автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Разработка и исследование процесса распыления проволочных материалов продуктами сгорания углеводородных топлив

НАЦЮШЬНА АКАДЕМIЯ НАУК УКРА1НК рр« фд 1НСТИТУТ ГАЗУ

1 о МаР ^

РУДИЙ Андр1й Павлович

УДК 602.614.2:637.525.9

РОЗРОБКА ТА ДОСЛ1ДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ РОЗПШННЯ ДРОТОВЙХ МАТЕР1АЛ1В ПР0даТА1И'ЗГОРАННЯБУГЛЕВСдаЕЕИХ ПАЛИВ-

05.14.04 - Прошагана тешгаенергетика

Автореферат дисертац11 на адобуття наукового ступени »сандидата техн1чних наук

Ки!в-1998

ДйсертацТею о рукопис

Робота виконана в Институт 1 гаэу Нац1ональпо1 академП наук УкраТни

0ф1ц1йн1 опоненти:

доктор техн1чних наук старший науковий сп1вроб!тник Кукота Юр1й Павлович, Тнститут техн1чноТ тешюф1зики HAH УкраТни, ведучий науковий сп1вроб1тник

кандидат техн1чних наук старший науковий 1 сп1вро01тник Покоило евген Петрович, 1нститу? газу HAH УкраТни, аэдучкй науковий сп1вроб1тник

Пров 1 дна установа, Нац1онадьыий техн!чний ун1верситег УкраТни, теплоенергетичний факультет, кафедра "Проыислова теплоэнергетика".

Захист в1д0удеться __ 1998 р. о __ годин 1 на

аас!данн1 спец1ал1зовано1 вчено! ради Д БО.03.01. в 1нститут1 газу HAH УкраТни (252111, м.НиТв, вуд. ДехтярТвська, 39).

3 дисэртац1ею можна ознайоиитисъ у 015л)отец1 1нст1туту.

Автореферат роз1сданий

Вчений секретар

КаукоЕий kspIbhkk

доктор техн1чних каук академ1к HAH УкраТни ¡гор Ыиколаевич Карп

директор ¡Еститута гаэу

В.Я. Конюх

АНОТАЦШ

■'• Мета робот и. роэробка науково-техн1чних засад для створення . установок та технолопй едектродутового напилення щр базуеться на анал1тичному та.експериментальному досл!дмэннях газодинам!чних та тепяотехн1чних умов напилення дротових матер1азп в при оргашзацп поздовжнього гор1ння в потощ розпилюючого газу.

Для досягнення поставленно! мети виршен1 так! задач!: .. 1. ДосШджена газодинам1чна взаемод!я газдвого струменю а електричною дугою.

2. Розроблен1 умови стабшзацп процесу розпилення дрот 1 в стосовно до процесу електродугово! метал1зацп.

3. ВизначеШ законом!рност! розпилення матер1ал!в, що плав-. : лятлся в електричшй дуз1, потоком газових сум!шей для отримання

найб!льш однородних за розм!ром напилхсмих часточок.

. 4. Роароблен! основи проектування електродугових метал!заторов, щр Шдвищухггь техмко-еконошчн! показники напилення.

. 5. Досл_!джений вп/ив енергетичних режим1в напилення на якють : . покриття.

ЗАГАЛзНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ.

Актуальнють проблеми. Напилення покритпв на поверхню деталей з метою надання1м необх1Дних властивостей - зносост1йкост1, короз1йно! ст1йкост! та 1нш1х,, або з метою IX в1дновлення е еконо-м1чно ефективним эасобом збережвня енергетичних та матер!альних ресурс! в. Особливо поширен! технологи газотерм!чних покритт!в, як1 включають газополум'яне, електродугове та плазмове напилення.

Необх1Дно в1дзначити,що газотерм!чне напилення покритт 1в' мо-жэ аастосовуватись практично у вс!х галузях промисловост!; в той мв час роэробка обладнання та технолог1чного процесу базуються на основних законом1рностях перетворення енерп дефективного викорис-Тання ,р1зних вид!в енергп, теплообм1ьу та газодинамши. Серед вазначених вище газотерм! чних метод1 в напилення електродуговий е кайб1льш економ1чний. Завдяки висок1й тепловШ ефективност!, електродугове розпилення металу в 3-4 рази продуктивнипе н!ж газополум'яне 1 в 2-3 рази- н^ж плазмове при ^днакових енерговитратах. В свою чергу напилення дротовими матер1алами у 8-10 раз!в. дешевше,

■.;■; -:2 -■.•..,.... н1ж порошковими. В той же час як1сть покритт^в, отримуемих електро-дуговим методом га традищйнс) технолог¡ею поступаеться якост! : плазмових покритт1в по таким показиикам, як м!цн1сть ачепленяя в ■ основою та щ1.1ьн1сть. Кр1м цього електрэдугове роз пиления характеризуемся б!льш широким розкидом розпилених часточок по фракщйно-му складу, недостатньою сконцентроЕанютю потоку часточок при на-пилешн.У зв'язку з викдаденим досл1дмення,спряыован1 на п1 движения технолог1чних та як1сних покавник1в продееу електродугового на-пилення при абереженш його екном^чноз ефективност1 е актуалъними.

• Наукова новизна. Вперсе запропоновано використанкя х1м!чно! енергп для шдвишення швидкостей розпиЛюючого потоку до надзвуко-бого р1вня та регулюванкя .окислюиалъко - Ыдновлювального смалу газового середовищд при електродуговому напилен!/ Вперше показано вплив взаемодп енаргетичних параметр!в дуги та гаэодинам1чних параметров розпилюючого газу на фракц1йний склад розпиленого матер1-алу. Визначен! умови Шдвишэнкя стаСИльност! гор1ння дуги в пото-ц1 газу. Еперше запропонована методика вибору швидкостей подач! електродних чропв.забезпечуючих Ц1 умови при р!зних редамах напи-лення. ......

Теоретично доведений та експериментально показаний вплив енер-гетичних ре жим! в напиле'ння на яшсть покритпв при розлиленн! стисненим шштрям або гаштряно-газозою сум1пло. Доведено, тр значке шдвищення якост! напилення можливе лчше в випадку л I поперед-' нього зпалення. При цьому з'ивляеться да один параметр ндпилення-коеф1Ц1Снт витрати кисню (сС). Вперше проведет досл1дження впли-ву складу газового еередовища при генеруванн1 продукт1в згорання природного газу на якють та структуру отримуемих покритт1в та остановлено оптималъний д!апазон коефхщенту об =0,75-0,85.

Практичне значения. Результата анал!тичних та експершенталь-них досл1джень процесу розпилювання газовими сум1шами дротових ма-тер1ал1в, щр плавлятьея в електричн1Й дуз), використано як основу створекня поползня принципово нових конструкций високоефектизних електродугових пристроив. Вперше запропонована схема електродугових метал1затор1в, забезпечуючих стаб1льне гор1нкя дуги в потощ роз-пилюючого газу ¡,як наел ¡док, Шдвищуючихтехн1ко-економ1чн1 показ- , ники налилення ( Патенти Украши N 1180,N 1181). Запропонована методика розрахунку соплового отвору метамзатор1в, Роароблет ре ко-

мендащ i в1дюсно вибору оптимального сгчвв1днопення ¡¡жидкостей подач1 електродких дрот1в при напиленш (Патент Focii N1234567) i значения коеф1 тенту витрати кисню при активовая1й дугов!й метал!-зацП кольаровими та чорними металами (Патент Украши N 1988).

Розроблений на основ! досл1джзнъ метал!затор використсвувався . для в1дковлення гашнвал1в на яауково-техн1чному шдприемств! "Мотортехнзка". Емкористання електродугового напилення замють плазмозого дозволило в 3 рази знизити вктрати електроекергп i в 2 рази шдвищити продукгивн1сть в!дновлення.

Заключено контракт з Центром доел1дя»яь/яоаих матер!ал1в та порошкоБо! металургп (1нд1я) на встанозлення демонстращйного зразка обладнакня в Цэнтр1 а подальшою оргатзащем його промисло-вого виробництва в 1кдп.

На захист виносяться; •

.Д.Результати досл!дження умов розпилення матер1ал1в в дуз1, щ£> горить Mi» дротами, потоком розпилшчого газу.

2. Рёзультати досл1дзшкня. впляву енергетичних'pe.WMiB напилен-ня на зернист i cti> покриття 1 ачеплення його з основою.

3. CcHOBHi принципа конструювання електродугових anapariB для напилекня метал.1в.

4. Результат« досл1дження напилення високоентяльшйними продуктами згораяня горючого газу при регульован^й величен i ступени збагачення пов1тряно-газовог cyMimi.

Апробацы роботи. Ос нови i результата дисертатйно! роботи до-пов1далиеь та обговорювались на: II та III науково-техншних конфе-ренщях "Перспективы применения плазменной техники технологии в ме-талургии и машиностроении. "(Челяб1нськ,1988 та 1990 рр. );Республ1-канських се Mi нарах "ПяазмотехнолоНя" (Запор икхя,1989 та 1990 рр.); XII науково-технiчнi й конференци "Теория и практика газотермичее-Kofo нанесения покрытий." (Д1м1тров.Д992 р.); Всесоюзному сем1нар1 " Восстановление и упрочнение деталей металлургических агрегатов наплавкой, напылением и термообработкой." (Москва, 1990 р.)

Публтат?.' По результатам роботи onyfijiковано 18 друкованих poöiT.B тому числ1,отримано два патенти Укра1ни N1180 ( 30.06.93.), N 1181 ( 30.06.93.) та два патенти Pocii N 162Ö328 ( 15.10.91.), N 1785290 ( 01.09.92.) (обидна ДСК).

Об* ем дисертаЩ t. Дисертащйна робота викладена нч 109 стор!н-

•ках машинописного тексту. Складаеться з! вступу, чотирьох глав, виеновк1в по роботи Робота включае 10 таблиць,35 малюнк!в, Список .итератури М1стить 130 назв роб!т. ' ,

3MICT РОБОТИ

На сьогоднлшмй час можна визначити демлька основних шляхiв . шдвшцення конкурентоспроможностi електродуговок метал1зацП nopiB-няно в плазмовим методом при роапиленн! електродних матерiалiв (сушльних га порощкових дрот i в). До них, перед ус in, належать:

