» » Промышленные способы газотермического цинкования
10.02.2017

Газопламенное напыление цинком нашло наибольшее распространение в промышленности. В качестве напыляемого материала чаще всего используют цинковую проволоку, реже — порошок. Расстояние между горелкой и покрываемым изделием должно составлять 100—200 мм. При меньшем расстоянии возможно коробление подложки от местного перегрева. При большем расстоянии образуются рыхлые и плохо сцепленные с основой цинковые покрытия. Горелка должна быть расположена почти перпендикулярно к покрываемой поверхности. Допускаемое отклонение — не более Исключение составляет случай, когда цинк напыляют на деталь, поверхность которой подготовлена к нанесению покрытия механическим способом путем проточки резьбы или канавок. Вначале углубления запыляют покрытием на 1/4—1/2 их глубины, при этом изменяют угол наклона горелки с 30 до 60°. А затем проводят напыление покрытия на всю поверхность при наклоне горелки относительно детали 45°.
Ниже приведены характеристики порошковых и проволочных газопламенных установок, выпускаемых в России и за рубежом. Наиболее важными параметрами процесса металлизации являются скорость подачи (производительность, кг/ч) проволоки или порошка, расход и рабочее давление теплоносителя и сжатого газа, а также сила тока и напряжение дуги (при электродуговом напылении).
Промышленные способы газотермического цинкования
Промышленные способы газотермического цинкования

Важным вопросом технологии напыления является скорость подачи напыляемого материала. При недостаточной скорости образуются слишком мелкие расплавленные частицы цинка, которые быстро охлаждаются во время полета к покрываемой детали, что приводит к снижению прочности сцепления покрытия и коэффициента полезного использования напыляемого материала. При повышении скорости подачи увеличиваются зона расплавления проволоки, размер частиц H степень их окисления, что снижает защитные свойства покрытия. Для улучшения сцепления цинкового покрытия наиболее эффективным методом является подогрев детали (не более чем до 300—330°С, оптимально 150—170°С), а также нанесение промежуточного подслоя из низкоуглеродистой стали с содержанием углерода до 0,25 %.
На качество металлизационного цинкового покрытия также оказывает влияние состав газа в пламени горелки. При избытке кислорода происходит повышенное окисление расплавленных частиц цинка, а покрытие приобретает повышенную твердость и хрупкость. При избытке горючего газа в пламени образуются более пористые покрытия. Обычно при цинковании давление горючего газа составляет 7—110 кПа, кислорода 100—200 кПа.
При цинковании стальных изделий покрытие, как правило, наносят тонкими слоями (30—50 мкм), так как многослойные покрытия обладают значительно меньшей пористостью и большей защитной способностью, чем однослойные цинковые покрытия той же толщины. Для улучшения сцепления многослойного цинкового покрытия с основой рекомендуется первый его слой наносить при минимальном (50—80 мм) расстоянии между распылительной головкой и поверхностью детали. Последующие слои наносят при нормальном расстоянии между металлизатором и покрываемой поверхностью. Оптимальный угол при напылении цинка составляет 25°. Покрываемая поверхность должна быть свободна от влаги и иметь температуру не ниже 10°С.
Точка расплавления цинковой проволоки должна совпадать с выходным сечением сопла распылительной головки. Если точка плавления проволоки находится за пределами воздушного сопла, то происходит неравномерное и неполное расплавление цинка с образованием крупных кусков проволоки, прилипающих к поверхности покрытия. Если же плавление цинка происходит внутри металлизатора, то расплавленные частицы цинка пригорают к соплу и направляющим.
В табл. 74 приведен перечень неполадок, возникающих При газопламенном напылении цинковых покрытий, причины и способы их устранения.
Промышленные способы газотермического цинкования
Промышленные способы газотермического цинкования

Установки электродугового напыления включают металлизационный аппарат, источник электропитания, систему подготовки и подачи сжатого воздуха, измерительные приборы, средства управления и автоматизации.
В настоящее время в России выпускают несколько типов металлизационных аппаратов конструкции ВНИИАвтогенмаша для передвижных (ЭМ-10, ЭМ-14, ЭМ-14м) и стационарных (ЭМ-12, ЭМ-15) установок электродугового напыления.
За рубежом основными разработчиками оборудования для металлизации являются фирмы «Метко» (США, Италия, Швейцария), «Металлизейшн Лтд» (Англия), «ОСУ» (ФРГ), «СНМИ» (Франция). Как правило, эти фирмы поставляют комплектные линии металлизации, включающие оборудование для подготовки поверхности, металлизации, системы технологической вентиляции и утилизации отходов.
Ниже приведены технические характеристики отечественных и зарубежных электродуговых аппаратов. Характеристики электродуговых металлизаторов, выпускаемых в России.
Промышленные способы газотермического цинкования

