автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Аппаратурно-технологические основы газотермического нанесения покрытий и обработки материалов в газовоздушной плазме

?Г8 О*

, 6 ц£А «96

' НАЦЮНАЛЬНИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ УКРАГНИ

КШВСЬКИЙ П0Л1ТЕХН1ЧНИЙ 1НСТИТУТ

На правах рукояксу

ПЕТРОВ Стамслав Володимирович

УДК 621.793

АПАРАТУРН0-ТЕХН0Л0Г1ЧН1 ОСНОВИ

ГАЗОТЕРМ1ЧНОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРИТТ1В ТА ОБРОБКИ МАТЕР1АЛ1В У ГАЗОПОВ1ТРЯН1Й ПЛАЗМ1

05.03.06 —

гехнолоПя та обладнання для зварювання 1 спор1днених процес1в

АВТОРЕФЕРАТ дисертац!! на здобуття наукового ступеня доктора техн!чних наук

Ки!в 1996

Днссртащею е рукопис.

Робота виконана в IncTinyri газу HAH Украпш.

Офвднш опоненти: доктор техшчиих наук, професор Корж В.М.;

доктор техшчнпх паук, професор Роянов В.О.;

доктор техшчиих наук, професор Дзюба В.Л.

Провщна оргашзашя: !нститут електрозварювання

¡м.С.О.Пагоиа HAH Украпш.

Захнст вщбудетьея "fG-Z/Jt/d?^Я 1996 р. о /А юдиш н; засщашп cneniäniiOBanoi вчено'1 ради Д 01.02.10 по прнсудженнк паукового сгу пеня-доктора техшчнпх паук в Яаишиилыюму техшчном; yiiiBcpcirreri Укра'пш "Кшвськин нолггехшчнпй шстнтут", корпус 23 ауднтор1я*323: 1'

3 днсертащею можна ознапомитись в науково-техшчнш öiöaioien yniBcpciiTeTy.

Вщгук на автореферат (1 пртнрнпк, затвердженнй печаткою прохання направлятц за адрссою: 252056, м.Кшв-56, проспект Перемоги 37, КП1-213. '

Автореферат розшлано ". / м/сТо/?а'й$996 р.

Вчении секретар спещал1зоважм __

вченоТ ради_—/ Коршенко G.O.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЫ-ПСТЬ ПРОБЛЕМИ. Переведения економшг на шлях штенсивного розвнтку псредбачас активне використання концентрованих, у тому чиои плазмовнх, джерел eneprii, розробку на i'x ocnoni високоефективних технолопй, що сприяють пщвищеншо надпшосп i довгогпчност1 машин та мехашзм1в за умови скономн мепшв. За останш 15-20 рок1в, поряд з тенденщсго до промислового застосуванкя плазмовнх процеав, значно 3pic обсяг технолопчних дослщжень. Це зумовлеио рядом властнвостей низькотемпературно!. плазмн. використання якнх дае моюитсть значно тдвищити ефектившсть вщомих процеав i створнти noßi. Процеси ллазмового напнлення i р1за>шя досить пошнреш у промисловосп. Значно мепше застосовуеться нлазмове гартування. Серед мещщв. г.,зотерм1чного напнлення (ГТН) покритпв найушверсалыйшнм с плазмовий. Прискоренпя розвитку технологи П"Н в останш роки зумовлеио переходом до внсокошвидмсних метод!в напнлення., У хронолопчнШ послщовност1 це детонацшне, високоенергетичне плазмове Metco-8M, газополу,Менсве надзвукове HVOF, а з кшця 80-х poKiß - плазмове надзвукове "Plazjet". Надзвукове плазмове напнлення "Plazjet" характернзусться найвищого продуктившетга i нанкращога якгстга покритпв, одержаних напиленням у вдарнтш атмосфер!.

Особлнве Miene серед плазмовнх процеав обробки матершл^в займають розроблюваш автором процеси з пикористанням плазми продуктов згоряння погптря з горючим вуглеводневим газом. Завдяки ряду ушкалышх властнвостей такси плазми (висом теплоемшеть i теплопров!л5псть, лететь регулювання окнелювально-в1дновлюоального потеншалу, недефщитшеть i мала вщносна вар-псть) процеси на ü ochobi дедал! бшьше привертають увагу доашдшшв i промисловосл.

Тенденшя зростання внпуску ново? апаратури i виробництва деталей ¡з захисшгаи покриггями у cairi в доступному для огляду майбутньому збережеться. Тому розробка нових високоефективних конкурентоздатних на зовшшньому ринку технолопй та стагкування м^клива лише на ковш науковш баз!.

МЕТА РОБОТИ - розробка наукових основ створення високоефективно! плазмово-дуговоГ апаратури, удоск оналення процеав газотерм1чного напнлення, обробка матер1алт i одержан и я високояк1сних покритпв з використанням газопов1тряних сумнцей. .

Комплекс розв'язуваних завдань охоплював I) досшдження законом1рностей npouecie у стабцйзовашй елсктричнш дузк uro продуваеться газогкдатряною сумшшпо змеиного складу, на електродах

плазмотрону, систем! плазмотроп-джерело елехтроживлення, поила плазми, у тому чисп з дисперсною фазою, в умовах дозвуково/ 1 надзвуковоУ теш. формування иокриглв, взасмодн плазми продукт згоряння з виробом: 2) розрахунково-проекгш роботн по створепню ново! апаразури; 3) дослшио-нрамислову иерешрку; 4) впровадження розроблених устагкування за »схнолопн у ри:• >: п'лузях народного господарава; 5) участь в постанови! ново! апаратурн у серите виробництво.

НАУКОВА НОВИЗНА робота полягае в обгрутуваиш ( розвннеши дисертантом нового паукового напрямку технологи газотерлпчного напиления та обробки матер!адш з викорнстанням недифщитних газовик сумпиеп, що пщкрнвас нов1 шляхи до розв'язання велико! народио-господарсько! проблем», яка повязана ¡з збьтьшенням сгшкосп деталей 1 конструкций розширеииям кола завдань, розв'язуванпх методами газотерм1чного напилеиня, плазмового гартування.

ГПд час виконання дисертацшно1 роботи автором одержано так! науков{ результат»:

.- описано 1 обгруктоваио основ«! енерготехнологччш положения иисокопродуктивного процссу нанесення щшьних (пориспсть 0-2 %), добре зчеплеиих з основою (ст1ч=:80...150 МПа) покритпа з вщтворюваними властивостямк;

- сформульовано, розв'язано теоретично 1 апробовано експериментально ряд завдань оптимального формування плазмового струменя продукт згоряння, ного взаемодп з дисперсною фазою:

- виявлено основш законом1рност1 повелшки електрично! дуги у потощ продукпв згоряння, дослщжено характеристики плазмотрошв з протяжною стабшзованого газовпм вихором електричною дугою;

- розроблено П1дх!д активного шлеспрямованого впливу на характеристики рЬних дшянок протяжно! стабитовано'1 дуги, що горить у продувному газоновпряною сумшшио каншп;

- дослщжено роботу електрод1в плазмотрона, який прашос на газоповпгряшн сумш!, внзначено умови гидвишення '¡х стшкостг

- вщкрнто нове явите рпкого контрагування катодно! ошрнсн плями дуги, виявлено тенденцио формування дифузно! прив'язки на анод1;

- обгрунтовано теоретично 1 доведено експериментально ефектившеть використання в технологиях ' плазмового та .електродугового напилеиня слабконедорозширеного надзвукового струменя, що випкас ¡з звукового сопла:

- остановлено мехашзм, дослщжено теоретично та експернментально низькочастотш автоколнвання, то виннкають у систем! плазмотрон - джерело електроживлення, яке м!стить у силовому ко;п смносл та шдуктнвносп;

- показано, то в умовах надзпукового плазмового напилення у тдкритш атмосфер! безнорисп иокриття можиа одержат» двома способами: за рахунок тдвишення швиякоеп розплавленнх дисперсних частинок у момент контакту з основою, або за рахунок створення умов пролонгованого взасмного терм!чного впливу частинок тд час фор.мування покриття (в раз1 використання плазми продуклв згоряння. перший спос!б - найкрашнй): .

- розроблено приншшово нов1 апаратурш вириисння I конструкцп електродугових пристрош, що базуються на вперше вивчених явищах.

ПРАКТИЧНА Ц1НН1СТЬ диссртацй" полягае в широкомасштабен замни дефщитних \ дорогих шертннх газ1В, яка використовуються в проаеа плазмового напилення, иа дешеву 1 досгупну сумпн пов1тря з горючим вуглеводневим газом (метано?.!, пропан-бутаном) на основ! оргашзацн серШного внпуску апаратури. спочатку "Укрлша", а пот!м "Ки'т-7". Шдмова в(д шсртлих ппт вЫграс вирниальну роль у збшьшешп продуктивности установок I переход! до надзвукових швидкостей (саме ш два чшшики визна«шоть основ!» тендешш . свитого розиитку процссу гаэотерьмчного напилення) у зв'язку з ¡стотним зростанням потужносл установок 1 витрати шшмотшрних газ!в.

Ьшюго обставиною, яка забезпечуе конкурентоздатшсть % прюритет дано! розробки на св1товому ринку технологи"!, е високий р!вень основних показниюв пронесу га якосл покритпв, одержат« з використанням надзвукових потоков.

Сукупшсть добутих результатов забезпечилз створення принципово ново! високоефективно! плазмово-дугово! апаратури: установки для надзвукового плазмового напилення, установки надзвукопо! електродугово! метал^зацн, спрошено! плазмово'1 установки, у о тому числ» багатопостово), апаратури високошшудасного поверхневого плазмового гартуваиня.

Створено матер1ал(.ну базу для розв'язания технолопчних завдань з використанням плазмових потомв у плазмоимц, металурги. машинобудуванш та ¡ншнх галузях.

РЕАЛ13АЩЯ РЕЗУЛЬТАТОВ, Окрем1 плазмов) установки д технолопчш продели впроааджрно на 21 шдприсадсш рпинх гаяузе«, }0 з яких пранюмть \ сьоголнг. Урзлдош чКнгеричСург (нарняения

покритпв, стшких протн спрацювання на шток» бурових ¡lacociß), з-д ВО "¡меш Орджоншдзе" м.Челябшськ (напилсння стшкнх покритпв i плазмове заточування лемеинв), Метизшш з-д м.Магштогорськ (напнлсггг.я ctíhkhx покритпв на дстам волочильного устаткування), AT "Туркмениафта" м.НебпчДаг (напилення стшкнх покритпв на дет ал i бурових машин), Мосенерго м.Москва (напилсння алюмокераьнчного покриття для захисту теплопровода) вщ корезй), Комунарськни металургшнин комбинат м.Алчевсы: (напилення захиеннх покритпв), Аптотранс м.Тираспшь (ашповлешш автомобшьиих колшвал1в), AT "Сурфколнта" ы.Каунас (вщновлення автомобшышх i тепловозних колшвал;в), ВЧД-1 м.Кшв (плазмове гартуванни колкннх пар), Локомотивне депо Львш-Захгд м.Льо!в (плазмове гартування Konicmix пар).

