فناوری و فرآیند پاشش پلاسما پاشش قوس پلاسما تکنولوژی پاشش پلاسما

بنابراین، اصل اسپری پلاسما چیست؟ در تمام دستگاه های پاشش پلاسما، پودر در جریانی از گاز داغ که توسط پلاسماترون ایجاد می شود، دما و سرعت به دست می آورد. به نوبه خود، پلاسماترون یا مولد پلاسما دستگاهی است که در دهه 1920 اختراع شد، که در آن یک قوس الکتریکی که بین کاتد و آند در حجم محدود (نازل) می سوزد، با یک گاز بی اثر باد می شود و مشعل شعله کاهش درجه حرارت بالا ایجاد می کند. .

چرا این اصل برای حل مشکلات پاشش حرارتی جذاب است؟ دقیقاً به این دلیل که شعله پلاسماترون بسیار داغ است و همیشه به شدت کاهش می یابد. وجود اکسیژن در پلاسماترون به دلیل تخریب سریع و در غیر این صورت، تخریب مواد الکترود به شدت ممنوع است (فشار جزئی اکسیژن در گازهای تشکیل دهنده پلاسما با خلوص آنها تعیین می شود و نباید از 0.004٪ بیشتر باشد). مشعل شعله یک پلاسماترون، زمانی که به درستی استفاده شود، نه تنها می تواند سطح فلز فعال را از لایه های اکسید روی ذرات اسپری شده بازیابی کند، بلکه حتی سطح خود بستر را از اکسیدها نیز پاک می کند. این فرصت منحصراً با روش پلاسما پاشی فراهم شده است.

در مورد سمپاشی پلاسما، تعدادی پیش داوری در بین نظریه پردازان و دست اندرکاران سمپاشی حرارتی وجود دارد که در بیشتر موارد، نه با فرآیند به خودی خود، بلکه با درک نادرست از ماهیت فرآیند پاشش، نقص طراحی دستگاه های خاص مرتبط است. و استفاده نادرست از آنها بیایید این پیش داوری ها را مورد بحث قرار دهیم:

1.شعله پلاسما خیلی داغ است و بنابراین فقط برای پاشش مواد سرامیکی نسوز فلزی و اکسیدی مناسب است. دمای بیش از حد بالا منجر به تبخیر بخشی از پودر و تخریب کروم و کاربید تنگستن می شود.

در واقع، دمای پلاسما می تواند به 20000 درجه سانتیگراد یا بیشتر برسد، که بسیار بالاتر از دمای شعله اکسی استیلن (حدود 3000 درجه سانتیگراد) است. با این حال، دمای شعله ارتباط بسیار کمی با دمای ذرات اسپری شده دارد. بدون کاوش در فیزیک برهمکنش گاز داغ با ذرات جامد، فقط خواهیم گفت که این برهمکنش بسیار پیچیده است و به تعداد زیادی پارامتر بستگی دارد، از جمله نه تنها دمای گاز، سرعت آن، و طول مشعل و اندازه ذرات، بلکه ترکیبات شیمیایی گاز و ذرات. علاوه بر این، دمای مطلق شعله نیست، بلکه درخشندگی آن است که برای انتقال گرما از مشعل به ذرات تعیین کننده است. به عنوان مثال، یک شعله اکسیژن-هیدروژن داغتر اما تقریباً نامرئی ذرات را بسیار بدتر از شعله استیلن-اکسیژن سردتر اما درخشان تر (به دلیل درخشان شدن نانوذرات کربن) گرم می کند. درخشندگی یک ستون پلاسما به ترکیب گاز سازنده پلاسما و اندازه و ترکیب ذرات عبوری از آن بستگی دارد. جالب است که در بسیاری از موارد این درخشندگی کمتر از شعله اکسیژن-استیلن است و باید به طرق مختلف آن را افزایش داد تا ذرات حداقل دمای لازم را داشته باشند. از آنجایی که طول شعله دستگاه‌های شعله گاز اغلب از طول مشعل پلاسما بیشتر می‌شود، یک «پارادوکس» نتیجه می‌شود: پودرهای فلزی درشت دانه در دستگاه‌های پاشش شعله پودر بیشتر از دستگاه‌های اسپری پلاسما قوی‌تر و «گرم» گرم می‌شوند.

2. سرعت ذرات در حین پاشش پلاسما برای تولید پوشش های متراکم کافی نیست.

میزان جریان گاز و ذرات در آن نه با اصل تشکیل شعله، بلکه صرفاً با طراحی دستگاه تعیین می شود. در حال حاضر دستگاه های پلاسماپاش صنعتی با نازل لاوال وجود دارند که ذرات را با سرعت مافوق صوت ارائه می کنند.

3. تنها واحدهای گران قیمت پلاسمای خلاء برای پاشش فلز مناسب هستند، در حالی که واحدهای پاشش پلاسمای جوی به دلیل اکسیداسیون ذرات فلز نامناسب هستند.

به اندازه کافی عجیب، چنین بیانیه ای اغلب شنیده می شود، حتی از افرادی که عملاً درگیر سمپاشی پلاسما هستند، به ویژه در رابطه با پوشش های MCrAlY برای پره های توربین گاز. در واقع، در این بیانیه یک جایگزین معمولی از مفاهیم وجود دارد: پوشش‌های فلزی صرفاً از آلیاژهای نیکل کم ذوب حاصل از پاشش پلاسمای خلاء (VPS) در واقع بهتر از پاشش جوی (APS) هستند، اما نه به دلیل اکسیداسیون ذرات در پلاسما، اما کاملاً دلیل دیگری است که در بخش پاشش پلاسمای خلاء مورد بحث قرار خواهد گرفت. اکسیداسیون ذرات فلز در هر دوی این روش ها به یک صورت انجام می شود.

دستگاه های سمپاش پلاسما اتمسفر هیچ تفاوتی با دستگاه های پلاسماپاش خلاء ندارند. تفاوت در خود دستگاه ها نیست، بلکه در نحوه سازماندهی فرآیند رسوب گذاری است: رسوب اتمسفر در هوا انجام می شود، اما با رسوب خلاء، پلاسماترون و بخشی که اسپری می شود در یک محفظه خلاء تحت خلاء قرار دارند. واضح است که رسوب گذاری اتمسفر بسیار در دسترس تر و ارزان تر از رسوب در خلاء است؛ علاوه بر این، برای قطعات بزرگ، رسوب در خلاء به دلیل اندازه غیر واقعی محفظه خلاء به سادگی غیرممکن می شود. خود پلاسماترون ها می توانند هم برای رسوب گذاری اتمسفر و هم در خلاء استفاده شوند.

برای توضیح واضح‌تر ویژگی‌های اسپری پلاسما، اجازه دهید طرح‌های مختلف امروزی را در نظر بگیریم.

گیاهان پلاسماپاشی

دستگاه های اسپری پلاسما در طرح های متنوعی عرضه می شوند. ما آنها را از "سنتی ترین" تا "پیشرفته" در نظر خواهیم گرفت.

متداول‌ترین دستگاه‌ها دستگاه‌هایی هستند که یک کاتد و یک آند دارند و پودر آن خارج از یک نازل کوتاه، عمود بر محور شعله وارد می‌شود.

اصل عملکرد چنین دستگاه هایی در نمودار نشان داده شده است (شکل 28):

برنج. 28. اصل پاشش پلاسما

همانطور که از نمودار مشخص است، نازل کوتاه پلاسماترون نیز یک آند است. پودر به خارج از نازل عمود بر محور شعله و در مجاورت قوس وارد می شود.