1. Бплиь на газодинам!чну взаемодио потоку розпилюючого газу а електричною дугою (область плавления металу), направлений на п!д-иищення однор^дностi• часточок по Фракщйному складу, швидкост! ix польоту, коеф!ц1енту використання матер1алу (КЕМ). Такий вплив мо-' же бути реализований за допомогою технолог¡чних параметр!в - вико-ристаняям xiMi4H0i- енергп налива дляшдвшцэшменергетичних параметра розпилюючого газового потоку, або використанням р1эноман1т-'них raaiB для розпиления, регулюванням швидкост1 виходу газ1в 13 сопла розпилювача, вибором швидкостей подачi дрот!в, а також конс-труктивними параметрами, зокрема взаемним розташуванням дропв. Z. Керування тепловими процесами,покладеними в основу електроду-* гового напилення. Основна увага прид1ляеться процесам передач! тепла в!д ёлектричного джерела енергп до розпилюючого матер1алу, збереженню тёплом!сткост i часточки до моменту формування покриття. Керування цими процесами досягаеться як аминами конструкт I роапи-лювач!в (як правило,вибором кута аходження електрод1в,визначаючого; стаб1льн!сть гор1ння та електричну напруженшсть дуги), так t зм1-нами технологiчних та ф»вико-х1м1чних параметр!в напилення: тепло-во1 потукносп, up вид1ляеться в дуз1: теплоемкост! та температури розпилюючого газу, зменшенням часу взаемоди часточок .з навколишпм середовищам.

Анал1з роботи юнуючих конструкц1й розпилювач1в та техноло- ■ пчних особливостей процес1в розпилення вказують на доц1льн1сть зм!ни конструкции для забезпечення гор!ння дуги вэдовж високоен-талъшйного розпилюючого потоку продуктiв згорання горючих газ!в 8

IlOBiTPHM. ■

• Разом а тим, В1дм1чаеться, щр недостатньо вивченний вплив

стаб!льност1 гортня дуги в потощ газу на фракщйний склад розпи-лених часточок. Ке 'досить зрозум^ло, як впливае »míна потужностг процесу на структуру та якють покриття. Майие-В1деутн1 рекоменда-цИ по нагшленню високоенталъп i йними потоками продукт i в згорання горючих газ i в з повирям.

V Для вивчення впливу стаб!льност1 горения дуги на роэпил дро-тового матер!алу при електродуговбму напилены» бук ронроблений ма-•кет метал1затора (мал. 1). Один з дротов подавали вздовх oci сопла метал1затора, другий шд деяким кутом в!дносно першого в тiй же площинi. Стаб1льн1сть гор1ння дуги оц1нювали по амлл1туд1 коливан-ня напруги дуги (АКЦД) , яку контролювали за допомогою осцилографа. Одночасно збирали порошок, утворений при розпилешп металу в воду. Пот iм порошок просушуьали та прос швали кр1зь сита. Яклетъ розпилу оц1нювали по двом показникам: розкиду по фракцШному складу утво-рених часточок та середньому íx posMipy.

Проведен!"експерименти показали,що зм1на ишидкост1 центрального дроту вшшвае на струм дуги, встановлено? при розпиленш металу. Значения швидкостi бокового дроту визначае середнШ posMip часточок та р1вень АКЗД при розпиленн1. Пэр^вняння двох останн!х показник^в вказуе на наявнють оптимально! швидкост i бокового дроту (мал. 2).

Мал. 1. Схема макету метал! затора.

f 5 6 7 ЧбГ/на»

Мал. 2. Залежнють роаи1ру часточок (d) та АКВД (А) вгд швид-Koc.i бокового дроту.

Анализ даних приведених на мал. 2 дозволяе виявити залежнють середнього роам1ру часточок в!д значения АКВД при швидкостях бокового дроту нижчих за оптимальну. Пои швидкостях дроту б1льших

Н1ж оптимально значения АКНЯ практично не зм1нюеться, хоча розм1р: часточок зб ишшуеться. Це пояснюеться тим, щр дуга стабШвуеться лотоком газу, а метал плавиться з аашзнённям. Як насл1док, метал диспергуеться пери^ер!йними 'потоками газового струменю. Биявлену эалежнють мохна використати для швидкого вибору оптимально! швид-кост! бокового дроту вручну або автоматичним способом. Дня цього спочатку встановлюють швидкють значно нижчу ¿а оптимадьну.а потш : поотупово эб1лъшутъ шъщыссъ та в1дстеяуюгь зм1иу АКНД. 6 момент в1дсутьост1 эм1ни амшитуди досягаеться оптимальна швидюсть. \ Для вибору кута подач1 бокового дроту, проведено сер!» експе-римент1ь, ь яких куг змшювали в д1апазон1 20. . . 90° . В1дстань В1Д зр1зу сопла до м1сця плавления дрот 1 в шдтримувади однаковою. З:результат! в експеримент1в. показания на мал. 3 та мал. 4,можна эроби-ти висновок. до СоковкА др1т ели подавати шд кутом 44... 48°. Бри цьому досягаються найкращ* умови дисиергування металу. пр виражаеть-ся у зменшенн! виходу часточок крупно! фракцП (мал.4). '

6.6 6.6 6.4 6.2 6.0

so-

22 25-

20 20-

i8 IS •

Ш ю-

и 5•

40 SO

70 so fi

Сгмас

¿JI

OftSOfib 0,1 OJb 0,202 Û,H 0,6 ijO

Мал. 3. Залежнють АШЩ (А) та продуктивное^ напилення (Q) в!д кута Mi ж дротами. '

Мал. 4. Роэкид часточок по фракшй-ному складу (d ) залежно В1д кута MIX дротами: 1-40°; 2-45в; 3-50*.

Bel наетупн1 експерименти проводили при подач! бокового дроту шд кутом 45е.

