Содержание к диссертации
Введение
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 13
1.1 Анализ способов создания защитных покрытий на элементах котлов с «кипящим слоем» 13
1.1.1 Способы напыления защитных покрытий 18
1.1.2 Способы наплавки защитных покрытий 27
1.2 Анализ материалов, используемых для создания защитных покрытий 34
1.3 Постановка цели и задач исследования 37
2. МАТЕРИАЛЫ, АППАРАТУРА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ 39
2.1 Материалы для создания защитных покрытий 39
2.2 Технологическая аппаратура для реализации процесса дозвуковой и сверхзвуковой газопорошковой наплавки 43
2.3 Методика выполнения технологических экспериментов по наплавке защитных покрытий 46
2.4 Комплекс методов исследования механических и эксплуатационных свойств, структуры и фазового состава защитных покрытий 48
2.5 Прогнозирование свойств защитных покрытий на основе регрессионных моделей 56
Выводы 63
3. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕ СКИХ ПАРАМЕТРОВ ДОЗВУКОВОЙ И СВЕРХЗВУКОВОЙ ГАЗОПОРОШКОВОЙ НАПЛАВКИ И СВОЙСТВ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ 65
3.1 Сравнительные исследования технологических параметров и характеристик газового потока при дозвуковой и сверхзвуковой газопорошковой наплавки 65
3.2 Исследования механических и эксплуатационных свойств защитных покрытий, выполненных дозвуковой газопорошковой наплавкой 72
3.2.1 Результаты световой микроскопии 77
3.2.2 Результаты исследований фазового состава 80
3.2.3 Результаты измерения микротвердости по сечению наплавленных слоев 83
3.2.4 Исследование износостойкости защитных покрытий 85
3.3 Исследования механических и эксплуатационных свойств защитных покрытий, выполненных сверхзвуковой газопорошковой наплавкой 90
3.3.1 Результаты световой микроскопии 94
3.3.2 Результаты исследований фазового состава 99
3.3.3 Результаты измерения микротвердости по сечению наплавленных слоев, границе сплавления и приграничных участках 101
3.3.4 Исследование износостойкости защитных покрытий 109
3.4 Сравнительный анализ исследований свойств защитных покрытий, при дозвуковой и сверхзвуковой газопорошковой наплавке 114
Выводы 117
4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 126
ЛИТЕРАТУРА 129
ПРИЛОЖЕНИЯ 137
- Анализ способов создания защитных покрытий на элементах котлов с «кипящим слоем»
- Материалы для создания защитных покрытий
- Сравнительные исследования технологических параметров и характеристик газового потока при дозвуковой и сверхзвуковой газопорошковой наплавки
Введение к работе
Актуальность работы. Как известно, многие отрасли промышленности, такие как энергетика, являются энерго- и материалоемкими. При длительной эксплуатации рабочие поверхности узлов, механизмов и конструкций, соприкасаясь друг с другом или с агрессивной средой, подвергаются активному изнашиванию, что приводит к потере их работоспособности и выходу из строя. Примером тому является, катастрофически быстрый износ поверхности трубных элементов в котлах с «кипящим слоем», предназначенных для работы на низкосортном твердом топливе.
Принцип действия таких теплоэнергетических установок следующий (рисунок 1): сжатый воздух, подаваемый через специальные форсуночные устройства в топочную камеру котлоагрегата, при взаимодействии с песком образует потоки абразивных частиц, измельчающие топливо в высокотемпературной области около 650С. Измельчение топлива способствует его полному сгоранию в топочной камере котла.
Основной проблемой
при эксплуатации котлоаг
регатов данного типа явля
ется небольшой срок меж-
< ремонтного периода
1,5...2,5 месяца, из-за того,
1 что влияние потоков абра-
зивных частиц в высоко-
. температурной области и
С жатый воздух
Рисунок 1 - Схема работы котлоагрегата с «кипящим слоем»: 1 - трубные панели, 2 - зона абразивного износа, 3 - защитное 4 -топливо+песок
тов котлоагрегатов, подверженных износу. Для решения поставленной задачи необходимы новые технологии, материалы, оборудование, а также четко сформулированные технические требования, учитывающие характер и условия работы конкретных деталей при эксплуатации. Делая заключение о целесообразности
окислительное воздействие воздуха с продуктами горения на рабочие поверхности трубных элементов топочной камеры приводят к их активному изнашиванию, потере работоспособности и выходу из строя.
