Что такое сварка распылением? - Процесс и методы

Что такое сварка распылением?

Сварка распылением относится к нескольким сварочным процессам в форме термического напыления. Это промышленная деятельность, при которой порошок или проволока распыляются сжатым газом на высокой скорости и распыляются на металлическую поверхность.

Сварка распылением включает использование промышленной плазмы, пламени, детонационных пистолетов, дугового распыления и высокоскоростной кислородной резки. Из-за значительного выделения тепла при сварке разбрызгиванием необходимо тщательно и последовательно соблюдать процедуры и правила, чтобы избежать нанесения вреда людям и окружающей среде.

Связано: Что такое сварка?

Как работает сварка распылением?

Термическое напыление — это общий термин, обозначающий несколько процессов нанесения покрытия. Вся сварка включает в себя использование материала покрытия, например, стержня, порошка или проволоки, который расплавляется различными источниками энергии.

Проще говоря, его можно определить как промышленный процесс нанесения покрытия, состоящий из источника тепла и материала покрытия, расплавленного в капли, которые распыляются с высокой скоростью. Распыление направляется к подложке струей распыления или газом.

Термическое напыление является довольно универсальным процессом и, как известно, является высокоэффективным. Это может быть хорошей альтернативой для нескольких видов обработки поверхности, включая процессы термообработки или азотирования, хромирование, никелирование, анодирование и другие методы.

Толщина покрытия зависит от индивидуальных предпочтений. Покрытие восстанавливает изношенные узлы и основные детали машин. Его также можно применять для повышения производительности и долговечности элемента. Это может длиться до 70 % дольше при правильном обращении.

Связано: Что такое термораспылитель?

Различные методы сварки распылением

1. Дуговая сварка распылением

Дуговая сварка струйным распылением является одним из процессов, используемых для переноса металла с электрода или проволоки на сварной шов. Крошечные капельки расплавленного металла проходят через дугу и попадают на основной металл или обрабатываемое соединение.

Spray Transfer идеально подходит для использования на более толстых металлах для стыковых или угловых сварных швов. Он не подходит для позиционных сварочных работ, потому что летящие капли металла и гравитация не создают идеальных условий для сварщика или сварочных работ.

Технически струйная дуговая сварка представляет собой брызги расплавленного металла, которые передаются по дуге подобно воде, вытекающей из садового шланга с узким отверстием. Дуговая сварка со струйным распылением уменьшает разбрызгивание при сварке и создает более тонкий сварной шов.

Процесс

Процесс включает в себя высокие уровни тока и напряжения. Когда провод подносится близко к основному металлу, он генерирует ток еще до того, как коснется металла. Ток очень быстро нагревает проволоку и плавит ее. Расплавленный металл движется в виде крошечных капель по генерируемой дуге, что дало название дуговой сварке со струйным распылением.

Дуговая сварка струйным распылением может обеспечить высокую скорость наплавки металла, если используется идеальное сочетание защитного газа, металла, калибра проволоки и расстояния от контакта до наконечника. При идеальном сочетании всего процесса процесс может генерировать очень высокие переходные токи. Этот процесс также называется осевым напылением.

Уровни тока, используемые в этом процессе, должны быть выше, чем переходный ток. Только тогда металл будет переноситься в виде капель, а не просто расплавляться. Процесс требует использования высоких уровней тока с достаточными уровнями напряжения, чтобы обеспечить сварку без брызг.

Преимущества

Дуговая сварка струйным распылением является очень эффективным процессом. Вот некоторые из существенных преимуществ этого процесса:

• Высокая скорость осаждения металла
• Хорошее плавление и проникновение металла.
• Отличный внешний вид сварного шва.
• Возможность использовать электродные проволоки большего диаметра
• Очень мало брызг

Несмотря на наличие таких значительных преимуществ, метод переноса струйной дуги имеет существенные ограничения.

Ограничения

Ограничения переноса струйной дуги включают, но не ограничиваются:

• Он подходит только для толстых материалов (около 3 мм (1/8 дюйма) и толще)
• Только для плоского и горизонтального углового сварного шва.
• У него нет открытых корневых возможностей.