Першим великим практичним результатом, якпи розв'язав проблемн на pÍBíii галуз!, була розробка стльно з Комунарським ввдтом зварювання ДонНД1чор.«егу cepii'uioi установки для плазмового напилення потужшетю 120 кВт "Украша". На початку 80-х роив на металурпнних заводах Укранш впроваджено ипсть таких установок.

Настушшм станом стала розробка епшьно з IE3 ím. G.O.Патока АН УРСР та ВНД1автогенмаш м.Москва блочно-модулыю! установки для плазмового напилення. потужшетю 80 кВт "KiriB-7", Сершне виробшщтво таких установок у кшькосп 100-300 шт на piK було орпшиовано з 1985 р. на Барнаульскому апаратурно-мехашчному заводь Випуск апарата "Kiiíb-7" пришшено в 1991 р. у зс'язку з розривом господарських зв'язюв.

В осташп роки Ыльио з IE3 ím. С.О.Патона HAH УкраГни розроблено установку для надзвукового плазмового напилення потужшетю 160 кВт "Кшв-7С".

Розроблено спеццинзоваш установки високошвидюсного плазмового гартування та надзвуково'1 електродуговоУ метал^заци для комплектування лши по вшновлюванню колншашв.

НА ЗАХИСТ БИНОСЯТЬСЯ:

- концепция застосування плазми продуктов згоряння, генеруемо! плазмотроном з бшьш подовженою, Hin; самовстановлювальпа, електричною дугою, у процесах високопродуктнвного напилення та обробки матер!ал1в;

- комплекс фпичних та математичних моделей процесш генерування потоку плазми продукт згоряння i взаемода такс! плазми

■ з оброблюваним матер1алом;

• теория i практика до та надзвукових ппазмотрошв для напилення, що працюють на газопов1трян1й cywiiiii 3míhhoto складу,

1Стоди активного шлеспрямованого впливу на характеристики рпннх шянок iio.ion'Aciroí слектрично! душ в таких плазмотронах;

- георсгнчж та експеременталын дослщжсния автоколнвань у ИСТСМ1 плазмотрон • джерсло слектроживлення на баз! шдуктивно-мшсного перетворювача;

- положения про викорнстання для напилення надзвукового лаоконедорошшреного струмеия плазм» продук-TÍB згоряння. що и'пкаг 11 тукопого сопла:

- роулыати експернменталышх дослщжень вплнпу умов апплення у плазкп продугпв згоряння на властивосп покритпв.

- нршшнии п'обудови впеокоефективно! електродугово! пара при i розробки технологи'! иапнления та обробки Maiepi;uiin у икорип.шням газопепнтряних сумнпен. ^

АПРОБАШЯ РОЬОТИ. Матср1алк дпеертапп допоп1д;т»сл isa 7 ¡жнародннх, 19 псссогазннх i 10 рспопалышх. пшузепих га ¡жгалузевих конфереишях, снмпоз1умах, парадах га семшарах, сновнпми з яких с: МЬкиародш конферешш а Лондон! (1939 р.), ,imxmíM¡ (¡993 р.), Аахеш (1993 р.). Koöi (1955 р.), Кпсш (1990. 1991 рр.). locKui (1990 р.): Всссоюзн! копференц» по . генераторах !Пы;отемпературно'1 плазми: Алма-Ата (1977 р.). HonocsiGípa.i; (1950. 939 рр.), Каунас • (1986 р.): Всесоюзна конферсишя "ФЬнха пзысотсмпературно! плазми". Мшськ (1979 р.); ВсесоюзннЯ снмполум о плазмохин, Москва (1979 р.); наради "Teopin i практика дзогермпшого панессння локригпа", /(MUTpin (1973, 1983, 19S5, 1989, 992 рр.). Рига' (1980 р.); Всесоюзна конферешня "Псрошховз еталурпя". Спердловсыс (1989 р.); галузегл конфгрепцп Плазмотехполопя". ЗапорЬкжя (1990, 1992 • рр.); Vi мпхнародня ауково-техшчпа конферешня "Hobí конструктлпш стал! i сплави", апоргжжя (1905 р )•_ галузев! коиференци "Hobí матср1аля í гсурсозбер1гаюч1 технологи", Пенза (1990, 1991 рр.); тирада Композиции» покригтя", Житомир (1931, 1985. 1937, 1991 рр.),

ПУБЛ1КАЦ(Т. 3míct роботи з вичерпкою повислою шгкладшо » оногффп. öpouiypi, 72 наукошгх статгях та допосщях, по тем! иссртани одержано 20 авторських свшошгв та nareirrí».

СТРУКТУРА ТА ОБСЯГ РОБОТИ. Дисертаадя складпеться з лупу. 9 роз;нлш. заключного роздилу у вигляд» формуяюпзния (гйлмшх BuciioBKÍB. списку ;итератури з 253 наго, доддтт. Робота icruTb 261. сторшку машинописного тексту. 112рисунк»в, 32та'блиш,

3MICT РОБОТИ

о

У Bcrryni визначено науково-техшчну проблему, розв'язаншо якч присвянено дисертацно, сформульовано мету роботи, обгруптован актуалынсть проблемп, назначено наукову новизну i практичну híhhíct роботи, наведено ochobhí положения, як! виносяться на захист.'

У р о з д i л ¡ 1 дано оцшку í виконано аналп першочергови завдань удосконалення технологи та устаткування газотсрм1чног нанесения покр!ггпв.

Розглянуто ¡стотно важлив! для дано; роботи результат!! наукови дослщжень Ю.С.Борисова, I.M.Карпа, А.Л.Борисово!, 10.0.Харламова М.Ф.Жукова. Б.О.Урюкова, В.В.Кудшоаа ra íh.

В р о з д i л i 2 розглянуто особливосп плазми продукт! згоряння вуглеводневого газу з пов1трям. Практика плазмовоп напилення та обробка матер1алт висувають широкий спектр вимог д< плазмотв1рного середовища. Первннну шформацпо про можлив комбшацго параметр1в плазми, rkí впливають на електричш, теплов1 t¡ динам1чш- властивосп, дас инилгз результате розрахунк; термодинам)чних властивостей використовуваних газ1в. Bn6ip род; плазМотв!рного газу визиачас електричш i tciuiobí характеристик! плазмотрона, теплоф1зичш i дннам1чш властивосп плазмовоп струменя, його Х!М!чну акгпвшеть. Окнслювалыш-вщновлювалып переносш властивосп плазми продукпв згоряння внзначаються i складом, Нашнтенсившша 3Mina концентрацш виникас в штервал температур 3000 - 4000 К за рахунок реакщй

С02?С0 + 0; Н:0?2Н + 0; 0:?0 + 0 Í6000-8000 К: СО^С + О; NiíiN + N.

Велнчини питомих енерговклад!в шд час напилення бшьшост матер!ал!в становлять 5-10 кВт год/м3, Вщповщно до верхний меж питомоГ енергн (10 кВтгод/м3) середньомасова температура плазм! р1зних середовищ змнноеться в широких межах: вщ 3900 К для плазм! НгО до (6,5...7)10} К плазми продуктов згоряння i 13400 К для плазм» Аг. Плазма продуюзв згоряння характеризусться низьким темпо» зниження температуря пщ час вщбирання тепла у широкому нггервал температур 3000-4000 К i 6000-8000 К (200 К на I кВт год/м3) за рахуно! дисошативно-рекомбшащйних процесш. Наприклад, азотна плазма i 1нтервал1-3000-4000 К швидко знижуе температуру при вщведенш тепл; (-2200 К на I кВтгод/м3). Аналогична ситуацш мае Micue в раз розведення плазми повпрям.

Ochobhí особливосп поведшки плазми молекулярного газу i нертноважннх умовах пов'язаш з коливально-поступовок нер!вноважшстю, яка може становити кшька тисяч градуЫв. У Tánii ситуацй можл!ш умовн, коли ефект друго! в'язкосп обертаеться (другг

бо об'емма в'язю'сть стас вщ'емною). Це призводить не до затухания вуку. генерованого власною турбулентшстю та пульсашямн пара.метр1в уги, а до ного нарошування. Ефектнвне шдсилення звуку за рахунок бертання ефекту друго! п'язкосп вшбудеться на частотах 104О5 Гц.

Пор!вняння енергн звуку АЕ, одержано? з оцшкових формул елаксашйно! в'язкосп, з тепловою енерпею плазмн Е.,л дае

еручн в1дношення концентрацн молекул пм до коицентрацй атом1в ступшь нер1вноважносп (Тк - Т)/ Т — 1 /10, добуток частота

1нтенсивш звуков! хвил!, якi виникають 1 лщсилюються на однш лянщ течн, а поглннаються на пиши (ннжче по потоку), можуть тлннути на пдродииашчш иараметри течи I електрофп»*;!« шсптосп розряду. Напрнклад. якщо забезпечитн яктивну днсипацио ¡длишково! звуково! снерг» у прианодшй частиш розрпду, можна кржатн внсх|'дну вольт-амперну характеристику з великим лнтнвним дифсреншальним опором, забезпечитн формувакня (фуЗНО! прнв'язкн розряду.

Р о з д I л 3 присвячено дослшжеиням ллазмотрошв для ¡пиления покритпв та обробки мстал1в.

Пщ час х1М1чних реакшй у камер! плазмотрона, що пращое на зоповпряш'й сумшн, мають мкце звичайш для ис¡х плазмотронов ища • шунтувания, лрейф параметр!в дуги, р1з!н нестШкосп та проб1й. лыасш стввщношення змшгоються. Найпросп'ше шдтримання оолшного рцшя парамегрш з.-ийснюеться в плазмотрон! з уступом не. 1. а). Вияплеш 1 дослщжеш особливосп поведшки дуги в каналах ладного профшо дали можлитсгь розробити ряд принципиально вих конструкшй плазмотрошв (рис. I. б-е), У плазмотрон! (рис. I, б) эстае ефектмвшсть впливу на напружешсть електричного поля, шо дае жлишсть формукати ВАХ з великим позитнвним дифсреншальним орй, де 1Ъ=(Ш/<11 ;.юсягае 6 Ом, На рис. ), в-е наведено нструктивш виршення, що забезпечують активннй вплив т пош азми у ириаподшй частиш стовпа дуги. Висок! експяуаташйн! якосп :ягаються в плазмотрон! з единичною металевок» мжелектррдною авкога (МЕВ) (рис. 1, г-е).

