Остання редакція: 2017-06-16
Тези доповіді
УДК 621.375.826:621
Блощицин М.С. 1 к.т.н., доц., Гой Р.С.1, Скляр А.В.1, Холявко М.О.1, Свічкар І.В.1
1Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна
Особливості плазмового та індукційного НАГРІВАННЯ ПОРОШКОВОГО МАТЕРІАЛУ при комбінованій наплавці
Використання різних джерел енергії виключно на підігрівання порошку до заданної температури без оплавлення частинок дозволяє істотно збільшити продуктивність наплавлення без суттєвого підвищення собівартості процесу наплавлення при комбінованому процесі наплавлення.
Метою даного дослідження є порівняння нагрівання порошкового матеріалу у плазмовому струмені й індукторі при реалізації комбінованих процесів лазерно-плазмового або лазерно-індукційного наплавлення
Для нагрівання порошку до визначеної температури, при заданій витраті дозуючого пристрою, необхідно знайти ефективну довжину плазмового струменя та його енергетичні характеристики, що забезпечують нагрівання частинок порошкового матеріалу, що пролітають вздовж струменя. Для цього було використано відповідні математичні моделі, за яких було розраховано ефективність нагрівання дисперсних матеріалів у відповідних нагрівачах. Для моделювання процесу нагрівання частинки було прийнято наступні умови: частинка має ідеальну сферичну форму; частинка є однорідним, ізотропним тілом; внутрішні джерела відсутні, порошковий матеріал нагрівається весь, без втрат на розпилювання.
Рис.1 - Схема лазерно-плазмового наплавлення
Рівняння теплопровідності:
(1)
Перший член рівняння теплопровідності характеризує тепловий потік, що йшов на нагрів частинки, другий член - тепловий потік всередині частинки.
Променевий потік тепла з поверхні частинки врахований у граничній умові:
,
(2)
Рис.2- Схема лазерно-індукційного наплавлення
Рівняння теплопровідності з внутрішнім тепловиділенням в циліндричних координатах:
(3)
початкові та граничні умови:
(4)
Особливостями нагрівання в плазмовому потоці є конвективний теплообмін між плазмовим струменем й потоком порошкового матеріалу. Особливостями нагрівання в індукторі є використання виділення тепла у порошкових частинках по закону Джоуля-Ленца, що виникає за рахунок протікання вихрових (замкнуті всередині тіл) струмів під дією електро рушійної сили індукції в тілах. Порошковий матеріал направляємо у електромагнітне поле індуктора, який живиться змінним струмом високої частоти. В масі металу або компактної присадки індукуються вторинні змінні струми той же частоти, які розподіляються в поверхневому шарі металу та нагрівають цей шар. Чим вища частота струму, тим тонший шар, що нагрівається. Для сталевих деталей переважає нагрівання струмами високої частоти поверхневих шарів металу зберігається до точки Кюрі (768 °С). Після нагрівання металу вище точки Кюрі, глибина проникнення індукованих струмів збільшується у 10...20 разів (в залежності від частоти), завдяки чому розподіл температури у металі, що нагрівається стає більш рівномірним.
При порівнянні двох процесів нагрівання порошкового матеріалу було виявлено: при нагріванні плазмовим струменем можливе перегрівання матеріалу основи від дії плазмового струменя (вище 230 0С) та низький коефіцієнт використання порошкового матеріалу, складність реалізації процесу; при нагріванні за рахунок індукції можливо контролювати глибину нагрівання при зміні частоти струму, не можливо перегріти метал вище температури плавлення – при нагріванні зникають феромагнітні властивості металів.
Список використаних джерел:
1. Ткачев В.Н. Индукционная наплавка твердых сплавов / Ткачев В.Н., Фиштейн Б.М., Казинцев Н.В., Алдырев Д.А. // Машиностроение, 1970, стр 183.