Поэтому актуальной является задача экономически обоснованного увеличения срока службы элемен-
внедрения той или иной технологии, особое внимание следует обращать на экономические факторы
Многолетняя практика создания защитных слоев металла говорит о том, что при использовании концентрированных потоков энергии возможно получать наиболее качественные покрытия, то есть с однородной структурой Также известно, что чем однороднее структура, тем выше стойкость материала сопротивляться разрушению Широко известны работы, в которых рассматриваются различные аспекты создания защитных покрытий с использованием газотермических методов и концентрированных потоков энергии, таких авторов, как Б Е Патон, Б А Мовчан, О К Назаренко, А А Кайдалов, А Л Тихоновский, Н А Ольшанский, И В Зуев, М В Радченко, Г А Месяц, И Л Поболь, В Е Панин, В В Башенко, М Ф Жуков, В С Чередниченко, О П Солоненко, А С Аньшаков, В В Марусин и др
В данной работе для решения задачи повышения надежности, увеличения эксплуатационного ресурса наиболее интенсивно изнашивающихся деталей, на основании сравнительного анализа способов нанесения защитных покрытий предлагается использовать альтернативный способ упрочнения и восстановления рабочих поверхностей методом сверхзвуковой газопорошковой наплавки (СГП-наплавки) Этот метод обладает рядом технико-экономических преимуществ перед иными способами упрочнения увеличение концентрации теплоты, относительная простота реализации процесса нанесения покрытий, универсальность применения При этом стоимость оборудования для наплавки и затраты на эксплуатацию в 3 5 раз ниже, чем при плазменном способе наплавки аналогичных покрытий
Предварительные исследования уровня качества покрытий, наплавленных методом дозвуковой газопорошковой наплавки, показали, что данная технология требует дальнейшего развития и совершенствования Работа выполнялась в рамках федеральной программы «Старт 05»
Цель работы. Разработка технологических основ процессов создания защитных износостойких покрытий методом сверхзвуковой газопорошковой наплавки высоколегированных сплавов на поверхность трубных элементов котельных установок с «кипящим слоем»
Для достижения сформулированной цели работы решались следующие научные и прикладные задачи.
-
Проанализировать существующие способы напыления и наплавки и обосновать выбор способа и материалов для нанесения защитных износостойких покрытий на элементах котлоагрегатов с «кипящим слоем»
-
Провести критериальный выбор методик качественного и количественного анализа физико-механических свойств наплавленных покрытий
-
Выявить механизм влияния сверхзвукового газового потока на качество защитного покрытия по сравнению с дозвуковым газовым потоком
-
Выявить технологические особенности применения сверхзвукового газового потока по сравнению с дозвуковым газовым потоком применительно к про-
цессу газопорошковой наплавки и сформулировать технологические рекомендации по СГП-наплавке
Методики исследований. В работе использованы как стандартные, так и оригинальные методики экспериментальных исследований процессов наплавки и наплавленных слоев Наплавку производили на разработанном и запатентованном авторским коллективом ООО «НИИ Высоких Технологий» устройстве для сверхзвуковой газопорошковой наплавки на образцах-имитаторах элементов котлоагрегатов с «кипящим слоем»
Исследования микроструктуры покрытий проводились с использованием оптических микроскопов типа ММР-4 Фазовый рентгеноструктурный анализ выполнялся с помощью рентгеновского дифрактометра ДРОН-2 0 Определение карбидной составляющей выполнялось в соответствии с ГОСТ 5639-82, при этом учитывались насыщенность, равномерность распределения, размер и количество карбидной составляющей на единице площади наплавленного покрытия
Микротвердость наплавленных слоев измерялась по стандартной методике на приборе ПМТ-ЗМ с использованием фотоэлектрического окулярного микрометра ФОМ-2, точности которого достаточно для решения данной задачи
Исследования износостойкости проводились по схеме изнашивания неподвижно закрепленными частицами абразива на машине трения МИ-1М Весовой износ образцов определялся с помощью весов ВЛР-200 (точность 0,1 мг)
Все расчеты и обработка экспериментальных данных проводилась с использованием современной компьютерной техники Достоверность полученных результатов при решении поставленных в диссертационной работе задач обеспечивалась использованием современных серийных приборов, технологического оборудования, компьютерной техники и стандартных методик экспериментальных и теоретических исследований, количеством повторений опытно-экспериментальных исследований, а также получением адекватных практических результатов
