Введение к работе
Диссертационная работа посвящена разработке материалов, технологии и іборудования для плазменной наплавки с аксиальной подачей порошковой іроволоки (ПНАППП) пресс-форм для производства стеклянных изоляторов и [ругих материалов. Применение нового для таких целей процесса наплавки ютребовало выполнить комплекс исследований и получить данные, необходимые ;ля решения практических задач повышения стойкости пресс-форм, снижения ебестоимости изготовления.
Актуальность темы. Отсутствие достаточно глубоких исследований роцесса ПНАППП, отсутствие специально предназначенных для этого процесса орошковых проволок, а также рекомендаций по их созданию существенно сложняет внедрение этого прогрессивного и экономичного вида наплавки.
Следует отметить, что в литературе не описано специализированное борудование для данного вида наплавки. Имеются лишь указания на то, что итание дуги плавящегося электрода осуществляется от источника питания с :есткой характеристикой, а питание плазменной дуги - от источника с рутопадающей характеристикой.
Из анализа можно сделать вывод, что процесс ПНАІТЛП не был достаточно зучеп для того, чтобы его рекомендовать к широкому внедрению, однако звестно, что его технологические возможности шире других способов лазменной наплавки. В частности, благодаря новой схеме подачи плавящегося пектрода, появляется возможность использовать в составе шихты тугоплавкие эединения, уменьшить количество газообразующих веществ и т.п. В сочетании с ополнительным действием плазменной дуги на ванну и поверхность валика оявляется возможность улучшить качество наплавленного металла, в частности гойкость рабочей поверхности пресс-форм.
Актуальность повышения стойкости пресс-форм и снижения потерь зделий от брака в настоящее время возросла в связи с повышением цен на «ргоносители и металл.
Связь работы с научными программами, танами, темами. Работа ыполнена на основе программ НИР и ОКР ДГМА совместно со Славянскими шодами "Ферммаш" (1985-198бгг.), ПО "Химпром" (1987-1989гг.), АО "АИЗ-нергия" (1989-1995гг.).
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является повышение зоизводителыгости технологии плазменной наплавки, улучшение качества шлавленного металла путем создание материалов и оборудования, ютветствующих данному процессу наплавки. Для достижения этой цели гобходимо было:
эпределить оптимальные параметры процесса плазменной наплавки, в том числе ютношение тока плазменной дуги и вылета плавящегося электрода; разработать методику и изучить процесс нагрева и теплофизическое состояние эрошковой проволоки при ее аксиальной подаче в плазменную дугу;
определить пути повышения производительности ПНАППП;
изучить влияние неметаллической фазы сердечника порошковой проволоки н; наплавленный металл;
-определить компоненты газошлакообразующей системы шихты порошкової проволоки;
разработать состав порошковой проволоки;
разработать конструкцию плазмотрона, определить требования к источника! питания;
разработать технологию ПНАППП конкретных изделий, выполнит промышленные испытания и внедрить результаты разработок.
Научная новизна полученных результатов. Исследована зависимост теплопроводности сердечника порошковой проволоки от неметаллической фазь Экспериментально установлены закономерности нагрева плавящегося электрод плазменной дугой на различных ее участках в зависимости от ряда факторої диаметра плазмообразующего сопла, силы тока..
Путем моделирования и расчетно-теоретического анализа процесса нагреЕ порошковой проволоки проходящим через нее током, дугой горящей межл концом электрода и изделием, потоком плазмы, окружающим электрод впервь установлены область оптимальных режимов наплавки и критических режимо при которых возможны прожоги оболочки проволоки.
Впервые определены температурные условия, в которых находите порошковая проволока, подаваемая через сопло плазмотрона, чем показаі возможность расширить диапазон материалов, применяемых для шихты.
Изучено влияние неметаллической фазы сердечника порошковой проволої на его теплопроводность.
Изучены комплексы составов разработанных и защищенных авторскил* свидетельствами порошковых проволок и установлено, что требованием материалу наплавки пресс-форм для стекла, алюминия и деталей химическої оборудования максимально соответствуют составы, содержащие фторид; Показано, что дополнительный нагрев зоны наплавки плазменной дуге способствует переходу бора из его фтористых соединений в наплавленнь металл.