محبوب ترین دستگاه از این نوع، پلاسماترون 3 مگابایتی شرکت Sulzer Metco است که با تغییرات جزئی، بیش از 40 سال است که وجود دارد. شکل 29 مدل های فعلی این سری را با حداکثر توان 40 کیلو وات نشان می دهد.

برنج. 29. پلاسماترون 3 مگابایت.

یک دستگاه تک کاتدی کمی جدیدتر و قدرتمندتر (55 کیلووات) پلاسماترون F4 است که در شکل 30 نشان داده شده است.

برنج. 30. پلاسماترون F4.

دستگاه 9 مگابایتی یکی از قدرتمندترین پلاسماترون های تک کاتدی از نوع سنتی (80 کیلو وات در جریان 1000 A و ولتاژ 80 ولت) است که توسط Sulzer Metco نیز تولید شده است (شکل 31):

برنج. 31. پلاسماترون 9 مگابایت

پلاسماترون‌های تک کاتدی سنتی سایر شرکت‌ها با پلاسماترون‌های Sulzer Metco تفاوت چندانی ندارند: همه آنها با سرعت جریان گاز نسبتاً پایین، کم کار می‌کنند.< 100 В) напряжении и большом (до 1000 А) токе дуги. Ни один из традиционных плазматронов не позволяет достичь частицам скорости звука.

مزیت پلاسماترون ها با سرعت جریان گاز کم، توانایی انتقال دمای بسیار بالا به ذرات (> 4000 درجه سانتیگراد) به دلیل زمان نسبتاً طولانی مدت ماندن آنها در منطقه داغ شعله در کنار قوس است. چنین دمای ذرات بالایی امکان ذوب تقریباً هر ماده سرامیکی و فلزی را فراهم می کند.

توسعه فناوری پاشش پلاسما در بیست سال اخیر در مسیر افزایش سرعت ذرات حرکت کرده است. برای سرعت بیشتر ذرات، لازم است فشار گازهای تشکیل دهنده پلاسما در جلوی نازل افزایش یابد که به طور خودکار منجر به افزایش جریان گاز و افزایش ولتاژ قوس می شود.

یک دستگاه مدرن، قدرتمند (تا 85 کیلو وات، جریان تا 379 آمپر، ولتاژ تا 223 ولت) با یک کاتد و آند، پلاسماترون 100HE شرکت آمریکایی Progressive Technologies Inc. است که به لطف فشار بالا و سرعت جریان گازهای تشکیل دهنده پلاسما، دستیابی به سرعت ذرات - نزدیک به سرعت صوت را ممکن می کند (شکل 32):

برنج. 32. پلاسماترون 100HE.

به دلیل سرعت بالای گاز پلاسما ساز، زمان ماندن ذرات در ناحیه داغ شعله و بر این اساس دمای آنها کاهش می یابد. برای مقابله با این، باید قدرت قوس را افزایش داد و از مقدار زیادی هیدروژن در گاز تشکیل دهنده پلاسما استفاده کرد که به لطف فرآیند تجزیه - تداعی مولکول ها، منطقه داغ شعله را طولانی می کند. بنابراین، پلاسماترون 100HE دمای ذرات با اندازه 20-30 میکرون بالای 2300 درجه سانتیگراد را با سرعتی در حدود 250 متر بر ثانیه تشخیص می دهد که این امر امکان پاشش پوشش های Cr 3 C 2 - NiCr، Cr 2 O را فراهم می کند. 3 و Al 2 O 3 با تخلخل کم.

جهت دوم توسعه، در ترکیب با افزایش مصرف گاز، تقسیم یک قوس به سه قسمت است که باعث بهبود پایداری و یکنواختی شعله، کاهش سایش الکترودها و افزایش قدرت کل شعله می شود. یک نمونه معمولی از چنین دستگاهی جدیدترین پلاسماترون TriplexPro TM -210 از Sulzer Metco با یک آند و سه کاتد، حداکثر توان 100 کیلو وات است (شکل 33):

برنج. 33. Plasmatron TriplexPro TM.

1 - قسمت عقب بدن؛ 2 - پشته آند؛ 3 – قسمت جلویی بدن 4 - عایق; 5 - مهره اتحادیه; 6 – سه کاتد در یک بلوک سرامیکی. 7 - عنصر پشته آند؛ 8 – کانال پلاسما 9 – نازل با سه نازل پودری.

فناوری Triplex Sulzer Metco در دهه 1990 وارد صنعت اسپری حرارتی شد. این دستگاه‌ها در مقایسه با پلاسماترون‌های تک قوس، عمر مفید و پایداری نتایج رسوب‌گذاری به‌طور قابل‌توجهی طولانی‌تر دارند. برای بسیاری از پودرهای تجاری، پلاسماترون های Triplex می توانند با حفظ کیفیت پوشش، بهره وری و کارایی پاشش را بهبود بخشند.

GTV GmbH با دور زدن حق اختراع Sulzer Metco برای پلاسماترون های سه کاتدی، دستگاه GTV Delta با یک کاتد و سه آند را منتشر کرده است که در اصل، تلفیقی تخریب شده از TriplexPro است (شکل 34):

برنج. 34. جی تی وی دلتا پلاسماترون.

آخرین و سومین جهت توسعه، کنار گذاشتن ورودی پودر شعاعی به نفع یک مسیر بسیار منطقی تر - محوری است. عنصر اصلی طراحی یک پلاسماترون با تزریق پودر محوری، Convergens، در سال 1994 توسط Lucian Bogdan Delcea آمریکایی اختراع شد.

در حال حاضر، تنها یک دستگاه مشابه وجود دارد - پلاسماترون Axial III، با حداکثر توان 150 کیلووات، تولید شده توسط شرکت کانادایی Mettech، که ترکیبی از هر سه جهت توسعه (جریان گاز زیاد، سه قوس و ورودی پودر محوری) است. واحدهای پاشش پلاسما با پلاسماترون Axial III نیز توسط شرکت آلمانی Thermico GmbH تولید و توزیع می شود.

شکل های 35، 36 و 37 خود دستگاه Axial III و نمودار طراحی آن را نشان می دهد:

برنج. 35. پلاسماترون محوری III.

برنج. 36. نمای دستگاه Axial III از سمت نازل.

برنج. 37. نمودار شماتیک Axial III.

تمام تاسیسات مدرن پاشش پلاسما اتوماتیک هستند، یعنی کنترل منابع جریان، سیستم خنک کننده آب و جریان گاز توسط یک سیستم CNC با تجسم و ذخیره دستور العمل ها در رایانه تنظیم می شود. به عنوان مثال، پلاسماترون Axial III توسط Thermico GmbH با یک سیستم کنترل کامپیوتری عرضه می شود که به طور مستقل قوس ها را مشتعل می کند و وارد حالت عملیاتی می شود، دستور العمل های پاشش را انتخاب می کند و تمام پارامترهای اصلی را کنترل می کند: جریان سه گاز تشکیل دهنده پلاسما (آرگون، نیتروژن و هیدروژن)، جریان های قوس الکتریکی، پارامترهای سیستم خنک کننده آب. همین سیستم اتوماتیک تغذیه کننده پودر را نیز کنترل می کند.