Дослиження залежност1 мше енергетичними параметрами напилення та швидкостями подач1 дрот 1 в показало, ир швидкють подач1 центрального дроту практично не валехигь Ы& напруги i е функцию т!льки струму. При вибор! швидкост! бокового дроту треба врахову-

вати обидва параметри. Запропонована аналП'ична формула роэрахунку приблизно! швидкост1.'подач! бокового дроту:

, "А** ( 1 )

Використання Ще! форму ли разом 13 оц1нкою дискретних зм!н амшпту-ди коливань дуги дозволяе швидко та точно встановити режими напи-лення.

Напилення на р1зних енергетичних режимах показало наявнють аа-лежност1 м1цност1 ачеплення покриття э основою в!д режиму. Але вести розмову про вплив потухност1 дуги на як!'сть покриття некорект-но. Наприклад, при N¿=12,1 кВт' мщнзеть дор1внюе 22 МПа для режиму: 1^=275 А, 1!з«44 В; та 19,5 МПа для: А, 11^=36 В. Про-

веден1 експерименти дозволили виявити характер нпливу кожного з енергетичних показник^в на кощисть эчеплення покриття з основою (мал.5). Доведено, ф аналогГчний характер мае Г аалежпсть серед-нього розм1ру часточок .в1д вказаних показник1в (мая. 6). Л1тературн1 дан1 не дозволяють пояенити причину такоГзалежносп напилення в!д енергетичних показникгв. Тому були зроблен! додатков» досл1дження вэаемоди потоку розпилюючого газу а дугою, яка,як ведомо з теорП зварювальних процес^в, в залежност! в1д енергетичних покааник!в, зм!нюе свою довкину.

6ец. МП О

24

22 20

36 38 40 42 44

б)

Мал. Б. Залежшсть м!цност1 зчеплення покриття э основою в!д струму (а) та наируги (б) дуги.

и*, в

с/ц.МКМ

ООЛИТУ

200 300 4со

а)

и А

34 36 38 4о 42 М

; б)

щ.в

Мал. б. ЗалежнЮть середнього poaMipy часточок в1д струму (а) та ; напругй (б) дуги.

Методом тжьоього фотогрзфування вюначади довжину дуги при ф1КС0ваних режимах напилення та при niдмпиуваш природного газу до пов1Тря. Останне■викликае интерес у зв'азку: а пов1домленням, щр використання ловiтряно-гааовоi сум1ш! з bmIctom метану меньше 40Х аменшуе шцнють зчеплення в1Дносно пов1тряного напилення (H.-D. Steffens et al., 1986.), Одночаено контролювали розм1р часточок та: MiUHicTb ачепленя локриття а основою. Отриман1 дан! (табл.1) ькаау-ють на залежшсть цих'показник!в,в1д довжини дуги , щр утворюеться Mix електродами.

Таблица 1. Пор1вняння характеристики дуги та покриття в середовищг га&опов!тряно! cyMiuii та в noeiTpi при р1зних режимах напилення..

СН^в су- Струм ■Напруга Довжина Серед. розм1р MiUHicTb зчеп-

MiUU ХоО ДУГИ;А дуги, В дуги,км часточок,мкм лення, МПа

0 285 V ~ 36 3,0 137,6 : ■23,5

0 . 250 ■ 3,0 138,0 23,6

О 250 30 2,8 - 129,5 22,3

10 225 30 2,8 130,0 22; 4

8

• • - 9 -

, Таким чином, не мае значения за рахунок чого экорочуеться ду-■ га чи за причиною п1двшцэння струму, чи за рахунок П1дм1шування метану. Валливим е факт ам!ни умов обт 1 кання дуги потоком газу. Де шдтвериуеться 1 пор1вняльними експериментами,проведеними автором.

Про умови взаемодн газового потоку з дугою можна сУдити по зм!нам динам1чного тиску вздовж осг потоку. На мал. 7 показано графики зм1н динам1чного тиску за 1м1татором дуги довжиною 3 та 4 мм ( д»аметр сопла 6 мм, тиск пов!тря перед соплом 2,8 атм.).

кр атч

О)

Мал. 7. Зм1на динамичного тиску пов1тря вздовж ос! потоку (а) за 1М1татором дуги (б) довжиною 1- 3 мм; 2- 4 мм.

Анал!э кривих зм!ни динам1чного тиску дозволяв зробити висно-вок,'що чим менша довжина дуги.тим б»льша максимальна величина ди-нам1чного напору за нею та б1льше час н ди на розплавлений метал, цр 1 пояснюе причину б1льиого диспергування часточок при зменшеши довжини дуги.

. Таким чином, для вменшення розм1р!н часточок (а це впливае.1 на шершав1сть та м!лкозернист1сть покриття) сл^д акорочувати дов-жину дуги. 0днак,оск1льки струм дуги-задае продуктивнЮть напилен-ня, экорочення доц1льно проводити за рахунок зниження напруги. .Як видно э мал. С. б. 1снуе межа зниження цього параметру (для дроту марки 12Х18Н10Т иэ =36 В ). Подальше зниження напруги викликае зниження стаб1льност! роэпилення дрот1в по причин! нер!вном1рност1 ¡¡х подачи яка завади юнуе при робот1 механ1зм!в подач 1дроту.

Пьр1вняння даних, приведен»« на мал. 5. ^ал. б вкаэуе на прямо-пропорцюнальну зале»пстъ мщноет! зчеплення покриття а основою н(д ррзм!ру часточок, формуючих ца покриття.