Научная новизна работы состоит в том, что в ней:
-
Впервые теоретически и экспериментально обоснована необходимость и целесообразность использования сверхзвуковых газовых струй для газопорошковой износостойкой наплавки защитных покрытий на изнашиваемых элементах котельных установок с «кипящим слоем»
-
Выявлен механизм влияния сверхзвукового газового потока на качество защитного покрытия по сравнению с дозвуковым газовым потоком, заключающийся в следующем
В результате комплексных исследований структурно-фазового состава и физико-механических свойств защитных покрытий системы Ni-Cr-B-Si установлено, что увеличенная концентрация теплоты в сверхзвуковом газовом потоке способствует получению равновесной структуры в виде никелевой матрицы, насыщенной мелкодисперсными карбидными включениями глобулярной формы размером 2,0 3,0 мкм равномерно распределенными по покрытию на приблизи-
тельно одинаковом расстоянии друг от друга, что отвечает требованиям высоких качественных показателей покрытий
При этом значения микротвердости имеют более стабильные показатели, меньший разброс и равномерное распределение Это свидетельствует о том, что такие покрытия являются гомогенными, то есть имеют более равновесную структуру и равномерное распределение карбидных составляющих, а следовательно они более работоспособны по сравнению с покрытиями, наплавленными дозвуковой наплавкой Это определяет факт того, что покрытия с толщиной 1,5 2,0 мм обладают износостойкостью в 3,6 . 4,0 раза более высокой, чем при дозвуковой газопорошковой наплавке.
3 Выявлены следующие технологические особенности применения сверхзвукового газового потока по сравнению с дозвуковым газовым потоком применительно к процессу газопорошковой наплавки
уменьшение расхода горючего и окислительного газов при одинаковом давлении кислорода - в 1,3 .2,0 раза, пропана в 1,3 1,8 раза,
уменьшение длины факела пламени в 3 . 5 раз,
уменьшение времени нагрева в 1,8.. 2 раза,
формирование наплавленных валиков меньшей ширины 5 10 мм,
уменьшение пятна нагрева и повышение концентрации энергии в пятне нагрева в 4 5 раз и, как следствие, повышение таких важных показателей качества покрытий, как износостойкость при значительно меньшем расходе газов и порошкового материала;
Практическая значимость работы.
-
Разработана технология сверхзвуковой газопорошковой износостойкой наплавки защитных покрытий, которая позволяет использовать отечественные сравнительно недорогие, промышленно выпускаемые порошковые износостойкие материалы системы Ni-Cr-B-Si с фракцией 40 .100 мкм
-
На основе результатов исследований, выполненных в рамках диссертации, разработаны научно-обоснованные технологические рекомендации по созданию защитных покрытий на элементах теплоэнергетических установок - поверхностях панелей котлоагрегатов с «кипящим слоем» с использованием серийно выпускаемых материалов на основе Ni-Cr-B-Si сплавов
3 Установлены рациональные диапазоны технологических режимов
процесса СГП-наплавки скорость наплавки — 6 9 м/ч, дистанция наплавки -
25 .30 мм, давление горючего газа (пропана) 0,8 1,0 атм , окислительного газа
(кислорода) 4,5 .5 атм,), при которых создаются условия, позволяющие
получать покрытия с высокой износостойкостью Так при эксплуатации
элементов котлоагрегатов с «кипящим слоем», условия работы которых
предполагают комплексное воздействие высоких температур, взвешенных
абразивных частиц и коррозионной среды, установлено повышение их
износостойкости в 10 12 раз по сравнению с незащищенными поверхностями
экранных труб топочных камер теплоэнергетических установок
4 Научно-технические решения, изложенные в диссертации, приняты и планируются к дальнейшему использованию на предприятии ОАО «Бийский котельный завод» Соответствующие подтверждающие документы приведены в Приложении к диссертации
Вклад автора в представленной работе состоит в выполнении анализа технической литературы, организации выполнения экспериментов и обработке их результатов Формулирование основных положений, выводов и технологических рекомендаций
Основные положения, выносимые на защиту:
аналитическое обоснование применения технологии СГП-наплавки и критериальный выбор порошковых сплавов системы Ni-Cr-B-Si для создания защитных покрытий, имеющих достаточно высокую износостойкость, для элементов котлоагрегатов с «кипящим слоем»,
совокупность результатов экспериментальных технологических исследований и обобщений характеристик структурно-фазового состава, физико-механических и эксплуатационных свойств покрытий, полученных методом СГП-наплавки,
- алгоритм создания защитных износостойких покрытий методом
СГП-наплавки,
- рациональные технологические режимы процесса СГП-наплавки,
результаты экспериментальных сравнительных исследований технологических характеристик дозвукового и сверхзвукового газовых потоков
Апробация работы. Основные результаты работы представлялись и докладывались на региональных, всероссийских и международных конференциях по вопросам современных ресурсосберегающих технологий, а также межкафедральных научно-технических семинарах
Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе» — г Новосибирск, 2005 г, Всероссийской конференции аспирантов и студентов — победителей I тура Конкурса инновационных проектов аспирантов и студентов по приоритетному направлению «Энергетика и энергосбережение» - г Барнаул, 2005 г, Всероссийской научной конференции молодых ученых в 7-ми частях «Наука Технологии Инновации» г Новосибирск, 2006 г, Всероссийской научно-технической конференции «Наука Оборона Промышленность» г Новосибирск, 2006 г, Международной научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения ТВ Ершова «Современные технологические системы в машиностроении (СТСМ - 2006)» г Барнаул, 2006 г , The twelwth International Scientific and Practical Conference of Students, Postgraduetes and Young Scientists «Modern Techniques and Technologies» -Tomsk, 2007 Материалы диссертации неоднократно обсуждались на научно-технических семинарах кафедры «Малый бизнес и сварочное производство» АлтГТУ
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 1 публикация в журнале из списка, рекомендованных ВАК и сборниках докладов на международных и региональных конференциях, 1 отчет о НИР, получен 1 патент на полезную модель
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов по работе, списка использованной литературы и приложений Диссертация изложена на 156 страницах, в том числе содержит 54 рисунка, 15 таблиц, список литературы из 72 наименований
Анализ способов создания защитных покрытий на элементах котлов с «кипящим слоем»
Многие отрасли промышленности, такие как, например, теплоэнергетика, являются энерго- и материалоемкими.
Условия эксплуатации деталей различных элементов конструкций зачастую характеризуются высокими механическими и тепловыми нагрузками, а также воздействием различных агрессивных сред. При этом состояние поверхностного слоя является важнейшим фактором прочности, надежности и долговечности всего изделия или конструкции в целом. Это объясняется тем, что разрушение конструкционного материала начинается обычно с его поверхности, что, в свою очередь, приводит не только к потере необходимой прочности изделия, но и к ухудшению нормальной работоспособности из-за образования различных дефектов поверхности изделия, вследствие абразивного износа, воздействия агрессивных сред и т. д.[1]. Существенное место в технической литературе отведено вопросу изнашивания металлов под действием свободно ударяющих абразивных частиц. Проблема поверхностного износа значительно проявляется в теплоэнергетике, где твердые частицы топлива и золы нередко очень быстро разрушают системы топливоподачи, трубы и стенки газоходов, лотки и трубы гидрозолоудаления котлоагрегатов. Большое число повреждений от износа в потоке абразивных частиц приходится на водяные экономайзеры, трубы кипятильных пучков, пароперегревателей и экранов [2]. Также интенсивному абразивному износу подвергаются участки поверхностей трубных элементов котельных установок с «кипящим слоем».Такие котлоагрегаты обладают следующими преимуществами по сравнению с иными типами котельных установок: более высокий к.п.д., высокий уровень выгорания любых видов и марок углей; высокий коэффициент теплопередачи; отсутствие шлакования, вследствие низкой температуры горения топлива; уменьшение выброса оксида азота на 20-30% и высокое связывание серы, вследствие низкотемпературного сжигания топлива; низкая чувствительность к зольности топлива. Это позволяет сжигать в «кипящем слое» разнообразные угли - от высококачественных до низкосортных, включая отходы углеобогащения и органикосодержащие отходы предприятий и сельского хозяйства. Поэтому котлоагрегаты данного типа имеют широкое распространение, так как их использование экономически целесообразно в связи с постоянным ростом цен на энергоносители в теплоэнергетике. К числу конструктивных преимуществ котлоагрегатов с «кипящим слоем» по сравнению с серийными котельными установками относятся следующие: меньшие габариты по высоте (на 10 м), сокращение на 25% металлоемкости поверхностей нагрева, пониженная температура в топочной камере по сравнению с пылеугольными котлоагрегатами [3].
