Российские ученые лишили плазмотрон основных недостатков
В современных экономических условиях, когда стоимость новых деталей и оборудования постоянно растет, особую ценность приобретают технологии восстановления и упрочнения дорогостоящих компонентов. Одна из них — плазменная наплавка — процесс, при котором с помощью специальной горелки (плазмотрона) на изношенную поверхность наносится новый слой прочного металла. В результате деталь становится еще прочнее, чем была. Однако у аналогов инструмента есть существенные недостатки, например, они они имеют большие габариты и склонны к засорению. Ученые Пермского Политеха разработали новую конструкцию плазмотрона, в которой решены указанные недостатки. Она создает высококачественное покрытие, одновременно сокращая затраты на электроэнергию в 2,5 раза по сравнению с аналогами.
Износ деталей — частая проблема для любой отрасли промышленности, от горнодобывающей до энергетики и транспорта. Потери от простоев оборудования, замены вышедших из строя компонентов и снижения производительности исчисляются миллиардами рублей. Используемые в таких случаях технологии восстановления и упрочнения поверхностей, например, плазменная наплавка, считаются стратегически важными для импортозамещения и снижения эксплуатационных расходов. Они позволяют продлить жизнь дорогостоящих деталей (клапаны, лезвия, диски) и придать им особые свойства, например, повышенную износостойкость.
Например, в судостроении и морской технике, где металл постоянно контактирует с соленой водой, возникают коррозия (ржавчина) и износ. Однако с помощью наплавки самые нагруженные участки можно восстановить и защитить. Так, корпус корабля у самой воды постоянно страдает от трения о волны, ударов льда и ржавчины. Наплавка позволяет создать дополнительный защитный слой, действующий как прочная броня от истирания и коррозии.
Основной инструмент процесса наплавки — плазмотрон. Его можно сравнить с мощной горелкой, внутри которой создается плазма — раскаленный ионизированный газ. При использовании он выполняет сразу две задачи: разогревает поверхность детали и плавит присадочный материал (порошок или проволока). В итоге создается прочное соединение однородных или разнородных материалов. Поэтому восстановленная поверхность не отслаивается и служит так же долго, как новая деталь.
Существует два основных типа плазмотронов по способу подачи материала. В одних системах используется проволока, которая автоматически подается в зону наплавки. В других применяется металлический порошок, позволяющий создавать более сложные покрытия и точно дозировать материал. Именно этот метод открывает возможности для восстановления ответственных деталей в авиакосмической, нефтегазовой и энергетической отраслях.
Современная технология плазменной наплавки порошковыми материалами реализуется преимущественно двумя методами. Первый — подача порошка сбоку, в отверстие насадки инструмента или рядом с ним. Такие установки работают надежно и редко засоряются, но почти половина порошка не попадает в зону нагрева и улетает впустую. Второй — подача прямо в плазменную струю. В этом случае порошок хорошо нагревается, но частицы налипают на внутренние детали плазмотрона, что приводит к поломкам оборудования и дефектам.
Низкая эффективность существующих плазмотронов напрямую влияет на себестоимость процесса, делая восстановление деталей экономически невыгодным. Разработка нового решения — ключ к широкому внедрению высококачественной плазменной наплавки на отечественных предприятиях.
Ученые ПНИПУ предложили принципиально новое строение плазмотрона для наплавки порошкового материала без использования иностранных компонентов. В отличие от традиционных отечественных систем, эта конструкция обеспечивает и максимальный нагрев порошка, и защиту от налипания. На сегодняшний день у разработки нет аналогов в России. На изобретение выдан патент.
Основу инструмента составляют два ключевых элемента. Центральная трубка служит одновременно для подачи металлического порошка и оказывается первым нагревательным элементом. Через нее под давлением подается газопорошковая смесь. Второй важный компонент — кольцевое сопло (отверстие насадки), расположенное на расстоянии от одного до полутора миллиметров от центральной трубки. Оно выполняет функцию второго нагревательного элемента. При включении они создают две плазменные дуги, работающие вместе как один мощный поток.
Чтобы порошок не прилипал к стенкам и равномерно нагревался, ученые использовали специальную систему подачи газа. Он поступает закрученным вихрем, который удерживает частицы материала в центре потока и не даёт им рассеиваться.
— Весь процесс работы плазмотрона начинается с подачи порошка через центральный канал инструмента. Частицы сразу попадают в зону действия двух дуг, где моментально нагреваются и переносятся в зону наплавки. Параллельно с этим происходит подготовка поверхности детали. Плазменные потоки эффективно очищают металл от окислов, загрязнений и следов коррозии, создавая идеально чистую основу для наплавки. В результате формируется однородный слой без пустот и дефектов, — отметил Сергей Неулыбин, кандидат технических наук , научный руководитель лаборатории методов создания и проектирования систем «Материал-технология-конструкция» ПНИПУ.
Испытания новой технологии проводились на специализированном исследовательском стенде, который включал современное оборудование для точного контроля всех параметров процесса. В состав испытательного комплекса входил роботизированный комплекс, обеспечивающий крепление плазмотрона, а также система подачи порошка для равномерной подачи.
— В качестве пробной детали мы использовали пластины из конструкционной стали — это стандартный тестовый материал для таких испытаний. После наплавки образцы изучили под микроскопом: смотрели, как наплавленный слой соединился с основой, нет ли внутри пор, трещин или непроваров. Далее пластины подвергали комплексному исследованию с использованием различных методов контроля качества. Например, химический анализ, который включал подготовку образцов путем шлифовки, полировки и дальнейшее исследование на специальном оборудовании, — дополнил Юрий Щицын, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Сварочное производство, метрология и технология материалов» ПНИПУ.
Дополнительно ученые оценили прочность соединения и однородность структуры по всей поверхности наплавленного слоя. Все эти испытания подтвердили, что покрытие получается качественным и надежным.
Важное преимущество разработанного плазмотрона — более широкий диапазон рабочих параметров по сравнению с аналогами. Устройство работает при силе тока от 30 до 200 ампер, что более чем в два раза больше, чем у стандартных решений. Такой диапазон обеспечивает универсальность: один инструмент можно гибко настраивать для деликатной наплавки на мелкие детали (30-50 ампер) или восстановления крупных конструкций (150-200 ампер). При этом показатель напряжения составляет всего 32-38 вольт. Это в 2,5–3 раза ниже, чем у существующих аналогов, что обеспечивает существенную экономию энергопотребления.
Такая гибкость настроек позволяет адаптировать процесс для различных материалов и типов изделий, делая плазмотрон универсальным решением для промышленного применения.
Машиностроительные предприятия смогут использовать разработку для упрочнения новых деталей специального назначения — пресс-форм, штампов, режущего инструмента. В транспортной сфере технология позволит продлевать ресурс деталей ходовой части, элементов трансмиссии и других изнашиваемых компонентов.
Telegram 
Дзен 
VK Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Ученые выяснили, что золото владеет уникальной «техникой самообороны», которая защищает его от потускнения. Оказалось, атомы на поверхности этого металла способны самостоятельно перестраиваться в особые защитные структуры. Такой невидимый барьер блокирует контакт с кислородом и подавляет процесс окисления в триллион раз эффективнее, чем поверхность любого другого металла.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно