автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Разработка процесса напыления порошковых материалов плазмотроном с насадкой

На пр 1Вах рукописи

БУЛЫЧЕВ Всеволод Валериевич

РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА НАПЫЛЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ПЛАЗМОТРОНОМ С НАСАДКОЙ

05.03.06 - Технология и машины сварочного

производства

АЕТОРЕФЕ Р-А Т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кягугз - 1996

Работа выполнена в товариществе с ограниченной ответственностью

" В Е Л Д "

Научный руководитель - доктор технических наук

профессор

Сагалевич В.М.

Научный консультант - доктор технических наук,

старший научный сотрудник Неровный В.М.

Официальные оппоненты -

Ведущее предприятие

доктор технических наук, профессор Ямпольский В.М. кандидат технических наук, доцент Дружинин Н.В.

АО "Калугатехремонт"

Защита состоится "/Ъ" ¿¿¿¿2^.й2- 1996 г. на заседании диссертационного совета К.053.15.03 в Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана по адресу: 107005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5.

Ваш отзыв на автореферат в 1 экз., заверенный печатью, просим выслать по указанному адресу.

" диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ имени Н.Э. Баумана

Автореферат разослан "_"_____г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ ДИССЕРТАЦИОННОГО СОВЕТА К.053.15.03

К.Т.Н., ДОЦЕНТ ' ГИРШ В.И.

Подписано к печати /3 а Об,- Объем 1,0 п. д. Тираж 100 э::з.

Заказ N9/ ' Типография МГТУ им. Н.Э.Баумана

ОЕЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. Плазменное напылени" порошковыми материалами в среде атмосферы является одним из прогрессивных методов восстановления геометрических размеров изношенных деталей. Вместе с тем, относительно невысокие значение коэффициента использования материала (КШ), а также значительная неравномерность по напыленной поверхности прочности сцепления покрытия о основой являются сдерживающими факторами более пирокого применения данной технологии в ремонтном производстве.

При напылении плазмотронами мощностью до. ЕО...30 кВт одной из причин указанных недостатков является неравномерный нагрев порошкового материала по поперечному сечению, струи из-за ее интенсивного охлаждения эжектируемым атмосферным воздухом.

На наш взгляд, одним из перспективных способов улучшения технологических свойств плазменной струи за счет ир^енений условий массо- и теплообмена между струей и атмосферой является применение насадок, закрепляем к у среза сопла плазмотрона, Однако проблема использования таких 'насадок с целью снижения тепловых потерь плазменной струи, повышения КИМ и прочности сцепления покрытия с основой мало изучена и для ее решения требуется проведение дополнительных исследований.

В связи с изложенным, совершенствование технологического процесса плазменного напыления порошковыми материалами в среде атмосферы на основе применения газодинамических насадок, закрепляемых у среза сопла плазмотрона, представляется важной и ак: -альнсй задачей.

Целью работы является повышение КИМ и равномерности прочности сцепления покрытия с основой по напыгнной поверхности при напылении порошковых материалов в среде атгосферн ллазмотронами мощностью до 20...20 кВт путем применения насадки, закрепляемой у среза сопла плазмотрона.'

Метода исследования. Для решения задач, поставленных в работе, было ','роведено теоретическое исследование влияния- насадки, тетюфизических характеристик газа струи и гага затопленного

1

пространства (среды, в которую истекает струя) на эффективность нагрева порошкового материала в -различных Бонах плазменной струи.

Экспериментальное исследование процесса напыления плазмотроном с насадкой проводилось на установке УПУ-ЗД с использованием метода планирования эксперимента.

Для исследования характера распределения порошкового ыатера-ла по площади пятна напыления применялся индикатор 114-10.

Прочность' ..цепления покрытия с основой определялась методом отрыва штифтов на разрывной машине Р-05.

Для анализа результатов эксперимента использовали статистическую обработку данных.

Научная новизна работы связана' с раскрытием особенностей процесса плазменного напыления в атмосфере порошковых материалов турбулентными струями, генерируемыми плазмотронами мощностью до 20...30 кВт, в условиях применения насадки с углом раскрытия конического канала 40...50°. Показано, что:

■- повьпгение КИМ и равномерности прочности сцепления покрытия с основой по площади пятна напыления обеспечивается, главным образом, выравниванием теплосодержания частиц по поперечному сечению струи ва очет повышения эффективности нагрева (в 3...5 раз) периферийных частиц на дистанции 30...50 мм от среза соплз плазмотрона.

