Влияние схемы ввода порошка в дугу на его потери и эффективность процесса плазменно-порошковой наплавки
Исследованы потери порошка при плазменно-порошковой наплавке с использованием плазмотронов с внутренней и внешней схемами его ввода в дугу. Показана зависимость потерь порошка от его фракции, геометрических размеров наплавляемого валика и производительности наплавки. Установлено, что потери порошка...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2015 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2015
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113039 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние схемы ввода порошка в дугу на его потери и эффективность процесса плазменно-порошковой наплавки / А.И. Сом // Автоматическая сварка. — 2015. — № 5-6 (742). — С. 26-29. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859763484480241664 |
|---|---|
| author | Сом, А.И. |
| author_facet | Сом, А.И. |
| citation_txt | Влияние схемы ввода порошка в дугу на его потери и эффективность процесса плазменно-порошковой наплавки / А.И. Сом // Автоматическая сварка. — 2015. — № 5-6 (742). — С. 26-29. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Исследованы потери порошка при плазменно-порошковой наплавке с использованием плазмотронов с внутренней и внешней схемами его ввода в дугу. Показана зависимость потерь порошка от его фракции, геометрических размеров наплавляемого валика и производительности наплавки. Установлено, что потери порошка стали 10Х18Н10Т при внутренней схеме ввода за счет более эффективного нагрева его в дуге в 4-5 раз ниже, чем при внешней и при благоприятных условиях не превышают 1...2 %. Даны практические рекомендации о рациональном использовании плазмотронов с разными системами подачи порошка.
Area of investigation was powder losses in plasma-powder surfacing using plasmatrons with internal and external schemes of its feeding into arc. Dependence of powder losses on its fraction, geometry of deposited bead and surfacing efficiency was shown. It is determined that losses of powder from steel 10Kh18N10T are 4-5 times lower at internal scheme of feeding, due to its more effective heating in the arc than at external one and do not exceed 1-2 % under favorable conditions. Practical recommendations on efficient application of plasmatrons with different systems of powder feeding are given.
|
| first_indexed | 2025-12-02T04:16:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
26 5-6/2015
Международная конференция «Наплавка»
УДК 621.791.927.55
ВЛИяНИЕ СхЕМы ВВОДА ПОрОшКА В ДУГУ
НА ЕГО ПОТЕрИ И ЭФФЕКТИВНОСТь ПрОцЕССА
ПЛАЗМЕННО-ПОрОшКОВОй НАПЛАВКИ
А.И. СОМ
ООО фирма «Плазма-Мастер Лтд.». 03680, г. Киев, ул. Кржижановского, 3. E-mail: info@plasma-master.com
Исследованы потери порошка при плазменно-порошковой наплавке с использованием плазмотронов с внутренней и
внешней схемами его ввода в дугу. Показана зависимость потерь порошка от его фракции, геометрических размеров
наплавляемого валика и производительности наплавки. Установлено, что потери порошка стали 10х18Н10Т при вну-
тренней схеме ввода за счет более эффективного нагрева его в дуге в 4-5 раз ниже, чем при внешней и при благопри-
ятных условиях не превышают 1...2 %. Даны практические рекомендации о рациональном использовании плазмотронов
с разными системами подачи порошка. Библиогр. 4, табл. 1, рис. 6.
К л ю ч е в ы е с л о в а : плазменно-порошковая наплавка, потери порошка, плазмотрон, схема ввода порошка, эффек-
тивность нагрева, траектория полета частицы, формирование валика
Эффективность процесса плазменно-порошковой
наплавки (ППН) во многом зависит от эффектив-
ности нагрева и плавления присадочного порошка
в дуге. Чем лучше нагревается порошок в дуге, тем
меньше его потери и выше производительность
наплавки при одинаковых параметрах процесса.
Меньше также проплавление основного металла и
лучше формирование наплавляемого валика.
Известно [1], что эффективность нагрева по-
рошка при ППН в значительной степени зависит
от схемы и параметров ввода его в дугу, которые
определяют траектории и скорости полета ча-
стиц, а также время пребывания их в дуге. Про-
цесс нагрева и плавления порошка в дуге под-
робно рассмотрен в работах [2, 3]. Практические
рекомендации этих исследований легли в основу
разработки современных плазмотронов [4].
