Влияние параметров режима плазменного напыления токоведущей проволокой на фракционный состав распыляемых частиц
Установлена связь между параметрами режима плазменного напыления токоведущей проволокой и фракционным составом распыляемых частиц, производительностью процесса и прочностными характеристиками покрытия. Распыляли проволоку Нп65Г с помощью плазмотрона «Орнитоф-5М» в сосуд, наполненный водой, собранны...
Збережено в:
| Дата: | 2013 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2013
|
| Назва видання: | Автоматическая сварка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102145 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Влияние параметров режима плазменного напыления токоведущей проволокой на фракционный состав распыляемых частиц / Г.М. Русев, А.Г. Русев, В.В. Овсянников, О.Г. Быковский, А.Н. Пасько // Автоматическая сварка. — 2013. — № 01 (717). — С. 45-47. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-102145 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1021452016-06-11T03:02:21Z Влияние параметров режима плазменного напыления токоведущей проволокой на фракционный состав распыляемых частиц Русев, Г.М. Русев, А.Г. Овсянников, В.В. Быковский, О.Г. Пасько, А.Н. Производственный раздел Установлена связь между параметрами режима плазменного напыления токоведущей проволокой и фракционным составом распыляемых частиц, производительностью процесса и прочностными характеристиками покрытия. Распыляли проволоку Нп65Г с помощью плазмотрона «Орнитоф-5М» в сосуд, наполненный водой, собранные капли просеивали. Установлено, что при заглублении катода от 0 до 1,5 мм и расстоянии катод–анод от 8 до 14 мм, сварочном токе 120...220 А, расходе аргона в пределах 15…37,5 л/ч, расходе воздуха в пределах 12…22,5 м3/ч плазменное покрытие в основном формируется из фракций размерами 0,315…0,1 мм. Распыляемые частицы движутся с различной скоростью в центре и на периферии плазменного потока, так что преимущественное их количество переносится периферийной частью потока. Дистанция напыления изменялась в пределах 40…150 мм, на оптимальном расстоянии 100 мм содержание элементов в поверхностном слое составило 0,4…0,43 % C, 0,7…0,77 % Mn, 0,17% Si, остальное — Fe. Производительность процесса составляет 0,8…1,1 г/с, прочность сцепления покрытия на дистанции напыления 90…100 мм 80 МПа, твердость НВ 220…240, пористость 1…2 %. Послойное удаление более мелких и пылевидных фракций быстровращающейся металлической щеткой повышает когезионную прочность на 25…30 %. Нa оптимальных параметрах режима: dз = = 1,2…1,6 мм; Iсв = 170 А; Uд = 65 В; QAr = 30 л/мин; Qвозд = 16,5 м3/ч; дистанция напыления 100 мм, проволоками марок Нп65Г, ПП-100Х15М2Г2Р напыляют износостойкие покрытия на детали энергетического и металлургического оборудования. Библиогр. 2, табл. 1, рис. 2. 2013 Article Влияние параметров режима плазменного напыления токоведущей проволокой на фракционный состав распыляемых частиц / Г.М. Русев, А.Г. Русев, В.В. Овсянников, О.Г. Быковский, А.Н. Пасько // Автоматическая сварка. — 2013. — № 01 (717). — С. 45-47. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102145 621.793.7.669 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Производственный раздел Производственный раздел |
| spellingShingle |
Производственный раздел Производственный раздел Русев, Г.М. Русев, А.Г. Овсянников, В.В. Быковский, О.Г. Пасько, А.Н. Влияние параметров режима плазменного напыления токоведущей проволокой на фракционный состав распыляемых частиц Автоматическая сварка |
| description |
Установлена связь между параметрами режима плазменного напыления токоведущей проволокой и фракционным
составом распыляемых частиц, производительностью процесса и прочностными характеристиками покрытия. Распыляли проволоку Нп65Г с помощью плазмотрона «Орнитоф-5М» в сосуд, наполненный водой, собранные капли