Вольт амлерш 1 теллош характерными а'шмутро.нш, «ю шюють на мсшкмювггрялШ Ц1ротШ'6утатюШртМ €утт), сжать вщ IX кокструктнвних есоблнвостей > гсометр№ШВД

}уку и на час релаксаци I т~10' 1 1-

ЗТ Т1"

-1, матимемо

к

сшвшдиошеш/ дугового каналу, >м власти ßi особливосп, зумовлен родом плазмотшрного газу, Робота з bmictom метану 50"'«'i више (а<0,\ супроводиться сажоутворенням. 3 додаванням мегану нанруга на дуз зростае на 20-30%. Темп зростанпя напрут гз змшою UMiciy метану ; cyMiiui залежцть шд м!сця iioro введения в дуговин розряд. llpitpic шшруги значно бшьшин в раз] додавання метану до газу (поштря аргону, азоту) на обдувания катода, шж у с\ мша з основнид плазмотв1рним новпрям, яке вдувасться в дуговни канал м>ж соплом т; анодом. Додавання метану до повпря зумошпос змнг диференшального опору дуги. в робочому ;üamnoHi п румт. ВЛ> плазмотрону змнцусться вгору i ста г положнспшою. Може змшнгнс знак диференшального опору i DAX стане падаючою. Для метано повгфяно! lUKOMOTBipiIOl cy.viiiui IlOpiBHHHO з повпрям зб|лынустьс область criHKo'i роботи по струму на 20-30%. Змнцення анодно! опорпс плями i3 збшьшенням струму дуги в канал меншого иерер]зу плазмотрон! з уступом вшшкаг при бшьшому значенш струм) Додавання горючого газу до повпря зумовлюс збшынсння тсплови втрат в елемеити плазмотрона (рис. 2). При цьому область максимум теплових втрат i MiiiiMyM ККД прнпадас на ;мапазон 0.8<а<1.3. I зменшенням довжннн анода залежшсть втрат uixi а кослаблюсться. К К, плазмотрона ¡з збшьшенням вм!сту горючого газу зростае. оскшьк npupicr потужносп за рахунок збшылення напрут на дум з надлишко компенсус втрати. 1з збшьшенням струму дуги чи зииженням втрат плазмотв!рно1 cyMitiii, виповщно з пщвншенпям снтальии илазм1 послаблюсться залежшсть втрат вщ а. Теплов! втрати в катод збшьшенням BMicry горючого газу в сумшп з повггрям зростають на К 15 %, а в МЕВ на малш довжшн 1-3 кал1бру знпжуються. 1з збшьшення довжннн вид характеристик залежнть в1д плазмод1шам!чно1 ситуащ Вид ВАХ великою лмрою зал ежить вш форми дугового каналу (рис. 3).

У плазмотронах (рис. I. г, е) при надкрнтнчному перепад) тиск на сопл1-анод! критичнг параметр» досягаються вище за течюо вхд зрг сопла xJdi ~ 0,4, а розпн до надзвуково! швндкосгп проходить вшьному струмеш за соплом. На газодинам1чну структуру надзвуково1 потоку найсильшше впливае а. 3 додаванням горючого газу до пов1т{ емгсшна шивка ч катода насичусться вуглецем, BMicr кисню в н знижуеться, icTorno змшюеться структура, М1кротверд1Сть збшьшуетьс Змшюеться характер поведшки плями дуги на поверхш електрод Встановлено, що дуга на cyMiuii може працювати в двох режима Перший - з плямого на rmiBui розплаву, за типом П0в>трян01 дуг Другий >.з pi3Ko контрагованою плямою в режим! самовщновлення газово! фазн.

При цьому можлива тривала робота як на першому, так I на другому режимах. Ероз1я мщного анода штенсифшуеться за рахунок окислення мщ1 в зон! прив'язкн опорно! плями дуги. Вщсутшсть окисления мдо у плазм! продукт!в згоряння 1 змша характеру прип'язкй дуги на анод!, коли значна частнна струму замикаеться через дифузний розряд, забезпечують на практиш високу стншсть сопла-анода, досягае 500 год.

У. р о з д 1 л ) 4 розв'язуються задач1 надшного запуску 1 стшко! стильно! роботи плазмотрона для нанилення з джерелом електроживлення, виконаним за комбшованою двоканальною схемою передач! лотужносгп в навангаження.

Зовшшня характеристика джерела 1 статична ВАХ плазмотрона погоджеш лише, в обмеженш зош поблизу робочо! точки. Перехадшш пронес виходу на режим еулроводжуеться збтьшённйм довжини дуги, а огже з.\пшепням ВАХ. Якщо в початковий момент напруга на дуз1 опшшться за зоною стабшзацп струму джерелом електроживлення, вщбудеться р!зке збшьшешш струму, що значно перевищуе допустимий, ) плазмотрон шшде з ладу. Швмдккть перехщного процесу по електричиих колах внявляеться вищою, шж газодштнчш пронеси зстановлення робочо! довжини дуги. 3 метою нади"шого запуску плазмотрона розроблеш схеми автоматичного виходу Гюго на робочий режим.

Виявлено, . що в систем! 1ЕП-плазмотрон виникають ' автоколншпшя у точщ з вщ'емннм дифереишалышм опором дуги. У випрямлсних нагфуз1 та слру.м! дуги з'являеться гармошйна змнша складова сппусслдальнсн чи близько! до не! форм». Змшт складов! струму 1 напруги завжди перебувають у протифазь Змша нахилу ВАХ дуги у робоч!й точш, збшыпення абсолютного значения вщм'емного диференщального опору, спрнчиняе збшьшення амплпуди коливань. Зростання амплггудл змшно! складовоУ струму дуги призводить до вщхилення форми коливань вщ синусо'щно!. Частота коливань змшювалася вщ 19 до 29 Гц залежно вщ шдуктпвиост! дроселя в кол1 виирямленого струму \ статичного опору дуга в робочш точщ. В раз1 виникиення коливань мае мкце амгоптудна модулящя струм!в у колах 1 напруг на елементах 1ЕП. Насичення дросел!в 1 трансформатор1в зумовлюе спотворення лише форми кривих струм1в 1 напруг на змшшй сторон! джерела, а из всгановлення низькочастотних коливань не вплиаае. Часова розгортка уса струм4в > напруг на змшгау сторош джерела незалежно вщ форми криво! мостить гзрмошйш обв!дш на обох нашвперюдах, як показано на рис, 4. Частота автоколивань Г» тут явно не присутня, але пов'язана з частотою обвщнс! Го (для дошджуваного випадку) простим стввщнотенням: Г»±Го=25. Тут знак голос - на частотах ^<25 Гц; знак кинус - на частотах Га>25 Гц.

Нелпшйп властивост; опору нашшгаження пнявляються па змшшй сторож джерела для амп.йтудп струмн*. 1 папруг, оскпькн нслнпйшш елсмент знаходнться у кол; випрямлепого струму. Для митттних значен), навантаження поводить себе як звпчайнип ошр втр;п.

Анализ багатофазннх електричппх ктл П£П виконаио па основ! однофазного еквшалепта, подапого у плгляд1 чотирпполюеннка. ¡з застосуванням методу комплекснмх амгшггуд. Трифазна Т-подвЗна схема 1ЕП з пелшшшш активннм навантаженням зведена до однофашого екв!валента, як не зроблено па рис. 5.

Аналггнчио визначено умовп, за якнх система шрачае сгм"1к1сть 1 вшшкають перюдичш сташонарш коливання. У ршниннях рншопагн схем для однофазннх екв1валент1в (рис. 5) шукаш струмп 1 напругн символ!зуються комплекенн.мн фупкшямп ите-' ч!. Комплексш

амшнтудн струму 1 напругп дор1вшокпь вщповщно: 1т=1т(!)е,'т"1'); итит(^)• лс 1т(1). I'.»(I) - шухаш функпп амплнудп «¡л часу. Ртияпия р1вновагп схеми ряс. 5 зсодиться до нелпшшнх диференшалышх рпшянь з малою нелшшною частппою 1 комплекспими коефпнентами. Для ¡х анализу заетосовують метод малою параметра.

¿'и* . . Г Г, ЗЛ/;, - д) . !';. а 1

-— ♦ ¡О,К--и - о 1«: = -ш и, +--------- ----* КУЛ i !—-...... (.!■ ,

(¡Г ' </( ' [ ч г ) с/1 Ч г ) \

= О,

г „ и.+ и „ 1

н = ——--- - малин параметр, характернзус итхання контуру.

Розв'язання тако! системп мае внгляд:

1г = ¡У''

Амшнтуда автоколивань, що не дорйшюе нулю, для Т-под1бно) схем» ¡снуе при вщ'гмному екв1валснтному опор1 контура у робоч1Й точщ ¿зин/'<51„ +г„ +г, <о, а для Т-по/пбно) с.хемн автоколивання виникають у д1апазош ¿эи„/Ди <0, ]<?ин/г"1„|<г. Змша мапнтно! та електростатично! енергп системи дор1внюс потужносп втрат у система Протягом частник перюду з результуючнм вщ'емним опором контура вгдбуваезься поновнення коливалыго! енергн. а з додатним опором и розствання. Автоколивання в иавантах.ешп за випрямним мостом проходять по змшшй складов1Й постшного струму. В слементах

колнвального копиру (емкосп, шдуктивпостО, то запасають снерпю у трьох фазах амп.Лгуди шппгих счрумт 1 напрут з частотою мерсиа Г.=50 Гц модулюкнься на чаеччгп (о, за законом:

I =(1Г. + 1,й|'ло1[),Ч|п(п)1! «+ м):

Розхш у ванню спсгсмп сприяс та ко ж синхронна змша внтрати газу при парищях с1руму дуги, то призводить до колнвань пдрав;нчиого опору .чуюною ьапллу. У дпнамщ! цс зшльшус абсолютие значения шд'гмного дпферешпалъного опору. Тому в систем!, поряд з вщ'емннм дпференшалышм опором по статичнш ВЛХ дуз1 линикас додатний зпоротнни зв'язок по е.чектро-) газодпшипчному каналах.

У ¡1 о з л 1 л 1 5 наведено результат досльтлень гшазмового прумеия 1 ¡'¡ого поливу на лисперсну фазу. Параметр!! плазмового егрученя продукт згоряния залежать вЬч конструктивного виконлння пла¡могрона. вклачувано! електрнчно! иотужносл, складу та китрати вн\1лно1 сумшп п.'шмотшрного газу.

Порчшннш! ¡емперагур. визначених розрахунком з експерименгалыю »изплченнх лачень спталытш, показус, то иов!фяио-ичазмо»ий струмшь бъчьше роз!гр>тни у межах почат копо! дьчянки. |пж па.чнвпо-поипряшш: темп знижсння температуря иовпряно! п:ипми за межами почлтково'1 диянкн шшшн, а абсолготш значения температур ннжч!. тж пилшшо-повпряноь Паливно-повпряним н.чазмовии факел маг значно р!впомгргшшш температурит! профиь но иерериу (рис. 6). то поясшосться бгчылим кутом по го рожрипя порншяно з пов!тряннм струмелем I видиенням тепла В)Д догоряния налива, а також теплоIи дисошанп.

Пока ;ового с залежлпеть осьово! температури В1д й?.нсту природного ппу у сумшп. нимфянл на ¡р'Ы сопла плазмотрона г ицкггаш 5-10-- м (рис. 7). На зр1з1 сопла додакання природного газу спрнчнняе иадпшя температур». а на тленна 5 !0- м температура, навпаки, шдвпшуоься. Вибувасп.ся перерозподш температури вздовж струменя. ЗГнлыиенпя довжнпи зони пагр|'ва»ня прнблизпо пропорцюнальне величин! (I - II )', дс П,.:,_- чаегка природного газу у В1шднш

ппоп^О'тряшй сумшп. Па рис. 8 наведено розподш парамегр1в у сгрумеж плазмотрона ПУИ-1 установки "Кш'в-7" (а - температур, б -швидкостей).