, 10 -

Проведено вивчення стану чаеточок при шдльоп !х до основи а метою виявлення причини в!дм1чено1 вищэ »алежност!. В!домо, щр основними факторами, влливаючими на м1цн>сть эчеплення е К1нетична енергiя чаеточок та температура ïx натр i ву. Експериментально встановлено, щр часточки розм!ром 100... 800 мкм, як1 утворювались У при эаданих нами режимах, маотъ практично однакову швидшеть майжэ незалежну в1д в1дстан1 напилення.

Терм1чний стан чаеточок вивчали анал1тичним шляхом за допомо-гою ЕОМ. Розрахунки базувалися на математичтй модел! нагр!ву ■ (охолодження) чаеточок матер!алу, роароблено! & 1нститут! газу АН ■"". Укра^ни. Розрахунки проводили для чаеточок роэм!ром 130, 140, 160 мкм, шр утворктеься при струмах процесу 300, 230, 180 А в!дпов!дно. ■ Отриман! результата приведен! в табл. 2.

Таблиця. 2. Температура ja в1дносний рад!ус затверд!вання чаеточок рваного posMipy.

,мкм L,mm 120 i40 160

т ,к Г ■ Т ,К Т .К Г ■:■:

100 1948 0,933 1949 0,944 1949 0,954

200 1948 0,881 1948 0,910 •1949 0,927

300 1948 0,853 1948 0,883 1049 0,908

Як видно а отриманих даних» для чаеточок вкаааних розм1р1в температура !х майже однакова. Але в!дноений рад1ус эатверд!вання чаеточок, щр визначаеться як

Р «■**р1дко| фази / ** часточки (2)

в1др1зня€ться ввалежност1 в!д IX розм1ру. При контакт! крупн1ших чаеточок а основою, чае IX кристал1аац!1 вищэ,н1Ж у менших за роз-м!ром, 1 як насл!док, виир ! час прот1кання ф!аико - х!м1чних про-цес1в на меж1 " покриття - основа а В1ДП0В1ДН0 1 м!цн!сть эчеп- ' лення покриття з основою.

3 даних, приведенихв таблиц1 2, можна эробити ряд практичних висновки. Дня тдвшцэиня м!цност! ачеплення сл!д напилювати на коротких в!дстанях В1Д основи. Зауважимо,що це можливо при напиленн!

- И -

масивних вироб1в. Другим шляхом п!двищеня мщност! зчеплення е зб!льшення напруги, або эниження струму процесу. Але аб1льшення на-пруги дуги приводить,. по-перше, до утворення покриття а високим ступеней пористост!, а по-друге.шдвищуе енерговитрати на напилення, ад>'е перепоною для роэробки високопродуктивних процес!в напи-лення. .Загальним висновком проведено! роботи е те.пр при традиий-ному напиленн! стиелим пов!трям а додаваням паливного газу без до-даткових заход1в,пов"язаних а впливом на энергетику процесу немож-ливо отримати конкя«н.яосгфоможного пор!вняно а плаэмовим покриття. '

Здаеться доц!льним використання для розпилеяня метаяу виеоко-енталынйного, високошвидк1сного струменю газу. На основ 1 проведе-' них досл1дкень оув виготовлений електродуговий мез'ая! затор а вбу-: дованою в його корпус камерою эгорання природного газу а пов^трям.,' : Практичну вежливость мае виб!р д!аштру роапилюючого сопла Чим больший д1аметр- тим виицг коефниент використання металу, але вищ? ' й витрати газу. Зменивння д!аметру дозволяв зменшити витрауи газу, але процес не стае економ1чн!шм, бо зменшуеться КБМ при розпилю-ван! металу. Проведен! екслериментально-анал!тичн!досл!ди показали, }цо для дрот!в з д!аметром до 2 мм д1аметр сопла повинен дор!в-нювати 8 мм. Кут розкриття'металогаэового потоку ;при цьому доеягае 10... 13° , шр в ,1,5... 2 рази нижче, Н1ж при застоеуванн! струменю високоентаяьшйного газу в розпилювачах з попёречним ор!ентуванням дуги в!дносно ос! потоку.

Проведен! експерименти по вивченню сп!вв1дношення м!ж продук-•гиБнютю напилення: та Шцнютю эчеплення покриття а основою при розпиленн! стислим пов^рям ! високоентальп1йними продуктами эго-*-. рання дозволили аробити ряд висно»К1в:

1. Напруга дуги;ьеобХ!Дна для стаб)льного розпилення металу продуктами эгорання практично не. в!др!эняеться в!д такол при розпилен-н! пов!трям. Для гюр18няння, при ор!ентуванн! дуги поперек ос! потоку потрЮне шдвиирння цього Значения на б.... в Е

?.-. При струмах до 320... 330 А- продуктивность напилення продуктами эгорання дещо б!льша пор!вняно до пой!тряного напилення. ГЦ.' но В1Д значения сили струму р1зниця досягае 0,2 кг/г (15 =300 А)... 1,2 кг/г (1^=200 А). ' 3. Мцн!сть зчеплення покриття а основою при напиленн! продукта-

':. - -

ми эгорання в 1,7...1,75 рази виир, М'х ..'при розпиленн!шШтрям. Хоча ■ це значения гакож зменшуеться э тдвич^нням продуктивност1 напилення характер зм)НИ в першому випадку аначно м'як!ший (Мал.8). Як насл!док, мхцн!сть ачеплення завжди вищэ таку для покри'Шв.от-риманих шштряною метал 1зац>е»>.

