Формирование пленки жидкого металла на торце проволоки- анода при плазменно-дуговом напылении
Предложена математическая модель, описывающая формирование пленки расплавленного металла на торце распыляемой проволоки-анода в условиях плазменно-дугового напыления покрытий. Численно проанализировано влияние параметров режима напыления на положение расплавленного конца проволоки относительно оси...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103013 |
| 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: | Формирование пленки жидкого металла на торце проволоки- анода при плазменно-дуговом напылении / М.Ю. Харламов, И.В. Кривцун, В.Н. Коржик, С.В. Петров // Автоматическая сварка. — 2011. — № 12 (704). — С. 3-8. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859900563916849152 |
|---|---|
| author | Харламов, М.Ю. Кривцун, И.В. Коржик, В.Н. Петров, С.В. |
| author_facet | Харламов, М.Ю. Кривцун, И.В. Коржик, В.Н. Петров, С.В. |
| citation_txt | Формирование пленки жидкого металла на торце проволоки- анода при плазменно-дуговом напылении / М.Ю. Харламов, И.В. Кривцун, В.Н. Коржик, С.В. Петров // Автоматическая сварка. — 2011. — № 12 (704). — С. 3-8. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Предложена математическая модель, описывающая формирование пленки расплавленного металла на торце распыляемой проволоки-анода в условиях плазменно-дугового напыления покрытий. Численно проанализировано
влияние параметров режима напыления на положение расплавленного конца проволоки относительно оси плазменной
струи, толщину удерживаемой на торце проволоки жидкой прослойки, температуру и скорость течения металла
в ней.
A mathematical model is proposed, describing formation of a film of molten metal at the tip of sprayed anode-wire
under the conditions of plasma-arc spraying of coatings. Numerical analysis of the influence of spraying mode parameters
on the position of molten wire tip relative to plasma jet axis, thickness of liquid interlayer contained on the wire tip,
temperature and velocity of metal flow in it was performed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:57:15Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.793.74
ФОРМИРОВАНИЕ ПЛЕНКИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА
НА ТОРЦЕ ПРОВОЛОКИ-АНОДА
ПРИ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОМ НАПЫЛЕНИИ
М. Ю. ХАРЛАМОВ, канд. техн. наук
(Восточноукр. нац. ун-т им. В. Даля, г. Луганск, Украина),
чл.-кор. НАН Украины И. В. КРИВЦУН, В. Н. КОРЖИК, С. В. ПЕТРОВ, доктора техн. наук
(Ин-т электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины)
Предложена математическая модель, описывающая формирование пленки расплавленного металла на торце рас-
пыляемой проволоки-анода в условиях плазменно-дугового напыления покрытий. Численно проанализировано
влияние параметров режима напыления на положение расплавленного конца проволоки относительно оси плазменной
струи, толщину удерживаемой на торце проволоки жидкой прослойки, температуру и скорость течения металла
в ней.
К л ю ч е в ы е с л о в а : плазменно-дуговое напыление, пок-
рытия, проволока-анод, режимы напыления, тепловое сос-
тояние, пленка расплавленного металла, математическая
модель
Стабильность процесса плазменно-дугового про-
волочного напыления, а также формирование за-
данных показателей качества покрытий во многом
определяются условиями, при которых осущест-
вляется образование сосредоточенного потока
частиц распыляемого материала. При этом пара-
метры формируемых дисперсных частиц главным
образом зависят от интенсивности процессов теп-
лового и газодинамического взаимодействия пла-
вящейся проволоки-анода с обтекающим ее пото-
ком дуговой плазмы. Поэтому детальное изучение
указанных процессов, в том числе разработка со-
ответствующих математических моделей, имеет
большое значение для дальнейшего развития тех-
нологии плазменно-дугового напыления.
Вопросам распыления проволочных материа-
лов в научно-технической литературе уделено
недостаточно внимания, причем имеющиеся рабо-
ты в основном посвящены процессу электроду-
говой металлизации [1–3]. Полученные в указан-
ных работах результаты малоприменимы для про-
цесса плазменно-дугового напыления, поскольку
он отличается иным расположением распыляемой
проволоки относительно дуги (последние обра-
зуют между собой угол 70...90°), а также высо-
кими значениями температуры (до 30000 К) и ско-
рости (до 4000 м/с) плазмы, обтекающей прово-
локу [4].