Л.чя склл.шнх плазмови.ч сгрумешв (поппря [ продула» згоряння) профи! швидккно! о напору i потоку нлдлишкотпх епзалытп збер!гаготь свою учпверсалыпсть на осноншй дии.нш (сереяньолвадрашчш вп.чилепня не персвишукпь 5 "о) ! можуи. бутп описаш ушверсалыпш профилем Шлкпшга. Профпи швидкоси шкож с ушверс.мьними, а для

температуря не ушверсальш, що зумовлено законом змпш складу за ' рахунок х1ипчннх реакцш.

Досить важливо для технологи, що плазма, продукпв згоряшш за ¡ншнх однаковпх умов мае вини переноснЬвластнвосгп. Так, на вщеташ 50 мм вщ зр!зу сопла зеплопровщшеть плазми продукпв згоряшш "лоблизу ос! становить >.=0,6 Вт/мтрад, а теплолровщшезъ повпряно!' пльки 0,35 Вт/мтрад. Внкористання надзвукових струмешв плазми продукпв згоряння вуглеводкевого газу з повпрям вщкривас: нов1 можливссн створення ефективно! технологи напилення захнених покритпв. Розрахуиок надзвукового потоку виконано методом послщовннх'наближень.

1з збшьшенням потужносп витрата плазмотшрного газу п;1дае 1 практично не залежнть вщ складу плазмопнрноУ сумшп. Ртель I темп . зростання середньомасових температур 1 швидкосп у критичному перер1з1 залежнть вЦ надлишкового тнеку, члпету газу у сумиш з повггрям, вкладувано')' потужносп (рис. 9). Иадзвуковий плазмовий струмшь продукпв згоряння одержано в плазмотрон! для напилення • потужшетю до, 180 кВт з однничною металевою кпжелсктродною^ вставкою (МЕВ) 1 звуковнм соплом (рис. 1, г).

Спецификою взашодп плазмового струменя продукпв згоряння з напшнованим порошком е пщвшцення сфективносп на 30-50 % нагр1ву материалу 1 полтшення р1вном1рносп прогр!вання частинок незалежно в!д траектори ¿х польоту. Основну роль у тдвнщенш ефективНосп -нагр1вання дисперсннх частинок у надзвуковому плазмовому струмеш вццграе иротяжшеть зони нагр!вання. Звщсн випливае доцшьтсть використання слаоконедорозшпреного .надзвукового

високоентальпишого .плазмового струменя. Збшьшення протяжного початково'1 дшянки струменя, на якш ще проявлясться хвильова структура, досягаеться за рахунок зниження розсиовання енергн в турбулентному пограншар! 1 виходу випромнповання. У реальних умовах транспортована плазмою дисперсна фаза за фракцшним СКЛаДОМ МОЖС ¡СТОТНО ВЩр13НЯТИСЯ в!д внхщного ' ПОрОШКу. ЗмШН виникають в результат! взаемовпливу. кпж частниками, подр!бнення \ м1жфазного масообмшу. 1Д1 явнща можуть значно впливати на кшцевий результат процесу.

Розроблено. модель подр1бнення та коагуляци полщисперсного порошку; яка грунтусгься на континуальному пщход1.

Характер 1 наслщок подр1бнешш визначаеться параметрами ЬР> М, Во, Не, шльюсного характеристикою швидкосп навантаження

де т = т/т,, -г - час. т,. = 0,яз(р-6'/о)"' - пер¡од вяаених коливань краплк

п

. Розрсблена загальиа математична модель руху, нагр1вання, подр1бнения I коагуляш! крапель в. одном1рному потощ. Пщ чае описування залежност! стану дисперсного потоку В1Д розм1р1в крапель викорнстано метод Лагранжа. Безперервн! лроцеси коагуляш! I подр1бнешш частинок у потощ шд Час дисхретного розбиття на фракци описуються функшямн: • ' ¿¡г,. ¿Е,. с1Т,: с!х' <Лх с1х ' </\ ' (¡х'

1з врахуванням переходу масн, Ыпульсу та енергп 'гид. час полфбнсння / - о!-фраки» у бшьш др!бш нов) значения масово! розхщЛо! коицептрацн , ш'видкасп V,", температур», Г/, енергн Е"

зизначаються на основ1 розпод!лу т„ = 1,,/У^,, (I,. маса улашаа фракци

• ■ ( Ы - ;

/) !3 СШВВШНОШеННЯ ' .

Залежтсть стану дисперсного потоку, яхнн рухаеться з великим ковзанням у плазм!, вщ розм!ру розплавлених крапель иаведеио на р:гс, 10. Така залежшсть у загальному пигляд) характерна практично для пах матер!алш за умови, що швидкосп. частинок уйх фракадй па момент плавления р'шш. Ревень швидкосп частинок нашипованого матер!алу а момент контакту з основою е одним з головкйх фактор1а, що впливзготь ■ на ф13!гко-мехашчш характеристики покрнття. Якщо еисока швидансть, як Правило, бажана, то необх1дний сгупшь роз1гр1ваиня частики залежить' вй постазленнх завдань. Виб1р оптималпшх режтнз напилення, з рештою,- звояиться до ввдшукання максимально мо-хливих швидкостей за умови найповшшого I найр1вном!рнгаого розплавлення вах частинок порошкового материалу без перерву, . .

Швидкост! частинок родих штер1гийв на вщстат250 мм вщ зр!зу сопла надзеукового плазмотрона залежно вщ вкладувано? потужносп •'витрати плазмотвфного газу наведено на рйс. 11.; .'..' ; ■ ' Напйлення : з вшсорпс^нням надовуковоп?. «й$мяя плвзМи характеризуакя мадим кугоЦ рр№}з1Ш'Я:.даоф5Ийогопотоку"'(5*7.*) через зниження . пул^садойно:^ ;;

практнч»ю вщсутшшо розкиду шв1щкостеЙ. ' •

; У р о з д 1 л г 6 розглянуто особливрст1' поро1ш;ового напилення у

. ли параметр«! прсцёсу нашшення i оластшзосгп покритпв. Додавания горючого вуглсводнсвого газу до пов1тр.ч у ncix вппадках незалежно вщ позужносп (дослшжсно /папазон 20-160 кВт) в умовах дозвукового i иадзвукового плазмового наннлення pi3iuix порошкових*- матср4ал»в (метал1в. оксидно/ керамп-сн. карбшв) веде до збшьшишя коефшкнта використаппя Maiepianin (КВМ).

Вплив складу плазмошрного газу на пропсе пашшеппя керамш! показовп!! на приклад! А1;СЬ. В p;.i3i нашшення з и-л залежшеть КВМ вщ внтрати мае ехстремальшш характер. При цьому з гндвпщспн;:м струму дуги плазмотрона КВМ зросгас, а iioro максимум змнцусться г, oiK великих внтрат (рис. 12, а), Якщо взэти за основу оптнмальиу внтрату ловггря при ф1ксованому струм1 дуги, коли дэсягнуто максимального КВМ, i додавати горючий газ (метан чн пропан-бутан), то КВМ зростатнмс. Bin досягнс максимуму при а=0.9, а поим при подалылому збпыпгшн чистки горючого газу в сумшп почне мотонно . знижувлтися (рис. 12, и). Макснмалышн КВМ за удговн а-0,9 буле при бшьшш витрал ПЛ(\ЗМОГШрИОГО газу, Н1Ж за умовн а=сс. Доди вання горючого газу веде до збшьшения КВМ на 15-20 % i дас можлив1сгь застосувагн Kpvrniibniii порошок. Висока тенловщдача до частинок порошку i Kpaiui розпшц пластнвоеп плазмн продукта згоряння поршняио з поштряиою чн азотною вимагають коригувази час перебувашш частинок порошку у високотемнературнш зуш. причому онтнмальнс ¡игршання забсзпечугп.ся при шшшх швидкосткх. Для цього необхшно збшьшувати внтрату газу або змепшуватп /наметр сопла. Пщвшцена шшишеть частинок i piBHOMipne ix ирогршання по всьому перср!зу забезнечують тдвшцення щшьиосп покрипя i iioro зчеплеикя з основою. Пористость покрппн;, нангсеннх у илаг.и продуктов згоряння, може регулюватися у широких межах, про тс радикальнс зннжелня порнстост» газотерлпчних покритпв досягаеться з використаниям високошвидкчсннх методов напилеипя. Як показали дослщженчя, залежшеть КВМ i порист ос ri вщ гранулометричного стану порошку, потужнош плазмотрона i imvpain плазмопирного газу короткою гь днж собою дн, кю ведугь до пщвишення КВМ, енрияють зннженшо пористости i навпаки.

Покраття з нержавночо! стал! X18HJ0, напнлене з використаниям • иадзвукового плазмового струменя продукт in . згоряння. характеризуется нисокою щшьшетю (пористость ~ 0,5 %), особливо в М1сцях з'еднания з основою. Мнимальна пориспсть покритпв з цорошку ВК-25 , (виробннцтво ВИД ITC м.Москва) в умовах . иадзвукового плазмового 'нашшення становить . ~ 3,5 % при 1 продуктивности 27 кг/год. 1з знизтшям продуктнвносл до 4.5 кг/год .. ' вола збвдьшуеться в 2-2,5 раза. Мшшсть зчеплеиня покрипя ВК-25 з

а

основою i3 Ст.З досягае 150 МПа. Викорнстопуючн порошок WC-12CO ij)ipMn Stark Company, надзвуковим плазмовим напиленкям одержано покриття з нульового порнспстю, у якого рентгенограмм покриття i порошку nOBHiCTIO 3ÖiniIOTbC;!.

ßjiacTimocri покрнтпв залежать вш методу напилення. Властнпосп хромових локригпв, напилених рпннми методами, наведено в табл.1.

'Габлная !

Метод Газ о пол у- Плазмозе, Детонаншне, Плазмове

напилення меневе, надзвукове,

О; + СзНк Лг + Н; О: + С; Н; rioniTpn+C'Hj

MiicpoTRep-д'сть, МПа 3000 - 4000 5000 - 5500 ■ 5400 - 6000 7000 - 8000

Порлспсть',% 6-12 4-6 2 5

Внкористання сукнам повггря з метаном або пропан-бутаном у процесах плазмового нанесения покрнтпв дас можливцггь одержувати контрольошин атмосфер» в зеш роз1гр1ву \ руху частинок порошку. Так, робота з <х=0,$...0,9 эабезпечуе зниження окисленостз зшнзпнх поропш'з на 20-30 %.. При .напнлешп порошку Си вмтст киенга у покритп за рахунок додавашгя 10 % метану знижуетьса з 2,5 до .1.5 %. Самофпшсуючт порошки кечутлив1 до а. Вагоряпня вуглешо у СгзС> В!Д додашшня горючого газу знпжуеться. П»Л час проходженя.ч через плазму СгзС; частково переходит;, в СпСу Анзлп шл1ф\в напиленнх погфиттт евщчить про те, що 1'х структурою 1 властпвостями можна ефектпвно керуютп, змнноючн склад плазмотвтрного газу. У шлому плазма продукта згорянпя не е надшшш захпетом пашшеиого-материалу вщ окисления. Додазання до по «ар а вуглеподш» лише досить ефектшшо спрняс' послаблению негативного вплнву атмосферного кнешо на властивосп покрнгпв. Окисления нашшепого материалу дулсе залежить шд часу контакту дисперспих частинок з активною навколишньото атмосферою. Тому проценишн вьпет кленю в похритп ломтю збшьшуеться ¡з збшьшенням днетанцй напилення 1 змеишуегьЫ з пщшнценням швидкосп польоту • частинок порошку. Псршняння . властивостей покрнтпв, одержаних на ртзиих установках, однозначно св!дчить про помину перевагу використання падзвукових плазмових , потоив. .

