Оборудование для сверхзвукового плазменного напыления plazer 50-pl, plazer 80-pl-s и plazer 180-pl-s

Назначение

Установки PLAZER 50-PL, PLAZER 80-PL-S и PLAZER 180-PL-S предназначены для нанесения износостойких, коррозионностойких, жаростойких, теплозащитных и специальных покрытий путем напыления порошков из металлов, сплавов, карбидов, боридов, оксидов и т.п., а также порошковых смесей или композиционных порошков, состоящих из металлов и оксидов (карбидов, боридов) и металлокерамических покрытий. Размер частиц применяемых порошков 10-125 мкм. Толщина наносимых покрытий от 20-50 мкм до 1-2 мм и более.

В качестве плазмообразующего газа используется воздух с небольшими (около 5%) добавками горючего газа (метана или пропан-бутана). Это оборудование обеспечивает реализацию сверхзвукового плазменного процесса без применения дорогих и дефицитных газов. Расход воздуха для сверхзвукового напыления (например, на уровне 50 м³/час) обеспечивает серийный компрессор. Высокоэнтальпийная плазма воздуха с пропаном или метаном позволяет полностью расплавить в ней практически все тугоплавкие материалы (например, оксид циркония, оксид хрома) и получить из них высококачественные покрытия. Еще одним преимуществом является уменьшение угла раскрытия двухфазного потока благодаря ламинаризации сверхзвукового течения. При этом резко уменьшается разброс скоростей и температур центральных и периферийных напыляемых частиц.

Установка может работать при до- или сверхзвуковом режимах истечения плазменной струи.

Переход к сверхзвуковой скорости истечения плазменной струи приводит к повышению эффективности разгона напыляемых частиц и снижению интенсивности нагрева. Увеличение скорости частиц напыляемого материала в момент встречи с основой в 3 — 4 раза обеспечивает повышение их кинетической энергии в 9 — 16 раз, что приводит к качественному скачку всех служебных свойств напылённых покрытий.

Процесс также отличается повышенной производительностью процесса напыления — до 25-50 кг/час напыляемого материала для металолических покрытий до 10-25 кг/час — для оксидних покрытий.

Основные параметры установок PLAZER^® для сверхзвукового воздушно-газового плазменного напыления покрытий

Технические характеристики установки PLAZER 180-PL-S

Данное оборудование выполнено по блочно-модульной схеме и содержит следующие основные блоки: блока плазмотрона, кабель-шланговый пакет, система порошковых питателей, система управления, блок газоподготовки, специализированный источник электропитания.

Общий вид и габаритные размеры установки PLAZER 180-PL-S:

1- плазмотрон; 2-порошковый питатель (дозатор); 3-шкаф управления; 4-блок газоподготовки; 5-кабели и соединительные шланги для газа и воды; 6-источник электропитания ( электропривод ССЭ); 7-трансформатор (входит в комплект электропривода ССЭ); 8-реактор (входит в комплект электропривода ССЭ);

Блок плазмотрона содержит сверхзвуковой плазмотрон, коллекторный узел, устройство подачи напыляемого порошка в канал (под срез) сопла, блок крепления с устройством охлаждения детали и предназначен для преобразования электрической энергии в тепловую в виде плазменной струи, в которой происходит разогрев и разгон напыляемого порошкового материала.

а — плазмотрон для сверхзвукового напыления мощностью 180 кВт, б — недорасширенная сверхзвуковая плазменная струя 1,5 Маха, в — разогрев до плавления и разгон до 600-700 м/сек напыляемого порошка.

Плазмотрон выполнен по трехэлектродной схеме и содержит водоохлаждаемые пленочный катод с гафниевой активной вставкой, нейтральную одиночную межэлектродную вставку и выходное сопло-анод. Температурное поле надежно фиксирует среднюю длину дуги между торцевым катодом и полым анодом. Дуговой канал рассчитан таким образом, что вниз по потоку плазмы в канале сопла анода нарастает толщина пограничного слоя. При сверхкритическом перепаде давлений (в канале сопла по отношению к атмосферному) на расстоянии ~ 0,5 его диаметра до среза сопла формируется искусственное критическое сечение за счет «сброса» пограничного слоя. В таком режиме плазмотрон генерирует недорасширенную сверхзвуковую струю с числом Маха 1,3 — 1,5. Напыляемый порошок может подаваться либо на срез сопла плазмотрона, либо в канал в области критического сечения.