Особлив¡с'ш роапилення продуктами эгорання е шхлив ¡сть конт-ролюьати окисно-в ¿дновлювальний потенц! ал газового струменю. Зна-люванни природного газу можливе в ¡нтервал! «С * 0,0. . . 2,2. Тому був вивчений вплив значения об на як!сть покриття. 0триман1 дан!, приведен! на мал. 9, вказуэть на юнування оптимального значения в . д1алэзон! 0,75... 0,85 ( 1Ьт Рос!} N 1785290 );

<5'ш.МЛа

1 П.%

Ь.5 кО 5,5. 3,0

" ? ¡о ¡5 зо й,КГ/г 07 °'9 & *

Мал. 8.'С1йвв1дношення М1Ж.М1Ц- • Мал. 9. М!цн!сть зчеплення (0е*У ■ нютю зчеплення (б"«*) та про- та порист!еть покриття (П ) ь дуктиыиетю напилення (С). аалежносп в!д аначеннй«С . "■

Мэрфолопчний анал!з напилених араак»в дозволив пояснити на-явнють екстремум!в покаэник1В. При <А.-<Лепю утворююгься часточки, як! при контакт! з основою розплюцуються нает«льки, вр в поперечнику мають роэм!р 1 - 67 мкм, Г» » 11 мкм. При оС<<Аа.т розм1рй час-точок дор1внюють 1 » 29 мкм, • >> » 13 мкм, а при 1 «'31

мкм, Ь = 14 мкм. .Таким чином, при плоиэ контакту чаоточок

з основою значно вища, к!ж при п£Кр»м того сл!д чекати, щр. б!льш сплюнем часточки утворюють'менш пор¡сте покриття.

Для перев!рки досягнення мети роботи,а саме розробки техноло-п I електродугового напилення, спроможного конкурувати в плаэмо-вим, проведено анал1э покритив, отриманих плазмовим методом. На-лилювали установкою " Киев-7 ". Робочим газом була сум!ш пропан-

бутану э поя!трям. Використання такт сумнт д>мюляи в 2. ..2,5 рн-аи п!двищити продуктивн!сть нападения пор|вняно з використанням по Ытря або 1нертних га31в. Дня! , отриман! при плДвмоьому роалилен-н!,л!тературн! дан1 по роапиленню в1дчизняними метгинзаторгши (на-приклад, ЕМ-17) та експериментальн1 дан! ло розпиленню розробле-ним нами металлзатором приведен! в табл. 3/. Дам отриман! при нали-ленн! стального дроту марки 12X18К1 ОТ диаметром 1,6 мм.

Таблица 3. Характеристики процес)в напилення та покригНв, отримуемих при цьому.

Показники . Плазма Метал!аац!я

Киев-7 ЕМ-17 Розроблений

Режим напилення

Струм дуги, А 60 200 210

Напруга дуги, В ' 165 ■ 36 30

Потужн!сть, кВт ' 9,9 .7,2 7,3

Загальн! витрати газу.нку^ , 10 90 35

К В M , X • 0,75-0,78 0,60-0,65 0,72-0,75

Порист1СТЬ покриття, X . 3,0-3,4 12-14 3,0-3/4

Мацисть зчеплення, МПа 30-31 20-22 32-33

BMiCT ОКИСИД1В, % 37-40 50-55 35-33

Питом1 енерговитрати на

напиленя, кВт-г/кг 3,3 1,26 . 1.03

• ЗАГАЛЬШ ВИСНОВКИ .

1. Встановлено, щр основним фактором,' який кардинально виэна-чае шдходи до удосконалення технолог!чного процесу електродугояого напилёння та утворення принцитюво нового високоефективного облнд-нання для його реал1.зацп- е використання поряд з електричною Г)вю також xiMi4H0i енергi i газового палива,яке вводиться до складу газового середовшцв. Вахливим висновком досл!д)*ень е .те, lip механ i чне п i дм i шування до nosiтря яуглеводневих га» i в не приводить

до значков позитивного ефекту 1 1до такий ефеет мош бутк досягне-ний гчльки при нраяьльному розподш додатково! енергп в час1 та простор!.; ■ ■

2. Бстановлено,' яр найбкиьша однороднють часточок,утворених в . дуЫ, ■ яр горить мш двома.електродними дротами; та- стаб1льн1сть.го- ■ р1ния дуги досягактьоя орган1зац1 ею п поздовхнього обт1кання стру-мо роэпилиочого газу на в^дмдну В1Д трад!Щйного поперечного 06Т1-канй. Лоздовхче обпкання забеспечуеться подаче^ однсгр а дрот!в ьздовж оса потоку,« другого и!д кутом до не! в т!й же площин.!. Екепе-' рименралъно визначений оптимапьний кут нахилу бокового дроту в^днос-

• но до ОСоОВОГО, дор!внюв 44°, .'.'48*. Щвидкост} подач! Дрот 1В В1ДР18г нндаыи для косного з дрот 1 в 1 залекать в!д релимгв напилення.

3. Екепериментально . встановлена ров. ахункова залежнють для-зизначення оптимально} швидкост» подачг бокового дроту, забеспечу-ючо! максимум е*аб!льнос*1 процесу розпилекня. Бизначаючими параметрами е'д!аметр моту, сила струму дуги. Бстановлену еу.ле,чн1сто використоьусть для набору початкових параметр!® процесу.якг надалц . коректуються по оецилограм! напруги дуги пб. розроблени автором мет тодиц! виэначвкня швидкост» подач1-бокового д^юту.

