Влияние зернового состава шихты на реологические характеристики и структуру напорного потока обмазочных масс для низководородных электродов

В ходе исследований обмазочной массы низководородных электродов УОНИ-13/55, выполненных с помощью капиллярного вискозиметра, установлено, что их реологические показатели и структура в состоянии напорных потоков существенно зависят от зернового состава материалов покрытия. С точки зрения минимизации...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Автоматическая сварка
Datum:	2014
1. Verfasser:	Марченко, А.Е.
Format:	Artikel
Sprache:	Russisch
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2014
Schlagworte:	Технологии, оборудование и контроль в производстве материалов
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102166
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Влияние зернового состава шихты на реологические характеристики и структуру напорного потока обмазочных масс для низководородных электродов / А.Е. Марченко // Автоматическая сварка. — 2014. — № 6-7 (733). — С. 167-175. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859914125854900224
author	Марченко, А.Е.
author_facet	Марченко, А.Е.
citation_txt	Влияние зернового состава шихты на реологические характеристики и структуру напорного потока обмазочных масс для низководородных электродов / А.Е. Марченко // Автоматическая сварка. — 2014. — № 6-7 (733). — С. 167-175. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Автоматическая сварка
description	В ходе исследований обмазочной массы низководородных электродов УОНИ-13/55, выполненных с помощью капиллярного вискозиметра, установлено, что их реологические показатели и структура в состоянии напорных потоков существенно зависят от зернового состава материалов покрытия. С точки зрения минимизации энергетических затрат, необходимых для экструзионного нанесения обмазок на стержни, в шихте должно содержаться 50 % мелкой фракции. Отклонение ее доли в большую или меньшую сторону от указанного оптимума существенно повышает энергетические затраты на опрессовку электродов. Обмазки с крупно- и мелкозернистым наполнителем не идентичны друг другу по структуре. Это подтверждает характер изменения степени диссипативного разогрева обмазки, величины естественного конвергентного угла в заходной зоне, а также форма деформационных (экструзионных) кривых при увеличении скорости течения. Профиль потока обмазок с крупнозернистым наполнителем с повышением скорости напорной струи расширяется. У потока обмазок с мелкозернистым наполнителем он остается почти таким же узким, как и при скоростях течения ползучести. Результаты анализа формы экструзионных кривых Р = f(t) свидетельствуют о том, что напорное течение обмазки с крупнозернистым наполнителем осуществляется по вязкостному механизму. Обмазки с избытком мелкозернистого наполнителя более структурированы, поскольку в этих случаях наряду с заполнением междузеренных пустот жидкостекольное связующее должно покрыть значительно более развитую поверхность зерен. Возрастает их молекулярное взаимодействие и прочность образованной ими структуры, которая разрушается при деформации, сопровождаясь специфическими эффектами нестационарности потока.
first_indexed	2025-12-07T16:04:14Z
format	Article
fulltext	1676-7/2014 Технологии, оборудование и контроль УДК 621.791.042 влиЯние ЗернОвОГО сОстава Шихты на реОлОГичесКие хараКтеристиКи и стрУКтУрУ напОрнОГО пОтОКа ОбмаЗОчных масс ДлЯ ниЗКОвОДОрОДных элеКтрОДОв А. Е. МАРЧЕНКО иэс им. е. О. патона нанУ. 03680, г. Киев-150, ул. боженко, 11. е-mail: office@paton.kiev.ua в ходе исследований обмазочной массы низководородных электродов УОни-13/55, выполненных с помощью капил- лярного вискозиметра, установлено, что их реологические показатели и структура в состоянии напорных потоков су- щественно зависят от зернового состава материалов покрытия. с точки зрения минимизации энергетических затрат, необходимых для экструзионного нанесения обмазок на стержни, в шихте должно содержаться 50 % мелкой фракции. Отклонение ее доли в большую или меньшую сторону от указанного оптимума существенно повышает энергетические затраты на опрессовку электродов. Обмазки с крупно- и мелкозернистым наполнителем не идентичны друг другу по структуре. это подтверждает характер изменения степени диссипативного разогрева обмазки, величины естественного конвергентного угла в заходной зоне, а также форма деформационных (экструзионных) кривых при увеличении ско- рости течения. профиль потока обмазок с крупнозернистым наполнителем с повышением скорости напорной струи расширяется. У потока обмазок с мелкозернистым наполнителем он остается почти таким же узким, как и при скоростях течения ползучести. результаты анализа формы экструзионных кривых Р = f(t) свидетельствуют о том, что напорное течение обмазки с крупнозернистым наполнителем осуществляется по вязкостному механизму. Обмазки с избытком мелкозернистого наполнителя более структурированы, поскольку в этих случаях наряду с заполнением междузерен- ных пустот жидкостекольное связующее должно покрыть значительно более развитую поверхность зерен. возрастает их молекулярное взаимодействие и прочность образованной ими структуры, которая разрушается при деформации, сопровождаясь специфическими эффектами нестационарности потока. библиогр. 