А. Некрасов

Важнейшей проблемой современной техники является повышение надежности и долговечности машин и оборудования, осуществляемой, как правило, путем упрочнения отдельных узлов, лимитирующих срок службы изделия, или их восстановления. Одним из способов упрочнения и восстановления различных деталей и узлов машин и механизмов, а также создание материалов, отвечающих повышенным эксплуатационным требованиям, является разновидность газотермического напыления – электродуговая металлизация.

Процесс электродуговой металлизации заключается в том, что покрытие формируется из капель жидкого металла, движущихся в струе сжатого воздуха. Нагрев и плавление распыляемого металла происходит за счёт тепла электрической дуги, горящей между расходуемыми проволоками – электродами одинаковыми или разными по составу. Проволоки подаются непрерывно с постоянной скоростью по двум каналам горелки, из которых образуется распыляемый металл, жидкий металл сдувается с торцов электродов, дробится под воздействием газодинамических и электромагнитных сил, и в виде капель движется в направлении действия этих сил (Рис 1.1.).

Преимущества технологии напыления

1.1. Возможность нанесения покрытий на изделия, изготовленные практически из любого материала. Напылением можно наносить покрытия на изделия, изготовленные не только из металла, но и из стекла, фаянса и фарфора, органических (включая дерево, ткань, бумагу, картон) и многих других материалов. Этим преимуществом не обладает ни один из известных способов поверхностной обработки, из которых одни пригодны только для металлов, а другие, хотя и обладают многими ценными преимуществами, применимы не для всех материалов.

1.2. Возможность напыления разных материалов с помощью одного и того же оборудования.

1.3. Отсутствие ограничений по размеру обрабатываемых изделий.

1.4. Возможность широкого выбора материалов для напыления. Для напыления можно использовать различные металлы, сплавы.

1.5. Небольшая деформация изделий под влиянием напыления. Многие способы поверхностной обработки изделия требуют нагрева до высокой температуры всего изделия или значительной его части, что часто становится причиной его деформации.

У выпускаемых серийно отечественных и зарубежных металлизаторов существуют следующие минусы: в металлизаторе ЭМ-14 происходит сброс рабочих параметров спустя некоторое время работы.

Большое влияние на стабильность работы аппарата оказывает постоянство давления воздуха поступающего из компрессора, т.к. на аппарате установлена гидротурбина приводящая в движение механизм подачи проволоки.

2.1. В аппарате ЭМ-14 Рис 1.2 использована закрытая схема сопла (Рис 1.3.) угол раскрытия струи, в зависимости от настройки, составляет 40–70º, коэффициент использования материала составляет (КИМ)=0,5–06.

Помимо этого, большой угол распыла приводит к налипанию капель расплавленного металла на сопло, что снижает его стойкость и нарушает параметры настройки.

2.2. В аппарате ЭМ-17 Рис 1.4 были выявлены следующие минусы: малое выходное отверстие на периферии сопла.

Оно не обеспечивает достаточного расхода газа для того, чтобы сжать поток напыляемых капель к оси струи. Это приводит к снижению КИМ, уменьшению скорости капель на периферии струи, что ухудшает качество покрытия.

Двухроликовый механизм не обеспечивает стабильной подачи проволоки продолжительное время работы. Данный аппарат является узкоспециализированным стационарным прибором и предназначен только для цеховых работ в условиях автоматизированных производств.

2.3. Недостатком установки электродуговой металлизации С-14-А (Рис 1.5) является невозможность ее использования на открытом воздухе и в сырых помещениях. В установке в точку схождения двух проволок и горения дуги воздух поступает из стальной трубки с текстолитовым наконечником. При смене трубки возможно ее касание с токоведущими направляющими, это приводит к не симметричности струи распыленногометалла и нестабильности дуги.

Также данная установка предназначена для работы только на одном диаметре проволок 1,6 мм, что также снижает его универсальность использования и конкуренцию среди других аппаратов.

