[ предыдущая статья ] [ следующая статья ] [ содержание ] [ подшивка за 1998 год ] [ "" ] [ поиск ]

No 6(22), 18 июля 1998

ВНЕДРЕНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ - ОДНА ИЗ ОСНОВНЫХ ЗАДАЧ ЦЕНТРА ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ПРОГРЕССИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Тополянский П.А., генеральный директор НПФ "ПЛАЗМАЦЕНТР", Карасев М.В., генеральный директор НПФ "Инженерный и технологический сервис"

Губернатором Ленинградской области принято решение организовать Региональный Центр технической политики и прогрессивных технологий (распоряжение Э411-рг от 7.07.98 г.).

Основная цель создания Центра - разработка концепций и координирование внедрений механизмов государственной поддержки и стимулирования производственно-технической деятельности предприятий по внедрению прогрессивных технологий, материалов и оборудования, загрузке производственных мощностей, повышению выпуска качественной и конкурентоспособной продукции; экономия бюджетных средств, выделяемых для городских, региональных и муниципальных хозяйств области.

Для достижения поставленной цели Центр обеспечивает: - разработку механизмов стимулирования эффективности промышленного производства; - внедрение новых технологий, материалов, оборудования, оказание помощи и содействия в создании и реализации качественной и конкурентоспособной продукции; - разработку и координирование проектов технического перевооружения, программ создания демонстрационных зон ресурсосбережения, инновационных и инвестиционных проектов; - проведение маркетинговых исследований и технологического аудита промышленных объектов; - сертификацию технологий, оборудования, продукции и производств, аттестацию специалистов; - создание единого регионального технического информационного пространства, включающего информацию о предприятиях региона, их технологических ресурсах, оборудовании, свободных площадях, специалистах, проблемах; информацию об инновационных предприятиях и научных коллективах, направлениях их деятельности, продукции и услугах.

Среди многочисленных прогрессивных технологий особое место занимают ресурсосберегающие процессы, позволяющие эффективно решать одну из важнейших задач по сокращению расходов и, соответственно, экономии бюджетных средств и капитальных вложений, как предприятий городского хозяйства, так и промышленности.

Наряду с совершенствованием системы управления и финансовых механизмов, использование прогрессивных технологий является одним из эффективных путей по созданию качественных и конкурентоспособных изделий, поддержанию и организации новых рабочих мест.

Ниже приводятся описания двух технологий, способных повышать ресурс и долговечность многочисленных изделий применяемых в промышленности, сельском и городском хозяйствах.

НАНЕСЕНИЕ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ НА МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ МЕТОДОМ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ Это прогрессивный технологический процесс, обеспечивающий длительную и надЯжную коррозионную стойкость металлоизделий любых габаритов в различных условиях эксплуатации с 30-50-летней гарантией срока защиты без обслуживания.

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА состоит в нанесении высокоэффективных коррозионностойких алюминиевых, цинковых, алюминиево-цинковых покрытий с использованием малогабаритных горелок (пистолетов, плазмотронов), создающих направленные высокоскоростные и высокотемпературные газовые потоки , в которые подаются порошковые или проволочные материалы. Осаждаемые на поверхности стальных металлоизделий покрытия формируются из расплавленных и затвердевших частиц напыляемого материала.

ЦЕЛЬ ПРОЦЕССА - изготовление металлоизделии, находящихся в различных условиях эксплуатации: воздушной, промышленной, морской атмосферах; морской, технологической холодной или горячей воде; минеральном масле; грунтовых водах при повышенной температуре; нефтепродуктах, содержащих сернистые соединения; растворах уксусной, винной, лимонной кислот и др. органических продуктах и т.д., с коррозионностойким покрытием, гарантирующим защиту от коррозии в течение 30-50 лет.