Сегодня для ППН наиболее широко используют-
ся две схемы ввода порошка в дугу — внутренняя и
внешняя [3, 4]. В первом случае (рис. 1, а) порошок
подается в дугу внутри плазмотрона в виде рав-
номерно распределенного по окружности пото-
ка частиц через коническую щель, образованную
плазменным и фокусирующим соплами. Во вто-
ром (рис. 1, б) — снаружи плазмотрона через одно
или несколько отверстий в торце плазмообразую-
щего сопла. В этом случае фокусирующее сопло
отсутствует.
цель настоящей работы — дать количествен-
ную оценку этим схемам с точки зрения потерь
порошка, эффективности и надежности процес-
са наплавки и на этой основе предложить прак-
тические рекомендации по их рациональному
использованию.
© А.И. Сом, 2015
рис. 1. Схемы ввода порошка в дугу: а — внутренняя; б — внешняя (1 — электрод; 2–4 — соответственно сопло плазмообра-
зующее, защитное и фокусирующее; 5 — деталь)
275-6/2015
Современные способы наплавки
Потери порошка изучали при наплавке вали-
ков различной ширины и толщины с различной
производительностью на плоские образцы из ста-
ли 20. ширину валиков варьировали в пределах
5…30 мм, толщину 1…5 мм, производительность
10…50 г/мин. В качестве присадочного матери-
ала использовали порошок нержавеющей стали
типа 10х18Н10Т (аналог AISI 321) двух фракций
63…100 и 100…200 мкм. Как указано в работе [3],
закономерности движения и нагрева этого типа
порошка в дуге характерны для подавляющего
большинства порошков, используемых для ППН.
Кроме того, он сравнительно тугоплавкий и име-
ет короткую ванну при наплавке, что очень важно
при исследовании потерь порошка.
Исследования проводили на оборудовании
фирмы «Плазма-Мастер Лтд» с использованием
плазмотрона рр-6-01 [4], имеющего внутреннюю
систему подачи порошка, и экспериментального
плазмотрона с внешней системой подачи, анало-
гичной той, что применяется в плазмотронах ве-
дущих мировых производителей Castolin, Deloro
Stellite, Commersald и др.
В плазмотроне рр-6-01 порошок через входной
штуцер сначала попадает в специальную распре-
делительную камеру, где он равномерно распреде-
ляется по окружности, а затем через систему па-
зов, равномерно расположенных на конической
поверхности плазмообразующего сопла, вводится
в дугу. Пазы направляют частицы порошка пря-
мо в центральную, наиболее нагретую часть дуги.
Фокус встречи частиц порошка находится на рас-
стоянии 3 мм от торца фокусирующего сопла. Ди-
аметры плазмообразующего и фокусирующего
сопел в данных экспериментах равнялись соответ-
ственно 5 и 8 мм.
В экспериментальном плазмотроне присадоч-
ный порошок, предварительно разделенный на
два одинаковых потока, подается в дугу непосред-
ственно через два отверстия диаметром 1,4 мм,
выполненные в торце плазмообразующего сопла
диаметрально противоположно друг другу. Угол
ввода порошка в дугу относительно вертикальной
оси также, как и в плазмотроне рр-6-01, составля-
ет 35°. Фокус встречи частиц порошка находится
на расстоянии 8 мм от торца плазмообразующего
сопла, диаметр которого в экспериментах равнял-
ся 5 мм. При наплавке плазмотрон ориентировали
так, чтобы подача порошка происходила в плоско-
сти перпендикулярно оси наплавляемого валика.
В обоих случаях расстояние плазмотрона до на-
плавляемой поверхности 10 мм.