باید در مورد تغذیه پودر ترمیکو اشاره ویژه ای شود. این "پیشرفته ترین" دستگاه امروز در جهان است که نه تنها به طور مداوم جریان جرم پودر و جریان گاز حامل (نیتروژن یا آرگون) را تنظیم می کند، بلکه امکان استفاده از پودرهای ریز دانه با ضعیف را نیز فراهم می کند. جریان پذیری، نامناسب، به عنوان مثال، برای فیدرهای Sulzer Metco.

نویسنده شخصاً برای مدت طولانی با پلاسماترون Axial III کار کرده است و می تواند از تجربه خود بگوید که علیرغم برخی ایرادات طراحی، این پلاسماترون پیشرفته ترین دستگاه پاشش حرارتی است که مزایای اسپری با سرعت بالا را به شدت با دمای بالا ترکیب می کند. کاهش شعله مزیت اصلی Axial III ورودی محوری پودر است.

مزایای ورودی پودر محوری

تزریق پودر محوری یک جهش کوانتومی در فناوری اسپری پلاسما است. نکته در اینجا نه تنها این است که با ورودی محوری تلفات پودر به میزان قابل توجهی کاهش می یابد، بلکه امکان پاشش مواد پودری کاملاً متفاوت که برای ورودی شعاعی نامناسب هستند نیز باز می شود. از آنجایی که این جنبه اساساً برای درک بخش های بعدی مهم است، ما با جزئیات بیشتری در مورد آن صحبت خواهیم کرد.

بنابراین، وقتی پودر به صورت شعاعی وارد جت شعله در خروجی نازل می شود، چه اتفاقی می افتد؟ ما معایب چنین ورودی را فهرست می کنیم:

1. فقط پودرهای کسر بسیار باریک برای تزریق شعاعی مناسب هستند که برای آن باید فشار گاز حامل را دقیقاً انتخاب کرد. این به چه معناست؟: اگر فشار گاز حامل ناکافی باشد، ذرات پودر از جت شعله "جهش" می کنند؛ اگر فشار گاز حامل بیش از حد بالا باشد، آنها از این شعله "پرتاب می کنند". اگر پودر متشکل از ذرات با اندازه های مختلف باشد، در اصل انتخاب فشار "صحیح" گاز حامل غیرممکن است: کوچکترین ذرات همیشه "جهش می کنند" و بزرگترین آنها همیشه "پرتاب می کنند". این است که هیچ یک از این ذرات در پوشش اسپری شده وجود نخواهد داشت، بلکه فقط برخی از ذرات "متوسط" وجود نخواهد داشت. معرفی پودرهای ریزدانه به دلیل افزایش پراکندگی آنها توسط گاز حامل (یک ابر گرد و غبار معمولی در اطراف مشعل) به ویژه دشوار است.
2. هنگام معرفی پودر شعاعی، غیرممکن است که در مخلوط پودر نه تنها از ذرات با اندازه های مختلف، بلکه همچنین چگالی های مختلف (توده های مختلف) به همین دلیل استفاده کنید: ذرات سنگین تر از ذرات سبک تر راحت تر از میان شعله عبور می کنند. بنابراین، تلاش برای استفاده از مخلوط‌های پودری پیچیده منجر به اعوجاج ترکیب پوشش در مقایسه با ترکیب پودر می‌شود.
3. افزایش سرعت گازهای تشکیل دهنده پلاسما، تزریق شعاعی پودر را پیچیده می کند، زیرا محدوده فشار گاز حامل مورد نیاز و توزیع اندازه ذرات بیشتر باریک می شود. در عمل، این به معنای زیر است: هر چه سرعت شعله بیشتر باشد، راندمان پاشش در هنگام تزریق پودر شعاعی کمتر می شود. تحت هیچ شرایطی نمی توان تمام پودر را بدون تلفات وارد شعله کرد.
4. قرار گرفتن نازل های پودر در کنار ناحیه شعله داغ باعث گرمایش آنها می شود که تنها با خنک شدن توسط گاز حامل پودر جبران می شود. اگر سرعت گاز خنک کننده برای خنک شدن کافی نباشد، ذرات پودر می توانند به لبه های دهانه نازل بچسبند و افتادگی ایجاد کنند. قطعات گیر کرده به طور دوره ای از نازل جدا می شوند، در شعله می افتند و باعث ایجاد یک نقص مشخص - "تف" می شوند که منجر به تشکیل اجزاء متخلخل درشت در پوشش می شود. از آنجایی که سرعت جریان گاز حامل به شدت با پارامترهای شعله مرتبط است (نقطه 1 را ببینید)، یک مشکل ایجاد می شود: برای برخی از پودرها به سادگی هیچ پارامتری وجود ندارد که اثر "تف" را از بین ببرد، به خصوص اگر این پودرها کم ذوب باشند و / یا دانه ریز.

تغییر به تزریق محوری پودر به شما امکان می دهد تا به طور کامل از شر مشکلات فوق خلاص شوید:

1. فشار و سرعت گاز حامل دیگر به پارامترهای شعله و پودر وابسته نیست. تنها شرط این است که فشار گاز حامل باید کمی بیشتر از فشار گاز تشکیل دهنده پلاسما در نازل در نقطه ورود پودر باشد. به دلیل ورودی محوری، هر پودری به طور کامل توسط شعله گرفته می شود.
2. همیشه می توان فشاری از گاز حامل را انتخاب کرد که در آن "تف" مرتبط با چسبیدن پودر به لبه سوراخ در نازل پودر رخ ندهد.
3. می توان از مخلوط های پودری با هر پیچیدگی و ترکیب کسری استفاده کرد. ذرات با اندازه‌های مختلف سرعت و دماهای متفاوتی به دست می‌آورند، اما در نهایت همه آنها در تشکیل پوشش شرکت می‌کنند. این واقعیت که ذرات کوچک به طور قابل توجهی گرمتر از ذرات بزرگ می شوند وقتی به صورت محوری در شعله پلاسما قرار می گیرند، امکانات جدیدی را برای طراحی مخلوط پودری باز می کند. بخش اصلی این کتاب به ایجاد چنین ترکیب‌های چندفرکشنالی اختصاص دارد.

نویسنده بسیار خوش شانس بود که سالها پلاسماترون Axial III با تزریق پودر محوری را در اختیار داشت. اگر اینطور نبود، ایجاد پوشش های چند جزئی جدید به سادگی غیرممکن بود.

جدول خلاصه دستگاه های اسپری حرارتی

برای تعمیم، مقایسه مستقیم و سیستم‌بندی تمام روش‌های پاشش حرارتی، اجازه دهید خواص دستگاه‌های معمولی و همچنین قیمت‌های تقریبی آنها را در یک جدول مقایسه کنیم (جدول 2):

جدول 2. مقایسه دستگاه های اسپری حرارتی.

