Горелки для газотермического напыления

Когда говорят о газотермическом напылении, многие сразу представляют себе установку целиком, а ведь ключевой элемент, от которого всё и зависит — это горелка. Именно здесь формируется пламя или струя, которая превращает порошок или проволоку в покрытие. Частая ошибка — считать, что все горелки примерно одинаковы и главное — мощность. На деле же, разница в конструкции, системе подачи, охлаждении и даже в материале сопла может радикально менять результат. Я сам долго думал, что для износостойких покрытий подойдёт любая мощная горелка, пока не столкнулся с проблемой нестабильности пламени на одной из наших первых установок. Оказалось, дело было в неоптимальной геометрии смесительной камеры — порошок просто не успевал нормально прогреться, и покрытие получалось пористое, с плохой адгезией. Это был важный урок: горелка — это не просто ?железка?, а сложный узел, требующий тонкой настройки под конкретную задачу.

Конструктивные нюансы, которые решают всё

Если взять, к примеру, классическую газопламенную горелку для напыления порошков. Казалось бы, всё просто: газ, кислород, порошок. Но как организован их подвод? Центральная подача порошка или периферийная? От этого зависит траектория частиц в пламени, а значит, и их нагрев. В некоторых старых моделях, которые ещё можно встретить в цехах, порошок вводится сбоку, под углом. Это создаёт асимметрию в нагреве — частицы с одной стороны пламени перегреваются, могут окислиться, а с другой — недогреваются. Современные решения, как у того же производителя ООО Чжэнчжоу Лицзя Термического Напыления Оборудования, часто используют коаксиальную схему, где поток порошка окружает пламя более равномерно. На их сайте https://www.lijiacoating.ru видно, что они делают акцент именно на стабильности процесса, а это начинается с грамотной конструкции горелочной головки.

Ещё один критичный момент — охлаждение. При длительной работе, особенно на высоких мощностях при напылении тугоплавких материалов вроде оксидов или карбидов, передний узел горелки раскаляется докрасна. Водяное охлаждение — must have. Но и здесь есть подводные камни. Помню случай, когда из-за слишком жёсткой воды в системе охлаждения засорились тонкие каналы в теле горелки. Теплоотвод упал, произошёл перегрев и деформация сопла. Пламя стало ?бить? в сторону, качество покрытия резко ухудшилось. Пришлось разбирать, чистить, ставить фильтры для воды. Теперь всегда обращаю внимание не только на наличие охлаждения, но и на конструкцию этих каналов — насколько они ремонтнопригодны и защищены от засоров.

Материал сопла — отдельная тема. Медь? Латунь? Специальная жаропрочная сталь с напылением? Для ацетилен-кислородного пламени медь хороша теплоотводом, но может быстро прогорать, если нарушен режим (избыток кислорода, например). Для плазменных горелок используются вольфрамовые или медные катоды с особым покрытием, аноды из меди с сегментами из специальных сплавов. Ресурс этих элементов — вечный вопрос. Производители дают ориентиры, но на практике всё зависит от режимов. Работа на пониженном токе для экономии ресурса катода может привести к нестабильности дуги и плохому распылению порошка. Лучше следовать рекомендациям, но быть готовым к замене — держать расходники на складе.

Подбор под материал: универсала не существует

Одна из главных иллюзий новичков — найти одну горелку ?на все случаи жизни?. Для мягких сплавов вроде баббитов или алюминия сгодятся простые газопламенные модели. Но стоит перейти на карбид вольфрама или оксид алюминия, и требования меняются кардинально. Нужна гораздо более высокая температура потока, которую может обеспечить плазменная или высокоскоростная газопламенная (HVOF) горелка. В HVOF, кстати, принцип работы совсем другой — там не столько температура, сколько кинетическая энергия частиц. Конструкция горелки направлена на создание сверхзвуковой струи.

У нас был проект по восстановлению гидротурбинных лопаток из нержавеющей стали. Сначала пробовали плазменным методом с обычной горелкой. Покрытие из никель-хромового сплава получалось качественным, но производительность была низкой. Перешли на систему с механизированным приводом и горелкой с увеличенным соплом. Производительность выросла, но начались проблемы с перегревом основы — лопатку вело. Пришлось искать баланс: снизили скорость перемещения, добавили дополнительное охлаждение основы струёй воздуха. Это к вопросу о том, что сама по себе горелка — лишь часть системы. Её возможности раскрываются только в связке с правильными параметрами всего процесса.

Для порошковых самоплавких сплавов (никелевые, кобальтовые самофлюсующиеся) часто используют газопламенное напыление с последующей оплавкой. Здесь важна не только горелка для напыления, но и горелка для оплавки — обычно это совсем другая конструкция, с широким факелом для равномерного прогрева всего слоя. Путать их или пытаться использовать одну для обеих операций — грубая ошибка, которая гарантированно приведёт к непроплавам, перегревам или растрескиванию покрытия.