Для условий плазменно-дугового напыления
ранее предложена модель тепловых процессов в
сплошной металлической проволоке-аноде, пода-
ваемой в плазменную дугу за срезом сопла плаз-
мотрона [5]. Эта модель позволяет прогнозировать
температурное поле и вычислять объем расплав-
ленного металла в зависимости от параметров
режима работы плазмотрона, скорости подачи и
диаметра проволоки, а также ее пространствен-
ного положения относительно среза плазмофор-
мирующего сопла и расстояния расплавленного
конца проволоки от оси плазменной струи. Одна-
ко получаемая в рамках данной модели толщина
зоны расплава может значительно отличаться от
наблюдаемой в экспериментах. Причиной этого
является то, что жидкий металл на конце про-
волоки находится под значительным динамичес-
ким воздействием плазменного потока, в резуль-
тате чего только часть расплава удерживается на
конце проволоки, образуя жидкую прослойку, а
часть сносится в тонкую струю — так называемый
язык [1]. При этом расплавленный конец прово-
локи занимает такое положение относительно оси
плазменной струи, которое соответствует тол-
щине жидкой прослойки, обеспечивающей баланс
теплового и динамического воздействия плазмы
на расплавленный металл. Другими словами, для
корректного определения параметров удержива-
емой на конце распыляемой проволоки прослойки
жидкого металла, а также расстояния расплавлен-
ного конца проволоки от оси плазменной струи
необходимо согласовать расчеты в рамках теп-
ловой модели [5] с расчетами газодинамического
воздействия на расплавленный металл попереч-
ного плазменного потока. Разработка такой са-
мосогласованной модели и является целью данной
работы.
При построении математической модели фор-
мирования пленки расплавленного металла на
торце распыляемой проволоки-анода в условиях
плазменно-дугового напыления предположим, что
сплошная металлическая проволока круглого се-© М. Ю. Харламов, И. В. Кривцун, В. Н. Коржик, С. В. Петров, 2011
12/2011 3
чения радиусом Rw подается в плазменную дугу
с постоянной скоростью vw перпендикулярно оси
симметрии плазменного потока (рис. 1). Дуга
замыкается на правом конце проволоки, являю-
щейся анодом. Примем также, что фронт плав-
ления является плоским (плоскость zb = 0) и рас-
положен параллельно оси плазменного потока на
расстоянии Lp от нее, а скорость плавления про-
волоки равна скорости ее подачи. Под действием
анодного пятна дуги и обтекающего проволоку
высокотемпературного потока плазмы она нагре-
вается и на ее конце образуется объем расплав-
ленного металла толщиной Lliq, который сносится
в тонкую струю обтекающим проволоку плазмен-
ным потоком. Положим, что верхняя часть
удерживаемой на торце проволоки жидкой прос-
лойки под действием набегающего плазменного
потока принимает форму шарового сегмента с вы-
сотой Lb и радиусом Rb шара, образующего сег-
мент с центром в точке, расположенной на рас-
стоянии L0 от фронта плавления (Rb = L0 + Lb;
Rb
2 = L0
2 + Rw
2 ) (рис. 1).
В результате уноса части расплава с конца про-
волоки условия теплового баланса в ней на-
рушаются. Стремясь к равновесному состоянию,
проволока займет такое пространственное поло-
жение относительно оси плазменной струи, опре-
деляемое, например, расстоянием Lp – Lb, при ко-
тором объем удерживаемой на конце проволоки
жидкой прослойки Vb будет соответствовать объему
расплавленного металла проволоки Vliq = πRw
2 Lliq,
т. е. будет выполняться условие Vb = Vliq. Ста-
вится задача определения пространственного рас-
положения проволоки, при котором достигается
выполнение указанного условия при заданных па-
раметрах режима напыления, вычисление объема
удерживаемой на конце проволоки жидкой прос-
лойки, температуры, а также скорости течения
расплавленного металла.
Перейдем к построению модели формирования
жидкой прослойки на торце проволоки. Толщина
Lliq и соответственно объем Vliq слоя расплавлен-
ного металла в зависимости от расстояния рас-
плавленного конца проволоки до оси плазменной
струи Lp – Lliq при прочих заданных параметрах
режима напыления могут быть определены из
модели теплового состояния проволоки [5].
Для оценки толщины жидкой прослойки, удер-
живаемой на торце проволоки, рассмотрим вза-
имодействие двух потоков — вязкого течения не-
сжимаемой жидкости (расплавленного металла)
вдоль границы плавления проволоки и турбулент-
ного течения дуговой плазмы вдоль поверхности
жидкого металла с границей раздела сред при zb =
= Lb (рис. 1). Предположим, что основной силой,
действующей на расплав со стороны плазменного
потока, является сила вязкого трения. Учитывая, что
течение расплава происходит в спутном плазменном
потоке, вязкостные силы на границе раздела сред
имеют превалирующее значение, поэтому такое
приближение можно считать вполне оправданным.