На рис. 2 показаны факелы истечения порошка из
плазмотрона рр-6-01 (рис. 2, а) и экспериментально-
го плазмотрона (рис. 2, б) при подаче 50 г/мин. рас-
ход транспортирующего газа в обоих случаях был
минимально возможным для исключения забива-
ния порошка в каналах плазмотронов и состав-
лял 2 л/мин. При этом начальная скорость по-
лета частиц в момент входа их в дугу равнялась
1,0…1,5 м/с для плазмотрона рр-6-01 и 2…3 м/с
для экспериментального плазмотрона. разница эта
обусловлена разным сопротивлением каналов по-
дачи порошка в этих системах.
Потери порошка определяли как разницу меж-
ду общим расходом порошка, подаваемого питате-
лем, и массой наплавленного металла за одно и то
же время. Массу наплавленного металла вычис-
ляли путем взвешивания образца до наплавки и
после. Протяженность наплавки 200 мм. Взвеши-
вание образцов проводили на лабораторных весах
с точностью до 0,05 г.
рис. 2. Факелы истечения порошка из плазмотрона рр-6-01
(а) и экспериментального плазмотрона (б)
рис. 3. Зависимость потерь порошка от ширины наплавляемого валика при внешней (1) и внутренней (2) схемах его ввода в
дугу: а — фракция порошка 63…100; б — 100…200 мкм
28 5-6/2015
Международная конференция «Наплавка»
Как показали эксперименты, наибольшие поте-
ри порошка наблюдаются при внешней схеме его
ввода в дугу. Особенно это проявляется при на-
плавке узких и тонких валиков с использованием
крупнозернистого порошка. В этих случаях они
достигают 20 % (рис. 3, б, 4, б). С увеличением
ширины и толщины валиков потери порошка за-
метно уменьшаются вследствие более благоприят-
ных условий попадания частиц в сварочную ван-
ну. При использовании мелкого порошка потери
его еще больше уменьшаются, однако остаются
достаточно большими — 8…10 % (рис. 3, а, 4, а).
Такие большие потери порошка при внешней
схеме ввода обусловлены прежде всего небла-
гоприятными условиями нагрева его в дуге. Из-
за низкого расположения точки ввода порошка и
большой начальной скорости частиц время его
пребывания и нагрева в дуге ограничено. Кроме
того, локальные струи холодного транспортиру-
ющего газа деформируют столб дуги и снижают
температуру плазмы в зоне нагрева. По расчет-
ным данным работы [3] до температуры плавле-
ния стали 10х18Н10Т при такой схеме ввода мо-
гут быть нагреты лишь частицы мельче 50 мкм.
Более крупные частицы, которые не попали в сва-
рочную ванну, пролетают мимо и теряются.
Значительно лучшие результаты мы наблюдаем при
внутренней подаче порошка. хотя, в общем, законо-
мерности похожи, уровень потерь порошка
здесь значительно ниже. Нет также большой
разницы между мелкой и крупной фракция-
ми. В самых неблагоприятных условиях по-
тери порошка не превышают 5 % против 20
% при внешней подаче. При наплавке широ-
ких и полных валиков потери порошка со-
ставляют всего 1…2 % (рис. 3, а, 4, а).
В ходе экспериментов было замечено,
что потери порошка зависят не только от
геометрических размеров наплавляемого
валика, но и от производительности, на которой
ведется процесс наплавки. С увеличением пода-
чи порошка потери его также увеличиваются, осо-
бенно при внешней подаче (рис. 5).