خواص و خصوصیات	* روش های اسپری حرارتی
	1	2	3	4	5	6	7	8
استفاده از پودر یا سیم	سیم	پودر	سیم	پودر	پودر	پودر	سیم	پودر
حداکثر سرعت، بیشینه سرعت ذرات اسپری شده، m/sec	100	50	200	800	1200	1000	100	400
حداکثر دما ذرات اسپری شده، درجه سانتیگراد	2800	2500	1700	1500	600	1200	> 4000	> 4000
اندازه ذرات تشکیل شده پوشش، میکرون	0,1 – 1000	10 – 150	0,1 – 1000	10 – 100	10 – 100	10 – 100	0,1 – 1000	1 – 50
راندمان سمپاشی توسط اسپری مواد	—	+	—	+++	+++	+++	—	++
راندمان پاشش با سرعت جریان	–	+++	—	—	—	—	++	–
حداقل تخلخل پوشش، جلد٪	10-15	10-25	5-10	2-3	< 1	< 1	5-10	0,5-3
قدرت حرارتی دستگاه ها، کیلووات	10-30	10-50	30-100	50-250	30-85	< 20	20-150	25-150
کارایی سمپاشی، کیلوگرم در ساعت	2-5	5-10	2-5	5-10	10-20	< 1	10-30	2-5
شیوع دستگاه های تجاری و قطعات یدکی در بازار جهانی	بسیاری از دستگاه ها	بسیاری از دستگاه ها	تعداد کمی دستگاه ها	بسیاری از دستگاه ها	تعداد کمی دستگاه ها	خیر دستگاه ها	بسیاری از دستگاه ها	بسیاری از دستگاه ها
تحرک دستگاه	+++	+++	–	–	+++ برای - برای بقیه	—	+++	- برای APS
نویز دستگاه	—	+++	—	—	—	—	—	—
انتشار بخارات و گرد و غبار ریز	—	++	—	++	+++	++	—	–
قیمت دستگاه های فردی، یورو	2.000-	2.000-	10.000-	10.000-	10.000-	خیر	10.000-	5.000-
قیمت خودکار نصب بدون تجهیزات جانبی، €	خیر	30.000-	خیر	100.000-	100.000-	خیر	خیر	100.000-
قیمت خودکار تاسیسات با حاشیه «زیر کلید": کابین عایق صدا، فیلتر-تهویه نصب، ربات و غیره، €	خیر	100.000-	خیر	200.000-	200.000-	خیر	خیر	200.000-
هزینه مقایسه ای عملیات با در نظر گرفتن مواد مصرفی مواد (به جز پودر و سیم)، عمر دستگاه و قطعات یدکی،	10-15	5-15	30-60	40-100	40-100	> 100	5-30	30-150

* تعداد روش ها:

1. اسپری شعله سیم
2. پاشش پودر شعله
3. پاشش شعله مافوق صوت با سیم
4. پاشش پودر شعله مافوق صوت (HVOF و HVAF)
5. پاشش پودر سرد
6. پاشش پودر انفجار
7. پاشش قوس الکتریکی با سیم
8. پاشش پودر پلاسما (APS و VPS)

روکش پلاسما روشی نوآورانه برای اعمال پوشش های ویژه با مقاومت سایشی بالا بر روی سطح محصولات فرسوده است. برای بازیابی قطعات و مکانیزم های ماشین و همچنین در حین تولید آنها انجام می شود.

1 سطح پلاسما - اطلاعات کلی در مورد تکنیک و مزایای آن

تعدادی از اجزاء و مکانیسم های دستگاه ها و ماشین های مختلف امروزه در شرایط دشواری کار می کنند که نیاز دارند محصولات چندین الزام را به طور همزمان برآورده کنند. آنها اغلب باید در برابر تأثیر محیط های شیمیایی تهاجمی و دماهای بالا مقاومت کنند و در عین حال ویژگی های استحکام بالای خود را حفظ کنند.

ساختن چنین واحدهایی از یک فلز یا مواد دیگر تقریبا غیرممکن است. و از نظر مالی اجرای چنین فرآیند تولید پیچیده ای عملی نیست.

تولید چنین محصولاتی از یک ماده با حداکثر دوام و سپس اعمال پوشش های محافظ خاصی - مقاوم در برابر سایش، مقاوم در برابر حرارت، مقاوم در برابر اسید و غیره بسیار معقول تر و سودآورتر است.

به عنوان چنین "محافظت" می توانید از پوشش های غیر فلزی و فلزی استفاده کنید که در ترکیب آنها با یکدیگر متفاوت هستند. چنین پاششی این امکان را فراهم می کند که به محصولات ویژگی های دی الکتریک، حرارتی، فیزیکی و غیره لازم داده شود. یکی از موثرترین و در عین حال جهانی ترین روش های مدرن پوشش مواد با لایه محافظ، پاشش و سطح بندی با قوس پلاسما است.

ماهیت استفاده از پلاسما بسیار ساده است. برای پوشش، از مواد به شکل سیم یا پودر ریز دانه بندی شده استفاده می شود که به یک جت پلاسما وارد می شود، جایی که ابتدا حرارت داده می شود و سپس ذوب می شود. در حالت مذاب است که مواد محافظ به قسمتی که در حال روکش کردن است ختم می شود. در همان زمان، گرمایش مداوم آن رخ می دهد.

مزایای این فناوری عبارتند از:

• جریان پلاسما به شما امکان می دهد موادی را با پارامترهای مختلف و در چندین لایه اعمال کنید (به همین دلیل می توان فلز را با پوشش های مختلفی درمان کرد که هر کدام ویژگی های محافظ خاص خود را دارند).
• خواص انرژی قوس پلاسما را می توان در محدوده وسیعی تنظیم کرد، زیرا انعطاف پذیرترین منبع گرما در نظر گرفته می شود.
• جریان پلاسما با دمای بسیار بالا مشخص می شود، به همین دلیل حتی آن دسته از موادی را که به عنوان دارای نسوز بالا توصیف می شوند، به راحتی ذوب می کند.
• پارامترهای هندسی و شکل قطعه برای روکش کردن، قابلیت های فنی روش پلاسما را محدود نمی کند و اثربخشی آن را کاهش نمی دهد.

بر این اساس می توان نتیجه گرفت که نه وکیوم، نه گالوانیکی و نه هیچ گزینه سمپاشی دیگری را نمی توان در اثربخشی آن با پلاسما مقایسه کرد. اغلب برای موارد زیر استفاده می شود:

• تقویت محصولاتی که در معرض بارهای زیاد ثابت هستند.
• محافظت در برابر سایش و زنگ زدگی عناصر خاموش و کنترل و شیرهای خاموش (پاشش فلز با استفاده از پلاسما دوام آنها را بسیار افزایش می دهد).
• محافظت در برابر اثرات منفی دماهای بالا که باعث سایش زودرس محصولات مورد استفاده کارخانه های شیشه می شود.

2 فن آوری سطح بندی توصیف شده و ظرافت های آن

سطح پلاسمایی فلز با استفاده از دو فناوری انجام می شود:

• یک میله، سیم یا نوار به جریان وارد می شود (آنها به عنوان ماده پرکننده عمل می کنند).
• مخلوط پودری به جت وارد می شود که توسط گاز گرفته شده و به سطح محصول جوش داده شده منتقل می شود.

جت پلاسما می تواند پیکربندی های مختلفی داشته باشد. با توجه به این شاخص، به سه نوع تقسیم می شود:

• جت بسته با کمک آن، رسوب فلز، متالیزاسیون و سخت شدن اغلب انجام می شود. قوس در این مورد با شدت نسبتاً کم جریان شعله مشخص می شود که به دلیل سطح بالای انتقال حرارت به جو ایجاد می شود. در آرایش توصیف شده، آند یا کانال مشعل یا نازل آن است.
• جت باز با این ترتیب، قطعه بسیار بیشتر گرم می شود؛ آند میله یا خود قطعه کار است. جت باز برای اعمال لایه های محافظ یا برای برش مواد توصیه می شود.
• گزینه ترکیبی طرحی که به طور خاص برای سطح بندی پودر پلاسما طراحی شده است. با این گزینه، دو قوس به طور همزمان مشتعل می شوند و آند به نازل مشعل و به محصول جوش داده شده متصل می شود.

