Материал: Инновационные технологии и оборудование. Межвузовский сборник научных трудов. Пачевский В.М

УДК 621.002.5: 378.1

МЕХАНИЗМ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ ДЕТАЛЕЙ ГАЗОПЛАМЕННЫМ МЕТОДОМ НАПЫЛЕНИЯ

В. М. Пачевский, Д. П. Бобров, Гунин В.И.

При газопламенном методе напыления подаваемый в горелку порошок разгоняется и ускоряется при движении в высокотемпературном потоке газа, истекающего с большой скоростью из сопла горелки. Частицы распыленного металла достигают поверхности в пластическом состоянии, с высокой скоростью соударяются с поверхностью основы и наслаиваются на нее, что приводит к образованию покрытия.

Свойства газотермического покрытия в значительной степени определяются особенностями взаимодействия напыляемого материала с высокотемпературным потоком и физико-химическими, физико-механическими и тепловыми процессами в зоне взаимодействия частиц с подложкой.

В процессе напыления частицы порошка разогреваются до температуры плавления или близкой к ней. Можно считать, что струя напыляемых частиц образует конус, вершина которого располагается на срезе сопла горелки. На поверхности основы напыляемые частицы образуют пятно распыла в форме круга. По его краям напыленные частицы слабее соединяются с материалом подложки. При многократном проходе на эти участки попадут другие частицы и в покрытии образуются поры. Для уменьшения пористости напыленного слоя перед горелкой устанавливают экран, который отсекает поток периферийных частиц. В результате покрытие формируется только частицами, движущимися в центральной зоне струи.

93

Соединение напыленного покрытия с основой осуществляется

восновном за счет механического сцепления напыляемых частиц с выступами и впадинами на поверхности основы, образованными предварительной обработкой. Механическое сцепление усиливается

врезультате сплавления или химического взаимодействия частиц с основой.

Движение частиц от среза сопла горелки до поверхности подложки происходит в среде, содержащей значительное количество воздуха, захваченного струей из атмосферы, независимо от соотношения расходов горючего газа и кислорода в газовом пламени. Следовательно, напыляемые частицы, движущиеся в газовой струе, непрерывно взаимодействуют с кислородом. Степень их окисления может быть значительной и зависит в основном от используемой для напыления аппаратуры и условий напыления. В результате этого каждая частица покрывается пленкой окислов, которая остается на границах частиц в покрытии. В напыленном материале соединение частиц, помимо механического сцепления, происходит и через окислы. В местах разрушения окисных пленок происходит сплавление металлических частиц. Химическое взаимодействие усиливается при повышении температуры в зоне контакта частицы с подложкой, которая определяется температурой частицы и подложки, а также их теплофизическими свойствами в момент контакта. Более высокая тепловая энергия соударяющихся с поверхностью частиц способствует увеличению прочности сцепления покрытия с подложкой. Для предотвращения окисления поверхности основы при напылении необходимо поддерживать

температуру 260—310 С.

При газопламенном нанесении порошковых материалов в случае, когда напыляемый материал и материал основы имеют решетки приблизительно одинакового размера, могут возникать физические связи, проявляющиеся в виде молекулярных связей. Это способствует повышению прочности сцепления покрытия с основой. На участках основы, поверхность которых имеет повышенную активность, характер соединения определяется диффузионными процессами.

Для получения хорошего сцепления напыленного покрытия с основным металлом частицы должны иметь достаточную скорость подлета к подложке. Увеличение скорости соударения частицы с подложкой приводит к повышению импульсного давления в зоне

94

соударения, что обеспечивает самоочищение подложки в зоне ее контакта с частицей.

ВЗАИМОСВЯЗЬ ПРЕДЕЛЬНЫХ ИЗНОСОВ ДЕТАЛЕЙ КРУПНОГАБАРИТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ПАРАМЕТРОВ ИХ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКОЙ

К.т.н. Шевцов А.В., Кондратьев В.А., Гунин В.И.

Анализируя структуру расходов, возникающих при восстановлении работоспособности детали плазменной наплавкой порошковыми материалами (ПНПМ), можно сделать вывод, что они образуются суммированием следующего: затрат, являющихся функцией износа и связанных с нанесением слоя материала (затраты на наплавляемый порошок, электроэнергию, транспортирующий, плазмообразующий и защитный газы, трудовые расходы), восстанавливающего износ поверхностей; затрат, возникающих при проведении разборочно-сборочных работ, подготовке детали к восстановлению, ее последующей механической обработке и временном выводе машины из эксплуатации. С одной стороны, очевидно, что затраты, зависящие от величины износа детали, имеют минимальное значение при минимальном износе данной детали. Соответствующий период эксплуатации детали до восстановления также будет минимальным. Но, с другой стороны, высокая частота проведения разборочно-сборочных работ в итоге может вызвать недопустимо большие ремонтные расходы по прошествии некоторого количества циклов восстановления данной детали. Поэтому при определении предельных износов деталей крупногабаритного технологического оборудования (КТО) наряду со стоимостью и количеством циклов их восстановления необходимо учитывать величину периода эксплуатации данной группы деталей. При этом очевидно, что должно соблюдаться условие минимума суммарных затрат на восстановление деталей

95

при максимально возможном периоде их эксплуатации. В связи с этим, представляется целесообразным ввести параметр, равный отношению суммарных затрат на восстановление изделия (детали или машины) к периоду его эксплуатации. Данный параметр описывает взаимосвязь между технологическим процессом восстановления изношенного изделия и его степенью изношенности.

Очевидно, что, если для данной группы деталей значение указанного параметра будет минимально возможным, то на восстановление работоспособности этой группы деталей за некоторый, достаточно длительный период эксплуатации будет израсходовано минимально возможное количество средств. При этом восстановление работоспособности данного изделия будет наиболее выгодным экономически. Теоретическая минимизация отношения суммарных расходов на восстановление группы деталей к периоду их эксплуатации предполагает наличие математической модели данного параметра.

Пусть в данной машине имеется группа изнашивающихся и подлежащих периодическому восстановлению деталей. В общем случае межремонтные периоды данных деталей, соответствующие их предельно допустимым износам, будут различны, что неоправданно усложняет структуру ремонтного цикла машины /1, 2, 3/. С целью упрощения задачи моделирования удельной стоимости восстановления группы деталей возникает предложение рассматривать данную группу в качестве одной "обобщенной детали". Обобщенным износом U g назовем алгебраическую сумму

линейных износов деталей рассматриваемой группы:

количество деталей в группе.

Определенной величине обобщенного износа группы деталей соответствует определенное значение расходов, связанных с

96

где - плотность наплавленного материала, кг/ м3 ; K u = 1,9 -

коэффициент, учитывающий величину снимаемого слоя материала при предварительной обработке поверхности; Km = 0,8 -

коэффициент использования наплавляемого порошка; CПj - стоимость порошка, наплавляемого на изношенную поверхность j -

обобщенного износа группы деталей можно определить по следующей формуле:

напряжение питания плазмотрона, В; J j - оптимальное значение тока плазмотрона при наплавке j - й детали, А; q j - оптимальное

значение расхода присадочного порошка при наплавке j - ой детали, кг/ч.

методом ПНПМ определяются с использованием следующего выражения:

97