8, табл. 2, рис. 8. К л ю ч е в ы е с л о в а : сварочные электроды низководородного типа, разнотолщинность покрытия, реология обма- зочных масс, вязкость и показатели упругости обмазочных масс Введение. Зерновой состав материалов покрытия существенно влияет на консистенцию и технологи- ческие свойства электродных обмазочных масс. это подтверждают и опубликованные нами в [1, 2] ре- зультаты исследований вязкости обмазочной мас- сы УОни-13/55. ее оценивали как потери напора при нагнетании обмазки из расходного цилиндра вискозиметра в круглый насадок диаметром 5 и длиной 50 мм при постоянном расходе Q = 5 см3·с-1 (средний градиент скорости сдвига 100 с-1). по- рошки для сухой шихты составляли из предва- рительно высеянных фракций материалов так, чтобы получить для каждого из них непрерывные укладки частиц с двумя заранее выбранными по- казателями дисперсности и полидисперсности. Затем набирали подготовленные таким образом порошки в соотношениях, предусмотренных ма- тематическим планом эксперимента так, чтобы зерновой состав шихты изменялся в пределах, ко- торые могут встретиться в практике электродного производства: объемную долю частиц в шихте, мельче 0,063 мм, варьировали в пределах от 5 до 95 об. %, при этом ее удельная поверхность изме- нялась от 3000 до 12000 см-1. в результате зерновые составы одной части об- разцов шихты получились с непрерывной, а дру- гой — с выборочной укладкой частиц. по этой причине выявлено множество зерновых составов, обеспечивающих минимальную для данной се- рии опытов потерю напора, значение которой из- меняется при переходе от одной серии составов к другой. в то же время даже небольшие откло- нения зернового состава смеси влево или вправо от каждого оптимального зернового состава со- провождаются резким, как правило, почти сим- метричным возрастанием вязкости обмазки. и только у серий, относящихся к области крупно- и мелкозернистых композиций, отклонение зер- нового состава от оптимума сопровождается не- симметричным повышением вязкости обмазки. Другими словами, одинаковое повышение доли мелкозернистой фракции в шихте по сравнению с оптимумом в первом случае сопровождается намного меньшим увеличением вязкости обмаз- ки, чем во втором [2]. причина этого явления не установлена. в работе [3] исследованы жидкостекольные композиции порошков мрамора с аналогичным по ширине диапазоном зерновых составов (про- © а. е. марченко, 2014 168 6-7/2014 Конференция «Сварочные материалы» ход через сетку 0063 изменялся в пределах 0 до 94 мас. %, а удельная поверхность — от 1500 до 11500 см-1). в этой серии опытов зерновые соста- вы порошков характеризовались тремя уровнями крупности и ширины распределения частиц по размерам, и все укладки частиц были непрерывны- ми. при содержании 30 % жидкого стекла с модулем (м) 3,2 и вязкостью 670 мпа·с композиции по кон- систенции соответствовали реальным обмазоч- ным массам. в качестве измерительного инстру- мента использованы круглые насадки с диаметром/ длиной 4/20 мм при Q = 1 см3·с-1 или 8/60 мм при Q = 5 см3·с-1 (средний градиент скорости сдвига 40 и 25 с-1 соответственно). в этой серии опытов выявлен один относи- тельно широкий минимум вязкости, который приходится на 30…60 % подситовой фракции в шихте. в изученном диапазоне скоростей по- тока положение минимума неизменно. Одна- ко скорость течения заметно влияет на вязкость крайних (наиболее крупно- и мелкозернистых) об- разцов мрамора. при этом одно и то же уменьше- ние градиента скорости сдвига с 40 до 25 с-1 со- провождается повышением вязкости суспензий с крупнозернистым наполнителем и понижени- ем ее у суспензий с мелкозернистым наполните- лем. можно предположить, что такие суспензии, характеризующиеся примерно одинаковой по- розностью (свободным межзеренным простран- ством) наполнителя, обладают в то же время раз- ной структурой. в общем полученные в указанных выше ра- ботах результаты достаточно хорошо объясняют- ся с позиций гидродинамической теории вязко- сти, основанной на сопоставлении фактической плотности упаковки частиц наполнителя Ф, с пре- дельно допустимой их концентрацией Фm, при до- стижении которой суспензия теряет способность к течению. вследствие понижения порозности, свойственной монодисперсному наполнителю, благодаря заполнению пустот более мелкими ча- стицами, значительная доля связующего стано- вится кинетически свободной жидкостью. За счет этого облегчается сдвиговое перемещение зерен друг относительно друга, т. е. понижается вяз- кость суспензии. целью настоящей работы является исследова- ние влияния зернового состава шихты на реоло- гические характеристики и структуру напорно- го потока обмазочных масс для низководородных электродов при скоростях течения, соответству- ющих реальным условиям опрессовки электро- дов на производственных электродообмазочных прессах. Методика исследований. исследовали рео- логические характеристики опытной обмазки со следующим вещественным