ЗАО «Плакарт», Красавин А. С. Инновационные методы наплавки для трубопроводной арматуры

ЗАО «Плакарт», Красавин А. С. Инновационные методы наплавки для трубопроводной арматуры Применение технологий HVOF-напыления, напыления с оплавлением и лазерной наплавки для защиты от коррозионного и абразивного износа рабочих органов запорно-регулирующей



Выбор необходимых технологий, материалов и характеристик покрытий зависит от существующих факторов воздействия на запорную арматуру. Чтобы сделать правильный выбор, необходимы исследования и разработки, ориентированные на область применения покрытий. Для ЗАО «Плакарт» важна каждая деталь. Только так на сегодняшний день можно удовлетворить растущие требования заказчиков.

Сложность осуществления требований заказчика по покрытиям для узлов запорно-регулирующей арматуры (ЗРА) состоит в тонкостях взаимодействия таких составляющих, как:
• качество и подбор состава для напыления;
• металлургические свойства исходного материала;
• различные требования к эксплуатации продукции;
• производственные условия;
• производственное оборудование;
• глубокие знания в области трения, изнашивания и смазки металлических поверхностей.

Создание систем покрытия высшего качества или целых деталей с подгонкой начинается с основательного знания металлургии, испытанной безопасности метода газотермического напыления, абсолютной точности в механической обработке, современного оборудования и отличного контроля качества всего производственного процесса, которые гарантируют долгосрочность и востребованность данных систем.

Для расширения областей использования защиты от износа необходимо определить, какие формы износа существуют или как сочетаются параметры воздействия. В этом нам поможет точное определение сопутствующих обстоятельств в сочетании с имеющимися техническими возможностями.

Газотермическое напыление – испытанная и проверенная технология. Уже более 100 лет она используется почти во всех отраслях промышленности.

Этот метод позволяет путем нанесения на металлическую поверхность защитного слоя предотвратить износ, коррозию и другие комбинированные агрессивные воздействия на изделие. Во всех термических процессах напыления мелкие частицы наносимого покрытия нагреваются распылителем и под давлением наносятся на поверхность. Если температура и скорость частиц достаточно высоки, они образуют слой с желаемыми характеристиками и необходимой прочностью соединения с поверхностью.

Преимуществом термического напыления является то, что почти всегда можно найти идеальное решение для защиты от износа путем комбинации базовых материалов и большого количества различных добавок. Выбор системы покрытия зависит также от способа его нанесения.

Наиболее широкое применение в ремонте и изготовлении ЗРА нашли методы:
• напыления с оплавлением;
• лазерной наплавки;
• HVOF-напыления.

На доступность производственного оборудования в различных отраслях промышленности сильно влияет защита от износа и коррозии. В зависимости от видов износа необходимо производить обработку поверхности деталей. На данный момент существует много способов обработки поверхностей. В частности, для более толстых слоев особенно подходит термическое нанесение покрытия. Кроме того, приобретают важное значение сварочные способы, такие как плазменная и лазерная наплавки.

Воздействие на деталь и ее форма имеют решающее значение для выбора подходящей системы покрытия. Оптимальная защита от износа может быть обеспечена только на основе этих характеристик. Даже малейшие различия в системе износа обуславливают требования, предъявляемые к системе покрытия. Успешно использованная система покрытия не гарантирует качества при ее использовании на других деталях.

Нагрузка зависит от трибологических характеристик. Нагрузки на поверхности твердых тел в результате контакта с твердыми, жидкими или газообразными сопряженными элементами при относительном движении приводят к трению (потеря энергии) и износу (потеря материала) и тем самым к неисправности или полному выходу детали из строя.

Используемые элементы взвешиваются в процессе проводимого анализа износа, существенно влияют на оптимальный подбор покрытия «Плакарт» и, таким образом, на выбор способа покрытия. Учет особенностей трибологических характеристик и наш многолетний опыт позволяют уменьшить износ и оптимизировать условия трения.

Это ведет к повышению безопасности машин и оборудования, сокращению издержек производства, экономии ресурсов и энергии, снижению уровня выбросов.

Специалисты ЗАО «Плакарт» с читают, что будущее принадлежит металлическим уплотнительным системам. Почему это так? Возрастают требования к современным шаровым кранам в отношении температуры, давления, абразивного изнашивания и скорости потока. Мягкие уплотнительные системы все чаще не соответствуют этим требованиям, т. к. те превышают пределы их возможностей.

Вместо расчета стоимости технического обслуживания, в связи с недостатками мягких уплотнительных систем, компании стали ориентироваться на общую стоимость понесенных затрат. Этот подход приводит к экономической целесообразности выбора металлических уплотнительных систем, благодаря чему очевидна и ценовая выгода. Металлические уплотнительные системы очень сильно превышают возможности мягких уплотнительных систем. Отметим, что данные изменения отражаются и на рынке.

Области применения металлических шаровых кранов:
• химическая промышленность;
• нефтяная и газовая промышленность;
• нефтехимическая промышленность;
• пищевая промышленность;
• фармацевтическая промышленность;
• энергетическая промышленность;
• полимерная промышленность;
• цементная и известковая промышленность.