- насадка снижает интенсивность конвективного теплообмег . между газом, находящимся в канале насадки, и воздушной средой-вне нз-

■ садки, что ведет к формированию в плазменной, струе Солее равномерных поперечных профилей температур и скоростей за счет повышения температуры эжектируемого струей ртмосферногс воздума и снижения его количества.

- оценку технологических свойств турбулентных плаэыенши струй в рассматриваемых условиях ведения процессз напыления можно с достаточной точностью производить на основе допущения о нормальном законе распределения объемной доли плазмообразующего газа в поперечных сечениях струи, что позволяет учесть влияние соотношения

■ теплофизических параметров огаэа окружающей среды и гаэа струи на распределение.в ней температур, скоростей и концентрации гаэа окружающей среды. • .

Практическая ценность. Разработана конструкция насадки и определены основные параметры режима процесса, позволяющие при на-

9 ' 1

пыленип, в частности, порошков нз основе никеля плазмотроном ПП-25 повысить КИМ на 10..'Л5 %, увеличить прочность сцепления покрытия с основой на периферии пятна напыления в 1,2...1,5 раза.

Разработана методика расчета осесимметр ¡чных турбулентных струй, истекающих в затопленное пространство с иными теплофиги-ческими параметрами, позволяющая достаточно просто оценить технологические свойства плазменных струй в рассматриваемых условиях ведения процесса напыления.

Предложен и опробован комплекс технологических приемов повышения прочности сцепленга покрытия с. основой.

Даны технологические рекомендации по напылению изношенных деталей плазмотроном о насадкой.

Реализация работы. Разработанный процесс внедрен в ТОО "Еелд" при восстановлении изношезЬшх деталей номенклатуры, в частности АО "ÖKA3", АО "Калугатехремоит" АО "КалугелутьмалГ. Экономический аффект от внедрения в 1995 году составил 9S млн. рублей;

Апробация работы. Основные положения работы доложены на ре: тональной научно-техническс \ конференции " Повышение качества изготовления■ детален машин методами отделочно-упрочняющей обра-Сотки" (г.Пенза, 1991 г.); Российской тучно-технической конференции " Автоматизация исследования, проектирования и испытания сложных технических систем" (г.Калуга, 1993 г.); нз науч^-м семинаре кафедры "Машины и автоматизация сварочных процессов" МГТУ им. Н.Э.Баумана (г.Москва, 1995 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введени , четырех глав, общих выеодое, списка литературы и приложения. Она изложена на 193 страница;-: машинописного текста, содержит £4 рисунка и 43 таблицы. Список литературы вк очает 98 наименований.

На аащиту выносится'. Новые представлении о механизме' влияния насадит с углом раскрытия канала 40...50° на осаждение напыляемого порошкового материала на подложке и заключающееся в тем/ что увеличение_ 'КИМ и выравнивание прочности сцепления покрытия о основой по площади пятна напыления достигаются повышением эффективности нагрева периферийных частиц напыляемого материала па дистанции до- 20.. .50 мм от среза сопла плазмотрона.

В_ связи с этим, следующей положением, выносимым н-~ защиту,

является теоретическое исследование влияния теплофкзических параметров газа струи и газа затепленного пространства на распределение температурных и скоростных полек в струе, эффективность нагрева частиц напыляемого материала.

Основное содерхание работы.

Во введении дано обоснование актуальности работы. Кратко сформулированы основные проблемы и результаты практического применения.

8 главе 1 рассмотрены факторы, определяющие КИМ при плазменном напылении в среде атмосферы порошковых'материалов. Показано, что одной из основных причин невысокого уровня КИМ является неравномерность нагрева частиц напыляемого материала по поперечному сечснию струи, в результате чего периферийные частицы не достигает необходимого для закрепления на подложке уровня термической энергии, а некоторая часть приосевых частиц испаряется и разрушается вследствие перегрева.