Випробуваиня на ошр проти абразивного спрацюзання 1 тертя ковзання покритпв ¡з сплавтв СН05, СН08, ПГ-Ж1, як1 аморфгзуються, ' довели, що метод надзвукового плазмового напилення зарезпечуе • ; найвиии . показники .. дортвняно з детонацШним, плазмовими • / дозвуковими .методами. . Результата електрохтмтчних випробувань на ; < корозшну стишсть також показали перевагу плазмового надзвукового

п.: пиления. Досягнул полшшенкя службоанх влаетивостеп покрнгпв п сплав1в СН05, СН08, ПГ-Ж! пояспюються шдвищенням щшьноеп, мщносгп покритпв та збшьшенням ступеня 5х аморфЬаци. Корозшна стшметь покригпз чт;о корелюе з )х структурою, зокрема з об'смним вшстом аморфно! фазн, Покр!птя ¿з сплаву СН08, нанесено падзаукошш методом, характсризуслгся в 3 та 11 раз ыеншою ицлыистю струму корози пор1вняно з покрнттями, нанесеннми на устаиоащ "Кшв-7" 1 с аргоп-водпевш плаз.\п,

У р о з д 1 л I 7 шгсштлено питания еяекгродугоБо! мегадйзацн у иисокошвидшсиому потош продукпв згоряиня. Параметр» еитьчаиня розпилювалыюго газу 1 електро-газодцнам1чнз сйтуащя у зош плаьлення дротин шд час електродугово! ,мстал1з,ии! впзначають пронеси дпспергувашш и розгону часпшок розплавлецого' металу ¡, отже, тйсть покрнтгя. Дослщжено взасмодио газового потоку з'дугою та електродашн в умовах, коли цапрям потоку зб1гаеться з шссю „одного з едектродш. Дуга 1 обдуваючин пота; взааюзв'язанк Прэгртш дугою газ прямуе вниз по потоку, стабишуюча просторов« положения дуги. . Вкесеметрнчшн^ дугоапи розряд у 'ствв1сному потощ опнсуетьса ьиразами типу р»вняння пограничного шару. Названия газу в дуз! веде до в!дтоку масп з кпгргтого шару, а дшгам^чний шар ¡ошзоваиого газу завкди меншнй шд теплового, тобто поля розиодшу швидкостен у перер!з! дуги розшщуються вссрсдши тешюпих иолш. Зиачно вплиса'оть на дугу, що мае осьову симетрнэ, пласне магштпе поле. Ёоно.по-псрше-, створюс сипу, яка спрямована до оа 1 стнскус стовп дуги, тим сами:.; збшыпуючи тиск • исередши дуга. По-друге, взаемовгоши радишьис; складом; струму дуги з власшш мапйтпим полем сприч-лнпе появу приетектродних ¿трумешв газу, що забезпечуе прнркт ¡'х швндкост! ! додаткове залучешш газу в розряд.

Результат» розрахунмв параметр» лотоку на ос1 столпа дуги*' сс!дчать про те, 1цо викормстэдшя внеокоишндапейого лотоку продукт згорянкя метану як розпилюючого газу зашеть повпря тсхнолопчно б1ЛШ бажане, Зменшеиня поперечник розкпрш душ эумоыное-зменшечлц збурення обдувиого потоку. У раз! праблизно ртного електрошгнтюго ' прпехорюючого вшншу дуги на газ середня швидгасть потоку, а також динамнннй натр у межах шару юшзованого газу, Зростають за умовп використання продуктов згеряиня бшьш як у 2 1 рази, .Здадаки пшшщеншо а'язкоеп обдувиого газу гзшшеншо и в дуз! I {за рахуиок зменшення температур» дуги, що горнть у потош продукта згоркйиа метану), полшшуеться передача ¡мпульсу шд обдувиого потоку, . в Ш1азму дуга 1 послабгаоеться п г&лшуванНя. Необхщн! параметр« . потоку герючого газу мозкна забезпечктй, застосовуючи цил1ндричле соадо» 'Про ' . ^(«(¡в: критичний перерЬ

Г •^нд^еяпб^-';^-*4«^!^;-;«»^ -йэт*^;,"?^^!«. зв^^ена ШВ11ДЙСТЬ досягае

M=t,2...1,3."3 пор!й!!яння критер1го Re для обдувания потоку з Rc у зош плавления дротпн випливае, то в дуз! вшшкасламшарнзащя течи зз рахунок пщвнщешш кшематичнс! р'язкоеп розиилювалмгого газу.

Наиважлизшим фактором процесу електродугово'1 металпацц е дпспергування розплавленого дугою кеталу дротпн. Поряд з рплнпом сил електродшшнчного i терм1чного походксення, на шшесешш розплавленого метал у з елсктрод!в i подр^бпсшш крапсль, п основному, впливас швндкюшй ranip потоку. Середнш роз>«р частинок, шо утворюють-ся, впзпачасгьс.т чпслаи Всбсра We*. ' Прийпязшн \Уе*=22, середнш розмф стальник частшгок при швидкосп розшшгопалыюго. потоку М=1...1,4 шкгалясться р:зшш: d$=0,42...0,33 мм для а=ео; d,=0.I8...O,l2 мм для а=1.

Прискорения частшгок у pasi викорнсганпя яг; розппяюяальпого газу продушив згорянна метану (а~ !) ¡стотпо штенсифнсусться зтк зд рахунок зменшепня к диаметра, так i за рахунок збшьшення дпнампшого напору, тобто ггрискоргиня зростле пор1пи.?но з погнтрям бшьш як у 4 раз.т.

Могши пдаад до розрсбкп сл;стродуговнх ' метатзатср10-груитусться на вш;орпст;шш сгабшзозагго! електричнс? дул:, яка поздовл-ш.0 обдугасться »адзвукознм потоком продукт« згоржия. Меташ'затор (рис. 13} дцотггь камеру ггсрямия Ь ззукстм ■ соплом, уздовлс oci якбго вщ автономного мсхашзму подаеться «еитралыш дротпна. Бокоза дротгаа подаеться h зовшшггьоТ сторони гид кутом 40» 50° до осьовоТ. Точка ïx зуегр^ч! розхящуеться lia з!дсташ 0,5-1 калШру В!Д.зр1'зу сопла. Нершнозначш умов» плавления дротии зумощпоготь ■ pi3immo швндкостей ïx подач!. Швндость шшлешы Goiironoï дротпн«. иезалежпо вщ полярггаст! пршшадшо? напруги i струму дуги заа:кда пища вщ центрально'/. Задавальпохо с центральна дрогши. Бона визначас ртень струму дуги.

Досшджетм, внкспат з гткоркстаикям : нерлавиочого (I2X18H10T), пуглсцевого, алгомнневого, шдного, порошкового (ПП-îvlM-2, ПП-АН 301) дрот ' свщчить про те, -що показзшки асош покрйП1в, одержаннх з використаиням падзвукозЬго кяшпзаторз из продуктах згоряння, в 1,5-2 раза вгащ порЬняцо. з тпподнмп метризаторами. У табл. 2 наведено власшпосп псгфгггпз з дроту ГШ? АН 301, струм душ -"180 А, продуктившсть - 9,5 кг/гсд. МорфокогИш досшджения та гх, комп'ютерна обробкз свЗ^ать 'про!щМта&янк структур» похитив.. Помптозтшустьсг розшр пор (до 2«4-Ькм). i ' bmIct оксмуйв, тд!шщуегься а 2«? раз С1^иш.ррзййюы^вання чашшок. г

Таблица 2

Вм1ст СН-. Дисташпя Швидмсть Мщшсть Порис-

у сумшК % напилення, мм частпнок, м/с зчеплення, МПа т1сть, %

8 300 110 54 3,2

12 300 90 . 50 2,2

12 - 150 120 55 3,6

Досл)джения газодшшм1чно'1 структур« иадзвукового потоку продукт!» згариння. що формуеться у прнлад1 (рнс. 13), металопогоку за зоною плавления дротпн слидчать Х1ро те, то стрибок унильнення, завдякп поздовжлп!! дуз! перед бокового дротнною не утворгоеться, в облает! газодпшинчпо! лл1П (10-12 д1аметр1в дротпни) мае м1сне сгруменепа тсчш розплаву з паступшш дпепергувапням ппжче по • потоку. 3 ЦЬОГО ВППЛНВЛС ДОЦ1ЛЬШСТЬ використання ■ слабконедорозшнреиого дальнобойного надзвукоаого струменя 4 зниження дашетра боково! дротинп. Ынжня межа н дшметра пшначасгься иружннгпо материалу.

У р о з д ] л ] 8 наведено результат!! дослшжень по плазмоаому гартуваншо I р1занпю. Глибшш нагршання до температур» аустештного перетворення для дано! стал'! внзначаеться швндш'стю пщиоспого перемнцення детал1 та плазмотрона ' 1 характером залежпосп ¡нтепсивпосп теплового вшвшу глд часу. Режимш параметр» пронесу гартувзння »¡¡значен! з розв'язания р1вняння нестацюнарно1 теплопровщност! з йдпотднимп крановнмп умовами. У вппадху поверхневого гартувапня (топщнна прогр1ваного шару значно менша за характернин роздпр оброблювано? детал!) застосоаано аналтинс решения для нашвобмеженого тта з граннчшши умовами Ш роду на поверх«». Спшвщношення температур па поверхш 1 па глнбиш X пе може бути доршьшш. а внзначаеться умовами «агр1шишя (рис. 14). 3 переходом до шввдклепих мстодт нагр1вання сгпввщпошеппя температуря на поверх!» 1 в гяибиш збшьшуеться, 1 можливнй штервал сшввщношенпя температур розширюеться.У раз! задание температур, властнвостей матер1алу та умов нагревания ¡снус однозначний зв'язок мЬк часом взаемоди I глибиною прогр1вання до задано! температурн.

Залежшсгь глибинн прогревания до Т=850 "С вщ коефшента теплопередач1 а може бута апрокспмована залежшетю

. а

де Те4- середня температура гр»ючого середовища, а тср середня температура вибору (К), що нагртваеться у шар! завтовшки о„.

Для забезпечення нагревания. до, температурн поверхш, що дор!внюе температур! плавления, вщносна швидмсть перемещения : апрокснмуеться залежшетю . , . , -

Vü - 4.2Я• !0 •/а(Т,(-Т,|"«!, м/с де /„-довжнна зонн нагршшня.

. Точшсть формул ±10 можна застосовуватп для попередньо'! . oiiiiiicii.