Принцип работы таких теплоэнергетических установок следующий (рисунок 1.1): сжатый воздух, подаваемый через специальные форсуночные устройства в топочную камеру котла, при взаимодействии с песком создает абразивные потоки, измельчающие частицы топлива при температуре около 650С.
Материалы для создания защитных покрытий
В зависимости от среды, в которой эксплуатируется изделие, и какие требования предъявляются к рабочей поверхности, были определены критерии (технологический и экономический) выбора материалов для создания защитных покрытий. В данном случае в котле с «кипящим слоем» имеет место износ абразивными частицами при высоких температурах в коррозионной среде. Поэтому материал для создания защитных покрытий должен обладать комплексом требуемых свойств: износостойкость, жаростойкость, коррозионная стойкость.
Были проанализированы порошковые сплавы на основе железа, кобальта и никеля, как наиболее подходящие для защиты от данного вида износа (химический состав данных сплавов [43] приведен в таблице 2.1).
Анализ материалов показал, что сплавы на основе железа применяют там, где требуется высокая абразивная стойкость при обычных температурах эксплуатации. Сплавы на основе кобальта используются для создания покрытий для работы в условиях сочетания износостойкости и коррозионной стойкости. Наиболее распространены сплавы на основе никеля, используемые для создания эффективных износостойких покрытий. По показателям коррозионной стойкости эти сплавы занимают промежуточное место между кобальтовыми, как наиболее стойкими, и сплавами на основе железа.
Анализ технологического критерия при выборе материалов выявил, что из всего многообразия данным комплексом свойств, необходимых для защиты деталей теплоэнергетических установок, обладают материалы на основе никеля, хрома и их комбинаций, а также некоторые композиционные материалы.
Среди широкого спектра выпускаемых отечественной промышленностью твердых сплавов известны высоколегированные самофлюсующиеся порошки аустенитного класса системы Ni-Cr-B-Si - ПГ-СР2...ПГ-СР4, ПС-12НВК-01, ПГ-10Н-01, которые широко применяются для восстановления и упрочнения различных деталей в машиностроении, теплоэнергетике и других отраслях промышленности.
В таких порошковых сплавах наличие хрома содержанием от 12 до 18% и никелевой основы обеспечивает антикоррозийность, а образование в структуре покрытия упрочняющей фазы сложных карбидов, боридов и карбоборидов придает повышенную твердость и износостойкость. Большое значение для износостойкости имеет характер карбидной фазы (ее кристаллографическое строение, количество, форма и расположение), зависящий от химического состава и способа получения.
Высокая жаростойкость сплавов на основе никеля и хрома объясняется тем, что окисная пленка, образующаяся на никеле при высоких температурах обогащается оксидом хрома типа Сг203 и создается барьер, препятствующий диффузии ионов никеля и кислорода через пленку. Причем при высоких температурах окисная пленка в основном состоит из оксида хрома Сг20з.
Кремний в присутствии хрома увеличивает стойкость к коррозии в агрессивных средах. Кроме того, он входит в состав карбидов типа Сг2зС6, Сг7С3 и вызывает укрупнение карбидов.
Добавка углерода в некотором смысле снижает жаростойкость, способствуя образованию карбидов хрома и некоторому обеднению твердого раствора.
Железо в присутствии хрома повышает склонность никеля к пассивации. Кроме того, изучение влияния железа в сплавах на никелевой основе позволило установить, что введение до 5 % железа в сплавы простого состава практически не изменяет жаростойкости и технологических свойств [44].
Наиболее эффективное влияние на жаростойкость сплавов оказывает бор, который сильно упрочняет пограничные объемы при высоких температурах, способствуя повышению длительной прочности. Упрочняющее влияние бора объясняется двояко: с одной стороны, он является сильным раскислителем, повышает качество металла, а с другой, будучи поверхностно активным элементом, располагается в пограничных объемах и затрудняет протекание в них диффузионных процессов.
Хорошая смачиваемость сплавов на основе Ni, низкая температура плавления (рисунок 2.1), а также наличие флюсообразующих компонентов (В, Si) в исходном составе предопределяет равномерность распределения легирующих элементов в материале наплавленного слоя, эффективность и технологичность процесса наплавки.
Сравнительные исследования технологических параметров и характеристик газового потока при дозвуковой и сверхзвуковой газопорошковой наплавки
Сопло, используемое для формирования дозвукового пламени, имеет ряд мелких отверстий, расположенных на выходе по окружности, большую пропускную способность, вследствие чего обладает мощным пламенем и большим расходом газов.
