3.4. Устройство и схема установки плазменного напыления

В комплект установки УПН-201 входят: плазмотроны; источник электропитания; питатель порошка; станок с механизмом вращения детали и перемещения плазмотрона; пульт управления; система газоснабжения с баллонами газа; вытяжной шкаф; система вентиляции (воздуховод, теплообменник, вентилятор). Установка предназначена для ведения процесса напыления в атмосфере воздуха. Схема установки представлена на рисунке 3.2.

Пульт управления является оперативным блоком плазменной установки и предназначен для ее включения/отключения в режимах «Настройка» и «Работа», а также управления рабочими параметрами процесса напыления покрытия, в том числе регулирования тока, напряжения, расхода газов. Он содержит блокировочные схемы, отключающие работу плазменной установки при аварийных режимах (снижение давления воды, газа и др.).

Основной рабочий узел плазменной установки – плазмотрон, в котором генерируется плазменная струя и формируется высокоскоростной поток напыляемых частиц материала, находящихся в расплавленном или высокопластичном состоянии.

В настоящее время в зависимости от вида технологического процесса (резка, напыление, сварка, наплавка и др.), рода тока (постоянный, переменный), числа дуг (однодуговые, многодуговые) существует множество различных конструкций плазмотронов.

Для напыления порошковыми сплавами наибольшее распространение получили плазмотроны постоянного тока прямой полярности. Плазмотроны обратной полярности применяют, главным образом, для напыления на алюминиевые изделия.

Несмотря на большое разнообразие конструкций плазмотронов, принцип их действия и устройство примерно одинаковы. Принцип действия основан на сжатии дуги водоохлаждаемым соплом и проходящим через него газом. Плазмотрон состоит из водоохлаждаемых катода и анода, отделенных друг от друга изолятором, изготовленным чаще всего из текстолита. В катоде крепится вольфрамовый неплавящийся электрод, в аноде предусмотрены каналы для формирования плазменной дуги, подачи газов и порошка.

Электроэнергия, плазмообразующий газ, охлаждающая вода и порошковый материал подводятся к плазмотрону через пульт управления. На пульте расположены пусковые, измерительные сигнальные приборы и устройства для контроля давления и хода плазмообразующего и транспортирующего газов и охлаждающей воды. При недостаточных расходах и давлениях плазмообразующего газа или охлаждающей воды реле разрывает соответствующую электрическую цепь и автоматически отключает источник питания плазменной дуги, предохраняя тем самым плазмотрон от расплавления.

Конструкции плазмотронов должны обеспечивать выполнение следующих требований:

- надежность защиты сварочной ванны от вредного воздействия окружающего воздуха при минимальном расходе газа;

- стабильность работы плазмотронов в отношении поддержания постоянными заданных параметров сжатой дуги;

- большой срок службы при непрерывной работе;

- свободное прохождение порошка различной формы в зону напыления через каналы плазмотрона;

- возможность использования наплавочных металлов в виде проволок, прутков;

- достаточное и надежное охлаждение участков плазмотрона, подверженных высокой тепловой нагрузке;

- возможность напыления поверхностей заданной формы (наружные, внутренние и др.).

Эксплуатация плазмотронов в производственных условиях показала их высокую надежность (срок службы плазмотрона не менее шести месяцев). Плазмотрон выходит из строя из-за расплавления плазмообразующего сопла, происходящего в результате нарушения режима напыления: сила тока больше допустимой величины, замыкание плазмотрона на деталь. Наиболее частые технические неполадки: забивание наружного сопла недостаточно высушенным порошком, подгорание вольфрамового электрода. В первом случае сопло прочищают металлической щеткой, во втором - производят заточку и установку электрода.

Плазменная установка УПН-201 комплектуется плазмотронами: ПП-25 для напыления металлических порошков, ПМ-25 для напыления проволоки и нестандартным плазмотроном с выносным анодом для напыления металлических и керамических порошков, что значительно расширяет ее технологические возможности [11].

Плазмотрон с выносным анодом (нестандартный), по сравнению с другими, имеет ряд важных преимуществ:

- возможность производить напыление металлических и керамических порошков;

- возможность производить напыление в автоматическом и ручном режимах;

- возможность восстанавливать детали различной формы;

- простота замены катодного и анодного узлов.

Для перемещения плазмотрона и вращения детали применяется специальный станок. Схема станка представлена на рисунке 3.3.

Основанием конструкции является тележка, на которой установлены все основные модули станка. К тележке крепится V-образная балка, которая является направляющей для перемещения каретки.

Рисунок 3.3 – Схема станка

В передней бабке находится механизм вращения детали и перемещения каретки. Вращение шпинделя и перемещение каретки осуществляется от одного электродвигателя через червячный редуктор. Плазмотрон устанавливается в стойку на каретке. При напылении деталей значительной длины используется поддерживающий центр (задняя бабка).

После плазмотрона порошковый питатель является наиболее важным узлом установки, определяющим качество напыления. Свойства покрытий и технологические характеристики процесса напыления зависят от таких показателей работы порошкового питателя, как подача, ее равномерность, возможность одновременного напыления порошков различной зернистости и массы.

На ремонтных предприятиях применяют порошковые питатели различных типов (инжекторные, вертикально- и горизонтально-барабанные, шнековые и др.). Наибольшая стабильность подачи порошка достигается при использовании питателей с механической дозировкой.

В комплект установки УПН-201 входит порошковый питатель тарельчатого типа. Он состоит из бункера, миксера и дискового привода регулирования подачи порошка. Газовая система питателя состоит из ротаметра, предохранительных клапанов, электромагнитных вентилей, дросселей и шлангов. Управление работой питателя производится с помощью контроллера. Для привода питателя применяется электродвигатель постоянного тока типа КПА 563У2.

Питатель порошка может работать как в автономном режиме, так и управляться с центральной панели оператора. Порошок подается с помощью азота или аргона. Съемная колба может иметь ёмкость 1,5-5 л.