. Проанализированы конструктивные решения и технологические приемы, позволяющие достичь- более равномерного нагрева напыляемого материала. Показано, что данная техническая задача в настоящее время решается следующими основными способами: . ,

- оптимизацией условий ввода порошкового материала в плазменную струю, позволяющей дост)1чь более равномерной ее загрузки;

- выравниванием поперечных профилей температур и скоростей плазменного потока в выходам канале плазмотрона.

Однако, обеспечиваемое данными мероприятиями повышение КИМ невелико и не превышает 3...6-Х. .

На основе анализа условий истечения горячих турбулентны;', струи в затопленное пространство показано, что основной причиной высокой неравномерности поперечных профилей температур и скоростей в струе является ее смешение с газом затопленного пространства.

Массо- и теплообмен между плазменной струей и затопленным пространством может быть значительно снижен путем реализации ламинарного режима истечения. Однако, напыление ламинарными плазменными струями в условиях ремонтного производства затруднено следующими обстоятельствами: ' .

- необходимость ввода порошкового материала в струю с минимальным количеством транспортирующего газа или совсем без него 4 .

под дейстйием силы тяжести позволяет лишь горизонтальное расположение струи и дает возможность напылять только вертикально расположенные поверхности; .

- возникновение потоков воздуха, обус:явленных наличием местной -и общей приточно-вытяжной вентиляции производственного помещения, приводит к турбулизации плазменной струи.

На наш взгляд, наиболее целесообразным техническим решением, позволяющим снизить интенсивность охлаждения плазменной струи атмосферным воздухом является применение наездок, закрепляемых у среза сопла плазмотрона.

Проблеме применения насадок в технике пламенного напшения посвящены работы В.В.Кудинова, Е.М.Иванова, П.Ю.Пекшева и др.

Наиболее широко освещен вопрос использования насадок с целью создания местной газовой защитной среды при; напылении химически активных материалов. При этом в канал насадки подается защитный газ, формирующий спутный поток и вытесняющий из канала насадки атмосферный воздух. В.В.Максимовым установлено, чтт состав газа спутного потока влияет на геометрическую структуру плазменной струи и протяженность ее высокотемпературной зоны. Определение возможности применения таких насадок с целью повышения КИМ сео-' дится,' таким образом, к исследованию влигчия соотношения теплофк-зпческнх характеристик газа струи и газа затопленного пространства на эффективность нагрева порошкового, материала. Дан! "Л! вопрос, однако, является малоизученным и требует дополнительного рассмотрения.

Известны'попытки достичь повышения эффективности нагрева порошкового материала и КШ применением насадки без формирования з ее канале спутного газового потока. Данный способ не полущи своего завершения по причине осаждения напыляемого материала на стенках насадки и, обусловленным этим, нарушением стабильности процесса напыления.

В результате проведения предварительных экспериментов выявлена возможность разработки насадки, обеспечивающей повышение КИМ при отсутствии осаждения на ее стенках напыляемого материала бев формирования спутного газового потока, что указывает на перспективность продолжения работ в данном направлении.

В работа;; З.В.Кудиноза, В.С.Еелащенко, Д.А.Харламова и др. показало, что прочность сцепления частицы с основой возрастает с

/

увеличением температуры и скорости частицы. Поэтому выравнивание энергетического состояния частиц по 'поперечному, сечению ' струи, повышение температуры и скорости периферийных частиц должно уье--, личить равномерность данного показателя по -площади пйтна напыления и напыленной поверхности в целом. Для выявления степени влияние насадки на прочность сцепления пскрытия с основой необходимо прозести дополнительные эксперименты.

В связи с изложенным были сформулированы следующие задачи работы:

1. Провести теоретическое исследование влияния насадки, теп-лофизических характеристик газа струи и газа затопленного пространства на эффективность нагрева порошкового материала в.плазменных струях. * ■

2. Провести экспериментальное исследование влияния профиля насадки на степень осаждения на ее стенках напыляемого материала и КИМ, разработать промышленный образец насадки.

3 Провести экспериментальное исследование влияния насадки на КИМ и прочность сцепления покрытия с основой в центре и на периферии пятна напыления.

4. Разработать тс-хнологические рекомендации по напылению изношенных деталей плазмотроном с насадкой.

Глава 2 посвящена теоретическому исследованию влияния насадки, соотношения теплофиэиче-ских характеристик газа струи и газа затопленного пространства на эффективность нагрева • порошкового материала в плазменных струях.