составом сухой шихты (мас. %): 51,0 мрамора, 18,0 плавиковошпатового концентрата, 5,0 кварцевого песка, 3,0 синтети- ческой слюды, 2,0 ферромарганца, 13,0 гранули- рованного ферросилиция (15 % si) и 8,0 ферро- титана. Зерновой состав шихты регулировали, изменяя соотношения массовых долей предвари- тельно высеянных фракций порошков мрамора, плавикового шпата и кварцевого песка. порош- ки ферросплавов и синтетической слюды анс-1 использовали с постоянным зерновым составом. Общую долю мелкой фракции в шихте изменя- ли в пределах от 25 до 65 мас. %, при этом соот- ношение фракций менялось так, как показано на рис. 1. Зерновой состав смеси с наиболее плотной упаковкой зерен, который соответствует правилу Фурнаса, находится в промежутке между кривы- ми Гс-4 и Гс-5. Фактические показатели удель- ной поверхности шихты и плотности их случай- ных упаковок, а также пластической прочности обмазок приведены в табл. 1. Обмазочные массы готовили в интенсивном про- тивоточном смесителе. использовали Na–K жидкое стекло с модулем 2,9, плотностью 1495 кг/м3 и вяз- костью 1000 мпа·с. массовая доля жидкого стекла в обмазке составляет 25 %. Т а б л и ц а 1 . Характеристики шихты и обмазочной массы Обозна- чение об- мазочной массы Доля мелкой фракции, % Удельная поверх- ность шихты, см-1 предельно допусти- мая кон- центрация Фm пласти- ческая прочность Рm, мпа Гс-1 26,0 2250 0,720 0,13 Гс-2 36,0 3900 0,800 0,10 Гс-3 43,0 4900 0,815 0,12 Гс-4 47,0 5850 0,815 0,13 Гс-5 56,0 8100 0,750 0,22 Гс-6 65,0 9250 0,705 0,28 рис. 1. Зерновые составы сухих шихтовых смесей, исполь- зованных для приготовления электродных обмазочных масс 1696-7/2014 Технологии, оборудование и контроль исследования выполнены на капиллярном ви- скозиметре модели Об 1435, представляющем собой плунжерный экструдер [2, 4] с электроме- ханическим приводом и диаметром рабочего ци- линдра 30 мм. изменяя ступенчато маршевую ско- рость штока, секундный расход обмазочных масс Q регулировали в пределах от 1 до 25 см3·с-1. использование при таких расходах круглых на- садок («капилляры») с плоским входом и диаме- тром dк от 1 до 6 мм позволяло регулировать сред- ний градиент скорости сдвига на гладкой стенке канала в пределах от 10 до 65000 с-1. напряжение сдвига на стенке канала τ рассчи- тывали по формуле Pdк/4L, где L = 10dк — длина канала; P = (Рс – Р0) — перепад давления на этой длине; Р0 — потери напора на входе в насадок (определяли, пропуская обмазку через круглое от- верстие диаметром dк в центре стального диска толщиной 1 мм); Рс — общие потери напора перед входом в насадок и на его длине. постоянством соотношения L/dк поддержива- лась одинаковая степень тиксотропного разруше- ния (восстановления) коагуляционной структуры обмазочных масс при всех диаметрах насадков. продолжительность экструдирования обмазки колебалась в зависимости от скорости потока в пределах 5…15 с, а величины Рс и Р0 регистри- ровали в момент остановки штока. Капилляры не термостатированы. выборочно контролировалась температура поверхности струи термопарой, заче- каненной в корпус капилляра диаметром 4 мм и длиной 56 мм, при Q = 1 см3·с-1. термоэДс реги- стрировали потенциометром Ксп-4. эксперимен- ты выполнены с участием канд. техн. наук м. Ф. Гнатенко и инженера в. с. ворошило. эффективную сдвиговую вязкость обмазочной массы в состоянии напорного потока рассчитыва- ли по формуле η = τ/ g  , а продольную вязкость λ − по формуле из работ [5, 6] 22 0 09( 1) ,32 n P+   λ =  h  g   (1) где n0 = d(lg P0)/d(lg g  ) — индекс течения обма- зочной массы в конвергентной зоне, который на- ходили по углу наклона реограмм Р0 = f( g  ), пред- ставленных в логарифмических координатах, к оси градиентов скорости сдвига. использовали также аналогичный по смыслу индекс сдвигового течения обмазочной массы сквозь цилиндриче- ский канал nк = d(lg τ)/d(lg g  ). Оба индекса харак- теризуют отношение энергий активации вязкого течения материала соответственно при g  = const и τ = const. Как правило, nк < n0. О структуре потока обмазочной массы судили по значению угла естественной конвергенции α0, который соответствует равенству сдвигающей и растягивающей компонент усилия, преодолеваю- щего сопротивление указанной зоны [6]. Для тех материалов, у которых продольная вяз- кость понижается интенсивнее, чем сдвиговая, угол α0 уменьшается по мере увеличения скоро- рис. 2. влияние доли мелкой фракции в шихте на потери давления на входе (а, б) и напряжение сдвига на стенке капилляра (в, г): 1 — Q = 25,5 см3·с-1; 2 — 5,3; 3 — 1,0 170 6-7/2014 Конференция «Сварочные материалы» сти течения. Конвергентная зона таких материа- лов приобретает лейкообразную форму [1, 2, 4, 5]. Для определения среднего напряжения растя- жения обмазочной массы использовали формулу ( ) 0 0 3 ( 1) ,8ñðE n Ps = + (2) а градиент скорости растяжения вычисляли по формуле ( ) .