На рис. 15 наведено залежноси глнбшш прогршапого до 850°С шару та швидкост! иеремкпенпя г,пробу в!дносно паг'и'вгшка залежно в!л inreiiCMPiiocTÍ теплопередача Температура поверх»! я ycix випадках' nopiuH'cvana температур! плавления. Для забезпечеиня иагр)вання до. гемиературн nonepxiii, ;но лор!внгос температур! плавления, шдногна швидктстг. перемйлепня ма<. бути не менша, шж наведено на рис. 15. Ti значения »алежпть гчд усереднеио! температуря плазмопого струмсня, • доплати золи нагртання i коефнн'сита тспловщдзчК пропорцюнаяьие дозжпш' )оин иагр!вання, збшынусться з ш'дчишешпч температур» i зростанням косфииснта теплоперелач!. Ьчгенсившсть награ'-шня повермп нла.шовнм струмспеч внзначаеться температурни.ч напором i коефвдешом теллошддач!. Líi нарамегри регулгогогься струмгнсм дуги плазмотрона, пнгратого i складом плазмотЫрното газу, гмдепшшо рлд лргзу сопла плазмотрона ло Hai'piBünoV поверхш. Доданашш горючего газу .до повпря i вшсористаиня пульсуючо» плата- вкпутно штененфшують пагршапн:!, дають мохлшлегь шдшшнпи ипзндтпсть гартувания в 1.5-2 ра'и. Багаторазосого <5-10 раз) шдвтцешм нильност! теплового поток')' можна досягти тд час гартуваииа з малнх янстанцШ у межах ночатково! дшянкн плазмового' струмсня з? рахунок утворенпя иссамостпшого дпфузного ро-зряду" м!ж соплом-анодом плазмотрона i дегаллю. Формування такого розряду в плазм! продуктов згоряиня полеппугться пор!вняно з пов!трям i шертнимн газами. Нагревания новерхн! тд гартупання плазмою продуктт згоряиня забезпечуе доелть глибокс нрожарювання за умоли внеоко! шпидкостК На рис. 16 наведено залсжно<ги мюротвсрдост! ид глибинн гартування для швидгссстеи 9; 5.7; 4.7 та 3.3 см/с, потужшеть плазмотрона - 70 кВт, д'шметр сопла ;шода - 14 мм. нитрата гшазчотв'рного газу - 5 м5/год, коефвдшт чздлпшку повпря (окнелювача) а=0,9; охолодна рщниа - вода при 20°С. Завдякн високошвидмсному нагреванию тд гартування, р'озкнр зерна. шижусп.ея па 1-2 бали (ГОСТ 5639-82). Залежно гдд пшету вуглецю у nani Л53 змнпоеться максимальна тверд!сть загартованого шару. При ímíctí вуглешо 0,4 % досягиуто загартуваиня на 60-65 HRC, при 0,6 % ¡углешо - 67-70 HRC. Структура - дрёбноголчастш'! мартенсит.

Викорнстання • плазмотрона з дугою прямо! ди у поточному -¡нробнипш, як..правило, зумовлюс необх)Дшсть його робота у ипапчиому. режим! (пауза - робота) з п'фюдзгаиспо в1я одишшь до '.есятв секунд...-,Якию ■,-ж\ до-'того необхщно забезпе'пгги внеоку !|)одукт|1в|«сть, •'.' то плазмотрон мае працювати на . граничному-

о

струмовому навантаженш. - Розроблено дьодуговнй плазмотрон з порожнпстими мадннми слектродами, що забезпечуе безперервкс горшня слабкоструменево! чсргово! дуги непрямо! дп, автоматнчне выикання снлово! дуги прямо! дп з гйдходом оброблюзаного внробу пщ сопло плазмотрона, п вимикання i т.д. У такому плазмотрош чертова дуга непрямо! дг! мае падаюч! ВАХ. Ресурс сопла визначаеться pimicM струму i »характером прнв'язки чергосо! дуги. Бона може бути контрагованога, коли дуга бшя nonepxni сопла сткгуеться у пляму, або розсшного. Роботоздатшсть дводугового плазмотрона забезпечуеться за рахунок падШиост1 вмнкання силово! дуги, яка. внключае подвШне дугоутворення, и вимикання без обриву чергово! дут. Зиижелшя пнтомо! ерозп порожннстого електрода на робочому режим! досягасгься за рахунок часткового вщведення газу через OTBip у Topui електрода, що ■ веде приблшно до двократиого збшынення прпстшково! швидкосп газу. Пщ час роботи на nouiTpi ерозш порожннстого електрода значною Mipoio визначаеться окислениям Mifli. Його можна позбутися, додаючн до поитря метан або пропан-бутан:

У р о з д i л i 9 описано принципа побудови еяектродугово! апаратури i розробкн технологи"! з використанням газоповггряинх . сумшзей. ' Роззннутнй автором п!дхщ ¡деолопчно базусгься . на внкористашп як плазмотв^рного газу сумнш пов^тря з горючим вуглеводнеиим газом (метаном, пропан-бутаном) i стабшзовано! . протяжно! електрично! дуги з фшсовапога середньою довжиною, апаратурно - празмотрона з одиночною шжелектродною вставкою (МЕВ). Делянками активно! локально! дп на протяжну електричну дугу в плазмопгрош для нападения е прикатодна i прианодна и частинн. Стовп дуги тут uiarpac пасивау роль, забгзпечуючн лише нагршання газу. Довжина дугового каналу може змшюватись вщ I до 12 Kani6piB залежно бщ иеобхщно! потужносп. При иомшалыюму crpyMi дуги 300 . А електрична потужщстъ становнтиме вщпозщно 35 i 135 кВт. На малнх довжшгах МЕВ 1-2 калибра, коли птратн теплоти у станку каналу Еизначаються лише шшромнпованням дуги (вщ додавания вугдезодневого газу до поытрз вони зннжуються). дошльно оргашозуватн р5куперативнг охолоджения MjEB плазмотшрним газом. ККД плазмотрона при цьому досягае 90 %. Добавка горючого вуглеводневого газу до повпря на обдувания катода зумовлюе Пщвищення напругй на Дуз! на 25-30 % i зннження сгшкосп катода без ¡зжнття шещальних ^аходштфиблизио на таку саму величину. Проблема йщвищащя . ст»йкосп катода ; i' стабшзаци лкраметр»в Орикатодно! часшнИ: розрзду у газоповпртШ сумнш розв?язуеп>ся на . . стадн запуску плазмотрона створе^ням опти*шь>го1 структура газового •

щоб внключити краплмпне винесення матершлу активно!' вставки катода, вигоряння мщно! обойми, внникншня подвшно! дуги. Пергхщш процесн виходу плазмотрона на робочий режим мають забезпечити послщовне тривале стабшьне горшия розряду. У раз1 викопання них • умов прогягом тривало! роботи плазмотрона дуга не заслнблгосгьсй з кратер катода через випарозування матер1алу активно! вставки. а тому вщсутнш дрейф дуги. Це один з основных факторов збсреження вщтворюваних у чаа параметр1в плазмового струменя. У прнанодшй" частшп дуги сумщуються пронеси кср>ванпя формування?.; плазмового струменя з необхщнпми параметрами I забезпечен.ня счабшькост! Г: генерування протягом трнвалого (не менш' чк робоча змша) перюду.

Найефективншшм з ус!х виомих прш'кппв руннувапня стабшзовано! дуги ! швндкого заповиенпя профшо температур, швидкостей у канала е вдузання газу в зазор МЕВ-анод з протикруггенням вщносно основного плазмотв1рного у Юлькой 30-50 % в!д сумарно! витрати. Додавання СН1 у прнанодшй часткш пол!пшуе вс! показннкн. Локал13ацш зони ярив'язкп розряду завершуеться на вщсташ 2 кал!бр!в, а остаточне заповнення профшо-3 кал1бр1в. 1етотне (на порядок) зниження ероз;! анода внасл:док в1дсутност! окисления мин 1 формуванни дифузно! приз'язки дуги на анод! у плазм! прйдуктт згоряння забезпечус збереження геометрн сопла у процес! роботи. Це вшграе вирниальну роль для практичного внкористання надзвукового плазмотрона.

■ • Внявлений ефект форМування внсх:дко! д!лянки на вольт-ампернш характеристищ з -великим позитивным диференц!альннм опором Рч,-=оЬ721"2 у плазмотрон! !з складкою геометр!его дугового каналу в прнанодшй частшп розряду да с • можливеть по-новому розробити' плазмову апаратуру. Замша екладних перетворювач!в на просте й над!йне ' джерело електроживлення з жорсткою зовшшньою характеристикою забезпечус 100. %-не викорисгакня встановлено! потужнос™, максимально можлив! енергетичн! показники Со$ф=1. ККД 98 %, можливеть побудсвн багаюпостових систем, коли ввд одного джерела живляться два 1 бшьше плазмотрошв.

Розрахунково-теоретнчш та • експериментальш дослщження встан£)вили можлив1сть трнвалого (понад 30 год) стабшьного генерування протяжного . слабкоиедорозширеного надзвукового плазмового струменя продукт згоряння, що ззбезпечуе внсокопро'дуктивне капилення яысних покритпв з уах |руп м'атер!ал1в, з використанням звукового сопла. Бокове вдувания напилюваного порошку у надзвукорик плазмовин струишь можливе в обласп газодинам1Чно! критики (па вьастат близько 0,6 катбру вщ зр!зу сопла) аба в п&ршу "бочку ".

Реалповано ионии шдхи до побудовп анаратурп для електродугового розпн.тюнанни дрогни. Bin групгусться на внкористанш рошнцено! вздо.чж oci потоку електрлчно! дуги, що горить м!Ж "чома подаючими дрогинамн - центральною та ошною i поздовжньо продувасгься. Як рошнлюпалышй raí внкористовують надзвуковии (М=1.1...1.3) погЫ гарячнх продуктов згоряння. Hi iiobí заходи забезпечують високу стабшыпсть горшня дуги, випошдно до плавления дротин. шднпшення пншдкост! чаепшок прийлпзно до 150 м/с, зниження i.\ ро jMipm до 100-180 мкм, що заоезиечус полшшення якосп иокригпн. Технологипн особ.шьосп паинленпя иокрнгпв у шкпм! продукпв згоряння пов'язаш зн теплофгзичинми власптостямн. Добре занонненпп профьчь температур i швидкостеи у плазмовому струмеш продукпв згоряння, протяжна високотемпературна зона енрияе ефсюзп-чому i рипкпирному нрогршаншо ii розгону ucix частинок порошку незалежно в1ч траектори ix нольозу. Зв'яз\вання кисшо г!ро;|уктами неповного згоряння забезпечус певнин захист иапиленого материалу bí;i окисления у польотк Високин запас тепла у плазмовому струмсш персдбачас найсфективннис «нкористання ила!ми продукт!« н'оряння у пропесах, де ефективне nai ртапии виробу г дошлышм: наннлення з оплавлениям. плазмове гартування. Оптимальна дисташня нанилення лежать у межах 200-300 мм. У випадках, коли гид упикаги переживания unpoóiu i покриггя, внкористовують додаткове охолодження: повггряне, вуглекислопю. водяне cnpeiicpiie. крапельно-иовпряне.