ЭФФЕКТ ОТ НАПЫЛЕННОГО ПОКРЫТИЯ достигается за счет использования процесса катодной защиты металла от коррозии, для чего на поверхность защищаемого изделия наносится покрытие из материала, имеющего более электроотрицательный электродный потенциал. В этом случае покрытие, выполняя функцию анода, "жертвует" собой в пользу катода (стали), подвергаясь окислению с образованием плотных и прочных, плохо растворимых продуктов, заполняющих возможную пористость в покрытии. В результате оно становится непроницаемым для влаги, а доступ кислорода к основному металлу полностью прекращается, что обеспечивает надЯжную защиту металла от коррозии. В случае механического нарушения покрытия срабатывает эффект самозалечивания, аналогичный процессу заполнения пор, и дефектное место в покрытии "зарубцовывается". При окислении алюминиевого покрытия образуется инертный оксид алюминия, после образования которого дальнейшее окисление быстро прекращается. В среде, загрязненной промышленными отходами, скорость коррозии алюминиевого покрытия, установленная в среднем за шестилетний период, составляет 2-5 мкм в год (в течение шестого года эксплуатации скорость коррозии составляет 25 % от первого года). Для сравнения -низкоуглеродистая сталь коррелирует со скоростью 200-250 мкм в год, и скорость распространения коррозии в основном постоянна и не зависит от времени еЯ протекания. Скорость коррозии цинкового покрытия в атмосфере промышленных объектов составляет около 15 мкм в год. Причина низкой скорости коррозии - образование основного хлорида цинка и карбонатных продуктов коррозии, которые замедляют еЯ воздействие. Исключительно высокую коррозионную стойкость обеспечивают алюминиево-цинковые покрытия, положительный эффект которых объясняется быстрым заполнением пор в нанесЯнном покрытии плотным слоем продуктов коррозии и алюминия, и цинка. ОбъЯм продуктов коррозии значительно превосходит объЯм металлов, из которых они образовались. Контакт алюминия с цинком безопасен, т.к. электродный потенциал цинка в большинстве электролитов отрицательнее потенциала алюминия, и, следовательно, цинк, растворяясь, электрохимически защищает алюминий.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАПЫЛЕНИЯ - это различные установки для газопламенного, электродугового и плазменного напыления, адаптированные к условиям нанесения алюминиевых, цинковых и алюминиево-цинковых порошковых или проволочных материалов. Минимальная производительность оборудования, например, при напылении алюминиевого порошка - 5 кг/час, что при оптимальной толщине покрытия 0,15 мм соответствует примерно 20 кв.м/час обработанной площади.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС проводится при атмосферном давлении (в закрытом помещении или на монтаже) и состоит из операций предварительной очистки (любым известным методом), абразивно-струйной обработки и непосредственно - нанесения покрытия путЯм взаимного перемещения ручной или механизированной горелки (пистолета, плазмотрона) относительно изделия. В качестве вспомогательного материала для формирования высокотемпературных струй используется сжатый воздух, ацетилен, кислород, пропан-бутан, природный газ.

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССА осуществляется визуально по наличию защитного покрытия и замерам его толщины.

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОЦЕССА не накладывают существенных ограничений на его широкое применение и определяются использованием газопламенных, электродуговых и плазменных источников нагрева.

ПРИМЕРЫ МЕТАЛЛОИЗДЕЛИЙ, рекомендуемых для нанесения коррозионностойких покрытий методами газотермического напыления: нефте- и бензохранилища, газгольдеры, трубопроводы в теплотрассах, бункера шахтных вагонеток, профилированная кровля и стеновые панели, автомобильные кузова, глушители, крупногабаритные строительные профили (швеллера, двутавры, уголки), стальные листы, закладная арматура, сварные и сборные строительные конструкции мостов, дымовых труб, резервуаров, гидротехнических сооружений, нефтяных буровых вышек, металлоограждений дорог, дорожные знаки, опоры высоковольтных передач, палубное оборудование, пристани, понтоны, шлюзы, доки, рефрижераторы, Ямкости для хранения и перевозки химических реактивов, металлоорнаменты, решЯтки, ограды, уличные осветительные столбы, затворы гидроэлектростанций, металлоконструкции контактной сети железных дорог (опоры, кронштейны, подвески, жЯсткие поперечины), шасси подвижного состава, обода колЯс, элементы рельсовых скреплений, коммуникации животноводческих ферм и др.

ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА  возможность нанесения покрытия на детали любых габаритов и сложной конфигурации;  отсутствие коробления и ухудшения свойств основного металла из-за возникновения водородной хрупкости вследствие обработки травителем (травление, как способ подготовки поверхности, при газотермическом напылении не требуется);  повышенные характеристики усталостной прочности за счЯт создания сжимающих остаточных напряжений, образующихся в поверхностном слое после предварительной операции - абразивно-струйной обработки;  шероховатость поверхности напыляемого металла увеличивает трение в болтовых соединениях и, таким образом, снижает вероятность образования фреттинг-коррозии;  микропористость напылЯнного покрытия способствует сохранению в порах продуктов коррозии и, тем самым, значительно замедляет коррозионный процесс (по сравнению с процессом горячего цинкования, где отсутствует пористость);  возможность получения покрытий значительно большей толщины, чем при горячем погружении в расплав или при термодиффузионном методе (например, при горячем цинковании максимальная толщина покрытия - 50-60 мкм, при термодиффузионном методе -12-50 мкм);  получаемые покрытия, вследствие своей шероховатости и пористости являются высококачественной основой для антикоррозионных смазок, мастик, лакокрасочных, полимерных и других материалов;  обеспечение хорошего сцепления с бетоном в различных закладных элементах;  возможность обеспечения дополнительной защиты зон сварки обработанных изделий непосредственно на месте монтажа конструкций;  относительная простота процесса, не требующего повышенной квалификации обслуживающего персонала (в отличие от катодной защиты с использованием внешнего источника напряжения, где применяются сложные станции катодной защиты и необходим периодический замер потенциала);  экологическая чистота процесса в связи с отсутствием отходов производства.

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА.

Применение газотермического напыления коррозионностойких покрытий обеспечивает долговременную защиту металлоконструкций, работающих как в атмосферных условиях, так и в водных и других средах. Тем самым, исключается необходимость частого восстановления (как, например, лакокрасочных покрытий, которые необходимо обновлять или устранять их повреждения примерно раз в 3 года), что, помимо больших затрат труда и материалов, может быть связано и с временным прекращением эксплуатации объектов. Расходы на газотермическое напыление по сравнению с окраской составляют около 250 %. Однако, такие покрытия требуют восстановительного ремонта только через 30-50 лет, причЯм, расходы на его ремонт составляют лишь 25 % расходов на восстановление лакокрасочного покрытия. Как показывают данные сравнительной стоимости различных видов антикоррозионной защиты, в зависимости от сроков эксплуатации при условии не менее 20-летнего срока службы защищаемого изделия, затраты на газотермическое напыление составляют менее половины затрат на окраску. Алюминиевые покрытия -толщиной 0,08-0,15 мм обеспечивают полную защиту основного металла (даже без окраски) при испытаниях в морской воде и атмосферном воздухе (в прибрежном, ветренном и промышленном районах). Эти покрытия хорошо защищают сталь даже в состоянии частичного вздутия и в случаях механических повреждений. В атмосферных условиях срок службы алюминиевого покрытия может достигать 50 лет. Цинковое покрытие в чистом воздухе защищает сталь от атмосферной коррозии при толщине слоя 0,1 мм примерно 15 лет, при толщине 0,15 мм - 20 лет и при толщине 0,2 мм - 30 лет.