На основе рассмотрения процесса теплообмена между плазменной струей и атмосферой показано, что насадка препятс~вует конвективному теплообмену между затопленным пространством, находящимся в канале насадки, и атмосферой. В результате этого часть тепловой энергии, теряемой плазменной струей в атмосферу, локализуется в данном ограниченном объеме затопленного пространства, приводя к повышению его температуры. Расчеты, проведенные с помощью составленного уравнения теплового баланса, показали, что при длине на-саг,ки до 30.. .50 мм и варьировании угла раскрытия ее канала от 40 до 50° может.иметь место повышение среднемассовой температуры затопленного пространства до 0,2...0,4 от начальной температуры струи.

Фотографии процесса истечения плазменной струи (плазмообра-6 ...

зующий газ - смесь аргона и азота, напряженке на дуге 40 В, ток дуги - 300 А) из насадки длиной 50 ш и углом раскрытия канала 45° показали наличие у торца насадки светящегося потока протяженностью 20...30 мм. Аналогично выполненные фо: эграфии при отсутствии насадки свечения газовой струи на соответствующем удалении от среза сопла плазмотрона не еыяеили. Данный результат подтверждает значительное влияние -насадки с утл">м раскрытия канала до 50° на распределение температурных полей в струе.

' Исследование- влияния соотнэаения теплофизическкх характеристик газа струи и гага затепленного пространства на распределение ; в струе температурных и скоростных полей было ..роведеко на основе мэтодз интегральны.--; соотноиений. Струя при этом полагалась изобарической. Процессами диссоциации,.рекомбинации, ионизации, излучения пренебрегалось. Теплофизическиэ коэффициенты во всем диапазоне изменения температур полагались постоячными. По.-учзны следующие зависимости для определения скорости V-и температуры Т струи

Vo /-

у' ToCl+((l-ki)/ki)R]

сТо + ((l-ki)/ki)RT„ с + ((l-ki)/ki)R

где с - относительная теплоемкость плазмообрззуюцего газа; R - ' относительная газовая постоянная плаамообразущегс газа;

Vo.T0 - скорость .и температура, струи на cpfe сопла;

Тп - температура затопленного пространства;

ki - объемная доля плаэмообразующего газа в птруе.

Обоснована гипотеза о нормальном законе распределения параметра ki по поперечному сечению струи. На основании данной гипотезы, а также в допущении наличия в струе только начального и основного участков, были получены следующие выражения для определения -kt

ка =к1т ехр С -Ы1 (г/Ггр)

N1 - -1п(к1ГР/к1т)

рГгр ¡¡2 112

2 | ехр С ИаСп/ггр) - "гСг/ггс) 3 гс1г Гх"

кт «

/гр м-г

ехр С»Ы1(г/Ггр }3гс1г

где ггр - радиус внешней границы струи;

•г-1 - радиус ядра струи (на основном участке гх=0); г0 - радиус сопла; г - радиальное расстояние; к1гр- значеьле к1 на условной границе струи; к1т- осевое значение к1. Цля упрощенного определения параметра к1т было получено следующее выражение

Расчеты, выполненные по полученным зависимостям, показали, что повышение относительной теплоемкости плазмообразующего газа пргводит к увеличению геометрических размеоов высокотемпературной зоны струи. Полученные результаты объясняют ранее упомянутый факт влияния состава спутного потока на параметры-плазменной струи, а также известный факт более интенсивного падения в осевом и ради-

где X - осевое расстояние;

Хн- протяженность начального участка струи.

о

альном направлениях температуры и скорости в плазменных струях одноатомнш газов по сравне зо сс струями многоатомных газов.

' Предложена и обоснована целесообразность использования для оценки эффективности нагрева 'порошкового материала з различных зонах плазменной струи следующего выражения

Т(Х) - Тпл

где Тпл ~ температура плавления материала частиц; Т(Х) - температура газа струи в рассматриваемой " зоне струи;

vcp - среднеарифметическое на дистанции X значение' скорости струи.

Расчеты, выполненные с использованием данного выражения, показали, что на дистанции 30...50 мм от среза сопла плазмотрона повышение.температуры затопленного пространства до (0,2...0,4)То, приводит в приосевых зонах струи к увеличению параметра qn в 1,1...1,7 раза, а на радиальном расстоянии ( 0,5...0,7)ггр - в 3...5 раза.