У пропесах дозвуковою плазмового наннлення нерсважас подр1бнепия чаепшок порошку розм!ром понад 50 мкм. 3 використаниям надзвуконих потоков у ряд! вппадкш псреважас коагуляшя, коли на ochobí у noKpimi зустр!чаються частники, як! po3MipoM зна'чю персвишують частники вихшного порошку. Пронес иадзвукового плазмового наннлення чугливпи до фракшиного складу иапиленого порошку. 1Цоо мати biicokoskíchí покрнття. сл!л викорнстовувати вузьку фракцио з розм!ром частинок 20-40 мкм.

ЗАГАДЬН! ВИСНОВКИ

1. Як tuia'jMoraipiie ссрсдовнше для технолопнних потреб широко застосована високоенпшыпйна недефщнтиа х!м!чно активна газопов!тряна плазма. Розроблено теоретнчн! основн сгвореиня високоефективних аиаратурн i технолопчиих npoueciu з и використаниям. впровадження яких у народне господарспю дало великий сфект.

2. Показано, то добанляння вуглсчоднш до плазмотшрного но.чпря ¡стотно шиног вллстивосх! счаб!':йзоватм електрично! дуги, характеристики плачмотрошв I геиерованого плазмового струменя. а. •гакож умов тсплово! 1 газодннам!чно'1 вчасмодп сгруменя з оброблюванпм магс]лалом. При ш.ому:

- ппвишусгься напруга елок гричного поля, ппепстЫкусться на 20-30 ".1 шдбф тепл:; ¡ид дуги;

- на початкошп дпянш дуги, яка горить у канал! (1-2 ка;ибра). що продуват.ся, втраш тепла в стшку, якч ¡налагаться радцшшпим теплообмшом. зиижуються в!Д додаилння СНЬ до повпря на 10-15 "'..; на допжчпп каналу нопад 10-12 ка;нбр1» нагртаппя газу не вннпкле у т'язку 13 чроетанням конвективно! складово! втрат;

- дьчянка з розвнненою турбулентною теч1по характернзусться наявш'спо .максимуму в грат тепла в стшку каналу в дишазош а=0,6...1,4 ! середньомасовш температур! Т=3000...4000 К;

- добавка СИ»до иоттря веде до заполнения поперечнпх ирофппв еиталыш 1 температур у плазмовому струме.п. И;« осповшй дшяшн струменя лрофЫ швпдкченого напору 1 надлншкопем енталыш ушперсалыи. а . температущ - неушверсалып. зона титляання дисперсного магертлу у плазм! продукт згоряния при а=0,9 !о1лычусчься на 40-50 %;

- у плазмовому струмеш реа;пзуються умовн коагуляцп ! аеродшьпнчного подр15нення днепереннх частпнок. Остановлено а'налтппп залежносп. необхьчш для розрдхунку еволюмн по.чииснерсного матершлу у плазмовому струмеш.

3. Показано. то при иаявносп коливально-поступовоУ ¡;ер1вновагп в плазмодинампи необхшно враховуватн ефектн, пов'язаш з другою п'язклетю. На локалыпй дтлянш потоку плазми можлнш умовн, коли ефект другоТ в'.чзкосп повертасться 1 зумовлюс нарошування звуково! хвн;п. яка ппливас на електрнчну дугу; шдвнщугться напруга електричного поля, формусться вноадна вольт-амперна характеристика, контраговашиЧ розряд переходить у дифузний.

4. Для плазмового напилення найбажашшин слабконедорозширений (Р1,/Р*= 1-2) надзвуковнн струмшь, що вппкас ¡з звукового сопла, в якому крнтичш параметр!! досягаються на вщеташ 0,4-0,5 кал1бру зище за течкю В1Д зр1зу сопла.,

5. Вивчено приелектродт процесн. Знандепо ефект р1зкого контрагування катодно'1 опорно! плямп дуги на термох1м1чному катод¡, шо горлть у газопов!грянш сумшй. Знайдено умовн трнвалого ¡снування розряду у плазм! продукта згорчння в умовах рпкого контра! > Ьання дуги на католт. Ерозшш характеристики мщного аноду при а<0,9 полшшуються при^лизно в 10г раз.

6. Запролоноваио методику розрахунку динамично! стшкосгп систсми, що MicTHTb джергдо електроживлення на баз! багатофазного шдуктивно-смшсного перетнорювачаплазмотрон постШного струму на ociioci однофазних екв^валенив. Показано, що у зв'язку з втратою спйкосчп в!шнкають автоколивання, яка модулюють по амшптуд1 струму в колах i падшня напрут на слементях схеми 1ЕП. Мае мкце oômîh енерппо mi ж игдуктивностями та mîct костями трифазного 1ЕП, до коливального контуру якою входить дуга плазмотрона, що перетворюе енерпю ностшного струму в коливальну яри вщ'емному диференшальному oncpi дуги по статнчшй ВАХ.

7. Розвимуто новин шдхщ до створешш установок: а) плазмового нагпшсння шдвшдено'1 потужносп. Його основано на. використашп плазмотрошв з подовженою до 10 кал1бр!в одиночною металевою лпжслск'фодною вставкою; б) електродугово! метал1зацн. Базусться на використанш стаоЬтЬовуно! електрично! дуги,- що горить уздовж oci надз'вукового потоку ироду/спи згоряння Mi ж центральною та боковою дротиками; в) спрощених плазмових. Базуються на формуванш в пшьмотрош ¡3 складною геометр1сю дугового каналу висхщно/ вольт-амнерно) характеристики з великим позитивним дифергнш'альшш опором до ? Ом. Умови дшшпчно! i статично! CTiiiKOCTi забезпечуються шд час роботи В1Д джерела напруги. Можлива побудова багатопостових систем. •

8. Винчено технолог ¡чш особливосп процесу напилення у плазм! продуктов згоряння i властивосп покритлв з pi3Hiix матершлЁв. Показано, що радикалышм засобом * полтшенпя службових властивостей газот ерлачних noKpuniB с перехщ до надзвукових шьндкостеп.

9. На ochobî дослщжень особливосгей теплообмшу плазмового струменя продукт згоряння з перешкодою розроблсно прочее високошвидк'1Сного поверхиевого плазмового гартувашт. При швидкосп 2 см/с забезпечуеться глибина загартування 3 мм, ширина дзеркала змщнено! зони 30 мм. Наявшсть Mi» загартованою зоною i незмщненою основою м'яко! зони вщпуску сприяе пщвнщенню

ТрШЦШОСПГЙКОСТК

СПИСОК ОСНОЭНИХ ОПУБЛ1КОВАНИХ ПРАЦЬ АВТОРА • • . 3 ТЕМИ ДИСЕРТАЦИ '

1. Петров C.B., Карп И.Н. Плазменное газовоздушное напыление. - Киев: Наукоэа думка. - 495 с.

2. Карп H.H.. Горбатов H.H.. Репкин Ю.Д., Петров C.B. Плазменное напыление порошковых материалов в продуктах сгорания углеводородов. Препринт 91 - 4, ЛН УССР, ИПМ. - 24 с.

3. Карп H.H.. Гринченко H.H., Корнилов A.B.. Крнстофович Б.Г., Петров C.B. Исследование электрического разряда в пламенах и проду ктах сгорания природного газа И Топлнвно-ллазмепные горелки. -Киев: ! (аукова думка, 1977. - С. 20-26.

-t. Петров C.B., Кривцун И.В., Губаревич В.Н., Кабан В.П. Анализ автоколебат сльнон системы на б aie ИПП-плазмотрон постоянного тока II Техническая электродинамика. - Киев: Наукова думка. 1980, Хо 5. - С.-43-49.

5. Карп H.H.. Гринченко H.H., Петров C.B. Плазменное напыление с применением плазмотронов повышенной мощности // Теплотехника процессов выплавки стали и сплавов. - Свердловск: УПИ, I9S0. - С. 55-7!.

6. Карп H.H., Гринченко H.H.. • Петров C.B. Особенности сжигания природного газа в электрической дуге П Теория и практика сжигания газа. - Ленинград: Недра. 1981. - С. 279-284.

7; Метров C.B. Некоторые особенности работы индуктивно-емкостного преобразователя с плазмотроном постоянного тока II Техническая электродинамика. - Киев: Наукова думка, ¡981. - Дгз 1.,-С.53-58.

8. Шехтер С.Я., Карп H.H., Гринченко H.H., Петров C.B. Опытно-промышленная плазменная установка для напыления покрытий// Сварочное производство. - 1982. - Лэ 8. - 41 с.

9, Карп И.Н., Пащенко В.Н., Петров C.B., Гринченко H.H. Универсальная плазменная установка для напыления II Сварочное производство. - 1984. - Кя 6. - С. 38-39,

. Ю.'Кагр I.N., Petrov S.V. High-efïiciency combustion product plasma spraying II The 12-th International conference. - London: UK, 4-9 June. -1989.-V 2.-P. 72-1,72-9.

11. Карп И.H., Максимович Н.Б., Петров C.B. Газоплазменное напыление в сверхзвуковом потоке// Химическая технология. - 1989. - № 4.-С. 42-47.

12. Петров C.B., Марцевой Е.П., Коваль С.Н. Высокоскоростная плазменная закалка // Плазмотехнологня. - Киев: Наукова думка, 1989. -С. 68-76.

13. Карп И.Н., Петров C.B., Эсибян Э.М., Сааков А.Г. Интенсификация процесса плазменного напыления II Теплотехнические вопросы применения низкотемпературной плазмы. Магнитогорск: МГМИ, И>89. - С. 97-109.

14. Петров С.В., Марцевой Е.П. Состояние дисперсной фазы в плазме продуктов сгорания метана // Химическая технология. - 1990. - № 4.-С..32-37.

15. П.гров С.В.. Кесова Е.Е. Термодинамический анализ процессов на электродах газовоздушныЯ плазмотронов II Химическая технология. - 1990. - № 5. - С. 38-42.

16. Карп И.Н.. Петров С.В. Новое оборудование для плазменного упрочнения // Энергетик. - 1990. - ДЬ 8. - С. 16-18.

17. Петров С.В.. Сааков А.Г. Напыление порошковых покрытий на основе Ni и AL:Cb в плазме продуктов сгорания углеводородного газа // Порошковая металлургия. - 1990. - Л2 11. - С. 58-62.

18. Jushtshenko К.. Кагр 1., Borissov V.. Petrov S., Martscvoi В., Saakov A., Bonssova A. Gas Thermal spraying with supersonic airgas plasma jet: equipnient and coating propperties // Joint Symposium: Electron beam and Thermal spraying processes for production of materials and coatings. - Kiev: June, 1990. - P. 29-39.

!9. Kovakhenko M., Alfmlseva R.. Paustovsky A.. Petrov S.. Kurinnaya T. Effect of laser Treatment on protective properties of The dry plated coating ¡1 Thermal processing of materials, Int. Congress. Moscow, December, - 1990. - P. 39-49.

20. Карп И.Н., Петров С.В.. Рудой А.П. Электродуговая металлизация в высокоскоростном потоке продуктов сгорания метана II Автоматическая сварка. - 1991. -Л^ 1. - С. 62-65.

21. Карп И.Н., Петров С.В., Рудой А.П. Установка для элетродуговой металлизации- в сверхзвуковом потоке продуктов сгорания природного газа // Сварочное производство. - 1991. - № 2. - С. 22-23.