برای هر ترتیب، گازهای مورد استفاده برای تشکیل شعله اکسیژن، آرگون، هوا، هلیوم، هیدروژن یا نیتروژن هستند.کارشناسان می گویند که هلیوم و آرگون با بالاترین کیفیت رسوب و سطح فلز را فراهم می کنند.

3 مشعل پلاسما ترکیبی برای روکش

سطح بندی پودر پلاسما در اکثر شرکت های مدرن در واحدهای ترکیبی انجام می شود. در آنها، پودر پرکننده فلزی بین یک نازل مشعل و یک الکترود تنگستن ذوب می شود. و در حالی که قوس بین قطعه و الکترود می سوزد، گرم شدن سطح محصول جوش داده شده آغاز می شود. به همین دلیل، همجوشی با کیفیت و سریع فلز پایه و پرکننده رخ می دهد.

مشعل پلاسما ترکیبی محتوای کم مواد پایه رسوب‌شده و همچنین کمترین عمق نفوذ آن را تضمین می‌کند. این حقایق است که به عنوان اصلی ترین مزیت فن آوری سطح با استفاده از جت پلاسما شناخته می شود.

سطحی که قرار است ته نشین شود از تأثیرات مضر هوای محیط توسط گاز بی اثر محافظت می شود. وارد نازل (خارجی) نصب می شود و با اطمینان از قوس اطراف آن محافظت می کند. یک گاز حمل و نقل با ویژگی های بی اثر نیز مخلوط پودر را برای افزودنی تامین می کند. از یک فیدر مخصوص می آید.

به طور کلی، یک پلاسماترون استاندارد از نوع عمل ترکیبی، که در آن فلز پاشیده شده و سطح می‌شود، از بخش‌های زیر تشکیل شده است:

• دو منبع تغذیه (یکی قوس "غیر مستقیم" را تامین می کند، دیگری - "مستقیم")؛
• فیدر برای مخلوط؛
• مقاومت ها (بالاست)؛
• سوراخی که در آن گاز تامین می شود؛
• نازل؛
• نوسان ساز;
• بدنه مشعل؛
• لوله برای تامین گاز حامل ترکیب پودر.

4 ویژگی اصلی سطح فلز با استفاده از فناوری پلاسما

حداکثر عملکرد مشعل پلاسما زمانی مشاهده می شود که از یک افزودنی سیم حامل جریان استفاده شود. قوس در این حالت بین این سیم (آند است) و کاتد واحد می سوزد. روش توصیف شده کمی مواد پایه را ذوب می کند. اما ایجاد یک لایه سطحی یکنواخت و نازک را ممکن نمی کند.

در صورت استفاده از پودر، پاشش و روکش کردن، دستیابی به لایه نازک مشخص شده با حداکثر مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر حرارت را ممکن می سازد. به طور معمول، اجزای مخلوط پودر برای سطح بندی کبالت و نیکل هستند. پس از استفاده از چنین پودرهایی، سطح قطعه نیازی به پردازش بیشتر ندارد، زیرا لایه محافظ آن هیچ گونه نقصی ندارد.

پاشش پلاسما، در مقایسه با سطح، با سرعت جت پلاسما بالاتر و شار حرارتی متراکم تر توصیف می شود. این واقعیت به این دلیل است که در هنگام سمپاشی، از فلزات و ترکیبات با سطح نسوز بالا (بوریدها، سیلیسیدها، تانتالیوم، کاربیدها، تنگستن، اکسیدهای زیرکونیوم، منیزیم و آلومینیوم) بیشتر استفاده می شود.

اجازه دهید اضافه کنیم که روش سطح بندی مورد بحث در مقاله در مشخصات فنی آن (محدوده ولتاژ و جریان کارکرد، مصرف گاز بی اثر و غیره) تفاوت چندانی با آن ندارد. و متخصصان این روزها به طور کامل به این نوع جوش تسلط پیدا کرده اند.

این یک روش پیشرونده پوشش است که در آن ذوب و انتقال مواد به سطحی که قرار است بازسازی شود توسط جت پلاسما انجام می شود. پلاسما حالت بسیار یونیزه یک گاز است که در آن غلظت الکترون ها و یون های منفی برابر با غلظت یون های دارای بار مثبت است. یک جت پلاسما با عبور گاز تشکیل دهنده پلاسما از یک قوس الکتریکی هنگامی که توسط یک منبع جریان مستقیم با ولتاژ 80-100 ولت تغذیه می شود، به دست می آید.

تبدیل گاز به حالت یونیزه و متلاشی شدن آن به اتم ها با جذب مقدار قابل توجهی انرژی همراه است که با سرد شدن پلاسما در نتیجه تعامل آن با محیط و قسمت پاشیده شده آزاد می شود. این باعث افزایش دمای جت پلاسما می شود که به قدرت جریان، نوع و سرعت جریان گاز بستگی دارد. گاز تشکیل دهنده پلاسما معمولاً آرگون یا نیتروژن و کمتر رایج هیدروژن یا هلیوم است. هنگام استفاده از آرگون، دمای پلاسما 15000-30000 درجه سانتیگراد و نیتروژن - 10000-15000 درجه سانتیگراد است. هنگام انتخاب گاز، باید در نظر داشت که نیتروژن ارزان تر و کمیاب تر از آرگون است، اما برای احتراق قوس الکتریکی در آن، ولتاژ قابل توجهی بالاتر مورد نیاز است که افزایش نیاز به ایمنی الکتریکی را تعیین می کند. بنابراین، گاهی اوقات هنگام احتراق قوس، از آرگون استفاده می شود که برای آن ولتاژ تحریک و سوزاندن قوس کمتر است و از نیتروژن در فرآیند کندوپاش استفاده می شود.

این پوشش به این دلیل تشکیل می شود که مواد اعمال شده وارد شده به جت پلاسما ذوب شده و توسط جریانی از گاز داغ به سطح قطعه منتقل می شود. سرعت پرواز ذرات فلزی 150-200 متر بر ثانیه در فاصله نازل تا سطح قطعه 50-80 میلی متر است. به دلیل دمای بالاتر ماده اعمال شده و سرعت پرواز بیشتر، استحکام اتصال بین پوشش پلاسما و قطعه نسبت به سایر روش های متالیزاسیون بیشتر است.

دمای بالا و قدرت بالا در مقایسه با سایر منابع حرارتی، تفاوت ها و مزایای اصلی متالیزاسیون پلاسما است که افزایش قابل توجهی در بهره وری فرآیند، توانایی ذوب و رسوب هر گونه مواد مقاوم در برابر حرارت و مقاوم در برابر سایش از جمله آلیاژهای سخت و مواد کامپوزیت را فراهم می کند. و همچنین اکسیدها، بوریدها، نیتریدها و غیره در ترکیبات مختلف. به لطف این، امکان تشکیل پوشش های چند لایه با خواص مختلف (مقاوم در برابر سایش، به راحتی شکسته شدن، مقاوم در برابر حرارت و غیره) وجود دارد. بالاترین کیفیت پوشش ها با استفاده از مواد سطحی خود روان به دست می آید.