Причины негерметичности арматуры:
• недостаточная точность форм и симметрии отдельных деталей в производственном состоянии;
• ошибки при монтаже;
• деформация при высоком давлении;
• сочетание отдельных компонентов, конструкции и монтажа;
• негерметичность тыльного уплотнения;
• шероховатость поверхности (Ra) и недостаточность доли площади контактной поверхности (Rmr);
• стратегия притирки;
• неподходящее покрытие или способ нанесения покрытия;
• недостаточное направление уплотнительных колец в корпусе.

Экспертами компании ЗАО «Плакарт» на сегодняшний день осуществляются несколько видов покрытий, позволяющих решить проблемы с долговечностью и надежностью работы запорно-регулирующих узлов, среди которых выделяются следующие виды покрытий.

HVOF – высокоскоростное газопламенное напыление. Высокоскоростное газопламенное напыление осуществляется почти на сверхзвуковых скоростях (> 2000 м/с). В камеру сгорания или после подается порошок. Горение газа в камере сгорания происходит непрерывно и под высоким давлением. Высокое давление, образующееся от сгорания смеси топливного газа и кислорода в камере сгорания, а также расширительное сопло способствуют развитию высокой скорости струи газа, в связи с чем ускоряются и распыляемые частицы. Скорость частиц — до 900 м/с.

Преимущества метода:
• низкая термическая нагрузка на базовый материал;
• возможность высокого упрочнения слоев;
• хорошая износостойкость при линейной нагрузке;
• прочность при растяжении карбида вольфрама и карбида хрома > 70 МПа;
• независимость покрытия от материала;
• возможность частичного покрытия;
• высокая плотность нанесенного слоя;
• очень низкая пористость (< 2 %);
• мелкие металлургические изменения;
• тонкие слои с высокой размерной точностью.

Толщина слоя: 0,1–0,3 мм.
Термическая нагрузка: низкая, 100–300 °C.
Обработка: возможны шлифовка и полировка слоев.

Газопламенное напыление с оплавлением

В результате расширения газов в процессе горения ацетилена и кислорода порошкообразная субстанция наносится методом распыления на подготовленную поверхность заготовки, припаиваясь к ней.

Порошки делятся на самофлюсующиеся и самоклеящиеся. Как правило, самофлюсующиеся порошки требуют термической обработки. Расплавление осуществляется обычно с помощью кислородно-ацетиленовой горелки.

Преимущества метода:
• большое разнообразие напыляемых материалов;
• газо- и водонепроницаемое покрытие;
• отсутствие пористых слоев;
• хорошая износостойкость при линейной, точечной и удельной нагрузках;
• очень высокая прочность сцепления;
• металлургическое соединение с базовым материалом;
• легкая обработка поверхности при проведении токарных, фрезерных,
шлифовальных и полировальных работ;
• хорошая коррозионная стойкость к щелочи, слабым кислотам и водным растворам.

Толщина слоя: 0,3–0,8 мм.
Сцепление: очень хорошее (диффузия).
Термическая нагрузка: очень высокая, до 1050 °C.
Базовые материалы: нержавеющая / двойная сталь, в основе – легирование никелем.
Обработка: возможна токарная, шлифовальная, полировальная обработка слоев.

Лазерная наплавка

При нанесении слоя лазерной наплавкой луч лазера направляется через оптические компоненты на поверхность детали и посредством фокусирующей линзы нагревает базовый материал. Через коаксиальное сопло подачи порошка одновременно с порошкообразным материалом подается газ-носитель или инертный газ, и происходит процесс плавления. Это создает очень хорошее сцепление с основанием благодаря пирометаллургической связке.

Преимущества метода:
• очень слабый нагрев детали и, как следствие, минимальная деформация при незначительной зоне термического воздействия;
• отсутствие необходимости в доработке детали;
• очень хорошее сцепление благодаря пирометаллургической связке (целенаправленной сварке за счет точно контролируемого процесса);
• высокая точность контура деталей сложных форм;
• высокая эффективность порошка > 70%, обеспечивающая экологически безопасную технологию;
• возможность частичного покрытия;
• допустимость объектов со сложной геометрией;
• высокая прочность края и высокая ударная прочность;
• легкость обработки детали токарным, фрезерным и шлифовальным способом после нанесения на нее покрытия.

Недостатки метода:
• использование только поддающихся сварке материалов;
• толщина одного слоя до 2 мм, многослойность;
• хорошее сцепление благодаря пирометаллургической связке;
• термическая нагрузка низкая, 100–300 °C;
• базовый материал – сварные стали и сплавы.

Обработка: возможны токарная, шлифовальная, полировальная обработки слоев.

Покрытия применяются для повышения сопротивления износу, коррозии и воздействию тепла в экстремальных условиях (высокое давление, длительная эксплуатация и экстремальный износ) в таких областях, как арматуростроение, бурение, сверление, машиностроение, двигателестроение и др.

Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 2 (44) 2018