Дозвуковая газовая струя имеет относительно невысокую концентрацию теплоты в пятне нагрева по сравнению с иными источниками нагрева. Из-за этого при нагреве пластины не образуется четких границ пятна нагрева, а происходит плавное распределение теплоты по площади обрабатываемой поверхности, что вынуждает увеличивать длительность процесса. Нагрев массивной детали сопровождается большим теплоотводом, при этом нагревается не только участок под наплавку, а почти вся деталь. Длительное время нагрева, расход большого количества легированных порошковых сплавов (до 20...50% на участки, соседние с обрабатываемой поверхностью) снижают производительность процесса. Кроме того, перегрев основы увеличивает вероятность коробления детали при остывании.
Экспериментальные исследования позволили установить, что зона нагрева имеет сравнительно большие размеры: диаметр пятна нагрева составляет d„ 40...50 мм, длина факела 1ф = 250...400 мм (рисунок 3.1).
Характеристика сверхзвукового газового потока
Сверхзвуковой газовый поток создается соплом определенной конструкции, которая предусматривает сверхзвуковое истечение газов на срезе сопла, вследствие прохода газов через критическое сечение (сопло Лаваля). Сопло для СГП-наплавки разработано авторским коллективом ООО «НИИ Высоких Технологий» при участии автора работы с целью устранения недостатков, характерных для сопла дозвуковой ГПН, применительно для наплавки на детали теплоэнергетических установок, в частности трубы диаметром 51 мм. Сверхзвуковое сопло имеет небольшую пропускную способность газов, вследствие чего снижается их расход. Рисунок 3.2 - Форма факела пламени при сверхзвуковой газопламенной наплавке
Форма факела сверхзвукового пламени подбиралась экспериментальным путем, так чтобы обеспечивались высокая скорость нагрева, стабильность горения, качественное формирование наплавленного валика, высокая концентрация теплоты в пятне нагрева. По результатам экспериментальных данных рациональными являются следующие параметры (рисунок 3.2): длина факела пламени 1ф и 30.. .90 мм, иглообразная форма ядра пламени, длиной 1 = 5...10 мм ярко выраженным шумовым эффектом, характерным для сверхзвуковых газовых струй, высокая скорость истечения газов, что способствует высокой концентрации теплоты пламени.
При использовании данного пламени, благодаря повышенной концентрации теплоты, нагрев детали происходит локально, то есть нагревается участок поверхности непосредственно под наплавку. При этом снижается время нагрева и исключается вероятность коробления детали. На металлической поверхности под воздействием нагрева сверхзвуковым газовым потоком образуется пятно нагрева диаметром dn = 6...10 мм с четко выраженными границами (рисунок Рисунок 3.3 - Пятно, образуемое при нагреве сверхзвуковым потоком газов
Это позволяет говорить о повышении концентрации теплоты сверхзвукового пламени и уменьшении теплоотвода. Повышенная скорость истечения струи способствует направленному вводу порошкового материала в максимально разогретую зону пятна нагрева. Благодаря этому повышается надежность сплавления, существенно снижается разлет частиц порошка на близлежащие участки детали и повышается коэффициент использования наплавочного материала.
Температура является одной из важнейших характеристик пламени. Чем она выше, тем эффективнее процессы нагрева и плавления металла. Нагрев металла пламенем обуславливается лучистым (5...10%) и в основном конвективным теплообменом между потоком горящих газов и соприкасающейся с ним поверхностью металла.
В процессе сверхзвуковой наплавки температура, безусловно, оказывает заметное влияние на структуру и свойства покрытий. Но большее влияние оказывает концентрация пламени. С этой целью измерение температуры пламени фиксировалось пирометрическим методом, в результате чего был определен диапазон значений: 2000.. .2200С.
Дистанция наплавки Ьнапл определялась экспериментальным путем. В ходе эксперимента был установлен интервал значений дистанции наплавки Ьнапл. равный 25...30 мм, на котором нагрев металла происходил быстрее. Затем были проведены исследования минимального и максимального значений данного интервала. При сравнении нагрева пластин на расстоянии LHarp. равном 25 и 30 мм при одном и том же времени tHarp. = 10 с, нагрев значительно быстрее проявлялся на расстоянии L,mrp = 25 мм.