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ПРИ АБРАЗИВНОМ ИЗНОСЕ Это новая прогрессивная технология упрочнения и восстановления деталей, основанная на использовании оригинального метода плазменной наплавки-напыления с применением порошкового композиционного материала, обладающего особо высокой абразивной износостойкостью при оптимальной стоимости СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА состоит в нанесении абразивостойкого покрытия из порошкового материала на изнашиваемую поверхность деталей с использованием ручного или механизированного плазмотрона, обеспечивающего режим работы двух дуг - пилотной и основной - для гибкого регулирования ввода тепла в порошок и изделие.

ЦЕЛЬ ПРОЦЕССА - изготовление новых или восстановление изношенных деталей и изделий с абразиво - и коррозионностойкими свойствами поверхности за счЯт нанесения покрытия, обладающего самой высокой долговечностью и надЯжностью в условиях абразивного изнашивания при умеренных ударных нагрузках и максимальной рабочей температуре, не превышающей 600 ЬС. Покрытие предназначено для нанесения на детали из углеродистых и легированных сталей, а также - чугуна.

ЭФФЕКТ ОТ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОЦЕССА основывается на трЯх главных принципах, заложенных в конкретном использовании материала, технологии и оборудования.

1. Высокая износостойкость в условиях абразивного изнашивания предопределяет наличие в структуре наплавленного слоя карбидов тугоплавких металлов. Получение карбидной фазы, в основном, возможно двумя путями: за счЯт раздельного легирования карбидообразующими элементами и углеродом наплавленного металла или за счЯт комплексного легирования, когда в покрытие вводят готовые карбидные соединения. Второй способ позволяет значительно упростить регулирование структуры наплавленного металла и, тем самым, получить максимально эффективный рабочий слой. К лидирующему классу абразивостойких материалов относятся композиционные износостойкие сплавы, содержащие карбиды вольфрама, заключЯнные в вязкой и трещиностойкой матрице на основе кобальта и никеля. При использовании таких материалов эксплуатационная нагрузка действует, в основном, на включения твЯрдой фазы, а в упругопластичной матрице происходит релаксация напряжений. Используемый матричный сплав на основе "никель-хром-бор-кремний" сам по себе является износостойким материалом, состоящим из твЯрдого раствора на основе никеля (НV 1500-2400), никелевой эвтектики (НV 565-820), карбидов хрома (НV 1080-1450), боридов хрома и никеля (НV 1500-2400) и соединений типа карбоборидов (НV 2800-3800). Этот сплав имеет повышенную прочность (временное сопротивление Ов не менее 400 МПа), более низкую температуру плавления, чем основной металл (1020-1100 ЬС), обладает прекрасной текучестью, способностью удерживать частицы твЯрдой фазы, высокой устойчивостью к воздействию кислот, щелочей и других активных веществ. Наличие в его составе таких элементов-раскислителей, как бор и кремний способствует самофлюсованию (при плавлении они связывают кислород, образуя боросиликатные шлаки В2О3 * SiO2, легко всплывающие на поверхность покрытия) и хорошей смачиваемости поверхности. В качестве основного карбидного соединения наплавленного материала выбран вторичный сплав WС - 6%Со, используемый в виде порошка, полученного размолом и рассевом отходов металлообрабатывающих режущих твердосплавных пластин типа ВК6. Данный сплав обладает наилучшим комплексом физико-механических свойств, характеризующих повышенную абразивную стойкость за счет высоких предела прочности при сжатии (не менее 5500 МПа) и предела прочности при изгибе (не менее 1800 МПа), а также - твЯрдости не менее НV 2000. Существуют более твЯрдые материалы, например, алмаз, карбид бора, карбид кремния, но они имеют более низкие прочностные характеристики. Преимуществом использования такого материала для покрытия является возможность оптимального выбора его процентного содержания в матричном сплаве и величины зерна в зависимости от условий абразивного износа (в отдельных случаях применяется специальная комбинация мелкозернистого и крупнозернистого сплава данного состава).