22. Петров С.В., Сааков А.Г. Поведение термохимического катода в смеси воздуха с углеводородным газом И Сварочное производство. -1991.-jYs 2.-С. 31-32.

23. Петров С.В., Коваль С.Н. Работа двухдугового плазмотрона И Сварочное производство. - 1991. - № 3. - С. 37-39.

24. Петров С.В.. Котляров O.J1., Миронова М.В. Описание дробления дисперсных частиц в плазменной струе И Химическая технология. - 1991. - Л& 3. С. 46-49.

25. Петров С.В., Марцевой Е.П. Генерация сверхзвуковой струи плазмы продуктов сгорания // Химическая технология. - 1991. - Ш 4. - С. 59-64.

26. Алфинцева Р.А.. Петров С.В., Паустовский А.В., Куринная Т.В. . Проблемы в области создания и обработки защитных . газотермических покрытий // Упрочнение и защита поверхностей газотермическим и вакуумным напылением. Мат.Ш международной

научно-техи. конф. (Киев, окт. 1990). - Киев: ИЭС им. Е.О.Патона, 1991. -С. 99-103.

27. Петров C.B., Барановский H.A., Рудой А.П. Плазменное распыление проволоки // Проблемы спецэлектрометаллургни. - 1991. -№ 1,-С. 73-78.

28. Петров C.B., Дымченко В.Г., Сааков А.Г. Особенности воздушно-газового плазменного напыления эмалей на поверхности строительных конструкции II Строительные матералы, изделия и санитарная техника. - Киев: Будивельнык, 1991, вып. 14. - С. 35-39.

29. Петров C.B., Котляров O.JT., Миронова М.В. Поведение полиднсперсного порошка в плазменной струе // Химическая технология. - 1992. - № 1. - С. 44-49.

30. Петров C.B. Технология и оборудование для нанесения покрытий в газовоздушной плазме // Сварочное производство. - 1992. -№6.-С. 2-5.

31. Karp 1., Petrov S., Borissov Y., Yushenko К., Borissova А., Chernenko Y. Effect of supersonic air-gas plasma spraying conditions on deposition efficiency and coating properties // Thermal Spraying Conference (3-5 March 1993. - Aachen). - P 54-57.

32. Karp 1.. Petrov S., Rudoy A., Arjakin A. Electric Arc Spraying in Supersonic Stream // Proceeding of the 1993 National Thermal Spray Conference Anaheim, CA, 7-11 June 1993. - P. 195-198.

33. Алфннцева P.A., Евтушенко O.B., Петров C.B., Чернега С.M. Повышение износостойкости газотермическнх покрытий термической обработкой // Защитные покрытия на металлах. - 1993. - Вып. 27. - С. 5558.'

34. Петров C.B., Синьковскнй С.А. Напыление композиционного порошка TiC-Ni-Cu-P в плазме продуктов сгорания // Порошковая металлургия. - 1993. - № 8-10. - С. 43-47.

35. Борисов Ю.С., Петров C.B. Использование сверхзвуковых струй в технологии газотермического напыления // Автоматическа я сварка. -1995. - № I. - С. 41-44.

36. Борисова А.Л., Борисов Ю.С., Петров C.B. и др. Влияние условий плазменного напыления на структуру покрытий из сплава Fè-Mo-Cr-Ni-B // Автоматическая сварка. - 1995. - № 7. - С. 28-34.

37. Патон Б.Е., Дудко Д.А., Петров C.B., Сааков А.Г. Высокоэнергетнческое плазменное нанесение антикоррозионных покрытий //Строительство трубопровода. - 1995, ноябрь-декабрь. - С. 913.

38. Петров C.B., Мальнев В.Н. О возможности использования звуковы 'волн для управления плазмой // Сб. Высокотемпературные технологии с горением. - Изд. ИПЭ HAH Украины, -1995. - С. 145-155.

39. Фень E.K., Петров С.В., Алфимцева Р.А. Физико-механические свойства покрытий из композиционных материалов, полученных сверхзвуковой плазмой II Со. Защитные покрытия на металлах. - Киев: Наукова думьа. 1994, вып. 28. - С. 61-63.

40. Karp 1., Petrov Я., Paschenko V. New Plasma Spray Apparatus // NTSC-94. 20-24 June 1994. Boston. Mass. - P. 124-130.

41. Karp I., Petrov S., Rudoy A., Komisarenko A. The Spraying of Coating by Supersonic Metallization // NTSC-94. 20-24 June 1994. Boston,. Mass. - P. 240-245.

42. Borissova A., Borissov Yu., Petrov S., Murashev A.. Novak P. Structure and Properties of Coatings by Supersonic Air-Gas Plasma Spraying IIITSC-95. 22-26 May 1995. Kobe, Japan. - P. 211-216.

43. Карп И.Н.. Петров С.В.. Гринченко Н.Н. Плазмотроны со сложной геоме.рнсн дугового канала // Тр. VI11 Вссс. конф. по генераторам низкотемпературной плазмы. - Новосибирск. 1980. - С. 8487.

44. Карп И.Н., Петров С.В. Электрический пробой в плазмотроне с металлической нейтральной вставкой // Тр. X Всес. конф. по генераторам низкотемпературной плазмы. - Каунас. 1986. ч. 1. - С. 15!-152. •

45. Петров С.В.. Сааков А.Г. Нанесение покрытий v, плазме продуктов сгорания // Тр. XVI Вссс. конф. по порошковой металлургии. - Свердловск. 1989. ч. IV. - С. 35-36.

46. Kapii И.Н., Петров С.В., Гололббов О.И.: Сверхзвуковой плазмотрон на продуктах сгорания // Тр. XI Всес. конф. по генераторам низкотемпературной плазмы. - Новосибирск, 1989, ч. 1. - С. 20-21.

47. Карп И.Н., Петр on С.В. Работа катода в атмосфере продуктов сгорания ¡1 Материалы VIИ Всес. конф. "Физика низкотемпературной плазмы". - Минск, 1991, ч. 1. - С. 130-131.

Розроблет техтчш ранения на засоби та прнстро! захшцеш:

- авторськимн евщоцтвами СРСР 710113. 835308, 865106. 886710,942564,952363, 10S8403, 1088642. 1179905. 1319386, 1340566. 148.0743,1507194,1605430;

- патентами Украшн }Шг: 898, 1180, 1181. П'82; -патентами PocnJ^J^:'1628328, 1802973.

ОЧ//,

1 г

»^47/

Г

со а Ч

3 Си 50 -вд

ё о С 37,5 Д7

га 0.Б

л ГО а 25 0,5г

Л

0

Рис. 1. Схеми плазмотрогйр.

СоЗсржпние СИ), Б смгси, % с5.

Рнс.2. Теплов! характеристики плазмотрона <рис. 1,а).

Л

00

^К» СО

. 1СЗ

200

3001,А

Рис.3. ВАХ плазмотрошв 13 складною геометркю дугового

каналу С

7

-455Гц

Рис.4. Часова розгортка коливань струм!в! напруг на елементах нерегульованого 1ЕП. Частота

.). ПУН-1 (-——). автоколнвань £,=20,45 Гц.

ч

г±с

Рис.5. Екв1валенгна схема замодення нерегульованого 1ЕП. а=0,8.

Рис.6. Розподш снтальпш 4 температур по довжиш та перср1зу струменя на вщсташ 20 мм вш зpiзy сопла: Р=85 кВт. в=6 г/с.

Рис.7. Залежшсгь тёмператури на

ос! струменя вщ вылету СШ у Рис.8. Розподш параметров у сумшн. струмеш плазмотрона ПУН-1.

О 1000 2000 5000 №00 5СОО Относительная скорость, м/с

*нс.9. Зллежшсть параметр1в юдзвуковнх плазмових струмеша

¡¡д потужноспл плазмотрона 1 Рис. 10. Стан дисперсно! фази у иску в критичному перерш. плазм! продуктов згоряння.

Рис. 12. Залежшсть К1М АЬОз в1д витрати (а) та вмлсту горючого 1С. 11. Швидк!сть частинок. газу в сум!цп (б).

П'&т^/лт*

Рис. 13. Схема надзвукового електродугового метагпзатора.

Рис.14, Залежшсть сшввщношення температур на поверх!« »глнбшп (Я) вщ безрозмфного часу (Ро -крптерш Фур'е) для 0<ВКа.

У,м/с МПа 10000

V-

5000

V»

У —--х--Л-1------ 1

0Д>

Л5

2,5

3,5 А,:

Рис. 15. Залежшсть глибнни названия до 850°С 1 швидкосп V перемнцення риробу рщносно

плазмотрона вщ пгтенсивносп < Рис. 16. Розпсдал мжротвердосп по тешюпередачи Вихщна • . глибиш залежно вщ швидкосп

температура виробу 300 К. гартування, '

АННОТАЦИЯ

Петров С.В. Аппаратурно-технологические основы газотермического нанесения покрытии и обработки материалов в пгзовоздушнон плазме. ' '

Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.05 - "Технология, и оборудование для сварки и родственных процессов". Национальный технический университет Украины (КПП). Киев. 1996.

Работа посвящена комплексному исследованию процессов генерирования-плазмы продуктов сгорания углеводородного газа с воздухом, вшпмоденствия такой плазмы с материалами, ' формирования покрытий из порошковых и проволочных материалов.. Изучены электрические, тепловые и технологические характеристики до и сверхзвуковых плазмотронов для напыления в плазме продуктов сгорания. Сформулированы основные принципы проектирования плазменно-дуговой аппаратуры для напыления и разработки технологии обработки материалов в плазме продуктов сгорания. Результаты исследований опубликованы в 74 научных работах и 20 авторских свидетельствах и патентах.

ABSTRACT .

Petrov S.V. The apparatus and technological principles of thermal spraying and treatment of materials in gas-air plasma. Manuscript. A-dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences in speciality 05.03.06 - Technology and Equipment for Welding and Related Processes. National Technical University of Ukraine (KP1). Kyev. 1996.

The objective of this research was to investigate processes of ' generating of combustion product plasma, interaction with materials, coating deposition from powder and wire. An investigation was conducted to define the basic electric, energy and technological parameters of sub and supersonic plasmatrons for spraying. Relation-chips between technological parameters of plasma spraying and structure and properties of coatings are obtained. The maine principles of plasma apparatus and technological thermal spraying in gas-air plasma are also discusscd. The results of this study are published in 74 scientific papers and 20 patents.

Ключош слова: газотермлчке напилеиня, плазма, продукта згоряння, покриття, мщшсть.зчеплення, псрисгпсть

П1яп. я^оуку 24.10.96. Формат 60x84/16. Пзп офс. V 2. Офс. друк.. Ум, лоук. во«. 1,86. Ум. ОаобсвГдб. 2,09. Обп.-виа. лрк. 1,93..

Тиояк 100 прим. Зам. 6-257.'_„_. ____'

П3~1м. Е.О.Патона. 252650 Ки1в-5, МСП, пул. Горького, .69. son IE3 1м.. Е.О.Патонэ. 252650 Ки1в 5, МСП, вул. Горького^ 69.