Это можно объяснить тем, что с увеличением
подачи порошка растет плотность частиц в дуге и
увеличивается вероятность их упругого столкно-
вения между собой в момент вхождения в дугу,
рис. 4. Зависимость потерь порошка от высоты наплавляемого валика при внешней (1) и внутренней (2) схемах его ввода в дугу:
а — фракция порошка 63…100; б —100…200 мкм
рис. 5. Зависимость потерь порошка от величины подачи при
разных схемах его ввода в дугу: 1 — внешняя; 2 — внутрен-
няя (фракция порошка 63…200 мкм., размеры валика: шири-
на 20 мм, высота 3 мм)
Оптимальные значения тока при наплавке валиков разных геоме-
трических размеров
Геометриче-
ские
размеры
валиков, мм
Скорость
наплавки,
мм/мин
Подача
порошка,
г/мин
Фракция
порошка,
мкм
Ток наплавки, А
Внутрен-
няя подача
Внешняя
подача
b = 10
h = 3 140 26
63…100 170 190
100…200 180 205
b = 20
h = 3 70 34
63…100 175 200
100…200 180 210
b = 30
h = 3 50 38
63…100 180 220
100…200 190 230
295-6/2015
Современные способы наплавки
в результате чего они вылетают с дуги и теряют-
ся. При внешней подаче вследствие того, что по-
рошок подается в дугу более сосредоточенны-
ми потоками навстречу друг другу, вероятность
столкновения частиц значительно больше. Кро-
ме потерь порошка, важными показателями эф-
фективности процесса наплавки является также
формирование слоя, проплавление основного ме-
талла и удельные энергетические затраты. Здесь
внутренняя схема подачи порошка имеет также
явные преимущества, особенно при наплавке тон-
ких слоев.
На рис. 6 показан внешний вид и макрошли-
фы поперечного сечения наплавленных валиков
шириной 20 мм и высотой 1 мм. Из него видно,
что формирование валика, наплавленного при
внутренней подаче порошка, значительно луч-
ше, а проплавление основного металла заметно
меньше, чем при внешней. Это достигается бла-
годаря лучшему нагреву порошка в дуге и боль-
шему коэффициенту его использования. распреде-
ление энергии плазменной дуги здесь такое, что
большая часть ее расходуется на нагрев порош-
ка, а не на изделие, т.е. тепловыделение в деталь
значительно меньше. равномерно распределен-
ный по окружности поток транспортирующего
газа оказывает дополнительное стабилизирующее
действие на дугу и также способствует лучше-
му формированию валика. В результате совмест-
ного действия этих факторов процесс наплавки с
внутренней подачей порошка энергетически бо-
лее выгодный, чем при внешней. При одинаковой
производительности ток наплавки в этом случае
требуется на 10…15 % меньше.
Ниже в таблице в качестве примера приведены
оптимальные значения тока дуги при наплавке вали-
ков разных геометрических размеров с использо-
ванием обеих схем ввода порошка в дугу.
Проведенные исследования показали, что
внутренняя схема подачи порошка обеспечи-
вает значительно лучшие показатели наплавки,
чем внешняя. Однако при длительной наплав-
ке на большой производительности, особен-
но при использовании порошка мелкой фрак-
ции менее 100 мкм, было замечено появление
капель жидкого металла на выходе из фокуси-
рующего сопла, что приводило к нарушению
стабильности процесса и ухудшению формиро-
вания наплавляемого валика. С уменьшением
производительности, а, следовательно, и тока
наплавки, появление капель заметно умень-
шалось. При токе менее 150 А мы не наблюда-
ли их вовсе. Не наблюдались капли и при ис-
пользовании порошка крупной фракции более
100 мкм на токах до 300 А. При внешней схе-
ме ввода порошка в дугу такого явления не наблю-
далось во всем исследованном диапазоне токов
(50…300 А). На практике это нужно учитывать,
особенно при наплавке легкоплавких самофлюсу-
ющихся порошков на никелевой основе.
Выводы
1. Потери порошка при внутренней схеме его вво-
да в дугу значительно меньше, чем при внешней и
при благоприятных условиях не превышают 2 %.
2. Внутренняя схема ввода порошка в дугу в
целом более эффективна по сравнению с внеш-
ней. Она обеспечивает меньшие потери порош-
ка, меньшее проплавление основного металла и
лучшее формирование наплавляемого валика при
меньших энергозатратах.
3. При использовании плазмотронов с внешней
подачей порошка для повышения эффективности
процесса наплавки следует использовать порошок
более мелкой фракции менее 100 мкм, а для плаз-
мотронов с внутренней подачей — более 100 мкм.
4. С целью уменьшения потерь порошка при
наплавке плазмотроном с внешней подачей про-
цесс следует вести с небольшой производитель-
ностью менее 30 г/мин.