Практические грабли: что не пишут в инструкциях

Теория теорией, но в цеху всё иначе. Возьмём банальный износ уплотнительных колец в узле подачи порошка в горелку. В спецификациях об этом редко пишут. Но когда через пару месяцев интенсивной работы начинаешь замечать, что расход порошка ?поплыл?, а в покрытии появляются необъяснимые рыхлые включения, первое, что нужно проверить — эти самые кольца. Подсос воздуха нарушает баланс подачи, порошок ?зависает? в тракте, а потом срывается комками в пламя.

Другой момент — стартовые процедуры. Особенно для плазменных горелок. Запуск ?всухую?, без подачи плазмообразующего газа, даже на секунду, может убить катод. А слишком резкое открытие газа для переноса дуги на изделие может её сорвать. У меня в практике был эпизод, когда стажёр, торопясь, неправильно выполнил поджиг. В итоге — залипла дуга, прожог сопло. Простой на полдня и дорогостоящая замена. Теперь всегда лично показываю новые бригадам эти, казалось бы, мелочи. Как говорится, Бог в деталях, а в газотермике — дьявол.

Чистка. После работы с цинком или алюминием внутренности горелки, тракты подачи порошка нужно продувать особенно тщательно. Остатки порошка, накопившаяся влага — это коррозия и гарантированные заторы в самый неподходящий момент. Мы выработали правило: чистка и визуальный контроль ключевых узлов после каждой смены, если работали с активными материалами. Это не занимает много времени, но спасает от многодневных простоев.

Оборудование и поддержка: на что смотреть при выборе

Рынок предлагает многое, от кустарных решений до высокотехнологичных систем. Когда смотришь на сайт компании вроде ООО Чжэнчжоу Лицзя Термического Напыления Оборудования, видно, что они позиционируют себя как комплексный игрок: и исследования, и разработка, и производство. Это важно. Потому что купить горелку — это полдела. Вопрос в том, кто поможет её адаптировать под твою конкретную деталь, кто даст техподдержку по режимам для нового материала, кто поставит оригинальные запчасти через полгода или год.

Я ценю, когда производитель не скрывает ограничения своего оборудования. Например, честно указывает, что их горелка для HVOF не рекомендована для порошков с размером частиц ниже 10 микрон из-за риска забивания каналов. Или что максимальная непрерывная работа — 4 часа, после чего требуется техперерыв для охлаждения. Это не слабость, а признак профессионализма. Гораздо хуже, когда продают ?универсальный аппарат?, а потом выясняется, что для его нормальной работы нужно докупать кучу дополнительных систем: осушения воздуха, тонкой очистки газа, специальные держатели.

Опыт подсказывает, что лучше работать с теми, кто понимает процесс изнутри. Компания, которая сама занимается термическим напылением, а не только продаёт железо, как правило, предлагает более жизнеспособные решения. Их горелки часто уже ?обожжены? на своих же производствах, в них учтены те самые практические грабли, о которых я говорил. Посмотрев их портфолио на https://www.lijiacoating.ru, можно примерно оценить спектр их компетенций — под какие задачи они в основном разрабатывают своё оборудование.

Взгляд вперёд: тенденции и личные мысли

Куда всё движется? На мой взгляд, тренд — на повышение повторяемости и управляемости процесса. Это значит, что в горелки всё чаще встраивают датчики: температуры факела, вибрации, контроля расхода порошка в реальном времени. Это уже не просто механическое устройство, а ?умный узел?, интегрированный в систему управления всей установкой. С одной стороны, это здорово — меньше зависимость от человеческого фактора. С другой — ремонт и обслуживание становятся сложнее, требуют более высокой квалификации персонала.

Ещё одно направление — гибридизация. Например, комбинация плазменного подогрева с газопламенным ускорением. Или лазерная помощь для локального подогрева субстрата прямо перед напыляемым пятном. Это потребует совершенно новых конструкций горелочных устройств, где будут интегрированы несколько источников энергии. Пока это больше лабораторные разработки, но, думаю, через пять-десять лет такие решения начнут появляться в промышленности.

Лично мне интересны разработки, направленные на снижение себестоимости процесса без потери качества. Не всегда нужно гнаться за суперсовременными материалами покрытия. Часто заказчику нужно просто надёжно и дёшево восстановить размер детали. Поэтому простые, надёжные, ремонтопригодные и недорогие в обслуживании горелки для самых ходовых материалов (цинк, алюминий, стандартные стали) будут всегда востребованы. Идеальная горелка для меня — та, которая работает стабильно изо дня в день, не капризничает, а её расходники доступны и не золотые. Остальное — уже от задачи зависит. В конце концов, наше дело — не гоняться за технологиями ради технологий, а давать клиенту работающее решение.