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 струей — один из способов передачи расплавленного материала в виде множества мелких капель, диаметр которых меньше диаметра присадочной проволоки. Благодаря отсутствию коротких замыканий дуга стабильна и не разбрызгивается.

Обязательным условием успешной дуговой сварки со струйным распылением является то, что значения тока и напряжения превышают определенные пределы. В результате к заготовке подводится больше тепла, чем при сварке короткой дугой, а для дуговой сварки струей подходят только материалы толщиной от 5 мм.

Из-за высокого тепловложения сварочная ванна тоже большая, поэтому сварку приходится проводить в горизонтальном положении. Следует отметить, что чисто струйная дуга не может быть достигнута с использованием CO2 в качестве защитного газа.

Защитный газ должен быть чистым аргоном, желательно с небольшим количеством CO2 (максимум 25%) или O2. Дуговая сварка струйным распылением особенно подходит для сварки MIG алюминия и нержавеющей стали, где защитным газом в основном является аргон.

Дуговая сварка струйным распылением может успешно выполняться при меньших токах с тонкой присадочной проволокой, чем с более толстой.

Напряжение дуги должно быть достаточно высоким, чтобы поддерживать дугу без короткого замыкания. Присадочная проволока обычно подключается к положительному полюсу.

Преимущества

Дуговая сварка струйным распылением является очень эффективным процессом. Ключевые преимущества этого процесса включают:

• Высокая скорость осаждения,
• Хорошее слияние и проникновение,
• хороший внешний вид сварного шва,
• Возможность использовать электродные проволоки большего диаметра и
• Наличие очень небольшого количества брызг.

Ограничения

Ограничения дуговой сварки со струйным распылением:

• Он используется только для материала толщиной 1/8 дюйма (3 мм) и толще (ручной) и
• Только для плоского и горизонтального углового сварного шва.
• Всегда требуется хорошая подгонка, так как нет возможности открыть корень.

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 и 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 является одной из многих форм методов термического напыления, которые используются для нанесения защитного покрытия со сверхзвуковой скоростью на материал 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). Деталь, подлежащая распылению, должна быть правильно подготовлена ​​путем удаления с поверхности всех масел, смазок, мусора и придания шероховатости поверхности, 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 с помощью детонационного напыления 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

• Сварка распылением обеспечивает гладкий шов.
• Он обладает высокой проникающей способностью и подходит для металла толщиной более 3/16
• Высокая скорость наплавки, что повышает производительность.
• Наличие очень небольшого количества брызг
• Недорого:использование менее дорогого материала и усиление спреем.
• Сварка распылением универсальна, большинство металлов, керамики и пластиков можно напылять.
• Работает с различной толщиной
• Высокая скорость обработки:время распыления от 3 до 60 фунтов в час (в зависимости от используемого процесса).

Недостатки сварки распылением

• Требуется специальная подготовка сварщика для распыления.
• Стоимость газа выше (>85%) из-за более высокой концентрации аргона.
• Рекомендуется только для плоского положения и горизонтальных скруглений.
• Высокая температура может вызвать дискомфорт у сварщиков.
• Возможность подреза, особенно по краям сварных швов.
• Покрытие связано механически, а не металлургически
• процесс прямой видимости
• Низкая 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 струей — один из способов передачи расплавленного материала в виде множества мелких капель, диаметр которых меньше диаметра присадочной проволоки. Благодаря отсутствию коротких замыканий дуга стабильна и не разбрызгивается.

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 позволяет получить толстые покрытия (примерный 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. .