2. Процесс пламенного напыления

Пламенное напыление, также известное как газокислородное/ацетиленовое напыление, представляет собой оригинальный метод термического напыления, разработанный около 100 лет назад. В нем используются основные принципы работы сварочной горелки с добавлением высокоскоростного воздушного потока для перемещения расплавленных частиц на подложку.

Материал покрытия может быть в форме проволоки или порошка. Покрытия для газопламенного напыления часто расплавляют после нанесения для улучшения адгезии и плотности покрытия.

Преимущества

• Высокий уровень отложений
• Низкий поверхностный нагрев
• Универсальный
• Этот процесс прост и удобен для пользователя.

Недостатки

• Относительно низкая адгезия
• Повышенная эффективность обогрева.
• Не совместим с металлами с температурой плавления выше 2800 °C.

3. Высокоскоростная газокислородная установка (HVOF)

В процессе HVOF (High-Velocity Oxy-Fuel) сжигается кислород и выбранная группа горючих газов, включая пропан, пропилен или водород. Хотя в системе HVOF используется основной принцип горения, пистолет-распылитель сконструирован иначе, чем стандартный кислородный пистолет-распылитель.

Различия в горелках HVOF обеспечивают более высокие температуры пламени и более высокие скорости. Результатом является более тщательно расплавленный порошок и больше кинетической энергии, доступной для «сплющивания» расплавленных частиц материала покрытия. Процесс HVOF обеспечивает превосходную прочность сцепления и плотность покрытия.

Процесс HVOF чаще всего используется для осаждения металлов с высокой температурой плавления и металлических сплавов, таких как карбид вольфрама, карбид хрома.

Преимущества

• Хорошо поддерживает толстое покрытие.
• Низкий уровень пористости
• Высокий уровень адгезии
• Больше карбидов сохраняется по сравнению с пламенным или плазменным напылением.

Недостатки

• Относительно громкий с уровнем шума до 130 дБ.
• Низкая скорость осаждения
• Немного дороже

4. Процесс плазменного напыления (PTA)

В процессе плазменного напыления (дуга без переноса) используются инертные газы, подаваемые мимо электрода, вызывая «плазменное» состояние газов. Когда газы выходят из сопла пушечного аппарата и возвращаются в нормальное состояние, выделяется огромное количество тепла.

Порошкообразный материал покрытия впрыскивается в плазменное «пламя» и перемещается на подложку.

Керамические покрытия чаще всего наносят с помощью плазменного напыления из-за их высоких температур плавления. (Часто> 3500 F). С помощью плазменного напыления можно наносить несколько типов керамических покрытий.

Преимущества

• Легко наносится
• Частицы кермета крупнее
• Износостойкость
• Очень низкая или нулевая пористость
• Толстое покрытие
• Низкий нагрев подложки по сравнению с GTAW

Недостатки

• Сильное окисление распыляемого материала.
• Сложно получить тонкий слой толщиной 1 мм или меньше.

5. Детонационное напыление

Детонационное напыление — одна из многих форм термического напыления, используемая для нанесения защитного покрытия на материал со сверхзвуковой скоростью с целью изменения характеристик его поверхности. В первую очередь это делается для повышения долговечности компонента.

Впервые он был изобретен в 1955 году Х.Б. Сарджент, Р.М. Poorman и H. Lamprey и применяется к компоненту с помощью специально разработанного детонационного пистолета (D-gun). Напыляемый компонент необходимо правильно подготовить, удалив с поверхности все масла, смазки, мусор и сделав поверхность шероховатой, чтобы получить прочно сцепленное детонационное напыляемое покрытие.

Этот процесс включает в себя самые высокие скорости (≈3500 м/с ударной волны, которая приводит в движение материалы покрытия) и температуры (≈4000 °C) материалов покрытия по сравнению со всеми другими методами термического напыления.

Это означает, что детонационным напылением можно наносить защитные покрытия с низкой пористостью (менее 1%) и низким содержанием кислорода (от 0,1 до 0,5%), которые защищают от коррозии, истирания и адгезии при низкой нагрузке.

Этот процесс позволяет наносить очень твердые и плотные поверхностные покрытия, которые можно использовать в качестве износостойких покрытий. По этой причине детонационное напыление обычно используется для защитных покрытий в авиационных двигателях, пробках и калибрах-кольцах, режущих кромках (ножи для зачистки), трубчатых сверлах, лопастях ротора и статора, направляющих или любых других металлических материалах, подверженных сильному износу. и рву.