2.4. Электродуговой металлизатор ARCJET GUN (MC — 8830) Данная разработка, с закрытой системой дополнена установкой обжимающего сопла, что обеспечивает более узкий факел распыла. На Рис 1.6 видно, что угол раскрытия струи такого аппарата составляет порядка 15–20º.

Однако такая конструкция не позволяет целенаправленно влиять на область образования расплавленных капель – зону горения дуги.

В данной установке могут использоваться диаметры проволок только американского стандарта, что вызывает сложность его использования в России.

2.5. В установках: УЭМ-400 TH, УЭМ 500-ТЛ, ТСЗП-LD/U2 300, ТСЗП SPARK 400 и др. Исходя, из того, что источник питания является трансформаторным, можно сделать следующие выводы:

Источник питания имеет большие габариты и массу, следовательно, может использоваться только в цеховых условиях. Ступенчатое регулирование не обеспечит точной настройки процесса. В аппарате УЭМ – 400 ТН используется механизм тянущего типа, следствием чего, является большой вес пистолета – 10 кг с пакетом шлангов, что также затрудняет его использование продолжительное время в ручном режиме. Кроме того главный минус всех трансформаторных источников является большая зависимость от входного напряжения, любые скачки которого, приводят к сбою процесса и высокое потребление электроэнергии.
Таким образом, проведя анализ существующих металлизатров, сотрудниками компании ООО «АСОИК» было принято решение в создании новой установки с учетом минусов существующих аппаратов.

Создание новой установки металлизации компанией ООО «АСОИК» В качестве источника питания был взят аппарат компании ФЕБ МАГМА – 315 У.

Система управления источника ФЕБ-315«МАГМА» построена на базе универсального микроконтроллера. Является гибкой и настраиваемой системой посредством изменения программного обеспечения. Она не только постоянно контролирует состояние сварочного источника, обеспечивая безопасность и надежность функционирования, но и в реальном времени рассчитывает сварочные характеристики, поддерживая их с высокой точностью.
На регистрограмме сварочного процесса полученного помощью инверторного источника «МАГМА-315 видно, что пульсации сварочного тока отсутствуют в отличие от трансформаторного источника. Видна очень хорошая повторяемость формы тока в моменты короткого замыкания, которая обеспечивает постоянство этого интервала, а высокая скорость нарастания и линейность тока минимизируют время перетекания капли.
Сварочный режим выбирается при помощи одной кнопки. Основные и дополнительные параметры сварочного режима устанавливаются с помощью одной ручки и кнопки расположенной в ее центре. Универсальный инверторный источник работает от любого сварочного дизель-генератора, так как является универсальным и с точки зрения питания.

 Частота генератора не влияет на его работу, поэтому даже аварийные отключения дизеля с существенным отклонением частоты не выводят его из строя. Благодаря применению микропроцессорной системы управления выходные сварочные характеристики формируются математически точно и не зависят от колебаний напряжения питающей сети.
3.2. Блок привода металлизатора ТРЧК обеспечивает стабильную подачу проволоки совместно с источником МАГМА-315. Плата управления с микропроцессором обеспечивает стабилизацию скорости двигателя механизма подачи, управляет началом и окончанием процесса. Питание блока осуществляется от источника постоянного напряжения 24В (-10 – +20%)

3.3. Сопловой узел сделан из условий применения стандартных расходных материалов сварочных горелок фирмы TBI (Германия). Использование таких комплектующих решает большую проблему с расходными материалами (наконечник, держатель наконечника).
Данной установкой были проведены следующие работы.

• Нанесение антикоррозионного покрытия (цинк) на железнодорожные мосты. Общая площадь напыления составила 539 м2.
• Нанесение антикоррозионного покрытия (алюминий) на внутреннюю поверхность трубы. Размеры трубы: длина 11 метров, диаметр 0,8 метра, толщина стенки 0,025 метра.

Общая площадь напыления составила 13 м2.

P.S. На данный момент ведутся испытания по исследованию напыленного слоя относительно подложки.