ-1400, разработанного Институтом технологии поверхностей Китайской академии наук по механизации сельского хозяйства (сокращенно ESD). Благодаря этому методу были достигнуты удовлетворительные результаты. На сегодняшний день было отремонтировано почти двадцать таких валов; срок их эксплуатации после ремонта может превышать два с половиной года. Практика показала, что технология напыления с использованием электрической искры играет важную роль в ремонте компонентов электростанций, принося значительные экономические и социальные выгоды. Износ диаметра оси сгибания — 0,125 мм. Если диаметр вала изнашивается или повреждается, поддержание равномерного давления масла в уплотнительном слое становится затруднительным, что приводит к утечке водорода. Уплотнительный слой между диаметром вала и подшипниками полностью разрушается, что мешает высокоскоростной работе ротора; в серьезных случаях это может привести к тому, что агрегат перестанет функционировать. На рисунке 1 показано состояние вала ротора после износа его диаметра. На рисунке 3 приведено сравнение методов нанесения напылений с помощью электродугового способа и других аналогичных технологий. Для обеспечения стабильной работы ротора на высоких скоростях, а также эффективного охлаждения, между валом ротора и подшипниками создается трехуровневый уровень герметизации, состоящий из водорода, масла и воды. Во время работы зазор между диаметром оси и подшипниками должен составлять 0,075. Технология напыления плазмой отличается от таких методов, как сварка, покрытие спреем или проникновение элементов в материал. Проще говоря, это технология, находящаяся между ними: она сочетает в себе некоторые особенности таких процессов, как сварка, а также имеет уникальные преимущества, такие как низкий уровень теплового ввода и металлургическое соединение сварного слоя с основным материалом. В некоторых приложениях с особыми требованиями технология напыления электродугой компенсирует недостатки других методов (принцип работы описан в отдельной статье). Таблица 1 показывает сравнение технологии напыления электродуговым способом с другими технологиями. Результаты испытаний на складывание ⒊1 Подготовка образцов: с учетом диаметра вала ротора был выбран стандартный материал 35CrMoA в качестве основного материала для образцов. В качестве электрода для наплавления использовалась высоколегированная сталь Инконниль диаметром 25 мм и толщиной 6,0 мм. Химический состав электрода приведен в таблице 2. ⒊Выбор материала электродов для нанесения покрытия осуществляется в соответствии с требованиями завода: твердость покрытия должна соответствовать твердости основного материала; кроме того, покрытие должно обладать свойствами самоослабления, самоотшлифовки, устойчивостью к аэроэрозии, а также высоким содержанием легирующих элементов. Метод токарной обработки, метод покрытия с использованием электродов, метод напыления с помощью искрового разряда. Преимущества: 1. Высокая точность обработки; 2. Возможность проведения работ на месте; 3. Низкая стоимость; 4. Сохранение первоначальных размеров изделия; 5. Высокая эффективность; 6. Возможность выполнения работ на месте; 7. Короткий срок выполнения работ; 8. Сохранение первоначальных размеров; 9. Высокая прочность соединения; 10. Очень низкое количество остаточных напряжений. Недостатки: 1. Уменьшение диаметра оси; 2. Необходимость замены деталей, плохая взаимозаменяемость деталей. ⒊ Длительный цикл, высокие затраты, сложности при обработке на месте. 1) Низкая прочность соединения. 2) Ограниченная толщина покрытия. 3) Покрытие из меди имеет низкую стойкость к износу и легко подвержено коррозии в результате действия гальванических пар. ⒈1. Высокий уровень пористости межслойных зон. 2. Низкая прочность соединения — низкая эффективность. Таблица 2. Состав электродов для напыления: Ni, Cr, Fe, Mo, Mn, Si, Прочее – 70, 14, 4,5, –, 7,8, 0,5 Бар. 3. Анализ результатов испытаний: для удаления оксидов с поверхности образцов используется наждачная бумага и щетка из медного провода; затем поверхность обрабатывается раствором бензина для удаления жировых загрязнений. Железную основу образца прочно соединяют с заземлением аппарата для напыления электродуговым способом, после чего производится напыление на поверхности образца; толщина напыления составляет 1 мм. 3000), из чего следует, что после напыления с использованием электродугового способа получают сечение напыленного слоя с помощью метода токарной резки, а затем готовят металлографические образцы. На рисунке 5 показана микрофотография сечения слоя, полученного в результате напыления: (1) в слое отсутствуют такие дефекты сварки, как поры, оксидные включения, трещины и т. д. ⑵Кристаллы в слое нанесенного покрытия и в переходном слое основного металла имеют мелкую структуру и не склонны к увеличению размеров. ⑶Структура слоя нанесенного покрытия представляет собой крайне мелкие столбчатые кристаллы, что свидетельствует о высоких характеристиках этого покрытия с точки зрения устойчивости к коррозии и износу. |Слой нанесенного покрытия ‖† основной материал. При измерении микропрочности основного материала оказалось, что средняя прочность слоя нанесенного покрытия и зоны термического воздействия составляет HV220, что очень близко к прочности самого основного материала. Зона термического воздействия Tm. Это не только доказывает, что при напылении с использованием электрической искры можно