Таким образом, проведенные теоретические исследования указывают на возможность преимущественного повышения эффективности нагрева периферийных частиц по сравнению с приосевыми путем применения насадки и, тем самым, более равномерному нагреву частиц по поперечному сечению струи.

Глава! 3 посвящена экспериментальному исследованию процесса напыления 1 порошковых материалов плазмотроном с насадкой. В качестве напыляемого материала использовались порошки на основе никеля.- В качестве плазмообразующего газа применялись архен, азот и их смеси в различных пропорциях. Мощность плазменной струи регулировалась напряжением на дуге плазмотрона Цд, устанавливаемым изменением состава плазмообразующего газа при постоянном значении тока дуги 1д-300 А. _ .

Для исследования влияния профиля канала насадки на степень осаждения частиц на ее стенках был изготовлен комплект насадок длиной Lu » 70.мм и различными углами раскрытия конического канала а„ «= 30. ..50° (рис.1). Установлено, что стабильное отсутс-

гвие осаждения порошка ■ на стенках канала насадки достигается при Зн не менее 45...50°. 2о всех дальнейших экспериментах испсльго- -вались насадки с углом раскрытия канала 45°.

Статистическая обработка результатов экспериментов, проведенных по двухфакторному плану на двух уровнях позволила установить , что в диапазоне -варьирования напряжения на дуге от 25 до 75 Е изменение длины насадки от 40 до 100 мм и дистанции капьшечия' от 70 до 11С мм (длина насадки 50 мм) не оказывает существенного влияния на ИМ. '

Для оценки ялияния насадки на КИМ были проведены эксперименты по определению зависимости КИМ от напряжения на дуге при напы-. лении плазмотроном с насадкой и при ее отсутствии. Установлено, чтс. для всех случаев напыления данная зависимость носит нелинейный характер- (рис.2). Наличие насадки приводит к повышению максимально достигаемых значений КИМ для порошка ПН70ЮЗО в среднем с 63 до 76%, порошка ПН85Ю15 - с 62 до 761, порошка ПХ20Н80 - с 63 • до 722.

Исследование топографии пятка напыления показало, что распределение толщины покрытия, как при отсутствии насадки, так и при ее использовании, близко к закону ошибок Гаусса. Установлено, что применение насадки приводит к увеличению дисперсии распределения порошкового материала по площади пятна напыления в среднем с' 13...16 до 17...22, что свидетельствует о повышении теплосодержания периферийных частиц.

Для оценки влияния насадки на прочность сцепления покрытия с основой бСц был .применен метод отрыва штифтов. Установлено, что в центре пячяа напыления наличие насадки практически не приводит к повышению бсц (38...45 МПа). В то же время, на удалении. 15 мм от . центра пятна напыления прочность сцепления повышается для порошка 1 1Ш70Ю30 с 14,0 До 21,5 МПа, ПН85Ю15 - с 23,1 до 28,7 МПа, ГК20Н60 | - с 16,3 до 23,2 Мпа, что составляет 10...19 X от прочности сцен- \ ления в центре пятна Напыления. . ;

Результаты экспериментальных исследований подтверждают ос- ; новные теорепгческпе положения, полученные в главе 2, согласно ' которым применение насади! с углом раскрытия канала 40...50° приводит к повышению КИ! и равномерности прочности саэплекня покры-тпя С основой по площади пятна напыления га счет поаыиения эффек- ; тивностн нагрева периферийных частиц на дистанция до 20...50 ш 10 . I

от среза сопла плазмотрона.

Глава i посвящена разр. отке технологических рекомендаций по плазменному напылению изношенных деталей плазмотроном с насадкой. Рассмотрены основные параметры процесса напыления плазмотроном с насадкой. Показано, в частности, что при напылении порошковых материалов на основе никеля температура поверхности подложки воз-ра.тзет на 4...8 X, а увеличение дисперсии распределения порошкового материала по плсщэд:. пятна напыления позволяет в 1,1... 1,4 раза ускорить продольную подачу' плазмотрона без увеличения разно-таациннооти покрыт!.л.