ñðEs ε = λ  (3) Угол естественной конвергенции при входе об- мазочной массы в формующий цилиндрический насадок рассчитывали по формуле 1/2 0 2tg .h a =  λ (4) Результаты исследований и их обсуждение. выявленные в ходе проведенных экспериментов зависимости входовых сопротивлений Р0 и на- пряжений сдвига на стенке цилиндрического на- садка τ, полученные при использовании насадков с крайними сечениями каналов, от доли мелкой фракции в шихте, а также зависимость их от гра- диента скорости сдвига на стенке канала показаны на рис. 2, 3. видно, что зерновой состав шихты, изменяясь даже в пределах столь узких границ, существенно влияет на реологические характери- рис. 3. Зависимость градиента скорости сдвига на сопротивление входа (а) и напряжение сдвига на стенке капилляра (б) от доли мелкой фракции в обмазочной массе: 1 — dк = 6 мм; 2 — 4; 3 — 2; 4 — 1 1716-7/2014 Технологии, оборудование и контроль стики обмазочных масс. Особенно, если речь идет о сопротивлениях потоку обмазки в конвергентной зоне. Как и ожидалось, величина Р0 изменяется в за- висимости от доли мелкой фракции в шихте по экс- тремальному закону, существенно возрастая по мере ее отклонения в большую и в меньшую сторону от 50 % как от оптимального значения. чем меньше се- чение выпускного отверстия и чем больше объем- ный расход обмазочной массы, тем сильнее реагиру- ет обмазка на изменение зернового состава шихты, преодолевая сопротивление входа в формующий ци- линдрический канал. тем не менее лишь самая мел- козернистая из них (65 % мелкой фракции в ших- те) не прошла сквозь диафрагму диаметром 1 мм при Q = 25,5 см3·с-1. Остальные обмазки прошли сквозь эту и другие диафрагмы при всех объем- ных скоростях истечения. Значительно сложнее ведут себя обмазки в цилиндрических насадках. во-первых, при Q = = 25,5 см3·с-1 ни одна из обмазок не преодолела сопротивление насадков с диаметрами канала 1 и 2 мм. часть обмазок прошла сквозь насадки диа- метром 2 мм, если расход не превышал 5,1 см3·с-1. насадок с диаметром канала 6 мм прошел сквозь все обмазки при всех расходах и зерновых соста- вах шихты. во-вторых, экстремальное изменение напряжения сдвига на стенке насадка в зависимо- сти от доли мелкой фракции в шихте выражено в меньшей мере, чем у сопротивлений входа. при использовании же насадков с диаметром кана- лов 4 и 6 мм экстремальная зависимость τ от доли мелкой фракции в шихте вырождается в режимах течения с расходами 1 и 5,1 см3·с-1 в монотонно возрастающую. исходя только из положений ги- дродинамической теории вязкости, эти особенно- сти не могут быть объяснены. важно отметить, что все обмазки ведут себя как материалы с ярко выраженными неньютонов- скими свойствами. Об этом свидетельствуют зна- чения индексов течения, которые существенно меньше единицы: в конвергентной зоне n0 = 0,16 независимо от зернового состава шихты; в капил- ляре nк монотонно понижается от 0,20 до 0,10 по мере возрастания доли мелкой фракции в шихте. следовательно, неньютоновское природа обмазоч- ных масс проявляется заметнее. изменение зернового состава шихты отража- ется на структуре потока как в заходной зоне, так и в цилиндрическом насадке. приведенные ниже результаты показывают, что с увеличением доли мелкой фракции в шихте изменяются значения и продольной, и сдвиговой вязкости, а вместе с ними и конвергентный угол в заходной зоне, ко- торый, как следует из (4), определяется их соот- ношением. при этом в насадке должна усилиться тенденция к пробковому характеру течения обма- зочной массы (индекс течения уменьшается) из-за чего сдвиг все больше концентрируется в присте- ночном слое. на рис. 4 приведены результаты расчетов сдви- говой и продольной вязкости исследуемых обма- зочных масс в зависимости от градиента скоро- сти сдвига и растяжения соответственно. видно, что η и λ уменьшаются по мере увеличения ско- ростей деформаций. этим подтверждается струк- турированность электродных обмазочных масс и тиксотропное разрушение их коагуляционной структуры при увеличении g  и ε  . видно также, что в логарифмической метаморфозе эксперимен- тальные точки хорошо укладываются на прямые линии, обобщающие интересующие нас зави- симости. сами прямые η = f( g  ) и λ = f( ε  ) почти взаимно параллельны и лишь смещены друг от- носительно друга по шкалам соответственно гра- диентов скорости сдвига и растяжения. создает- ся впечатление, что зерновой состав шихты мало влияет на соотношение значений сдвиговой и про- дольной вязкостей (а, значит, на профиль потока обмазки в заходной зоне). на самом деле, близкий к параллельному друг другу ход реограмм η = f( g  ) и λ = f( ε  ) в логариф- мических координатах вовсе не означает посто- янство соотношения вязкостей λ/η. это выявлено следующим образом. сначала в логарифмическом масштабе раскрыли взаимосвязь сдвиговой и про- дольной вязкости обмазочных масс для каждого зернового состава смеси. примеры таких зависи- мостей для трех зерновых составов с крайними и рис. 4. Зависимость сдвиговой (1) и продольной (2) вязкости электродных обмазочных масс с разным зерновым составом шихты от среднего градиента скорости сдвига g  и растяже- ния ε  172 6-7/2014 Конференция «Сварочные материалы» средней долей мелкой фракции в шихте показаны на рис. 5. Затем оценили наклон прямых lg λ / lg η к оси абсцисс. с увеличением доли фракции –0063 в шихте он сначала уменьшается, а после дости- жения минимального