получить слой напыления с хорошей металлургической связью с основным материалом, но также показывает, что зона теплового воздействия при напылении крайне узкая, а остаточные напряжения от сварки можно считать незначительными. На рисунке 6 показана структура слоя, полученного в результате напыления; на рисунке 5 приведен спектральный анализ элементов Ni и Cr в этом слое. По результатам измерений толщина зоны термического воздействия при напылении электродуговым способом составляет всего 10,3 мм. Кроме того, твердость слоя, полученного в результате напыления, совпадает с твердостью основного материала. Результаты вышеуказанного анализа соответствуют требованиям электростанции к ремонту диаметра вала ротора двигателя. На рисунках 7 и 8 показан диаметр вала ротора генератора после ремонта. Эксперименты показали, что при использовании технологии напыления с электродуговым спаекованием для нанесения слоя из сплава инконель происходит металлургическое соединение слоя напыления с основным материалом, без наличия дефектов, свойственных сварке. Зона термического воздействия после сварки крайне узкая (при толщине нанесенного слоя 1 мм зона термического воздействия составляет всего 0,01). В последние два года с помощью технологии электроискрового нанесения покрытий удалось успешно решить проблемы ремонта и усиления поверхности ключевых компонентов электростанций, такие как ремонт поверхностей уплотнений цилиндров турбин и ремонт изношенных поверхностей валов насосов тепловых сетей. На рисунках 9 и 10 показаны фотографии обрабатываемых деталей, восстановленных с использованием технологии напыления электродуговым способом. Выводы: 1. Слой, полученный в результате электродугового наплавления, металлургически соединяется с основным материалом; зона теплового воздействия при наплавлении крайне узкая, а остаточные напряжения можно считать незначительными. ⒉ Для ремонта повреждений критически важных компонентов электростанций используется технология напыления с использованием электродуги; она позволяет выполнять работы в реальном времени и отличается простотой. После дополнительной сварки объем обработки невелик, что сокращает время простоя. ⒊ Технология напыления с использованием электрической искры имеет широкие перспективы применения на электростанциях и обеспечивает значительную экономическую и социальную выгоду. Список литературы: Центр управления надежностью электроснабжения, Руководство по крупным электростанциям, 1998, стр. 4; Перспективы технологии сварки на электростанциях, Сборник докладов, посвященный шестидесятилетию Китайского института электротехники; Williams A.D., Humphries J.L. Избранные доклады пятнадцатой Международной конференции по термоопрыскиванию (ITSC’98). Методы нанесения покрытий: На цементном заводе в Мяньане для нанесения покрытий на ролики двухроликовых дробилок используется метод ручной дуговой сварки; благодаря этому срок службы роликов составляет 10 месяцев, а объем раздробленного клинкера – 150 тысяч тонн. Основные моменты при нанесении наплавки следующие: ⑴ Выбор электродов: необходимо использовать электроды типа D-65, D-667 и 506. Перед нанесением наплавки электроды следует высушить в соответствии с инструкцией к ним и хранить в термосумке до момента использования. Использование сварочных материалов класса 506 приведет к серьезному отслаиванию. Для нанесения подложки методом напыления следует использовать сварочный материал класса 100S-G и выше. ⑵ Обработка поверхности ролика: восстановление поверхности ролика может осуществляться путем локального прямого сваривания или путем полной очистки поверхности с последующим её свариванием; это также можно считать двумя отдельными процессами. Для устранения неравномерного износа вдоль ширины ролика, а также неравномерного износа из-за наличия узоров и твердых частиц, а также общего износа поверхности ролика, можно применить метод локального восстановления путем прямого сваривания. После 5–6 процедур прямого сваривания, из-за постоянных высоких сил сжатия, микротрещины от сварки продолжают расширяться, что приводит к образованию слоя усталости определенной толщины на поверхности ролика. В таком случае, если продолжать использовать сварочные электроды для устойчивости к износу, может произойти отслоение слоев. Поэтому необходимо полностью очистить слой усталости с поверхности ролика перед тем, как наносить новый слой, устойчивый к износу. На цементном заводе «Сюэсин» ремонт поверхности роликов осуществляется путем полного удаления старого слоя материала с последующей заменой его сваркой. Независимо от того, производится ли прямая пайка или сначала удаляется весь изношенный слой, а затем выполняется пайка, допуски по круглости шлифовальных роликов и по диаметру обоих роликов не должны быть слишком велики. В противном случае это может привести к горизонтальным вибрациям пресса и к неравномерной нагрузке на шлифовальные ролики. Для удаления усталостного слоя с поверхности ролика можно использовать газовую резку с углеродным дуговым источником. Необходимо полностью удалить усталостный слой, чтобы стала видна основная часть материала ролика. Перед нанесением напыления необходимо, согласно инструкции к электроду, высушить его, предварительно разогреть детали, а после сварки — медленно охладить их. ⑶Необходимо использовать сварочный аппарат с постоянным током мощностью 10 кВА и более или с переменным током мощностью 20 кВА и более. При