Призначення та принцип роботи
Обладнання призначено для нанесення зносостійких, корозійностійких, теплозахисних та спеціальних функціональних покриттів. Напилення виконується як стандартизованими компактними, композиційними та металопорошковими дротами з різними типами наповнювачів, так і порошками металів, сплавів, карбідів, боридів, оксидів і металокерамічних матеріалів.
Установка працює при постійному струмі оберненої полярності. Її відмінність від інших конвенційних установок плазмового напилення APS (Atmospheric Plasma Spraying) — виробництва Oerlikon Metco, FST, Praxair Surface Technologies та інших — полягає у використанні виносного вольфрамового водоохолоджуваного електрода з регульованим положенням та газорозрядної камери плазмотрона з мідними трубчастими електродами, де один з електродів (плазмоутворююче сопло) електрично ізольований від джерела живлення електричної дуги.
Ці технічні рішення дозволяють збільшити ресурс роботи сопла на 40–60 % порівняно з конвенційними двоелектродними схемами плазмотронів дотичної дії з плазмоутворюючим соплом-анодом (плазмотрони F1, F4MB, 9MB, SG-100 та інші). Стає можливим використовувати як традиційні газові суміші на основі Ar і He, так і суміші на основі N та CO2 — що недосяжно для конвенційних конструкцій з вольфрамовими термоемісійними катодами. Тепло від плазмової дуги ефективно передається частинкам порошку або дроту, які в неї вносяться.
Основні показники процесу
| Показник | Значення |
|---|---|
| Середньомасова температура плазми, K | 7000–12000 |
| Швидкість плазмового струменю, м/с | 600–3000 |
| Швидкість частинок напилюваного матеріалу, м/с | 200–700 |
| Максимальна продуктивність напилення, кг/год | 8–12 |
| Електрична потужність, кВт | 50–150 |
| Коефіцієнт використання матеріалу (КВМ) | 0,60–0,95 |
Особливості установки
- як плазмоутворюючий газ можна використовувати аргон, гелій, азот та їх суміші між собою і з добавками водню чи метану (у деяких випадках — водяної пари). Це сприяє ефективному плавленню та прискоренню часток дисперсного матеріалу: Cu, Ni, W, Mo, WC–Co, Cr3C2–NiCr, ZrO2–YSZ, Al2O3 та інших;
- регулювання положення виносного електрода змінює довжину дуги — протяжність її ділянки на виході з сопла складає 25–150 мм. Разом із регулюванням складу плазмоутворюючої суміші це дозволяє змінювати потужність плазмотрона в широкому діапазоні 50–150 кВт і створювати умови для плавлення та прискорення практично будь-якого дисперсного матеріалу;
- регулювання складу плазмоутворюючого газу та його витрати дає високошвидкісний високоентальпійний плазмовий струмінь зі швидкістю витікання M = 0,5–2,0 та питомою ентальпією h₀ = 9–32 кДж/кг. Це дозволяє наносити як щільні покриття з пористістю менше 1 % об., так і покриття з регульованою пористістю в діапазоні 1–15 % об.;
- плазмотрон може працювати на повітрі, у контрольованому (захисному) середовищі та динамічному вакуумі;
- конструкція плазмотрона забезпечує роботу як у дозвуковому, так і в надзвуковому режимах із числом Маха M = 1,5–2,0 і більше;
- установку можна комплектувати двома типами плазмотронів — зі стандартним трубчастим електродом-анодом або зі спеціальною електромагнітною системою, яка збільшує ресурс роботи трубчастого електрода-анода на 30–40 %;
- підвищений коефіцієнт використання матеріалу: 0,60–0,70 при напиленні керамічних і 0,60–0,80 при напиленні металокерамічних порошків. Для порівняння, конвенційний спосіб APS із подаванням порошку на зріз сопла плазмотрона дає 0,45–0,65 та 0,50–0,75 відповідно. Виграш досягається за рахунок збільшення протяжності, перерізу та ентальпії плазмового струменя, що підвищує ступінь і ефективність нагрівання порошку;
- можливе використання широкої номенклатури як стандартних порошків, так і компактних, композиційних та металопорошкових дротів. Для дротових матеріалів КВМ сягає 0,90–0,95.
Специфікація основних та допоміжних вузлів
| Одиниці установки | Кількість, шт. |
|---|---|
| Плазмотрон зі стандартним трубчастим електродом-анодом, з виносним електродом з регульованим положенням та водяним охолодженням | 1 |
| Спеціалізована система електроживлення з робочим струмом до 300 А і напругою до 600 В для живлення плазмотрона потужністю 50–150 кВт | 1 |
| Система управління, об’єднана з блоком газопідготовки, з PLC-програмованим контролером | 1 |
| Мобільний пульт системи управління з сенсорною панеллю | 1 |
| Двобункерний порошковий живильник, об’єм кожного бункера 5 л | 1 |
| Механізм подачі дроту з тримачем котушки та гальмівним механізмом | 1 |
| Комплект кабелів, аксесуарів та запасних частин | 1 |
Допоміжні опції (за узгодженням із замовником):
- плазмотрон зі спеціалізованою електромагнітною системою (зі збільшеним ресурсом роботи електрода-анода) та виносним електродом з регульованим положенням і водяним охолодженням;
- камера напилення з маніпулятором із числовим програмним управлінням або роботизований комплекс в ізольованому боксі;
- маніпулятор виробу — одноосьовий або двохосьовий обертач;
- система водяного охолодження плазмотрона та регульованого електрода;
- рампа з балонами для плазмоутворюючих газів.
Основні технічні характеристики
| Параметр | Значення |
|---|---|
| Напруга холостого ходу, В | 600 |
| Робоча напруга на дузі, В | 150–500 |
| Робочий струм дуги, А | 100–300 |
| Витрата основного плазмоутворюючого газу (аргон, гелій, азот, їх суміші), н.м³/год | 3,5–12 (60–200 л/хв) |
| Витрата добавки горючого газу в плазмоутворюючу суміш (метан, пропан), н.м³/год | 0,3–1,5 (5–25 л/хв) |
| Витрата охолоджувальної води, м³/год | 2,0–2,5 (30–40 л/хв) |
| Розмір частинок порошкових матеріалів, мкм: кераміка, кермети метали, сплави |
15–25 або 15–45 15–45 або 38–75 |
| Найбільша продуктивність по напилюваному матеріалу, кг/год: по керамічних порошках по металевих порошках по компактних та металопорошкових дротах |
3–6 6–12 4–8 |
| Коефіцієнт використання при роботі з порошком | 0,60–0,70 |
| Коефіцієнт використання при роботі з дротами | 0,80–0,95 |