значения — возрастает (рис. 6). в связи с этим значение конвергентного угла α0 неоднозначно реагирует на изменение зер- нового состава шихты и режимов течения обма- зочной массы. из рис. 7 следует, что при низких и средних градиентах скорости сдвига угол кон- вергенции тоже изменяется в зависимости от доли мелкой фракции в шихте по экстремальному зако- ну (ход ее антибатен зависимости Р0 от доли тон- ких фракций в шихте, а максимум приходится на 50 % мелкой фракции). в этом случае мелко- и крупнозернистый на- полнитель провоцирует узкие профили потока обмазок, следствием чего может быть опережаю- щий выток его внутренних слоев по сравнению с внешними слоями. Обычно узкие профили пото- ка провоцируют пульсирование и закручивание струи, т. е. положение таких потоков в принципе не может быть стабильно ориентировано в про- странстве. использование же шихт с промежуточ- ной зернистостью, обладающих, как правило, и наиболее широким распределением зерен по раз- мерам, способствует образованию при низких ско- ростях течения более рассредоточенного и, следу- ет полагать, более стабильно ориентированного потока в пространстве. с увеличением градиента скорости сдвига мак- симумы на кривых постепенно сглаживаются и при градиентах (1…2)·103 с-1, которые ожидают- ся при скоростях истечения обмазки в реальных ус- ловиях опрессовки электродов, указанные зависи- мости становятся монотонными. при этом обмазки с крупнозернистым наполнителем, у которых доля мелкой фракции составляет 20…25 мас. %, образу- ют более широкие профили потока. поток с таким профилем должен стабильнее ориентироваться в пространстве. в нем опережающее истечение ма- териала в ядре, а следовательно, возникновение периферийных застойных зон менее вероятно. Обмазки со средне- и особенно мелкозерни- стым наполнителем (у которых доля фракции -0063 составляет 40 и 60…65 мас. % соответ- ственно) при этих режимах течения почти сохра- няют начальный профиль напорных потоков. при- чины таких изменений могут быть связаны как с неизотермическими условиями течения, так и с различной структурой сравниваемых обмазочных масс. рис. 5. взаимосвязь продольной (λ) и сдвиговой (η) вязкости электродных обмазочных масс с разным зерновым составом шихты (а–в): 1 — dк = 6 мм; 2 — 4; 3 — 2 рис. 6. влияние зернового состава шихты на соотношение продольной и сдвиговой вязкостей электродных обмазочных масс серии Гс Т а б л и ц а 2 . Результаты оценки температурной обста- новки в зоне течения обмазок при диаметре насадка 4 мм расход обмазки, см3·с-1 Градиент скорости сдвига, с-1 температура струи, °с Гс-1 Гс-4 Гс-6 1 11,8 34 37 37 5,1 203,0 58 54 53 25,5 1015,0 76 91 77 1736-7/2014 Технологии, оборудование и контроль из табл. 2 видно, что диссипативный разогрев их в режиме течения ползучести (Q = 1 см3·с-1) не- значителен (до 34…37 °с) и одинаков для всех. Он вряд ли может повлиять на вязкостные харак- теристики обмазок и не позволяет судить об их структурных особенностях. с увеличением гра- диента скорости сдвига обмазки разогреваются до более высокой температуры, наиболее интен- сивно обмазка Гс-4. поскольку доля кинетически свободного жидкого стекла в межзеренном про- странстве у этой обмазки наибольшая, она менее структурирована, чем обмазки Гс-1 и Гс-6. Дис- сипативный разогрев ее не вуалируется энергети- ческими затратами на разрушение структуры, и это является причиной столь резкого повышения температуры. следующая по степени структури- рованности обмазка Гс-1 с крупнозернистым на- полнителем. Она разогревается до температуры 76 °с, но с несколько более высоким промежуточ- ным темпом по сравнению с обмазкой Гс-4. Об- мазка Гс-6 выходит на тот же уровень темпера- туры с наименьшей промежуточной скоростью. следовательно, у нее следует ожидать наиболь- ший уровень структурированности. выше показано, что изменение функции α0 = = f(–0063) этих же обмазок также демонстрирует неоднозначную реакцию на увеличение скорости сдвига, что говорит в пользу высказанного ранее предположения о том, что мы имеем дело с мате- риалами с разными реологическими структурами. в этом также можно убедиться, сравнив кон- фигурацию приведенных на рис. 8 экструзионных (деформационных) P = f(t) кривых, полученных при исследовании различных обмазочных масс. Указанные кривые описывают изменение давле- ния с момента пуска вискозиметра, включая вы- ход на максимум, последующий спад, вызванный истечением обмазки, разрушением ее структуры и релаксацией накопленных напряжений, вплоть до установления давления, соответствующего стаци- онарному истечению обмазки. при этом следует учитывать, что при посто- янном секундном расходе обмазки Q скорость ее деформации в ходе экструзии возрастет по мере уменьшения диаметра капилляра. Конфигурация указанных кривых свидетельствует о том, что со- поставляемые друг с другом обмазки должны от- личаться между собой соотношением вязкости и упругости, накопленной в процессе экструдирова- ния [7]. Как следует из рис. 8, б, обмазка Гс-4 характе- ризуется постоянной крутизной фронта нараста- ния давления во времени, независимо от скорости деформации. Она, единственная