Газопламенное напыление

Сущность газотаменного напыления заключается в нагреве напыляемых материалов газовым пламенем и нанесении их на восстанавливаемую поверхность струей сжатого газа.

Тепло для нагрева материала получают путем сжигания ацетилена или пропан-бутана в кислороде, а переносится материал сжатым воздухом или продуктами сгорания углеводородного топлива. В качестве основного материала применяют порошки, проволоки и шнуры. Газопламенное напыление — один из немногих процессов, с помощью которых наносят покрытия из шнуров.

Распыленные металлические частицы, летящие со скоростью 120 м/с, попадают на подготовленную поверхность детали и формируют покрытие. Скорость газового потока 150…160 м/с.
Порошок подают, как правило, вдоль оси факела в его внутреннюю часть под действием транспортирующего газа или собственного веса. Проволоки и шнуры подают в восстановительную часть пламени.
Для восстановления деталей применяют три вида газопламенного напыления: без оплавления, с последующим оплавлением, с одновременным оплавлением (в литературе называют газопорошковой наплавкой).
Первый вид напыления — без оплавления — служит для восстановления деталей, не испытывающих деформации, температуру > 350 °С и знакопеременные нагрузки. Покрытия без оплавления наносят при восстановлении наружных и внутренних цилиндрических поверхностей подвижных и неподвижных соединений при невысоких требованиях к прочности соединения с основным материалом.
Последующее оплавление выполняют газокислородным пламенем, в индукторе или другим источником тепла для покрытий толщиной 0,5… 1,3 мм. Нанесенное покрытие оплавляют при восстановлении наружных и внутренних цилиндрических поверхностей подвижных и неподвижных соединений при повышенных требованиях к износостойкости и прочности соединения с основным материалом. Этот вид оплавления покрытий, полученных газопламенным напылением, применяют редко.
Газопламенное напыление с одновременным оплавлением покрытия используют для восстановления деталей из стали и чугуна при износе на сторону 1.3… 1,8 мм.

Пример технологического режима при газопламенном напылении вершин кулачков стального распределительного вала с одновременным оплавлением покрытия.
Применяют материал ПГ-10Н-01 грануляцией 40… 100 мкм. Расход порошка составляет 2.5…3.5 кг/ч. Горючий газ — ацетилен — подают под давлением не менее 0,1 МПа (расход его 350…600 л/ч). Кислород поступает под давлением 0,30…0,45 МПа (расход его 350…600 л/ч). Расстояние между мундштуком горелки и поверхностью детали при напылении покрытия 12…25 мм, при оплавлении 6… 10 мм.

Для газопламенного напыления выпускается много образцов горелок и оборудования.

Аппараты, использующие в качестве материала проволоку, следующие. Горелки типа МГИ выпускаются Барнаульским аппаратно-механическим заводом. Горелка МГИ-4 инжекторного типа снабжена воздушной турбиной и регулятором скорости подачи проволоки, горелка МГИ-4А работает на смеси ацетилена и кислорода, горелка МГИ-4П — на смеси пропан-бутана и кислорода. Станочный аппарат с программным управлением МГИ-5 имеет массу 136 кг. Аппарат УГПНпр массой 3 кг с электрическим приводом выпускает НИИТавтопром (Москва).

технические характеристики оборудования для газопламенного напыления

Аппараты, использующие в качестве материала порошки, следующие. Аппараты Барнаульского аппаратно-механического завода предназначены для работы: УГПЛ — с цинком и пластмассами, УГПЛ-П — с термопластическими полимерами, УГПНпор — с различными порошками. Аппараты 01.02-11, 021-3 и 021-4 Ремдеталь выпускает Липовецкий опытный завод «Ремдеталь». Аппараты 011-1-01 Ремдеталь и 011-1-09 Ремдеталь производит Пышминский завод подъемно-транспортного оборудования. Аппараты ГАЛ-2, -4, -5 и -6 выпускают московские предприятия ЦНИИТмаша и ВНИИавтогенмаша. Наплавочные горелки типа ГН изготовляют предприятия ВНИИавтогенмаша. Аппараты ГН-1-02, ГН-2-02, ГН-3-02 и ГН-4-02 работают на ацетилене с кислородом, горелка ГН-3-02 имеет водяное охлаждение. Аппараты ГН-2П-02 и ГН-ЗП-02 функционируют на пропан-бутане и кислороде.