просеивали. Установлено, что при заглублении катода от 0 до 1,5 мм и расстоянии катод–анод от 8 до 14 мм, сварочном
токе 120...220 А, расходе аргона в пределах 15…37,5 л/ч, расходе воздуха в пределах 12…22,5 м3/ч плазменное покрытие
в основном формируется из фракций размерами 0,315…0,1 мм. Распыляемые частицы движутся с различной скоростью
в центре и на периферии плазменного потока, так что преимущественное их количество переносится периферийной
частью потока. Дистанция напыления изменялась в пределах 40…150 мм, на оптимальном расстоянии 100 мм содержание
элементов в поверхностном слое составило 0,4…0,43 % C, 0,7…0,77 % Mn, 0,17% Si, остальное — Fe. Производительность
процесса составляет 0,8…1,1 г/с, прочность сцепления покрытия на дистанции напыления 90…100 мм 80 МПа, твердость
НВ 220…240, пористость 1…2 %. Послойное удаление более мелких и пылевидных фракций быстровращающейся
металлической щеткой повышает когезионную прочность на 25…30 %. Нa оптимальных параметрах режима: dз =
= 1,2…1,6 мм; Iсв = 170 А; Uд = 65 В; QAr = 30 л/мин; Qвозд = 16,5 м3/ч; дистанция напыления 100 мм, проволоками
марок Нп65Г, ПП-100Х15М2Г2Р напыляют износостойкие покрытия на детали энергетического и металлургического
оборудования. Библиогр. 2, табл. 1, рис. 2. |
| format |
Article |
| author |
Русев, Г.М. Русев, А.Г. Овсянников, В.В. Быковский, О.Г. Пасько, А.Н. |
| author_facet |
Русев, Г.М. Русев, А.Г. Овсянников, В.В. Быковский, О.Г. Пасько, А.Н. |
| author_sort |
Русев, Г.М. |
| title |
Влияние параметров режима плазменного напыления токоведущей проволокой на фракционный состав распыляемых частиц |
| title_short |
Влияние параметров режима плазменного напыления токоведущей проволокой на фракционный состав распыляемых частиц |
| title_full |
Влияние параметров режима плазменного напыления токоведущей проволокой на фракционный состав распыляемых частиц |
| title_fullStr |
Влияние параметров режима плазменного напыления токоведущей проволокой на фракционный состав распыляемых частиц |
| title_full_unstemmed |
Влияние параметров режима плазменного напыления токоведущей проволокой на фракционный состав распыляемых частиц |
| title_sort |
влияние параметров режима плазменного напыления токоведущей проволокой на фракционный состав распыляемых частиц |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2013 |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102145 |
| citation_txt |
Влияние параметров режима плазменного
напыления токоведущей проволокой на фракционный состав
распыляемых частиц / Г.М. Русев, А.Г. Русев, В.В. Овсянников, О.Г. Быковский, А.Н. Пасько // Автоматическая сварка. — 2013. — № 01 (717). — С. 45-47. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT rusevgm vliânieparametrovrežimaplazmennogonapyleniâtokoveduŝejprovolokojnafrakcionnyjsostavraspylâemyhčastic AT rusevag vliânieparametrovrežimaplazmennogonapyleniâtokoveduŝejprovolokojnafrakcionnyjsostavraspylâemyhčastic AT ovsânnikovvv vliânieparametrovrežimaplazmennogonapyleniâtokoveduŝejprovolokojnafrakcionnyjsostavraspylâemyhčastic AT bykovskijog vliânieparametrovrežimaplazmennogonapyleniâtokoveduŝejprovolokojnafrakcionnyjsostavraspylâemyhčastic AT pasʹkoan vliânieparametrovrežimaplazmennogonapyleniâtokoveduŝejprovolokojnafrakcionnyjsostavraspylâemyhčastic |
| first_indexed |
2025-07-07T11:54:41Z |
| last_indexed |
2025-07-07T11:54:41Z |
| _version_ |
1836989055572639744 |
| fulltext |
УДК 621.793.7.669
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА
ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ ТОКОВЕДУЩЕЙ ПРОВОЛОКОЙ
НА ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ РАСПЫЛЯЕМЫХ ЧАСТИЦ
Г. М. РУСЕВ1, А. Г. РУСЕВ1, В. В. ОВСЯННИКОВ1, О. Г. БЫКОВСКИЙ2, А. Н. ПАСЬКО2
1НПП «Плазматех». Украина, 69000, г. Запорожье, ул. Гоголя, 4;
2Запорожский национальный технический университет МОН Украины.