из трех, оказа- лась способной преодолеть сопротивление капил- ляра диаметром 1 мм при Q = 25,5 см3·с-1. исходя из положений теории вязкоупругости, это свиде- тельствует о низкой способности материала нака- пливать упругие напряжения в ходе предстацио- нарной стадии напорного течения. У обмазок Гс-1 и Гс-6 с избытком крупно- и мелкозернистого наполнителя фронт нарастания давления после начала деформирования тем кру- че, чем выше скорость экструзии. следовательно, с возрастанием скорости экструзии они интенсив- нее накапливают упругие напряжения и уменьша- ют долю полезной энергии, которая расходуется на экструдирование обмазки. течению обмазок сопутствует релаксация на- пряжений. чем выше заданная скорость деформа- ции, тем в большей степени, после начала дефор- мирования, нарастает давление, обгоняя скорость релаксации напряжений. именно это усиливает накопление упругих деформаций. У обмазки Гс-6 с мелкозернистым наполнителем этот процесс вы- ражен в большей мере, о чем свидетельствует поч- ти прямолинейный фронт нарастания давления, с одной стороны, и острая форма пика давления в максимуме, с другой. Обмазка Гс-1 менее струк- турирована, поэтому на подходе к пику восходя- щая ветвь экструзионной кривой заметно откло- рис. 7. влияние зернового состава шихты и скорости течения обмазочной массы на значение естественного конвергентного угла ее напорного потока в предкапиллярной зоне: 1 — g  = 118 с-1; 2 — 203; 3 — 318; 4 — 1015; 5 — 2550 174 6-7/2014 Конференция «Сварочные материалы» няется от прямой линии, что вызвано накладкой вязкого течения на упругое деформирование. после прохождения максимума релаксация на- копленных напряжений у сравниваемых обмазок происходит по-разному. У обмазки Гс-6, экстру- дируемой на малых скоростях (рис. 8, в, кривая 1), релаксация мгновенных упругих напряжений про- воцирует короткий, но резкий провал давления. после провала оно частично восстанавливается, а затем продолжает плавно понижаться вплоть до наступления стационарного течения. при средней скорости экструзии (рис. 8, в, кривая 2) давление в максимуме сглажено, структурная ветвь понижа- ется без промежуточного спада. Уровень давления в состоянии стационарного течения выше, чем на предыдущей кривой. при наибольшей скоро- сти течения (рис. 8, в, кривая 3) структурная ветвь кривой вслед за острым максимумом понижает- ся столь интенсивно, что опускается ниже, чем у аналогичной кривой, зарегистрированной при промежуточной скорости экструзии. именно та- кую аномалию деформационных кривых обычно связывают с высокой структурированностью коа- гуляционных дисперсий. У обмазок Гс-1 и Гс-4 такой аномалии не наблюдалось. большая степень структурированности обмаз- ки Гс-6 по сравнению с обмазкой Гс-1 объясня- ется следующим образом. при увеличении доли мелкой фракции в шихте сверх оптимального зна- чения возрастает не только доля межзеренных пу- стот (а следовательно, уменьшается количество кинетически свободной связки из жидкого стек- ла), но и удельная поверхность частиц, которую должно покрыть связующее. тем самым система как бы переводится в состояние с большим объ- емным наполнением, т. е. с более высокой концен- трацией контактирующих друг с другом твердых частиц. вследствие указанных факторов толщи- на межзеренной пленки уменьшится, а молеку- лярное взаимодействие частиц наполнителя, наи- более интенсивное в точках их соприкосновения, существенно возрастет. это подтверждается по- вышением прочности коагуляционной структуры Рm (см. табл. 1). результаты наших экспериментов согласуют- ся с выполненными в работе [8] расчетами, кото- рые показывают, что положение минимума вязко- сти суспензий с мультимодальным наполнителем все больше отклоняется в сторону меньшей кон- центрации крупных фракций в наполнителе по сравнению с той, которой обеспечивается самой плотной для данного зернового состава упаковкой частиц. подобного эффекта можно достигнуть, если вязкое жидкое стекло заменить низковязким, уменьшив при этом в разумных пределах его долю в обмазочной массе. в этом случае релак- сация упругости обмазки Гс-6 не компенсирует- ся демпфирующей способностью низковязкого жидкого стекла и может спровоцировать пульса- цию ее потока в режиме течения ползучести или разного рода иррегулярные эффекты при режимах течения, превышающих по скорости деформа- цию ползучести. и то и другое может, в частно- сти, стать причиной разнотолщинности покрытия. пульсирование потоков обмазок Гс-1 и Гс-4, в наполнителе которых имеется меньше мелких фракций, в этом случае не наблюдалось. Выводы 1. исследованы реологические характеристики электродных обмазочных масс в зависимости от зернового состава шихты. Долю мелкой фракции в шихте изменяли в пределах, близких к предписан- ным в технологической документации границам (40…60 % частиц мельче 0,063 мм). выявлено, что с точки зрения минимизации энергетических за- трат, необходимых для экструзионного нанесения обмазок на стержни, в шихте должно содержаться 50 % мелкой фракции. Отклонение ее доли в боль- шую или меньшую сторону от указанного опти- мума, даже в столь узких пределах, существенно