В результате проведенных в данной работе исследований, предложі способ плазменной наплавки с АППП и оборудование для его осуществлен?, необходимые для повышения производительности наплавки и улучшен! качества наплавленного металла. Для улучшения качества наплавки предложеі вводить в состав порошковой проволоки эвтектику СиСЬКСІ, а таю компоненты, выделяющие при нагреве тетрафторид бора.
Установлены оптимальные параметры режима наплавки порошков' проволокой с использованием плазменной дуги и увеличенным вылет* порошковой проволоки.
Впервые разработан принцип построения комбинированных (из серийных) істочников питания для ПНАППП с отдельной обратной связью по напряжению ііежду двумя дуговыми процессами.
Практическое значение полученных результатов. Изучены особенности юзбуждення дуги в плазмотронах. Разработаны способы устранения прожогов )болочки порошковой проволоки. Разработаны схемы модернизации тромышленных установок для ПНАППП. Созданы конструкции плазмотронов, юзволяющие регулировать вылет плавящейся электродной проволоки путем вменения токоподвода.
Предложена и испытана гамма составов наплавочных материалов, ;ащищенных авторскими свидетельствами СССР, из которых экспериментально іьібраньї наиболее оптимальные составы для наплавки пресс-форм для стекла, шюминия, а также состав для наплавки валков химического оборудования.
Модернизировано серийное оборудование, собраны посты наплавки на ^рматурно-изоляторном заводе (г. Славянск, АО «АИЗ-Энергия» ), а также 'кспериментальные посты на ПО «Химпром» (г. Славянск) и ПО Славянскферммаш». Применение разработанных материалов и технологий ізготовления и восстановления пресс-форм для производства стеклянных ізоляторов позволило повысить их стойкость в 4 раза по сравнению с ранее [рименяемыми из легированного чугуна.
Личный вклад соискателя. Автором разработана схема процесса [лазменной наплавки с аксиальной подачей порошковой проволоки при ее [редварительном подогреве с регулированием вылета. Автором предложена іетодика и даны объяснения результатов исследования теплопроводности орошковой проволоки и нагрева при ее аксиальной подаче в плазменную дугу. Іредложен ряд компонентов шихты, позволяющих снизить количество еметаллических включений в наплавленном металле, стойкость против бразования сетки разгара. Разработаны практические схемы установок лазменной наплавки с аксиальной подачей порошковой проволоки, созданы онструкции плазмотронов с - регулируемым положением токоподвода. При ичном участии автора оборудование и технология внедрены на АО «АИЗ-інергия», апробированы на ПО «Химпром». Автором подтверждено ожидаемое овышение стойкости пресс-форм для производства стеклянных изоляторов по равнению с ранее применявшейся на предприятиях технологией изготовления.
Апробация результатов диссертации. Материалы диссертационной работы окладывались на Всесоюзной конференции «Бенардосовские чтения» '. Иваново, 1985 год); на Всесоюзной конференции «Славяновские чтения» \ Пермь, 1988 год); на 1 Международной конференции молодых ученых в бласти сварки и смежных технологий (г. Киев, 1989 год); на Всесоюзной онференции «Состояние и перспективы развития электротехнологий» -.Иваново, 1989 г.); на научно-техническом семинаре «Достижения и ерспективы развития сварочного производства» (г. Москва, 1988 год); на
Всесоюзном семинаре «Теоретические и технологические основы наплавки оборудование и материалы для наплавки» (г. Киев, 1990 год); на Международное научно-технической конференции (г.Киев, 1998 год); на научных семинара> кафедры «Сварочное производство» Донбасской государственное машиностроительной академии (г.Краматорск, 1998, 1999 годы); ш Международной конференции «Славяновские чтения» (г. Липецк, 1999 г.).
Публикации. Основные результаты выполненных исследований отображень в 28 работах, в том числе 6 в специализированных изданиях ВАК Украины, 6 і сборниках докладов и тезисов докладов на научно-технических конференциях получено 16 авторских свидетельств на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 разделов і приложений с общим количеством 215 страниц, включая 131 страниц; машинописного текста, 55 рисунков, 11 таблиц; список литературы - 231 наименования.