Украина, 69063, г. Запорожье, ул. Жуковского, 64. E-mail: root@zstu.zaporizhe.ua
Установлена связь между параметрами режима плазменного напыления токоведущей проволокой и фракционным
составом распыляемых частиц, производительностью процесса и прочностными характеристиками покрытия. Рас-
пыляли проволоку Нп65Г с помощью плазмотрона «Орнитоф-5М» в сосуд, наполненный водой, собранные капли
просеивали. Установлено, что при заглублении катода от 0 до 1,5 мм и расстоянии катод–анод от 8 до 14 мм, сварочном
токе 120...220 А, расходе аргона в пределах 15…37,5 л/ч, расходе воздуха в пределах 12…22,5 м3/ч плазменное покрытие
в основном формируется из фракций размерами 0,315…0,1 мм. Распыляемые частицы движутся с различной скоростью
в центре и на периферии плазменного потока, так что преимущественное их количество переносится периферийной
частью потока. Дистанция напыления изменялась в пределах 40…150 мм, на оптимальном расстоянии 100 мм содержание
элементов в поверхностном слое составило 0,4…0,43 % C, 0,7…0,77 % Mn, 0,17% Si, остальное — Fe. Производительность
процесса составляет 0,8…1,1 г/с, прочность сцепления покрытия на дистанции напыления 90…100 мм 80 МПа, твердость
НВ 220…240, пористость 1…2 %. Послойное удаление более мелких и пылевидных фракций быстровращающейся
металлической щеткой повышает когезионную прочность на 25…30 %. Нa оптимальных параметрах режима: dз =
= 1,2…1,6 мм; Iсв = 170 А; Uд = 65 В; QAr = 30 л/мин; Qвозд = 16,5 м3/ч; дистанция напыления 100 мм, проволоками
марок Нп65Г, ПП-100Х15М2Г2Р напыляют износостойкие покрытия на детали энергетического и металлургического
оборудования. Библиогр. 2, табл. 1, рис. 2.
К л ю ч е в ы е с л о в а : плазменное напыление, распыляемые частицы, токоведущая проволока, фракционный состав,
параметры режима, прочность сцепления, производительность
Плазменное напыление токоведущей проволокой
может выполняться в широких диапазонах тех-
нологических параметров в зависимости от кон-
струкции плазмотрона. Изменение параметров
влияет на фракционный состав напыляемых час-
тиц и степень их окисления, количество перено-
симого ими тепла, температуру подложки (изде-
лия), термический цикл нанесенного покрытия,
его прочность, плотность, а также производитель-
ность самого процесса.
Исследования проводили с использованием
плазмотрона марки «Орнитоф-5М» [1] по схеме,
приведенной в [2]. Проволоку марки Нп65Г ди-
аметром 1,2 мм распыляли в наполненный водой
сосуд диаметром 250 мм с дистанции 320 мм. Об-
разовавшиеся капли (фракции) извлекали из со-
суда, просушивали и просеивали в ситах с ячей-
ками 2,5; 1,6; 1,0; 0,63; 0,4; 0,315; 0,2; 0,16; 0,1;
0,063; 0,05 мм.
Важными параметрами плазмотрона, влияю-
щими на режим плазменного напыления, явля-
ются заглубление катода и расстояние катод–
анод, определяющие напряжение на дуге. Пре-
делы их изменения приведены на рис. 1.
Распыление производили при токах 160 и
170 А, другие параметры принимали такими: рас-
ход аргона QAr = 30 л/мин, расход воздуха Qвозд =
= 16,5 м3/ч. Время распыления составило 100 с.
Установлено, что при изменении заглубления ка-
тода от 0 до 1,5 мм напряжение на дуге возрастает
от 60 до 66 В при токе 170 А и от 59 до 63 В
при токе 160 А. Производительность распыления
составляет 1 г/с при токе 170 А и 0,8…0,84 г/с
© Г. М. Русев, А. Г. Русев, В. В. Овсянников, О. Г. Быковский, А. Н. Пасько, 2013
Рис. 1. Схема вариантов межэлектродных промежутков: а —
заглубление катода (катодный узел); б — расстояние катод–
анод (анодный узел)
1/2013 45
при токе 160 А, а угар составляет соответственно
18…22 и 15…20 %.
Фракционный состав капель почти не зависит
от изменения тока и находится в определенных
пределах по мере возрастания параметров (таб-
лица).