Институт надежности машин НАН Беларуси производит аппараты УПТР-1-78 и УПТР-1-85, а Белорусское республиканское НПО порошковой металлургии (Минск) — аппараты УПТР-86, УГПН-П, УГПН-У. Институт электросварки им. Е.О. Патона выпускает аппараты Л5405, УН-121 и УГПН-005.

Установка «Jetkoot» (США) обеспечивает скорость газового потока 3000…4000 м/с, при этом скорость частиц порошка размером 2…20 мкм достигает 400…600 м/с. Пористость покрытия < 2 %, прочность его соединения с восстанавливаемой поверхностью до 70 МПа, шероховатость наружной поверхности слоя Rz 29 мкм. Разработан аппарат для сверхзвукового напыления «Топас» (Киев).

Для газопламенного напыления покрытий на шейки валов ВНИИТУВИД «Ремдеталь» создал установку 011-1-01 блочно-модульного строения, которая разработана на базе установки 011-1-00 для наплавки валов. НИИТавтопром предлагает установку для газопламенного напыления шеек коленчатых валов двигателей ЗИЛ-130. Линия 5835 служит для нанесения износостойких покрытий на вилки коробок передач.

Некоторые горелки и аппараты для газопламенного напыления приведены в табл. 3.67.

По мощности пламени газовые горелки подразделяются на микромощные (до 60 л/ч), малой (до 700 л/ч), средней (до 2500 л/ч) и большой мощности (до 7000 л/ч), а по степени механизации — на ручные и машинные. В зависимости от способа подачи горючего газа горелки делят на инжекторные и безинжекторные.
Активирование газопламенного напыления обеспечивается эффективным теплообменом между пламенем и материалом, а также качественным смешением рабочих газов.

Газопламенное напыление шеек коленчатого вала

Высокое качество покрытий, нанесенных газопламенным напылением, дает термораспылительная проволочная установка «Терко», разработанная в Институте надежности машин НАН Беларуси. Эта установка демонстрирует также надежную работу. В комплект установки (рис. 3.33) входят: термораспылительный пистолет, малогабаритный блок управления подачей рабочих газов, блок управления электроприводом подачи проволоки, распылительные головки для работы на различных горючих газах (ацетилене или пропан-бутане).

Термораспылительный пистолет «Терко» позволяет активировать процесс напыления материала. Кроме того, в отличие от других установок в механизм подачи проволоки установки «Терко» встроен электропривод, а не воздушная турбина, что значительно повышает точность регулирования скорости транспортировки проволоки. Используется дешевый горючий газ — пропан-бутан. Установка снабжена быстросъемными разъемами типа байонет, имеет трехступенчатую защиту от обратных ударов пламени, легко транспортируется (общая масса со шлангами 14,6 кг).

С помощью установки «Терко» наносят покрытия из проволочных и прутковых материалов диаметром 1,6…3,5 мм с производительностью до 6 кг/ч (по стали). Малое количество хрупких оксидов, значительное количество интерметаллидов, образование закалочных структур и достаточно высокая пластичность напыленного слоя создают предпосылки для применения покрытий в новых условиях работы и расширения области их распространения. Стальные покрытия имеют пористость 2…4 %, плотность покрытий из алюминиевых сплавов практически приближается к плотности литого материала. Прочность соединения покрытия с основой составляет > 30 МПа.

Как показал опыт ИТК «Надежность машин» (Минск), эффективно применение электродугового и газопламенного напыления проволочными материалами деталей, работающих в трущихся сопряжениях (коленчатых валов, осей, подшипников скольжения, направляющих) и поверхностей отверстий под подшипники.
Фирма «Castolin + Eutektic» (Швейцария) выпускает установки для газопламенного напыления «CastoDin 2000» и «Rototec 80».

Покрытия, полученные газопламенным напылением шнуровых материалов, представляют альтернативу плазменным покрытиям. Покрытия, полученные газопламенным напылением шеек валов шнуровыми материалами, показывают высокие эксплуатационные качества, однако высокая стоимость шнуров (35…45 долл. США за килограмм) сдерживает их широкое применение в ремонтном производстве. Стоимость шнуровых материалов, необходимых, например, для восстановления чугунного коленчатого вала, превышает стоимость отливки этой детали.