چگالی، ساختار و خواص فیزیکی و مکانیکی پوشش های پلاسما به مواد اعمال شده، پراکندگی، دما و نرخ برخورد ذرات منتقل شده با قطعه در حال بازسازی بستگی دارد. دو پارامتر آخر با کنترل جت پلاسما ارائه می شود. خواص پوشش های پلاسما در طول ذوب بعدی به طور قابل توجهی افزایش می یابد. چنین پوشش هایی تحت بارهای ضربه ای و تماسی بالا موثر هستند.

اصل کار و طراحی مشعل پلاسما در شکل 1 نشان داده شده است. 4.51. یک جت پلاسما با عبور گاز تشکیل دهنده پلاسما 7 از یک قوس الکتریکی ایجاد شده بین کاتد تنگستن 2 و آند مسی 4 هنگامی که منبع جریان به آنها وصل می شود، به دست می آید.

کاتد و آند توسط یک عایق 3 از یکدیگر جدا می شوند و به طور مداوم توسط مایع b (ترجیحاً آب مقطر) خنک می شوند. آند به شکل یک نازل ساخته شده است که طراحی آن فشرده سازی و جهت خاصی از جت پلاسما را تضمین می کند. فشرده سازی همچنین توسط میدان الکترومغناطیسی که در اطراف جت ایجاد می شود تسهیل می شود. بنابراین، گاز تشکیل دهنده پلاسما یونیزه شده نازل پلاسماترون را به شکل جت با مقطع کوچک ترک می کند که غلظت بالایی از انرژی حرارتی را فراهم می کند.

برنج. 4.51. طرح فرآیند پاشش پلاسما: 1 - پخش کننده پودر. 2- کاتد; 3 - واشر عایق; 4 - آند؛ 5 - گاز حمل و نقل; 6 - خنک کننده؛ 7 - گاز پلاسما ساز

مواد اعمال شده به صورت پودرهای دانه ای با اندازه ذرات 50-200 میکرون، طناب یا سیم استفاده می شود. پودر را می توان همراه با گاز پلاسماساز به جت پلاسما یا از دیسپنسر 1 با گاز انتقالی 5 (نیتروژن) به نازل مشعل گاز وارد کرد و یک سیم یا بند ناف به جت پلاسما در زیر گاز وارد کرد. نازل مشعل پلاسما قبل از استفاده، پودر باید خشک و کلسینه شود تا تخلخل کاهش یابد و چسبندگی پوشش به قطعه افزایش یابد.

محافظت از جت پلاسما و ذرات فلز مذاب موجود در آن در برابر برهمکنش با هوا می تواند توسط جریان گاز بی اثر انجام شود که باید جت پلاسما را احاطه کند. برای این منظور یک نازل اضافی در پلاسماترون به صورت متحدالمرکز با اصلی در نظر گرفته شده است که از طریق آن گاز بی اثر تامین می شود. به لطف آن، اکسیداسیون، نیترید شدن و کربن زدایی مواد اسپری شده از بین می رود.

در مثال مورد بررسی، منبع تغذیه به الکترودهای مشعل پلاسما (مدار اتصال بسته) متصل است، بنابراین قوس الکتریکی فقط برای ایجاد یک جت پلاسما عمل می کند. هنگام استفاده از مواد اعمال شده به صورت سیم می توان منبع تغذیه را نیز به آن متصل کرد. در این حالت علاوه بر جت پلاسما، یک قوس پلاسما نیز تشکیل می شود که در ذوب میله نیز شرکت می کند و به همین دلیل قدرت مشعل پلاسما به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

تاسیسات مدرن سطح پلاسما دارای سیستم های الکترونیکی برای تنظیم پارامترهای فرآیند هستند و مجهز به دستکاری کننده ها و روبات ها هستند. این باعث افزایش بهره وری و کیفیت فرآیند سمپاشی و بهبود شرایط کاری پرسنل عملیاتی می شود.

تفاوت اصلی بین متالیزاسیون پلاسما و سایر روش های ذوب در دمای بالاتر و قدرت بیشتر است که افزایش قابل توجهی در بهره وری فرآیند و توانایی اعمال و ذوب هرگونه مواد مقاوم در برابر حرارت و مقاوم در برابر سایش را فراهم می کند (شکل 4.8). برای پاشش پلاسما از گازهای آرگون و نیتروژن برای تامین دمای جت استفاده می شود.برای متالیزاسیون پلاسما، نصب UPU و UMN به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد که مجموعه ای از آنها شامل یک روتاتور، یک محفظه محافظ، یک پخش کننده پودر، یک منبع تغذیه و یک صفحه کنترل است.

قسمت اصلی نصب پلاسماترون است که عمر مفید آن با دوام نازل تعیین می شود. دوره کارکرد مشعل پلاسما کوتاه است، بنابراین قطعات پوشیده آن قابل تعویض هستند. منابع فعلی ژنراتورهای جوش PSO-500 یا یکسو کننده I PN-160/600 هستند.

برنج. 4.8. طرح فرآیند پاشش پلاسما:

1 - پخش کننده پودر؛ 2 - کاتد; 3 - واشر عایق; 4 - آند؛ 5 - گاز حمل و نقل; 6 - خنک کننده؛ 7 - گاز پلاسما ساز

آرگون یا نیتروژن کمتر کمیاب و ارزانتر به عنوان گاز تشکیل دهنده پلاسما استفاده می شود. با این حال، احتراق قوس در یک محیط نیتروژن دشوارتر است و به ولتاژ قابل توجهی بالاتری نیاز دارد، که برای پرسنل عملیاتی خطرناک است. روشی استفاده می شود که در آن یک قوس در محیط آرگون با ولتاژ تحریک و سوزاندن قوس کمتر مشتعل می شود و سپس به نیتروژن تبدیل می شود. گاز تشکیل دهنده پلاسما یونیزه می شود و نازل پلاسماترون را به شکل جت با مقطع کوچک ترک می کند. فشرده سازی توسط دیواره های کانال نازل و میدان الکترومغناطیسی که در اطراف جت ایجاد می شود تسهیل می شود. دمای جت پلاسما به قدرت جریان، نوع و سرعت جریان گاز بستگی دارد و از 10000 تا 30000 درجه سانتیگراد متغیر است. سرعت جریان گاز 100-1500 متر بر ثانیه است. پلاسمای آرگون دارای دمای 15000-30000 درجه سانتیگراد، پلاسمای نیتروژن - 10000-15000 درجه سانتیگراد است.

در متالیزاسیون پلاسما از پودر دانه بندی شده با اندازه ذرات 50-200 میکرون به عنوان ماده کاربردی استفاده می شود. پودر توسط یک گاز حمل و نقل (نیتروژن) وارد ناحیه قوس می شود، ذوب شده و به قطعه منتقل می شود. سرعت پرواز ذرات پودر 150-200 متر بر ثانیه، فاصله نازل تا سطح قطعه 50-80 میلی متر است. به دلیل دمای بالاتر ماده اعمال شده و سرعت پرواز بیشتر ذرات پاشیده شده، استحکام اتصال پوشش و قطعه در این روش بیشتر از سایر روش های متالیزاسیون است.

متالیزاسیون پلاسما، که در دمای بالای جت پلاسما رخ می دهد، امکان استفاده از هر ماده ای را فراهم می کند.

مواد، از جمله مقاوم ترین مواد در برابر سایش، اما این مشکل پردازش بعدی مواد فوق سخت و مقاوم در برابر سایش را ایجاد می کند.