Для анодного узла плазмотрона установлено,
что при изменении расстояния катод–анод от 8
до 14 мм напряжение на дуге возрастает от 54
до 69 В при токе 170 А и от 52 до 67 В при
токе 160 А. Производительность распыления воз-
растает от 0,83 до 1 г/с при токе 170 А, для тока
160 А этот показатель несколько ниже и лежит
в пределах 0,74…0,94 г/с, потери металла на угар
выше при токе 170 А (16…22 %), а при токе
160 А они достигают 15…16 %. Фракционный
состав изменяется мало и находится в тех же пре-
делах, что и для заглубления катода (таблица).
По результатам испытаний принято, что для токов
160…170 А заглубление катода должно состав-
лять 0,5 мм, а расстояние катод–анод рекомен-
довано выбирать в пределах 9…11 мм, при этом
сохраняется высокая стабильность процесса.
При этих параметрах исследовали влияние сва-
рочного тока, который изменялся в пределах
120...220 А.
Установлено, что по мере увеличения свароч-
ного тока производительность и потери на угар
возрастают соответственно от 0,6 до 1,15 г/с и
от 8 до 14 %. Твердость напыленного слоя на
образце-свидетеле снижается с НВ 278 до 222,
что может быть связано с повышенным выгора-
нием углерода и легирующих элементов. Фрак-
ционный состав напыляемых частиц изменяется
в ту или иную сторону (таблица), при этом со-
держание фракции размером 0,315 мм имеет тен-
денцию к снижению, хотя она остается самой
крупной составляющей.
При визуальном наблюдении плазменного по-
тока было замечено, что частицы движутся с раз-
личной скоростью в центре и на периферии, что,
очевидно, связано с их разной массой. Для ис-
следования этого явления использовали четыре
стеклянных сосуда, наполненных водой. Сосуды
диаметром 40, 65, 90 и 250 мм были вставлены
один в другой. Расстояние от плазмотрона до
уровня поверхности воды составило 320 мм, а
сварочный ток изменяли от 120 до 200 А. Уста-
новлено, что масса фракций в центральной части
(сосуд диаметром 40 мм) с повышением тока
возрастает от 16 до 24 г или несколько снижается
(сосуд диаметром 90 мм) от 20 до 11 г, а в пе-
риферийной части (сосуд диаметром 250 мм) су-
щественно возрастает — от 22 до 35 г.
Это свидетельствует о преимущественном пе-
реносе напыляемого материала периферийной
частью плазменного потока. Фракционный состав
частиц также изменяется по сечению плазменного
потока. Так, содержание крупных частиц 0,2 мм
в центре составляет 33…37 %, а на периферии сни-
жается до 17…24 %. Фракции размером 0,315; 0,16;
0,1 мм составляют 15…18 % в центре потока, а
на периферии их содержание снижается до
11…14 %. С повышением тока количество фракции
0,1 при 0,16 мм увеличивается до 18…25 %, а при
0,315 мм снижается до 8…10 %. Крупные фракции
0,4 мм, фракции менее 0,1 мм и пыль составляют
1…6 % в центре потока и 6…9 % на периферии.
С повышением сварочного тока содержание круп-
ных фракций несколько снижается, а мелких воз-
растает до 20…23 %.
Масса переносимых частиц существенно за-
висит от расхода плазмообразующего и транспор-
тирующего газов. Степень окисления распыляе-
мых частиц, их скорость и фокусировка, напря-
жение также будут зависеть от расхода этих газов.
Исследование проводили на токах 160…170 А,
причем вначале изменяли расход воздуха при пос-
тоянном расходе аргона, а потом расход аргона
при неизменном расходе воздуха.
При увеличении расхода воздуха напряжение
возрастает от 60 до 64 В, при этом производи-
тельность достигает максимума 0,9 г/с.
При увеличении расхода воздуха в пределах
12…22,5 м3/ч фракционный состав частиц меня-
ется мало (таблица). При расходе воздуха менее
12,5 м3/ч происходит повышенный нагрев сопла,
что может привести к его быстрому выходу из
строя.
