|
|
 |
|
|
 |
Ученые Пермского Политеха создали новую конструкцию устройства, повышающего эффективность наплавки деталей
В современных экономических условиях, когда стоимость нового оборудования растет, особую ценность приобретают технологии его восстановления и упрочнения. Ученые Пермского Политеха разработали новую конструкцию плазмотрона, которая создает высококачественное покрытие и сокращает затраты на электроэнергию в 2.5 раза.
На изобретение выдан патент.
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, являются 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, который действует 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, который позволяет 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 является ключом 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.
Основу инструмента составляют два ключевых элемента. Центральная трубка служит одновременно для подачи металлического порошка и является первым нагревательным элементом. Через нее под давлением подается газопорошковая смесь. Вторым важным компонентом является кольцевое сопло (отверстие насадки), расположенное на расстоянии 1-1,5 мм от центральной трубки. Оно выполняет функцию второго нагревательного элемента. При включении они создают две плазменные дуги, которые работают 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.
Важным преимуществом разработанного плазмотрона является также более широкий диапазон рабочих параметров по сравнению с аналогами. Устройство работает при силе тока от 30 до 200 А, что более чем в 2 раза больше, чем у стандартных решений. Такой диапазон обеспечивает универсальность: один инструмент можно гибко настраивать для деликатной наплавки на мелкие детали (30-50 А) или восстановления крупных конструкций (150-200 А). При этом показатель напряжения составляет всего 32–38 В. 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.
Контактное лицо: Макарова Татьяна (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 13:10, 01.12.2025
Количество просмотров: 42
Страна: Россия
| Как кости животных помогли раскрыть загадку средневекового Предуралья, ПНИПУ, 17:50, 27.11.2025, Россия |
130 |
| История городища Саломатово I была предметом научных споров. Возникали вопросы о хронологии памятника и культурной принадлежности населения. Анализ костных остатков специалистами ПНИПУ, ИЭРиЖ УрО РАН и ПГГПУ помог получить неожиданные результаты, имеющие значение для понимания культурно-исторических процессов. |
|
| Ученые ПНИПУ определили эффективный способ очистки графита, ПНИПУ, 20:49, 25.11.2025, Россия |
141 |
| Современная промышленность нуждается в терморасширенном графите, способном поглощать загрязнения. Однако традиционные методы очистки разрушают его уникальную слоистую структуру. Ученые ПНИПУ решили проблему, применив очистку солями аммония: метод обеспечивает чистоту 99,98%, сохраняя целостность материала. |
|
|
|
|
|
|
|
Разделы //
Новости по странам //
Сегодня у нас публикуются //
|
|