Сверхзвуковой плазмотрон установки PLAZER 180-PL-S имеtт ряд конструктивных особенностей, которые обеспечивает:

1. Рекордно высокую для плазменного и газотермического напыления производительность процесса нанесения покрытий (до 25 и выше кг напыляемого материала в час).

2. Простоту, удобство обслуживания, надежность и ремонтопригодность.

3. Коэффициент полезного действия 80-85%.

4. Высокую степень стабилизации длины дуги.

5. Широкий диапазон регулирования среднемассовой энтальпии в плазменной струе.

6. Снижение пульсаций (регулярных и нерегулярных) параметров дуги и, соответственно, плазменной струи.

7. Подавление крупномасштабной турбулентности в плазменной струе и, соответственно, уровня рассеивания напыляемых частиц.

8. Воспроизводимость всех параметров плазменной струи (скорость и энтальпия, их пульсационные и осредненные значения, профили поперек струи и распределения вдоль) в течение заданного гарантированного времени работы плазмотрона.

При напылении таким сверхзвуковым плазмотроном даже без тщательной оптимизации процесса значительно улучшаются все качественные показатели покрытий. Пористость снижается с 8 — 12 % до 1 — 3 %, при оптимизации может быть получена нулевая пористость. Прочность сцепления покрытия с основой зависит от напыляемого материала, но в любом случае она увеличивается в 1,5 — 2 раза по сравнению с плазменным напылением при дозвуковых режимах. Степень окисленности и выгорания элементов (углерода) снижается на 50 — 80 %, в отдельных случаях удаётся получить покрытие по химическому составу совпадающее с исходным материалом.

Плазмотрон предназначен для механизированного напыления и может быть закреплен на суппорте любого станка или другого механического приспособления. Камера с приточно-вытяжной вентиляцией выбирается в зависимости от размеров и форм напыляемого изделия, механизмов для их крепления и перемещения.

Система управления предназначена для контроля готовности комплекта плазменной аппаратуры, пуска и остановки процессов напыления, визуального наблюдения и регулировки параметров режима, а также для передачи к плазмотрону электрического питания, плазмообразующих газов и охлаждающей среды.

Система управления состоит из следующих модулей:

• модуля газоэлектрического плазмообразующего и охлаждающего воздуха;
• модуля газоэлектрического транспортирующего газа;
• модуля водяного;
• модуля электрического дуги;
• модуля коллекторного;
• Модуля поджига дуги;

При снижении расхода жидкости или температуры относительно начального значения на 10% генерируется тревожный сигнал системы охлаждения. Предусмотрена возможность отключения этого сигнала оператором в случае, если динамика падения давления в питающей магистрали не носит катастрофический характер. При этом фиксируется текущее значение расхода воды, с которым в дальнейшем происходит аналогичное сравнение.

Выбор единиц измерения расхода газов осуществляется пользователем из списка: л/мин, м³/час. Расход газа калибруется независимо по каждому из родов газа с возможностью сохранения калибровочных предустановок. Предусмотрена возможность активации и отключения каждого из каналов как на стадии подготовки к пуску, так и в ходе измерений. Эволюция расходов по каждому из активированных каналов отображается графически с возможностью изменения масштабов по обеим осям. Рядом с графиком по каждому из активированных каналов отображается род газа, уставка и текущее значение расхода. Если разница установленного и измеренного значения расхода превышает устанавливаемый оператором порог, включается тревожный сигнал.

Блок газоподготовки предназначен для подачи и измерения расхода пропан-бутана в плазмообразующей смеси. Блок газоподготовки обеспечивает подготовку газовоздушной смеси в определенной пропорции и подачи ее к сверхзвуковому плазмотрону в качестве плазмообразующего газа. Блок газоподготовки содержит узлы и приборы подачи, регулировки и контроля горючего газа (пропан — бутана), смеситель плазмообразующего газа. На лицевой панели блока газоподготовки размещен ротаметр.

Вентиляция блока газоподготовки осуществляется естественным образом. Внутри блока смонтированы узлы и приборы регулировки и контроля горючего газа (пропана-бутана), соединённые трубопроводной арматурой. Смеситель служит для создания однородной газовоздушной смеси. Внутри блока газоподготовки размещены манометры, регулятор давления, дроссели и электронный расходомер.