2. Процесс плазменной наплавки-напыления обладает характерными особенностями, свойственными только этому методу. Основное отличие заключается в том, что наносимый порошковый материал по мере его движения к поверхности изделия воспринимает действие двух независимых друг от друга дуг - пилотной и основной. Пилотная дуга способствует предварительному подогреву порошкового материала и направленному его движению, а основная дуга - активирует поверхность, на которую будет наноситься покрытие, и расплавляет низкотемпературную матрицу композиционного порошкового материала. Регулирование теплового потока, необходимого для оплавления основного металла осуществляется за счЯт основной дуги. Основными преимуществами этого метода являются: - высокое качество; - гибкость регулирования тепловложения как в основной металл, так и в наплавляемый материал; - минимальная зона термического влияния; - высокая плотность и прочность наплавленного металла; - снижение деформаций изделий; - высокая производительность; - удобство нанесения покрытий. Оптимальный выбор технологических режимов процесса плазменной наплавки-напыления обеспечивает минимальное перемешивание наплавляемого материала с основным металлом, практически, с нулевой глубиной проплавления (что позволяет при однослойной наплавке обеспечить заданный состав даже тонкого слоя покрытия), а также - минимальную окисляемость наплавляемого материала за счЯт специальной инертно-восстановительной защитной среды.

3. Для реализации дополнительных преимуществ процесса плазменной наплавки-напыления используется специальное оборудование. Известно, что для получения данным методом покрытий повышенного качества в зарубежных аналогах оборудования в качестве защитного и транспортирующего газов используется смесь аргона с 5-7% водорода, что обеспечивает восстановительную защитную атмосферу. В разработанном и используемом оборудовании вместо дефицитнойи неудобной в применении готовой аргоно-водородной смеси, в качестве защитного и транспортирующего газов применяется образующаяся непосредственно в установке смесь аргона с парами жидкого специального препарата, расход которого не превышает 0,5 - 1 литр в год. Такая газовая смесь, помимо других преимуществ, уменьшает пористость покрытия, благодаря наличию дозированного количества водорода. Наличие в смеси углерода обеспечивает сохранение содержания углерода в наплавленном металле или даже возможность увеличения его содержания. Добавка паров жидкого специального препарата улучшает внешний вид поверхности, делая еЯ чистой, гладкой, с плавными переходами, как при автоматическом, так и при ручном ведении процесса.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПРОЦЕССА состоит из двух сварочных источников питания (на ток до 300 ампер), блока аппаратуры, порошкового питателя и малогабаритного плазмотрона, рассчитанного на ручное и механизированное ведение процесса. Могут также использоваться серийно выпускаемые установки плазменной обработки типа УПНС-304, УПВ-301, УПО-302-1 после проведения соответствующей модернизации.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС проводится на стационарном сварочном посту и включает в себя (например, при восстановлении изношенных поверхностей) операции предварительной зачистки, проверки поверхности на наличие дефектов и непосредственно - нанесения покрытия путЯм взаимного перемещения плазмотрона или изделия. В качестве рабочего газа используется аргон (необходимые газовые смеси готовятся непосредственно в установке). При необходимости проводится предварительный и сопутствующий подогрев изделия.

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССА осуществляется визуально и специальными методами на отсутствие недопустимых дефектов, в соответствии с требованиями чертежа. Производится также контроль материалов и параметров режима.

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОЦЕССА определяются использованием сварочных источников нагрева и соответствуют условиям проведения сварочных и наплавочных работ.