Показана целесообразность использования насадки при напылении легкоплавких и тугоплавких материалов. Расчетным путем подт-2Sрадено, что для порошковых материалов с температурами плавления от 800 К до 2500 К применение насадки приводит к выравниванию теплосодержания частиц по поперечному сечению струн. Установлено, что при напылении бронзы БрАЖНМц 8,5-4-5-1,5 КИМ возрастает с 73...78 доЯ2.. .86 Л, при напылении оксида алюминия с 18...23 до 25... 30%. '

Показано, что применение насадки возможно и целесообразно совмещать с применением других известных технических решений, способствующих повыше! ■а прочности сцепления покрытия с основой.

Разработана конструкция анода к плазмотрону ПП-25, позволяющая осуществить Многоканальный ввод пороякового материала в плазменную струю с одновременным его предварительным подогревом.

Предложена конструкция защитного экрана, закрепляемого на •насадке и; служащего для улавливания периферийных слабопрогретых частиц. 1 ■,

Разработано приспособление для совмещенной с процессом напыления послойной обработки напыляемого покрытия вращающимися. металлическими щет-эми, в результате чего происходит из^'трателькое удаление с поверхности детали слабозакрепивптхся частиц и повышение прочности сцепления покрытия с основой и самого покрытия.

Применение насадки улучшает условия труда, так как насадка экранирует световое и ультрафиолетовое излучения плазменной струи. ~ ' '

К недостаткам напыления плазмотроном с насадкоь следует отнести увеличение массы и габаритных размеров плазмотрона, необходимость подвода сжатого воздуха для охлаждения насадки.

Разработанные технологии Ошш опробованы и внедрены в ТОО "Велд" при восстановлении изношенных и бракованных детален ' номенклатуры, в частности, АО "ОКАЗ", АО "Ка^угалуггмае'', АС "Калу-гатехремонт". Внедрение технологий позволило повысить производительность труда на 10...15 X, снизить расход порошковых материалов на 13...16 повысить эксплуатационную надежность восстановленных деталей.

г>бщие выводы и результаты работы

1. При напылении порошковых материалов в воздушной среде плазмотронами мощностью до 20...30 кВт одной из основных причин относительно невысоких значений.КИМ и пониженной прочности сцепления покрытия с основой на периферии пятна напыления является интенсивная эжекция турбулентной плазменной струей холодного ' атмосферного воздуха. Одним из перспективных способов улучшения технологических свойств плазменной струи эз счет изменений условий ыассо- ¡г теплообмена между струей и атмосферой представляется применение насадки, закрепленной у среза сопла плазмотрона.

2. Теоретические и экспериментальные исследования, проведен-' ные в работе, позволили рзсирыть особенности процесса плазменного напыления в атмосфере порошковых материалов турбулентными струями, генерируемыми плазмотронами мощностью до 20. кЕт, в условиях применения насадки с углом раскрытия конического канала 40.-.50°. Установлено, .что:

- повышение КИМ и равномерности прочности сцепления покрытия с основой по площади пятна напыления обеспечивается, главным образом, выравниванием теплосодержания частиц по поперечному сечеюш струи за счет повышения эффективности нагрева (в 3...5 раза) периферийных частиц на дистанции 30. ..50 мм от среза сопла плазмотрона; •

- насадка енпжзет интенсивность конвективного теплообмена между газом, находяадася в канале насадки, и воздушной средой вне 'насадки, • что ведет к формированию в плазменной струе Солее равномерны-: поперечных профилей температур и скоростей за счет повышения температуры зжектпруеыого струей атмосферного воздуха и сни-12

жеши его количества: ■ . ,

- оценку технологических с лютв турбулентных плазменных струй в рассматриваемых условиях ведения процесса напыления можно с достаточной степенью точности производить на основе допущения о нормальном законе распределения объемной доли плазмообраг-ующего газа в поперечных сечениях струи, что позволяет учесть влияние соотношения теплофиэических параметров газа окружающей среды и газа струи на распределение' в н-.й температур, скоростей и концентрации газа окружающей среды.

3. На основе ¡..этода интегральных соотношении разработана методика расчета осесимметричных турбулентных струй, истекающих в затопленное пространство с иными теплофизическими параметрами. Показана, что:

- распределение температур и скоростей в струе обуславливается, главным образом/ характером распределения объемной концентрации плазиообразующего газа и сс отношением тешюфнаических параметров газа струи и газа затопленного пространства;

- распределение в струе объемной концентрации плазмообразутацего газа с достаточной точностью может быть рассчитано на основе легко определимых геометрических параметров струи.