1. Гладкий П.В., Павленко А.В., Зельниченко А.Т. Мате-
матическое моделирование нагрева порошка в дуге при
плазменной наплавке // Автомат. сварка – 1989. – № 11.
– С. 17–21, 54.
2. Павленко А.В., Гладкий П.В. Особенности нагрева при-
садочного порошка в дуге при наплавке // Там же. – 1989.
– № 11. – С. 33–37.
3. Гладкий П.В., Переплетчиков Е.Ф., рябцев И.А. Плаз-
менная наплавка – Киев: Екотехнологія, 2007. – С. 292.
4. Сом А.И. Новые плазмотроны для плазменно-порошко-
вой наплавки // Автомат. сварка – 1999. – № 7. – С. 44–48.
Поступила в редакцию 15.04.2015
рис. 6. Внешний вид и макрошлифы наплавленных валиков при
внутренней (а) и внешней (б) схемах его ввода в дугу
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-113039 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T04:16:10Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сом, А.И. 2017-01-31T17:47:13Z 2017-01-31T17:47:13Z 2015 Влияние схемы ввода порошка в дугу на его потери и эффективность процесса плазменно-порошковой наплавки / А.И. Сом // Автоматическая сварка. — 2015. — № 5-6 (742). — С. 26-29. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113039 621.791.927.55 Исследованы потери порошка при плазменно-порошковой наплавке с использованием плазмотронов с внутренней и внешней схемами его ввода в дугу. Показана зависимость потерь порошка от его фракции, геометрических размеров наплавляемого валика и производительности наплавки. Установлено, что потери порошка стали 10Х18Н10Т при внутренней схеме ввода за счет более эффективного нагрева его в дуге в 4-5 раз ниже, чем при внешней и при благоприятных условиях не превышают 1...2 %. Даны практические рекомендации о рациональном использовании плазмотронов с разными системами подачи порошка. Area of investigation was powder losses in plasma-powder surfacing using plasmatrons with internal and external schemes of its feeding into arc. Dependence of powder losses on its fraction, geometry of deposited bead and surfacing efficiency was shown. It is determined that losses of powder from steel 10Kh18N10T are 4-5 times lower at internal scheme of feeding, due to its more effective heating in the arc than at external one and do not exceed 1-2 % under favorable conditions. Practical recommendations on efficient application of plasmatrons with different systems of powder feeding are given. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Современные способы наплавки, технологии наплавки и их применени Влияние схемы ввода порошка в дугу на его потери и эффективность процесса плазменно-порошковой наплавки Effect of scheme of powder feeding into arc on its losses and efficiency of plasma-powder surfacing process Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние схемы ввода порошка в дугу на его потери и эффективность процесса плазменно-порошковой наплавки Сом, А.И. Современные способы наплавки, технологии наплавки и их применени |
| title | Влияние схемы ввода порошка в дугу на его потери и эффективность процесса плазменно-порошковой наплавки |
| title_alt | Effect of scheme of powder feeding into arc on its losses and efficiency of plasma-powder surfacing process |
| title_full | Влияние схемы ввода порошка в дугу на его потери и эффективность процесса плазменно-порошковой наплавки |
| title_fullStr | Влияние схемы ввода порошка в дугу на его потери и эффективность процесса плазменно-порошковой наплавки |
| title_full_unstemmed | Влияние схемы ввода порошка в дугу на его потери и эффективность процесса плазменно-порошковой наплавки |
| title_short | Влияние схемы ввода порошка в дугу на его потери и эффективность процесса плазменно-порошковой наплавки |
| title_sort | влияние схемы ввода порошка в дугу на его потери и эффективность процесса плазменно-порошковой наплавки |
| topic | Современные способы наплавки, технологии наплавки и их применени |
| topic_facet | Современные способы наплавки, технологии наплавки и их применени |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113039 |
| work_keys_str_mv | AT somai vliânieshemyvvodaporoškavdugunaegopoteriiéffektivnostʹprocessaplazmennoporoškovoinaplavki AT somai effectofschemeofpowderfeedingintoarconitslossesandefficiencyofplasmapowdersurfacingprocess |