Пневмораспределитель открывает доступ пропан-бутана к пропорциональному клапану, который регулирует подачу плазмообразующего газа в зависимости от давления управления. Расход газа контролируется ротаметром и поддерживается автоматически в зависимости от расхода плазмообразующего воздуха таким образом, чтобы заданная пропорция оставалась неизменной. Горючий газ подается только при условии горения электрической дуги и наличии управляющего давления плазмообразующего воздуха. Плазмообразующая смесь готовится в смесителе блока газоподготовки, куда поступает воздух из шкафа управления. Необходимая пропорция готовится регулятором расхода пропан-бутана, на который поступает управляющее давление воздуха из шкафа управления.

Система порошковых питателей состоит из двух порошковых питателей дозаторови предназначена для подачи и дозировки одного или двух разнородных порошковых материалов в ручном или автоматическом режиме по заранее заданной программе.

Специализированный источник электропитания используется для питания плазмотрона постоянного тока. Он обеспечивают включение и отключение дежурной дуги, плавное нарастание рабочего тока по основной цепи от минимального значения до предварительно заданного при пуске, стабилизацию заданного тока рабочей дуги с точностью не хуже 2,5 % в процессе работы, возможность изменения рабочего тока в процессе работы, контроль тока и напряжения нагрузки. Конструктивно выпрямитель выполнен в виде трех блоков: в одном блоке преобразовательном размещен автоматический выключатель, силовой магнитный пускатель, блок силовых тиристоров, печатные узлы системы управления, регулирования и защиты, панели со вспомогательными узлами (дежурной дуги), аппаратура управления и защиты, во втором силовой трансформатор, в третьем выходной дроссель.

Внешний вид установки PLAZER 180-PL-S.

Система порошковых питателей предназначена для подачи порошков к плазмотрону. Она включает в себя два питателя, состоящих из следующих основных узлов: опрокидывающегося герметичного бачка с прозрачной крышкой и тарельчатым механизмом дозировки, асинхронного электродвигателя с частотнорегулируемым приводом и редуктором, системы транспортирующего газа, поворотного механизма с фиксатором.

Порошковый питатель включает следующие основные компоненты: бункера (с возможностью опрокидывания) с дисковым дозатором; индукционный двигатель с частотным регулируемым приводом и понижающей передачей, система транспортировки газа (обеспечивающая подачу порошка в сверхзвуковую струю), привод поворотного механизма с замковым устройством.

Общая объем двух питателей для установки сверхзвукового плазменного напыления — не мене 10 литров порошка. Погрешность для подачи порошка менее 5%.

Скорость вращения дозирующего устройства порошкового питателя отображается на дисплее котроллера (промышленного компьютера) и регулируется вручную. Размер частиц транспортируемого порошка: 20-160 мкм. Производительность подачи порошка в сверхзвуковую струю — до 20кг/час и более (металл) и до 8-10 кг/час и более (керамика).

Порошковый питатель (дозатор) установки PLAZER 180-PL-S.

1- бункер; 2- корпус; 3- датчик производительности (расход газа); 4- лампочка «Сеть»; 5- ручка регулировки вращения; 6-кнопка «Пуск»; 7 кнопка «Подача»; 8- регулятор производительности; 9- манометр; 10- расходомер.

Процесс сверхзвукового плазменного напыления покрытий с помощью оборудования сверхзвукового плазменного напыления

К основному перечню деталей для сверхзвукового плазменного напыления покрытий с помощью оборудования PLAZER^® относятся различные детали машин и инструменты. Это детали компрессоров и горячего тракта авиационных и судовых газотурбинных двигателей, летательных аппаратов, компрессоров, роторы, валы турбин, плунжера, штоки, поршни различных насосов, штанги буровых скважин, детали гидравлического и энергетического оборудования, сушильные барабаны бумагоделательной промышленности, детаи оборудования текстильной промышленности, валы и прочие детали судовых дизелей и другого судового оборудования, детали химического оборудования, крупно-габаритные детали подвижного состава железно-дорожной техники (оси, коленчатые валы, шатуны и гильзы дизелей локомотивов).