استفاده از تابش لیزر پالسی، که مدت آن میلی ثانیه است، به دست آوردن حداقل مناطق تحت تأثیر حرارتی که از چند ده میکرون تجاوز نمی کند، ممکن می سازد. حداقل حجم مذاب و حداقل حرارت ورودی به قطعه در حال جوشکاری امکان کاهش تغییر شکل های طولی و عرضی و در نتیجه حفظ ابعاد دقیق قطعه در محدوده تحمل چند میکرون را فراهم می کند. دقت هدایت و عملکرد موضعی پرتو لیزر اجازه می‌دهد تا نواحی هندسی کاملاً مشخص قطعه را جوش داده و حداقل مقدار مجاز برای ماشینکاری را فراهم کند که 0.2-0.5 میلی‌متر است. از آنجایی که در طول پوشش لیزر پالسی، مناطق تحت تأثیر حرارت بسیار کوچک هستند، بستر عملاً سرد باقی می‌ماند و سرعت خنک‌سازی فاز مایع مذاب فلز به 102-103 درجه سانتی‌گراد در ثانیه می‌رسد. تحت این شرایط، یک فرآیند سخت شدن خودکار انجام می شود که منجر به تشکیل یک ساختار بسیار ریز پراکنده با افزایش مقاومت در برابر سایش می شود.

در مقایسه، تقریباً تمام تفاوت‌های فنی اساسی بین فن‌آوری‌های روکش قوس الکتریکی و روکش لیزری پالسی نتیجه این واقعیت است که قوس یک منبع انرژی جوشکاری متمرکز است و پرتو لیزر یک منبع انرژی بسیار متمرکز است. سطح لیزر پالسی، در مقایسه با سطح قوس الکتریکی، با حداقل حجم مذاب، مناطق متاثر از حرارت و بر این اساس، انقباض عرضی و طولی به طور قابل توجهی کمتر مشخص می شود.

پس از سطح بندی قوس الکتریکی، کمک هزینه ها می تواند به چندین میلی متر برسد که نیاز به ماشینکاری بعدی دارد. استفاده از قوس الکتریکی به عنوان منبع انرژی با اثر نیرومند آن بر فاز مایع مذاب فلز همراه است و در نتیجه زیر بریدگی هایی ایجاد می شود که در هنگام روکش لیزری رخ نمی دهد. روکش قوس الکتریکی مستلزم گرمایش مقدماتی و همزمان نواحی جوشکاری و عملیات حرارتی متعاقب آن و نوع از روکش لیزری است.

از فناوری لیزر سطحی می توان برای بازیابی قالب های فرسوده، قالب ها و رفع عیوب مختلف ایجاد شده در فرآیند ساخت قالب ها و قالب ها استفاده کرد. انواع عیوب رفع شده با استفاده از روکش لیزری: محل های تست سختی HRC، ترک ها، شکاف ها، خراش ها، حفره ها و منافذ، ترک های عمیق، محل های اتصال چسب. فرآیند تکنولوژیکی سطح لیزر، تامین همزمان تابش لیزر و سیم پرکننده به محل نقص در یک محیط گاز بی اثر است. مواد پرکننده، در حال ذوب، محل نقص را پر می کند. پس از لایه برداری لیزری، کمترین پردازش مکانیکی در مقایسه با روش های سنتی سطح کاری مورد نیاز است. دقت بالای اشاره پرتو لیزر به محل نقص، محل عمل تابش لیزر باعث می شود تا مناطق کاملاً مشخص قطعات معیوب را با هم ترکیب کنیم (شکل 4.9).

مدت زمان کوتاه فرآیند، مدت زمان پالس لیزر چند میلی ثانیه، و همچنین دوز دقیق انرژی، حداقل مناطق تحت تأثیر حرارت و عدم سایش قطعات را تضمین می کند. روکش لیزری می‌تواند شدت کار تعمیر ابزار و در نتیجه هزینه را با حذف پیش گرمایش، عملیات حرارتی بعدی و نیاز به حذف پوشش کروم از سطح و اعمال بعدی آن در صورت کروم بودن قطعه کاهش دهد. -آبکاری شده مزایای روکش لیزری در جدول ذکر شده است. 4.2.

برای جلوگیری از اکسید شدن فلز مذاب، منطقه سطحی با گازهای بی اثر محافظت می شود، به عنوان مثال، مخلوطی از آرگون و هلیوم. برای روکش کردن قطعات با اندازه بزرگ (تا چند متر طول)، از سیستم های لیزر حالت جامد مجهز به سیستم های فیبر نوری استفاده می شود. فناوری برای از بین بردن عیوب به شکل ترک‌های گرم و سرد که در طی جوشکاری قوس الکتریکی با الکترودهای چوبی با استفاده از تابش لیزر پالسی لیزرهای حالت جامد ایجاد می‌شوند، ایجاد شده است.

جوشکاری چندین ترک با استفاده از تابش لیزر پالسی امکان اجرای حالت جوشکاری به اصطلاح "سرد" را فراهم می کند، که در آن جوش در ناحیه تعمیر شده گرم نمی شود، که اجازه می دهد تا استحکام مکانیکی اتصال جوش داده شده حفظ شود و از تلطیف جوش جلوگیری شود. فلز در جوش

استفاده از سیستم فیبر نوری به طول چند متر امکان انجام تعمیرات را در صعب العبورترین مکان ها فراهم می کند. از این فناوری می توان برای از بین بردن عیوب مختلف ایجاد شده در حین جوشکاری قوس الکتریکی - ترک ها، سرد و گرم، حفره ها، دهانه ها، فیستول ها، بریدگی ها استفاده کرد.

با توجه به ماهیت و شرایط عملیاتی، سطح جانبی پره های توربین فشار قوی در معرض آسیب های کوچک ناشی از تأثیرات مکانیکی، شیمیایی و حرارتی است. تجزیه و تحلیل آسیب پذیری نشان می دهد که حدود 70 درصد از تعداد کل آنها قطعاتی با عیوب سطحی تا عمق 0.4-2.0 میلی متر هستند. استفاده از سیستم های فیبر نوری برای رساندن پرتو لیزر به محل نقص، امکان تعمیر پره توربین را بدون از بین بردن آن باز می کند. اندازه منطقه تحت تأثیر حرارت از 15 میکرومتر تجاوز نمی کند. ساختار لایه رسوبی به خوبی پراکنده شده است.

برنج. 4.11. مقطع در محل لوله لحیم نشده قسمت یخچال

برنج. 4.12. سنگ زنی محل نقص پردازش شده در حالت جوشکاری-لحیم کاری

در طول فرآیند ساخت بخش های آب، ممکن است نقص هایی در قالب لحیم های از دست رفته رخ دهد. فناوری برای از بین بردن نشت های بخش با استفاده از لحیم کاری لیزر پالسی ایجاد شده است (شکل 4.11 و 4.12).

برای از بین بردن نشتی در یک درز لحیم شده، تابش لیزر پالسی از یک لیزر حالت جامد استفاده می شود. یک سیستم تلویزیونی تعبیه شده در فرستنده لیزر با استفاده از تعیین هدف بر اساس لیزر He - Ne (هلیوم - نئون) به شما امکان می دهد پرتو لیزر را با دقت به محل نقص هدایت کنید. تجهیز لیزر به سیستم فیبر نوری به شما این امکان را می دهد که نقایص را در مکان های صعب العبور از بین ببرید و به سرعت از یک نقص به نقص دیگر منتقل شوید.