4. Эксперименты г - нал. ленив порошковых материалов ПН70КЮ0, ПН35Ю15, ПХ20Н80 (размер частиц - 60...100 мкм, плазмообразующий газ - аргон, азот и их смеси, ток дуги - 300 А) позволили установить следующее:

а).отсутствие осаждения частиц на стенках насадки достигается при угле раскрытия канала 45° и более;

б) максимальные значения КИМ (до 75*)достигг тся при напряжении на дуге 11д' » 50...70 В и на 10...15Х превышают КИМ по сравнению с напыление« плазмотроном без насадки;

в)' увеличение, дл'шы насадки сыше 50 мм. не приводит к л^льнейшему повышенно КИМ;

г) наличие насадки практически не влияет на прочность сцепления покрытия с основой в центре пятна напыления, но повышает прочность сцепления на его периферии в 1,2...1,5 раза;

д) распределение толщины покрытия по площади пятна напылены близко к нормальному закону, и при использовании насадки значение дисперсии увеличивается с 13.,.16 до 17...22.

5. Применение насадки длиной 50 мм и углом раскрытия канала

13

'45° при напылении порошка AI2Q3 привело к повышению КИМ с 18...23% до 25...40%, а при напылении порошка бронзы марки БрАЖНМц 8,5-4-5-1,5 - О 73. ..78% до 82.'..86«.'

6. Разработаны элементы оборудования и технологические рекомендации по напылению порошковых материалов плазмотроном с насадкой. Показано, что применение насадки возможно ч целесообразно, совмешдть с использованием других технических решений, способствующих повышению прочности сцепления покрытия с основой: предварительным подогревом нальиыемого порошка, реаи.зациек; многоканального' ввода ■-'апыляемого порошка в плазменную струя, улавливанием периферийных частиц эалугсными экранами, совмещенной с напылением послойной обработкой покрытия ..ращающимися металлическими, щетками.

7. Проведенные исследования позволили разработать технологические процессы напыления,' позволяющие снизить, себестоимость восстановления изношенных и бракованных деталей различного нааиа-

• чения, повысить их эксплуатационную надежность.

Экономический эффект от внедрения в ТОО "Велд" разработанных технологически:-: процессов восстановления деталей, в частности, номенклатуры АО "Калугапутьмап", АО "ОКАЗ", АО -'Калугатехремонт" е 1395 году составил 96 млн. рублей за счет экономии порошковых материалов и повышения производительности тру-а. •

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Царьков A.B.,, Дубровский В.А., Булычев ¡I.E. Анализ параметров технологической плазменной струи // Прогрессивные материалы, технологии и конструкции в малино- и приборостроении: Тезисы докл. региональной нзуч. тех. конф. - Калуга, 1990.- С..31-32.

2. Царьков A.B., Дубровский В.А., Булычев В.В. Инженерная методика расчета технологической плазменной струи //Прогрессивные • материалы, технологии и конструкции в машино- и приборостроении: Тезисы докл. региональной науч. тех. кокф,- Калуга, 1930.-С.32-33. < •

3. Булычев В.В., Дубровский В.А. Повышение производительности процесса плазменного напыления порошком путем его предварительного подогрева // Повышение качества изготовления деталей мз-

. дан методами отделочно-упрочняющей обработки:, Тезисы Докл. регио; налькой'нзуч. тех. конф,- Пенза, 1991. - С. 12-13. . . 14

4. Булычев В.В. Исследование процесса плазменного напыления порошковыми материалами шанс-тронами с защитными насадками // Автоматизация исследования, проектирования и испытания сложных технических систем: Тезисы докл. Всероссийской науч. тех. канф.^ Калуга, 1933. - С. 90.

/

Рис.1. Насадка к плазмотрону

кип//. £0

4<7

20

О 20 40 60

Рис.2. Зависимость КИМ от напряжения на дуге .при напылении порошковых материалов на основе N1: |///[- область разброса экспериментальных данных при

напылении плазмотроном без насадки; К\\| - область разброса экспериментальных данных . при напылении плазмотроном с насадкой.