В российской промышленности появилась новая разработка, способная изменить подход к ремонту и восстановлению металлических деталей. Инженеры из Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) представили плазмотрон, который устраняет главные недостатки существующих аналогов. Благодаря этому устройству предприятия смогут экономить на замене дорогостоящих компонентов и значительно продлевать срок службы оборудования.
Проблема износа деталей актуальна для машиностроения, энергетики, транспорта и судостроения. Каждый простой оборудования, связанный с заменой вышедших из строя элементов, приводит к огромным финансовым потерям. Технологии наплавки металла позволяют восстанавливать поверхности до состояния новых, а также придавать им дополнительные свойства, такие как устойчивость к коррозии и износу.
Преимущества наплавки
В судостроительной отрасли металлические конструкции постоянно подвергаются воздействию агрессивной среды — солёной воды, трения, ударов льда. Без дополнительной защиты такие детали быстро выходят из строя. Наплавка металла формирует на поверхности прочный слой, который работает как броня, защищая от ржавчины и механических повреждений.
Плазмотрон — ключевой инструмент в этом процессе. Он создаёт поток плазмы, разогревающий поверхность детали и плавящий присадочный материал. В результате формируется прочное соединение, которое не отслаивается и выдерживает высокие нагрузки. Современные плазмотроны используют либо проволоку, либо порошок в качестве материала для наплавки. Порошковая технология позволяет создавать сложные покрытия и точно контролировать состав слоя.
Технологические сложности
Существующие методы подачи порошка в зону наплавки имеют свои минусы. При боковой подаче значительная часть материала теряется, не попадая в плазменную струю. Если же порошок подаётся прямо в поток плазмы, он может налипать на внутренние элементы инструмента, вызывая поломки и дефекты покрытия. Это снижает эффективность процесса и увеличивает его стоимость.
Низкая производительность и высокая себестоимость мешают широкому внедрению плазменной наплавки на российских предприятиях. Для решения этой задачи инженеры ПНИПУ разработали принципиально новую конструкцию плазмотрона, которая сочетает высокую эффективность нагрева порошка с защитой от налипания частиц.
Инновационная конструкция
В основе нового плазмотрона лежит уникальная система подачи материала. Центральная трубка служит каналом для газопорошковой смеси и одновременно первым нагревательным элементом. Вокруг неё расположено кольцевое сопло, создающее вторую плазменную дугу. Такое сочетание обеспечивает равномерный и интенсивный нагрев порошка, а также предотвращает его оседание на стенках инструмента.
Особая система подачи газа закручивает поток, удерживая частицы порошка в центре плазменной струи. Это позволяет избежать потерь материала и добиться однородного наплавленного слоя без дефектов. В результате покрытие получается прочным, плотным и устойчивым к внешним воздействиям.
Испытания и результаты
Технология прошла испытания на исследовательском стенде с использованием роботизированного комплекса. В качестве тестовых образцов применялись пластины из конструкционной стали. После наплавки специалисты провели микроскопический анализ, чтобы оценить качество соединения, отсутствие трещин и пор, а также однородность структуры.
Дополнительно были проведены химические и механические испытания, подтвердившие высокую прочность и надёжность покрытия. Новый плазмотрон работает в широком диапазоне токов — от 30 до 200 ампер, что позволяет использовать его как для мелких деталей, так и для крупных конструкций. При этом напряжение составляет всего 32–38 вольт, что значительно снижает энергозатраты по сравнению с аналогами.
Возможности применения
Гибкость настроек делает устройство универсальным для различных отраслей. Машиностроительные предприятия смогут использовать его для упрочнения пресс-форм, штампов и режущего инструмента. В транспортной сфере технология поможет продлить срок службы деталей ходовой части и трансмиссии. Судостроение и энергетика также получат надёжный инструмент для восстановления и защиты металлических конструкций.
Если Вы не знали, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ) — один из ведущих технических вузов России, специализирующийся на разработке инновационных технологий для промышленности. В университете работают признанные эксперты в области материаловедения и сварочного производства. За последние годы ПНИПУ неоднократно становился инициатором внедрения новых решений, которые находят применение на предприятиях по всей стране.