پاشش پلاسما (یا به عبارت دیگر متالیزاسیون انتشار) روشی موثر برای تغییر خواص فیزیکی و مکانیکی و همچنین ساختار سطح اصلی است. بنابراین اغلب برای اهداف تزئینی و افزایش ماندگاری محصول نهایی استفاده می شود.

اصل پاشش پلاسما

مانند روش های سنتی پوشش سطح، متالیزاسیون انتشار شامل رسوب لایه ای از فلز یا آلیاژ دیگر بر روی سطح فلز است که دارای خواص لازم برای استفاده بعدی از قطعه - رنگ مورد نظر، مقاومت در برابر خوردگی، سختی است. تفاوت ها به شرح زیر است:

1. پلاسمای با دمای بالا (5000 - 6000 درجه سانتیگراد) به طور قابل توجهی فرآیند پوشش را سرعت می بخشد، که می تواند کسری از ثانیه طول بکشد.
2. در طول متالیزاسیون انتشار در یک جت پلاسما، عناصر شیمیایی از گازی که در آن عملیات انجام می شود نیز می توانند به لایه های سطحی فلز پخش شوند. بنابراین، با تنظیم ترکیب شیمیایی گاز، می توان به اشباع سطح ترکیبی فلز با اتم های عناصر مورد نظر دست یافت.
3. یکنواختی دما و فشار داخل جت پلاسما کیفیت بالای پوشش های نهایی را تضمین می کند که دستیابی به آن با روش های متالیزاسیون سنتی بسیار دشوار است.
4. اسپری پلاسما با مدت زمان بسیار کوتاه مشخص می شود. در نتیجه نه تنها بهره وری افزایش می یابد، بلکه گرمای بیش از حد، اکسیداسیون و سایر پدیده های سطحی نامطلوب نیز از بین می رود.

تنظیمات کاری برای اجرای فرآیند

از آنجایی که تخلیه الکتریکی اغلب برای شروع پلاسمای با دمای بالا - قوس، جرقه یا پالس استفاده می شود - تجهیزات مورد استفاده برای این روش کندوپاش شامل موارد زیر است:

• منبع ایجاد تخلیه: ژنراتور فرکانس بالا یا مبدل جوش.
• یک محفظه مهر و موم شده که در آن قطعه کار برای متالیزاسیون قرار می گیرد.
• مخزنی برای گاز که در اتمسفر آن پلاسمای با دمای بالا تشکیل می شود.
• پمپ یا واحد خلاء که فشار لازم را برای پمپاژ محیط کار یا ایجاد خلاء مورد نیاز فراهم می کند.
• سیستم های کنترل فرآیند

عملکرد یک مشعل پلاسما که سمپاشی پلاسما را انجام می دهد به شرح زیر است. قسمت اسپری شده در یک محفظه مهر و موم شده ثابت می شود و پس از آن یک تخلیه الکتریکی بین سطوح الکترود کار (که شامل عناصر پاشیده شده است) و قطعه کار تحریک می شود. در همان زمان، یک محیط مایع یا گاز با فشار مورد نیاز از طریق منطقه کار پمپ می شود. هدف آن فشرده سازی ناحیه تخلیه و در نتیجه افزایش چگالی حجمی توان حرارتی آن است. پلاسمای بسیار غلیظ تبخیر ابعادی فلز الکترود را فراهم می کند و به طور همزمان تجزیه در اثر حرارت محیط اطراف قطعه کار را آغاز می کند. در نتیجه لایه ای از ترکیب شیمیایی مورد نظر روی سطح تشکیل می شود. با تغییر مشخصات تخلیه - جریان، ولتاژ، فشار - می توانید ضخامت و ساختار پوشش اسپری شده را کنترل کنید.

فرآیند متالیزاسیون انتشار در خلاء نیز به همین ترتیب اتفاق می افتد، با این تفاوت که فشرده سازی پلاسما به دلیل اختلاف فشار در داخل و خارج ستون آن اتفاق می افتد.

تجهیزات تکنولوژیکی، مواد مصرفی

انتخاب ماده الکترود بستگی به هدف سمپاشی و نوع فلز در حال پردازش دارد. به عنوان مثال، برای قالب‌های سخت‌کننده، مؤثرترین الکترودها از آلیاژهای آهن نیکل ساخته می‌شوند که علاوه بر آن با عناصری مانند کروم، بور و سیلیکون آلیاژ می‌شوند. کروم مقاومت به سایش پوشش را افزایش می دهد، بور سختی را افزایش می دهد و سیلیکون تراکم پوشش تکمیلی را افزایش می دهد.

هنگام متالیزاسیون برای اهداف تزئینی، معیار اصلی برای انتخاب فلز الکترود کار، پیکربندی سطح مورد پاشیدن و همچنین ظاهر آن است. رسوب مس، به عنوان مثال، با استفاده از الکترودهای ساخته شده از مس الکتریکی M1 انجام می شود.

یک جزء ساختاری مهم فرآیند، ترکیب محیط است. به عنوان مثال، در صورت نیاز به بدست آوردن نیتریدها و کاربیدهای بسیار مقاوم در لایه اسپری شده، باید محیط های آلی حاوی کربن یا نیتروژن در گاز وجود داشته باشد.

پردازش بعدی پوشش نهایی

با توجه به ماهیت فرآیند، تراکم لایه اسپری شده و قدرت چسبندگی آن به فلز پایه همیشه برای اطمینان از دوام پوشش کافی نیست. بنابراین، اغلب پس از پردازش، قطعه در معرض ذوب سطحی بعدی با استفاده از شعله اکسیژن-استیلن یا در کوره های حرارتی قرار می گیرد. در نتیجه چگالی پوشش چندین برابر افزایش می یابد. پس از این، محصول با استفاده از ابزار کاربید آسیاب و پرداخت می شود.

با در نظر گرفتن تکمیل بعدی محصول، ضخامت لایه فلزی پس از پردازش حداقل 0.8 - 0.9 میلی متر در نظر گرفته می شود.

برای دادن خواص استحکام نهایی قطعه، آن را با استفاده از شرایط تکنولوژیکی توصیه شده برای فلز پایه سخت و تمپر می کنند.

پاشش پلاسما مقاومت حرارتی، مقاومت در برابر سایش و سختی محصولات را افزایش می دهد، توانایی آنها را برای مقاومت در برابر فرآیندهای خوردگی افزایش می دهد و پاشش برای اهداف تزئینی به طور قابل توجهی ظاهر قطعات را بهبود می بخشد.

محدودیت‌های فناوری پاشش پلاسمای انتشار، پیچیدگی بیش از حد پیکربندی قطعه کار، و همچنین پیچیدگی نسبی تأسیسات مورد استفاده است.

اگر الزامات یکنواختی لایه حاصل زیاد نباشد، می توان از تاسیسات ساده تری که از نظر ساختاری یادآور ماشین های جوشکاری نیمه اتوماتیک هستند استفاده کرد. در این حالت، اسپری پلاسما در یک حباب هوا انجام می شود که هنگام دمیدن ناحیه درمان توسط کمپرسور تشکیل می شود. الکترودهایی که حاوی فلز پاشیده شده هستند به صورت متوالی در امتداد خط محصول حرکت می کنند. برای بهبود چسبندگی فلز پاشیده شده به پایه، مواد پرکننده نیز به منطقه پاشش وارد می شود.