4. Зм1на ' режим!в напилення приводить до зм1ни довмини дуги 1 : газодинау!чних умов обт!кання.п потоком газу. 'Зменшення довжики дуги.аа-рчхунок • п1?';вйи??ни£ струму дуги приводить "дб вменшення се- . реднього оовм1ру часточок 1, як насл!док, до ¡нтенсиф^кац!I гх : охолодже.чня та энижннк» м^цност! зчеплення покриття- з основою. •

5. Роёрахунки термгчкого стану часточок показали,, щр в залек-ност! в.»д роам!рУ> • частояки можуть мати р1зну заховану теплоту к>.>истал1зац1 ¡. Чим крутши часточки,тим бхлыие металу знаходигься в р;дк1й Фаэ 1,'ер .впливае на м1цн!сть зчвплення покриття з осноьою. Дим 1 пояенкеться зниження Ц1е1величш а ростом струму процесу роапиленкя.

6. Вета.новлено', що при викориетан! продуктов згорання природного газу, як розпилючого газу досягаеться радикально. покраа^кня'/ . якост! пок!>ктт1в. К-л приклад роь'пиленнн дюту марки 1ЙХ18Н10Т доведено, щ,о при цьому окисленють матер !алу зменшуетьея на 35. .. 40%,

а порист!сть в £.. .4 рази. Таким чином досягам'ься значения, харак-о'ерк! п.пазуиеим покриттям. .

7. При дуго1Ий Метал! зацп продуктами эгорання ¡онуе доднтко-

вий параметр налилення, впливаячий на як сть покриття. Тагам параметром . коеф ц нг вккористання :жт. Проведен експерименти показали паявн сть'оптимального значения ксеф ц нту 0,75...0,85.

7- На основ результат в доел дження розроблено доел дно- прс-мисловий мэтал затор та рекоиендац по Еибору ооновнж технолог чних параметр в для налилення покритт в з суц льних та поротсо-вих дрот в. ' ' '

Оснозн ре^ультзти дкеертац викладен в сл дуючих г.убл кац -

ях:

1. Карп И.Н., Петров C.B., Рудой A.n. Распыление проволок стабилизированной дугой.// Перспективы применения плазменной тех-ки и технологии в металлургии и машиностроении.: Тез.докл. II Ес-э-союз. семин., сентябрь, Челябинск,1987г.- Челябинск,198S.-С. 66.

2. Пат. 1628328 СССР, МКИ В 05 Ь . Электродуговой распылитель металла./И.Н. Карп, C.B. Петров, А.П. Рудой.- непубл.

3. A.c. 178529p СССР, МКИ В 05 b . Способ Злектродуговрго напыления./ И.Н. Карп, А.П. Рудой, С.В.Петров.- непубл. .

4. Пат. 1180 Укра ни, МК В 05 b . Слое б елсктродугового розпилення металу./ А.П. РУдий, C.B. Петров. •

5. Рудой А.П. Влияние диспергирования напыляемого материала на прочность сцепления покрытия с подложкой.// Плазмоте.чноло'гия. Киев: УХ« ВО,1390.-С. 91-94.

6. Карп И.Н.', Петров C.B., Рудой А.П.' Электродуговая металлизация в высокоскоростном потоке продуктов сгорания.//Автомат.сварка. -1991.-N1.-C; -62-65.

7. Пат. 1131 Укра ни, МК В 05 b . Електродуговий розпилювач. металу./ .М. Карп, А.П. Рудий, C.B. Петров.

8. Карп И.Н., Рудой А.П. Влияние скорости подачи оталыюй проволоки на диспергирование металла воздушной струей.//Автомат.свар-Ka.-19S0.-N10.-С. 35-38.

9. Петров C.B.,. Рудой А.П. алектродуговое напыление в контролируемой атмосфере. // Восстановление и упрочнение деталей металлургических агрегатов наплавкой, напылением и термообработкой.; Тез.- докл. Всесоюз. семин., Москва, сентябрь, 1990г.-М., Черметин-формация. -1990.-С. 26-27. -

10. Рудой А.П.,. МзрцеЕой Е.П. О состоянии частиц при электро-

дуговой напылении нержавещей проволокой./ Там же.-О. 27-28.

11. Петров C.B..,- Рудой А.П., Барановский H.A. Плазменное распыление проволок.// Пробл.спецэлектрометаллургии.-?1991.-N1.-С. 7312. Петров C.B., Рудой А.П. Металлизация в сверхзвуковом потоке.// Перспективы применения плазменной техники и технологии в металлургии и машиностроении.: Тез.докл.III Всесоюэ. семин., сентябрь, Челябинск,1991г.- Челябинск, 1991.-С. 31. •

13. Карп И.Н., Петров С.Е., Рудой А.П. Установка для электродугового напыления в сверхзвуковом потеке продуктов сгорания при-/ родного газа.// Свароч.пр-во.-1991.-N2.-C. 22-23. ; '

14. Рудой А.П. Влияние соотношения скоростей подачи стальных; проволок на диспергирование материала при электродуговой металлизации.// Плазмотехнология. Киев:УМК ВО,1991.-С. 103-104.

15. Получение катализаторов для снижения токсичности в хлопных ■газов./ И.Н. Карп, C.B. Петров, А.П. Рудой и др.// Теория и практика газотермического нанесения покрытий.: Тез.докл. XII науч. -техн. конф., Димитров,1932.-Димитров,1992.-Т.2-С. 61-65.