повышает энергетические затраты на опрессовку электродов, особенно на скоростях, которые ис- пользуют в реальных условиях их изготовления. рис 8. Кривые экструзии обмазочных масс Гс-1 (а), Гс-4 (б), Гс-6 (в) с разным количеством мелкой фракции в шихте, про- ходящей сквозь капилляры диаметром 6 (1), 4 (2), 2 (3) и 1 (4) мм при Q = 1 см3·с-1 1756-7/2014 Технологии, оборудование и контроль 2. с позиций гидродинамической теории такая зависимость объясняется повышением вязкости обмазочных масс, вызванным увеличением сво- бодного объема пустот между зернами наполни- теля, который с определенным избытком должен быть заполнен жидким стеклом, прежде чем об- мазка приобретает способность к напорному тече- нию. Заполнение мелкими частицами пустот меж- ду крупными зернами наполнителя вытесняет из них жидкое стекло, превращая его в кинетически свободную жидкость. это и приводит к уменьше- нию вязкости обмазки. 3. Обмазки, содержащие в избытке крупные или мелкие фракции по сравнению с установ- ленным оптимумом, не идентичны друг другу по структуре. Об этом свидетельствуют характер изменения температуры обмазки, величины кон- вергентного угла, который образуется в заходной зоне, а также формы экструзионных кривых при увеличении скорости деформации. профиль по- тока обмазок с крупнозернистым наполнителем с увеличением скорости напорной струи расширя- ется, и это способствует его стабилизации в про- странстве и времени. У потока обмазок с мелко- зернистым наполнителем он остается почти таким же узким, как и при скоростях течения ползуче- сти, что с технологической точки зрения является неблагоприятным моментом. 4. результаты анализа формы экструзионных кривых Р = f(t) свидетельствуют о том, что напор- ное течение обмазки с равными долями крупно- и мелкозернистого наполнителя осуществляется по вязкостному механизму с наименьшими энергети- ческими затратами. течение обмазки с избытком крупнозернистого наполнителя тоже осуществля- ется по вязкостному механизму, но с большей вяз- костью, так как часто стекло идет на заполнение пустот. их вязкость выше, чем обмазок с равны- ми долями крупно- и мелкозернистого наполни- теля, поскольку часть жидкого стекла расходуется на заполнение межзеренных пустот наполнителя, объем которых в этом случае больше, так как нет необходимого количества мелких частиц для их заполнения. Обмазки с избытком мелкозернистого наполнителя более структурированы, поскольку наряду с заполнением межзеренных пустот жид- костекольное связующее должно покрыть значи- тельно более развитую поверхность мелких зе- рен. возрастает молекулярное взаимодействие зерен наполнителя и прочность образованной ими структуры, которая легко разрушается при сдвиго- вой деформации, сопровождаясь специфическими эффектами нестационарности потока. 5. при рассмотрении особенностей напорных течений электродных обмазочных масс на высо- ких скоростях деформирования наряду с положе- ниями гидродинамической теории вязкости высо- коконцентрированных дисперсных систем следует учитывать особенности образованных ими коагу- ляционных структур и их реакции на изменение скорости деформирования. 1. Разработка технологии производства низководородных электродов / а. е. марченко, и. К. походня, н. в. скори- на и др. // свароч. пр-во. – 1994. –№ 5. – с. 14–18. 2. Марченко А. Е. О реологических методах оценки тех- нологических свойств электродных обмазочных масс // информ. материалы сэв. Координац. центр по пробл. «развитие научных основ и разработка новых технологи- ческих процессов сварки, наплавки и термической резки различных материалов и сплавов для получения сварных конструкций и создания эффективных сварочных мате- риалов и оборудования...»)». – Киев: наук. думка, 1978. – вып. 1. – с. 121–128. 3. Марченко А. Е. исследование концентрированных су- спензий мрамора в жидком стекле как реологической мо- дели электродных обмазочных масс // сб. докл. VII меж- дунар. науч.-практ. конф. «сварочные материалы. Дуговая сварка. материалы и качество», г. Краснодар, пос. агой, 17– 21 июня 2013. – Краснодар, 2013. – с. 98–115. 4. Марченко А. Е., Гнатенко М. Ф. Особенности течения электродных обмазочных масс, обнаруженных капил- лярным пластометром // информ. материалы сэв. Ко- ординац. центр по пробл. «развитие научных основ и разработка новых технологических процессов сварки, наплавки и термической резки различных материалов и сплавов для получения сварных конструкций и создания эффективных сварочных материалов и оборудования»)». – Киев: наук. думка, 1980. – вып. 1. – с. 106–117. 5. Марченко А. Е. О реологических свойствах электродных обмазочных масс в конвергентной зоне при опрессовке электродов // сб. докл. VI междунар. конф. по свароч. материалам «сварочные материалы. разработка. тех- нология. производство. Качество. Конкурентоспособ- ность», Краснодар, 6–9 июня 2011 г. – Краснодар, 2011. – с. 223–232. 6. Cogswell F. N. Converging flow of polymer melts in extrusion dies // Polym. Eng. аnd sci. – 1972. – 12, № 2. – P. 64–70. 7. Белкин И. М., Виноградов Г. В., Леонов А. И. ротацион- ные приборы. измерение вязкости и физико-механиче- ских характеристик материалов. – м.: машиностроение, 1967. – 272 с. 8. Мошев В. В. вязкостные закономерности высоконапол- ненных полимеров // реология (полимеры и нефть): тру- ды всесоюз. школы по реологии, 1977. – новосибирск: ин-т теплофизики сО ан ссср, 1977. – с. 53–64. поступила в редакцию 23.04.2014