использовании постоянного тока сварочный аппарат нужно подключать в обратном порядке (электрод — к положительному полюсу). При нанесении напыления с использованием переменного тока требуется, чтобы напряжение при безнагрузочном режиме составляло не менее 70 В, а ток — около 200 А. Если напряжение при пустом ходе ниже 70 В, необходимо увеличить ток до тех пор, пока электрод и основной металл полностью не сольются. Оптимальное соотношение ширины и высоты шва составляет 3:1. Только так можно добиться прочного слияния с основным материалом и образования необходимой износостойкой структуры. ⑷Порядок и толщина нанесения напыления: после предварительного прогрева поверхности ролика сначала необходимо нанести 1–3 слоя напыления с использованием электродов 506, чтобы придать ролику круглую форму. Затем равномерно наносят несколько слоев D-667 до достижения требуемой толщины. После нанесения слоя сварки D-667 наносится ещё один слой D-65 толщиной 3–5 мм; после нанесения слоя сварки D-65 на него также наносится слой D-65 с узором в форме линий. Для возникновения износа поверхности ролика необходимы одновременно два фактора: давление, необходимое для измельчения материала, и относительное скольжение. Давление определяется свойствами материала и обычно трудно изменить. А снизить относительное скольжение объекта по поверхности ролика в процессе прессования гораздо проще с помощью специальных узоров на её поверхности. Хотя ранее в стране использовался гребенчатый узор, способный предотвратить круговое скольжение материала, он не ограничивал его осевого скольжения в процессе экструзии, особенно при обработке материала в виде мелких частиц, когда износ становился ещё более серьезным. По сравнению с этим, поверхность ролика с линейным узором и жесткими элементами посередине обладает наилучшей износостойкостью. ) Длина сторон узора в форме линий составляет 4–5 см, ширина шва — около 1 см, а высота — около 4 мм. Толщина всех износостойких слоев должна быть максимально одинаковой, чтобы экструдионные ролики всегда сохраняли круглую форму в процессе использования. ⑸При нанесении наплавки необходимо работать по трём сменам, не давая людям отдыха, чтобы обрабатываемый материал долгое время оставался при высокой температуре. Складной редактор. Раздел: Нанесение покрытия с использованием плазменного арка. Принцип. Технология нанесения износостойких покрытий с использованием плазменного арка предусматривает применение высокотемпературного плазменного арка, обладающего высокой плотностью тока. Твердые частицы высокой твердости равномерно вставляются в металл слоя покрытия методом пайки; при этом эти частицы почти не плавятся или вовсе не плавятся. Таким образом формируется композитный слой покрытия. Этот композитный слой состоит из двух и более различных по своим свойствам материалов. Одним из таких материалов являются карбидные частицы, которые обеспечивают высокую износостойкость слоя покрытия; это обычно литой титановый карбид, хромовый карбид, бористый карбид, спеченный титановый карбид и т. д. В принципе, любые карбиды, бориды, а также алмазы с еще более высокой твердостью могут использоваться в качестве компонентов композитного слоя покрытия. В промышленности как в странах СНГ, так и за рубежом наиболее часто используемыми твердыми частицами являются литой титановый карбид; он имеет твердость 250–300 единиц по шкале Мооса. Другим компонентом слоя покрытия является основной металл, который выполняет функцию связующего элемента; его также называют основным металлом. Считается, что соединение твердых частиц с основным металлом происходит путем пайки, а соединение слоя покрытия с основным материалом — путем металлургического соединения. Преимуществом использования технологии плазменной сварки для создания композитного слоя покрытия является стабильность и надежность качества получаемого слоя. Современные технологии плазменной сварки позволяют создавать слои покрытия без пор, трещин, а также без других дефектов, связанных с разрушением карбидов. Частицы карбидов равномерно распределены в слое покрытия. Слои покрытия из износостойких материалов обладают высокой износостойкостью; в условиях сильного износа их износостойкость особенно выражена. Это позволяет увеличить срок службы поверхностных покрытий, сделанных из железа, кобальта или никеля, в несколько раз, а иногда даже в десятки раз. Композитные слои покрытия также обладают высокой прочностью соединения. Поскольку слой покрытия соединяется с поверхностью основного материала металлургическим способом, он может соответствовать самым высоким требованиям к прочности. По сравнению с композитными покрытиями, полученными методом термического напыления, прочность соединения в композитных слоях покрытия в 3–8 раз выше. Композитные слои покрытия также способны сопротивляться ударам. Например, в дробилках известняка, используемых в производстве цемента, из-за больших ударных нагрузок в процессе износа обычно используется высокомарганцовистая сталь, срок службы которой невелик. После нанесения на поверхность слоя из высокосодержащей углерода и хрома сплава слой покрытия может разрушаться. Однако использование композитных износостойких слоев покрытия позволяет избежать этой проблемы, а также значительно повысить износостойкость. Это позволяет достичь высокой автоматизации производства, снизить нагрузку на рабочих, улучшить условия труда и повысить производительность труда.