ПРИМЕРЫ ДЕТАЛЕЙ, рекомендуемых для упрочнения и восстановления с использованием данной технологии:  шинное производство - шипы для автопокрышек;  цементная промышленность - детали молотковых и щеповых дробилок, ролики и цепи элеваторов, лопасти смесителей и шнеки пневмовинтовых насосов, бороны и зубья болтушек, винты насосов;  производство огнеупорных материалов - пуансоны для прессования керамических изделий, детали размольного оборудования и смесителей;  производство полимерных изделий - червяки экструдеров;  путеремонтная техника - лопатки подбоек путеремонтных машин, рыхлители, подрезные ножи щебнеочистительных планировочных машин;  сельскохозяйственная техника - лемеха, лапы культиваторов, измельчители, диски;  пищевая промышленность - масловыжимные шнеки, винты гидравлических прессов;  нефтяная промышленность - стабилизаторы колонн буровых штанг (бурильных труб), замки и муфты бурильных труб;  жилищно-коммунальное хозяйство - шнеки центрифуг станций аэрации;  дорожно-строительная техника - шнековые буры для установки столбов, зубья экскаваторов, детали грунтовых насосов и бетономешалок, пальцы траншейнеройных машин;  литейное производство - скребки для очистки днища и стенок смесителей песка, асфальтобетонное производство - лопасти, стойки, сектора мешалок асфальтобетонных смесителей;  горнодобывающая промышленность - шарошки буровых долот;  стекольное производство - отрезные ножи, детали стеклодробилок и стеклобойного пресса;  деревообрабатывающая промышленность - ножи для корообдирки; и другие.

ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА По сравнению с аналогами - наплавкой твердых сплавов в струе атомарного водорода, электродуговой, индукционной, газопорошковой и традиционной плазменно-дуговой наплавкой - процесс плазменной наплавки-напыления (ПНН) композиционных покрытий на основе карбидов вольфрама имеет преимущества:  в отличие от наплавки твЯрдых сплавов в струе атомарного водорода, где имеет место интенсивное выгорание углерода (доходящее в некоторых случаях до 50%) и значительный расход вольфрамовых электродов, при процессе ПНН, наоборот, возможно насыщение углеродом, а расход вольфрамовых электродов даже меньше, чем при аргонодуговой сварке;  по сравнению с электродуговыми процессами наплавки с использованием трубчатых электродов, электродов со специальной обмазкой, порошковой проволоки (где, как правило, происходит значительный перегрев металла основы и наплавляемого материала и, как следствие - выгорание карбидной фазы и еЯ окисление), процесс ПНН обеспечивает значительно более высокое качество и абразивную стойкость наносимых покрытий;  в отличие от индукционной наплавки, где применяется порошкообразная шихта, предварительно уложенная на наплавляемую поверхность, процесс ПНН может обеспечить нанесение покрытия на негоризонтальную поверхность, на кромку, на компактные поверхности, включая труднодоступные; при этом обеспечивается более высокое качество наплавленного слоя;  по сравнению с газопорошковой наплавкой, где требуется предварительный подогрев всей детали до температуры 250-300ЬС, при ПНН возможно наносить покрытие на холодную основу и со значительно более высокой производительностью;  в отличие от традиционной плазменно-дуговой наплавки, где деталь обычно нагревается до температуры плавления (что ведЯт к проплавлению основного металла и его перемешиванию с наплавляемым материалом), процесс ПНН обеспечивает более гибкое тепловое регулирование; кроме того, при плазменно-дуговой наплавке происходит частичное разложение карбида вольфрама на углерод и вольфрам, растворение которых в матрице сопровождается образованием двойных карбидов вольфрама и железа, вызывающих снижение вязкости наплавленного металла; при ПНН возможны режимы с минимальным нагревом зЯрен и отсутствием разложения карбида вольфрама.

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА определяется:  многократным повышением долговечности и надЯжности изделий, детали которых работают в условиях абразивного воздействия;  сокращением затрат на изготовление запасных деталей, на ремонт и потери от простоя агрегатов;  сокращением затрат на заточные операции за счЯт создания наплавленных самозатачивающихся деталей.

Использование прогрессивных технологий позволит эффективно проводить реформирование промышленности, предприятий сельского и городского хозяйств.


[ предыдущая статья ] [ следующая статья ] [ содержание ] [ подшивка ] [ поиск ]
ъМДЕЙЯ ЖХРХПНБЮМХЪ