Обычно материалы, напыляемые на детали при детонационном напылении, представляют собой порошки металлов, металлических сплавов и металлокерамики; а также их оксиды (алюминий, медь, железо и др.).

Детонационное напыление - это промышленный процесс, который может быть опасным, если он выполняется неправильно и в безопасной среде. Таким образом, при использовании этого метода термического напыления необходимо соблюдать множество мер предосторожности.

6. Процесс холодного распыления

Холодное напыление (ХС) — это метод нанесения покрытия. Твердые порошки (диаметром от 1 до 50 микрометров) разгоняются в сверхзвуковой газовой струе до скоростей прибл. 1200 м/с. При ударе о подложку частицы пластически деформируются и прилипают к поверхности.

Для достижения однородной толщины распыляющее сопло сканируется вдоль подложки. Металлы, полимеры, керамика, композиционные материалы и нанокристаллические порошки могут наноситься методом холодного напыления.

Кинетическая энергия частиц, обеспечиваемая расширением газа, при склеивании преобразуется в энергию пластической деформации. В отличие от методов термического напыления, например плазменного напыления, дугового напыления, пламенного напыления или высокоскоростного кислородного топлива (HVOF), порошки не расплавляются в процессе напыления.

Преимущества сварки распылением

• Гладкий сварной шов
• Высокое проникновение (используется на металле 3/16 дюйма или больше)
• Высокий уровень наплавки
• Минимальное разбрызгивание
• Сниженная стоимость:спрей используется для укрепления более дешевого материала.
• Низкое тепловложение:покрытия не проникают в основной материал.
• Универсальность:можно наносить на большинство металлов, пластиков и керамики.
• Работает в широком диапазоне толщины:от 0,001 до 0,1 дюйма, может быть толще более 1 дюйма.
• Высокая скорость обработки:скорость распыления составляет от 3 до 60 фунтов в час (в зависимости от используемого процесса).

Недостатки сварки распылением

• Требуется обучение сварщика.
• Стоимость газа может быть выше из-за более высокого содержания аргона (> 85%).
• Рекомендуется только для плоского положения и горизонтальных скруглений.
• Высокая температура может вызвать дискомфорт у сварщика.
• Может возникнуть подрез, особенно на верхней кромке сварных швов.
• Связь покрытия механическая, а не металлургическая
• Процесс прямой видимости
• Плохая стойкость покрытий к точечной нагрузке.

Часто задаваемые вопросы.

Что такое сварка распылением?

Сварка распылением — это термин, используемый для классификации нескольких сварочных процедур в форме термического напыления. Это промышленная деятельность, которая включает распыление и распыление порошка или проволоки на металлическую поверхность с высокой скоростью с помощью сжатого газа.

Что такое дуговая сварка струей?

Дуговая сварка струйным распылением является одним из процессов, используемых для переноса металла с электрода или проволоки на сварной шов. Мельчайшие капельки расплавленного металла проходят через дугу и попадают на основной металл или обрабатываемое соединение. Трансфер распылением идеально подходит для использования на более толстых металлах для стыковых или угловых соединений.

Как настроить дугу распыления?

Для более высоких производственных скоростей используйте перенос распылением. При содержании аргона более 80% устанавливайте напряжение 23-4 вольта для начала. Установите силу тока со скоростью подачи проволоки около 300-400 дюймов. Снова увеличивайте/уменьшайте скорость подачи проволоки, пока не будет достигнуто 150 ампер.

Какой толщины можно распылять?

Термическое напыление может обеспечить толстые покрытия (приблизительный диапазон толщины от 20 микрон до нескольких мм, в зависимости от процесса и исходного сырья) на большой площади с высокой скоростью осаждения по сравнению с другими процессами нанесения покрытий, такими как гальванопокрытие, физическое и химическое осаждение из паровой фазы. .

Надежна ли сварка распылением?

Высокоскоростная газокислородная сварка. Газ достигает сверхзвуковой скорости, в то же время в пламя впрыскивается порошок. Этот процесс обеспечивает получение плотных покрытий методом термического напыления с пористостью менее 1%. В результате достигается высокая прочность сцепления и прекрасная поверхность после распыления.