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102166
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0005-111X
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T16:04:14Z
publishDate	2014
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
record_format	dspace
spelling	Марченко, А.Е. 2016-06-10T19:18:17Z 2016-06-10T19:18:17Z 2014 Влияние зернового состава шихты на реологические характеристики и структуру напорного потока обмазочных масс для низководородных электродов / А.Е. Марченко // Автоматическая сварка. — 2014. — № 6-7 (733). — С. 167-175. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102166 621.791.042 В ходе исследований обмазочной массы низководородных электродов УОНИ-13/55, выполненных с помощью капиллярного вискозиметра, установлено, что их реологические показатели и структура в состоянии напорных потоков существенно зависят от зернового состава материалов покрытия. С точки зрения минимизации энергетических затрат, необходимых для экструзионного нанесения обмазок на стержни, в шихте должно содержаться 50 % мелкой фракции. Отклонение ее доли в большую или меньшую сторону от указанного оптимума существенно повышает энергетические затраты на опрессовку электродов. Обмазки с крупно- и мелкозернистым наполнителем не идентичны друг другу по структуре. Это подтверждает характер изменения степени диссипативного разогрева обмазки, величины естественного конвергентного угла в заходной зоне, а также форма деформационных (экструзионных) кривых при увеличении скорости течения. Профиль потока обмазок с крупнозернистым наполнителем с повышением скорости напорной струи расширяется. У потока обмазок с мелкозернистым наполнителем он остается почти таким же узким, как и при скоростях течения ползучести. Результаты анализа формы экструзионных кривых Р = f(t) свидетельствуют о том, что напорное течение обмазки с крупнозернистым наполнителем осуществляется по вязкостному механизму. Обмазки с избытком мелкозернистого наполнителя более структурированы, поскольку в этих случаях наряду с заполнением междузеренных пустот жидкостекольное связующее должно покрыть значительно более развитую поверхность зерен. Возрастает их молекулярное взаимодействие и прочность образованной ими структуры, которая разрушается при деформации, сопровождаясь специфическими эффектами нестационарности потока. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Технологии, оборудование и контроль в производстве материалов Влияние зернового состава шихты на реологические характеристики и структуру напорного потока обмазочных масс для низководородных электродов Effect of grain composition of charge on rheologica properties and structure of pressure flow of electrode compounds for manufacture of low-hydrogen electrodes Article published earlier
spellingShingle	Влияние зернового состава шихты на реологические характеристики и структуру напорного потока обмазочных масс для низководородных электродов Марченко, А.Е. Технологии, оборудование и контроль в производстве материалов
title	Влияние зернового состава шихты на реологические характеристики и структуру напорного потока обмазочных масс для низководородных электродов
title_alt	Effect of grain composition of charge on rheologica properties and structure of pressure flow of electrode compounds for manufacture of low-hydrogen electrodes
title_full	Влияние зернового состава шихты на реологические характеристики и структуру напорного потока обмазочных масс для низководородных электродов
title_fullStr	Влияние зернового состава шихты на реологические характеристики и структуру напорного потока обмазочных масс для низководородных электродов
title_full_unstemmed	Влияние зернового состава шихты на реологические характеристики и структуру напорного потока обмазочных масс для низководородных электродов
title_short	Влияние зернового состава шихты на реологические характеристики и структуру напорного потока обмазочных масс для низководородных электродов
title_sort	влияние зернового состава шихты на реологические характеристики и структуру напорного потока обмазочных масс для низководородных электродов
topic	Технологии, оборудование и контроль в производстве материалов
topic_facet	Технологии, оборудование и контроль в производстве материалов
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102166
work_keys_str_mv	AT marčenkoae vliâniezernovogosostavašihtynareologičeskieharakteristikiistrukturunapornogopotokaobmazočnyhmassdlânizkovodorodnyhélektrodov AT marčenkoae effectofgraincompositionofchargeonrheologicapropertiesandstructureofpressureflowofelectrodecompoundsformanufactureoflowhydrogenelectrodes

Влияние зернового состава шихты на реологические характеристики и структуру напорного потока обмазочных масс для низководородных электродов

Institution

Ähnliche Einträge