16. Рудой А.П. Пути снижения окисленности покрытий при эдект-¿ родуговом напылешй*.// Пдазмотехнологйя- 93.- Запорожье: Днепровский .металлург, 1993. -С. 143-145.

17. Electric arc Spraying in Supersonic Stream./ I.N.Karp, S.V. Petrov, A.P.RucSoy.A.N.Arjakin.// Proo.of the 1993 National. Therm.' Spray Conf"., Anaheim, CA, 7-11 June 1993.- ASM, 1993.-P. 190-195. ./:. ^ -

18. Рудой АЛ1. Перспективы использования газотермического напыления в промышленности.// Экотвхнсшогия и ресурсосбережение . -1995. -N'3. -С. 13-20

19. The Spraying:." of Coating by Supersonic »totalization./ I.N.Karp, S.V. . Petrov, A.P.Rudoy.A.N.Arjakin. // Proc.of the 7th National. Them. ' Spray Conf"., Boston, Massachusetts, 20-24 June 1994.- ASM, 1994.-P. 275-279.

; Рудий A.n. Рогробка та досл1джежгя прсцгсу розяилення дрстозих матер1ал1в продуктами згорання вуглгводневих палив.-Рукопис.

Дисертац1я на'здобуття наукового ступеня кандидата техн1чних наук за спец1альн1стп 05.14.04 -Промислова теплотехн1ка." 1нститут газу HAH УкраХни, КиХв, 199S.

Дисертац1ю присвячено вивченню основшп.фактор1в, до впливагатъ на як1сть електроДугового напилення. В дисергзц11 розроОлено новий напря-мок в ц1й галуз1, що базуеться на двох основких концещ!пх: використання надзвукового струменю' продукт1в згорання вуглеводневих палив э по-в1трям при регудт->ваному окислгаально-в1дновлювальному потэкц1ал1 газового сёредовища та орган1зац!я гор1вня дуги м1* дротами вздовж роэпк-лвючого струкеню.Встановлено.що значне п1дБицення-якост1 напилення до-сягаеться при викорисуанн1 надзвузсового струменю продукт 1 в згорання 1 залежить в1д газодинам1чноГвзаемод11 електрично! дуги та розгашзючого газу, як1 е функц1ями технолог1чних параметр1в розпилення. Запропоно-вано конструктлвн1 та технолог1чя1 рекомендад1I для проектування роз-гошшчого сбладнаняя та разробок технолог1й напилення. OchobhI результата прац1 зкайшли промислове впровадженля при розробд! обладяання та технологи в1дновлення деталей пляхом Ix напилення.

Кяючов1 слова: електродугове напилення, надзвуковий струмень, покриття, газодиаам1ка, термодинам1ка.

Рудой А.П. Розработка и исследование процесса розпыления прозолоч-ных' материалов продуктами сгорания углеводородных топлив.-Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.14.04 -Промышленная теплотехника.- Институт газа HAH Украины, Киев, 1998.

Диссертация посвящена изучению основных факторов, влиягщих на качество электродугового напыления. В диссертации развивается новое направление в данной области, основанное на двух основных концепциях: использование сверхзвуковой струи продуктов сгорания углеводородных теплив с воздухом при регулируемом окислительно-восстановительном потенциале газовой среды и организация горения дуги между проволоками вдоль распыляющего потока. Установлено, что Значительное повышение качества напыления достигается при использовании сверхзвуковой струи продуктами сгорания углеводородных топлив и'зависит от газо- и термодинамического взаимодействия электрической дуги и распыляющего газа, которые являются функциями технологических параметров распыления. Предложено конструктивные и технологические рекомендации для проектирования распыляв-

щаго оборудования и разработок технологий напыления. Основные результаты роботы налит пропыленное применение при разработке оборудования, технологии восстанозления деталей ir'тем их напыления. ■ •: ., ; ..

Ключевые слова: здектродуговое напыление!, сверхзвуковая струя, покрытие, газодинамика,• термодинамика.

Roudoy А.P. Development and investigation the spraying process ' of wares by burn's products of hydrocarbonic fuels.- Manuscript.

Thes is for doctor's degree by speciality 05.14.04,- Industrial thermal technique.- The Gas Institute of National Academy of Science of Ukraine, Kiyv, 1928.

The dissertation is devoted to stady of basic factors, which influences on the quality of an arc spraying. A aew direction in this fi-ild is eloborated which based on the two consepts: the. using supersonic Jet of burn's products of hydrocarbonic fuels with air when ther are regulation of the oxiden-reduql potential of gas stream, and organization of tha arcing along the axis of the spraying Jet. There Is established that an important increasing of the spraying quality is in case when supersonic jet of the burn's products.Is used. The some is depended of the gas-" and thermodynamic's interaction of. the aro and the spraying Jet which.are functions of a technological parameters of the arc . spraying. The constructive and technological recommendation .. are proposed for a projects of the arc spray equipments and developping ,pf a spray technologies. The results of the work have found an industrial utility in the development of the equipment and technology for restoration of detals by spraying.

Key words: aro spraying, supersonio jet, ooating, gasdynaraios, , thermaldynamics.'

ГИдпасано до друху ih.di. эгр . Оормат 60x90/16 Hanlp o'ic9THHi. Формат зядення 145x215 мм. ' Умовн.-друк.архуш 1,0'. Об.-вад.аркул 1,0 . Хъ^аг'юо . Замов*.2i" .

ПолГграф.дХхьн. 1иституту елехтрэданам1м НАН 7кра1нв 2526ЕС, Кй1в-57, проспект Перемоги,56