Характеристики электродуговых металлизаторов, выпускаемых за рубежом:
Промышленные способы газотермического цинкования

Зарубежные и выпускаемые в России металлизационные аппараты отличаются, главным образом конструкцией распылительной части и привода. Это, в свою очередь, влияет на основные их технические характеристики, в том числе надежность в эксплуатации. При электродуговой металлизации в качестве электродов используют две цинковые проволоки, которые по направляющим горелки подаются в металлизатор под углом 35—50°. Расстояние в электрической дуге между плавящимися цинковыми проволоками не должно превышать 1 мм. Как правило, используется постоянный ток. Напряжение дуги не должно быть меньше 15 В. Важным элементом технологии является выбор оптимальных значений величины тока, напряжения, скорости подачи цинковой проволоки и давления сжатого воздуха. При недостаточном напряжении дуга неустойчива м прерывиста, а покрытия получаются крупнозернистыми с включениями нерасплавленной цинковой проволоки.
Для электропитания металлизаторов применяют понижающие сварочные трансформаторы СТЭ-22, СТЭ-23, СТЭ-24, СТЭ-34 и источники постоянного тока с жесткой вольт-амперной характеристикой и плавной регулировкой напряжения (преобразователи типа ПСГ-500, ПСУ-500, выпрямители ВДГ-301, ВС-600, ВДУ-500, ВДУ-100 и др.).
Важным условием нормального протекания процесса металлизации является правильная регулировка головки металлизатора. Необходимо, чтобы точка пересечения концов проволоки находилась на оси отверстия воздушного сопла, а сама цинковая проволока должна плотно прилегать к направляющим пластинам во избежание нарушения электроконтакта, особенно на концах пластины у выхода проволоки.
При пуске электрометаллизатора вначале подается сжатый воздух, затем включается ток, после чего приводится в действие механим подачи проволоки. Регулировкой скорости подачи проволоки добиваются, чтобы горение электрической дуги протекало устойчиво, без вспышек и не сопровождалось скачками напряжения.
Для получения малонапряженных, прочно сцепленных с основой цинковых покрытий большой толщины (0,2—0,3 MM и более) их надо наносить тонкими слоями по 0,05—0,06 мм. Покрытие не должно нагреваться выше 100°С.
Для определения расхода цинка при металлизации пользуются формулой:
Промышленные способы газотермического цинкования

где G — масса распыленного металла, кг; S — покрываемая площадь, м2; δ — толщина покрытия, мм; К1 — коэффициент, учитывающий форму покрываемой поверхности.
По данным, K1 составляет:
— для листовых и наружных поверхностей крупногабаритных емкостей — 1;
— для решетчатых металлоконструкций — 2,5;
— для мелких деталей — 2;
— для наружных поверхностей трубопроводов диаметром, мм: до 100—2; до 500—1,75; свыше 500—1,5;
— для внутренних поверхностей емкостей: горизонтальных — 1; вертикальных — 1,25; потолочных — 1,5;
— для наружных сварных швов трубопроводов диаметром, мм: до 100—2,2; до 500—2; свыше 500—1,75.
Для случая напыления цинкового покрытия толщиной 0,1 мм на 1 м2 поверхности, имеющей значение К1 = 1, расход проволоки составляет 1,4 кг. При напылении цинка рекомендуется перекрытие соседних зон напыления на 1/3 их ширины, что учтено в формуле (112). Равномерность распределения цинкового покрытия прежде всего зависит от точности поддержания скорости перемещения v металлизационного аппарата относительно покрываемой детали:
Промышленные способы газотермического цинкования

где V — скорость продольного перемещения металлизатора, м/мин; η — коэффициент полезного использования металла; σ — производительность металлизатора, кг/ч; δ — толщина покрытия, мм.
У выпускаемых в России газопламенных и электродуговых металлизаторов диаметры факелов распыления соответственно равны 14—18 и 17—21 мм. Поэтому на механизированных линиях металлизации полосы, проката, труб шаг смещения аппарата на последующий проход должен быть равен диаметру факела распыления металлизатора.
В табл. 75 приведен перечень основных неполадок при электродуговом напылении, причины их возникновения и способы устранения.
В России созданы и эксплуатируются на ряде заводов высокомеханизированные поточные линии металлизации труб производительностью 2—5 тыс. т труб в год.
Промышленные способы газотермического цинкования