В качестве оптимального был принят расход
воздуха 15…17 м3/ч. При увеличении расхода ар-
гона от 15 до 37,5 л/мин производительность про-
Результаты экспериментальной оценки влияния технологических параметров напыления на фракционный состав
распыляемого металла, %
Параметр
Размер фракции, мм
2,5…0,4 0,315 0,2 0,16 0,1 <0,1 и пыль
Заглубление катода 4...8 8...10 26…28 15…16 20…24 12…13
Расстояние катод–анод 5 6...8 24...26 18...19 22...23 12...13
Сварочный ток 5...8 34...23 18...13 18...22 10...15 7...9
Расход воздуха 5...4 9...10 30...29 16...17 19...20 7...12
Расход аргона 4...3 12...8 25...28 16...17 23...24 14...10
46 1/2013
цесса возрастает от 0,82 до 1,02 г/с, причем при
расходе аргона 30 л/мин снижается до 0,73 г/с
(QAr = 37,5 л/мин при токе 160 А). При сварочном
токе 170 А производительность возрастает с 0,96
до 1,09 г/с при расходе аргона 20 л/мин, после
чего снижается до 0,85 г/с при расходе аргона
37,5 л/мин.
Замечено, что при расходе аргона менее
30 л/мин имеет место более интенсивный нагрев
сопла и повышенный расход вольфрамового элек-
трода, что определило в качестве оптимального зна-
чения расход аргона 30 л/мин. Стабильность плаз-
менного процесса оказалась выше при сварочном
токе 170 А. Фракционный состав частиц практи-
чески не изменяется (см. таблицу). Производитель-
ность при этом составляет 0,98…1,0 г/с.
Поскольку при плазменно-дуговом напылении
частицы разогреваются до температур, значитель-
но превышающих температуру плавления, а их
движение происходит в аргонно-воздушной среде,
они непрерывно взаимодействуют с кислородом
и азотом воздуха, в результате чего состав ис-
ходного материала, нанесенного на подложку, из-
меняется. Степень взаимодействия металла с га-
зовой средой в значительной степени будет за-
висеть от дистанции напыления.
Дистанцию напыления изменяли в пределах
от 40 до 150 мм, остальные параметры режима
плазменного напыления были постоянными: ди-
аметр электрода 1,2 мм, сварочный ток 170 А,
напряжение на дуге 65 В, расход аргона 30 л/мин,
расход воздуха 16,5 м3/ч.
Установлено, что наибольшая прочность покры-
тия, определенная методом штифтовой пробы, была
достигнута на дистанции напыления 90…100 мм и
составила 80 МПа при толщине покрытия 0,5 мм.
При этом содержание элементов в поверхностном
слое равнялось, %: 0,4…0,43 C, 0,7…0,77 Mn, 0,17
Si, остальное — Fe.
Твердость покрытия составила HВ 220…240,
а пористость напыленного слоя находилась в пре-
делах 1…2 %.
Важным технологическим приемом является
обработка каждого напыленного слоя поверхнос-
ти стальной быстровращающейся щеткой, которая
отделяет плохо прикрепившиеся к поверхности
частицы. Их фракционный состав представлен на
рис. 2, из которого следует, что основной сост-
авляющей (84 %) является мелкая и пылевидная
фракции, препятствующие полноценному коге-
зионному сцеплению частиц. В результате пос-
лойной механической обработки можно повысить
когезионную прочность сцепления покрытия на
27 %.
Выводы
1. Увеличение сварочного тока и расхода аргона
приводит к возрастанию напряжения на дуге.
2. Параметры режима плазменного напыления,
рассмотренные в данной работе, не оказывают су-
щественного влияния на фракционный состав на-
пыляемых частиц, которые имеют преимущест-
венно размер 0,1…0,315 мм.
3. Частицы размером менее 0,1 мм и пыле-
видные фракции имеют низкую когезионную спо-
собность, а их послойное удаление быстровра-
щающейся стальной щеткой позволяет повысить
когезионную прочность сцепления покрытия на
27 %.
1. Пат. 45253 Україна, 7 Н05Н1/100, 1/24, Н05В7/18
В23К10/00. Електродуговий плазмотрон / Г. М. Русєв,
С. М. Кисельов, В. В. Овсяніков, М. П. Галюк. —
№ 2001074789; заявл. 10.07.2001; опубл. 15.10.2003,
Бюл. № 10.
2. Технология восстановления и упрочнения наружных и
внутренних поверхностей тел вращения и плоских по-
верхностей плазменным напылением / Г. М. Русев, В. В.
Овсянников, С. М. Киселев, Н. Ф. Галюк // Автомат.
сварка. — 2000. — № 12. — С. 61–62.
Поступила в редакцию 06.09.2012
Рис. 2. Фракционный состав напыленных частиц, послойно
удаленных с поверхности изделия
1/2013 47
|