В плазменном потоке в непосредственной бли-
зости от границы жидкого металла образуется по-
граничный слой [6], для которого характерно рез-
кое изменение основных параметров течения в
поперечном направлении. В частности, скорость
плазмы от своего значения во внешнем потоке
изменяется до значения скорости течения жидкого
материала проволоки на границе раздела сред (пред-
полагается выполнение условия «прилипания»).
С учетом турбулентного характера течения
плазмы [4] в рассматриваемом пограничном слое
можно выделить несколько подобластей [7]. Вне-
шний слой является областью полностью развитого
турбулентного течения, свойства которого зависят
от предыстории потока. Внутренняя область тур-
булентного пограничного слоя в общем случае
состоит из вязкого подслоя, переходной области и
области логарифмического профиля скорости. Тече-
нию во внутренней области соответствует универ-
сальный характер распределения скорости, что слу-
жит основой для построения специальных присте-
ночных функций, связывающих параметры течения
с расстоянием от границы раздела сред [6, 7].
С учетом малости толщины жидкой прослойки
течение жидкого металла в ней можно считать
практически ламинарным и предположить, что
здесь имеет место линейная зависимость танген-
циальной составляющей скорости [6, 7]:
Рис. 1. Схема формирования жидкой прослойки на торце
токоведущей проволоки при плазменно-дуговом напылении:
1 — токоведущая проволока; 2 — граница плавления; 3 —
струя расплавленного металла («язык»); 4 — напыляемые
частицы; 5 — плазменный поток
4 12/2011
vliq(zb) =
zb
Lb
vm, (1)
где vm — скорость течения расплава на границе
раздела сред (при zb = Lb). Величина vm может
быть связана с параметрами обтекающего прово-
локу плазменного потока, исходя из допущения о
том, что касательные напряжения в плазме и рас-
плаве на границе раздела сред равны между собой:
ηliq
∂vliq
∂zb
⎪L
b
= ηp
∂vp
∂zb
⎪L
b
, (2)
где ηp, ηliq — коэффициенты динамической вяз-
кости плазмы и расплавленного металла прово-
локи соответственно; vp(zp) — распределение ка-
сательной (относительно поверхности расплава)
скорости плазмы вдоль оси zb. Для нахождения
vp(zp) используем логарифмическую пристеноч-
ную функцию, которая часто применяется при
описании параметров течения в пристеночных
областях [7, 8]. Применительно к рассматривае-
мым нами условиям обтекания данную функцию
можно записать следующим образом:
v+ = 1
Kar ln (Ey+).
(3)
Здесь v+ = v
_
p/v∗ — безразмерная касательная
скорость плазмы; v
_
p(zb) = vp(zb) – vm — скорость
течения плазмы относительно скорости течения
расплава; v* — динамическая скорость, опреде-
ляемая как
v∗ = √⎯⎯⎯⎯⎯τp/ρp , (4)
где τp = ⎛⎜
⎝
ηp ∂u
∂r
⎞
⎟
⎠L
b
— напряжение трения в плазме
на обтекаемой поверхности; ρp — плотность плаз-
мы; Kar ≈ 0,41 — постоянная Кармана; E — по-
стоянная, определяющая степень шероховатости
стенки (для гладкой стенки E = 8,8 [7]); y+ —
безразмерное расстояние от границы раздела,
определяемое как y+ =
ρp(zb – Lb)
ηp
v∗.
Примем, что переход от скорости течения рас-
плава (условие «прилипания») до скорости невоз-
мущенного потока плазмы, которая может быть
определена, например, по модели [4], осуществ-
ляется в области 0 ≤ y+ < 400 [8]. Тогда на осно-
вании выражения (3) касательное напряжение в
плазме можно представить следующим образом:
τp(vm) =
v
_
ext
2 (vm)
⎛
⎜
⎝
1
Kar ln (Ey+)⎞⎟
⎠
2
ρp =
v
_
ext
2 (vm)ρp
396,71 ,
(5)
где v
_
ext(vm) = vext – vm — скорость течения невозму-
щенного потока плазмы вблизи торца проволоки
vext относительно скорости течения расплава vm.
В итоге для определения толщины жидкой
прослойки Lb необходимо рассмотреть баланс
массы расплавленного материала проволоки. Учи-
тывая принятое допущение, что расплавленный
металл на верхней части торца проволоки прини-
мает форму шарового сегмента, расход жидкого
материала проволоки через плоскость, проходя-
щую через ось zb перпендикулярно оси плазмен-
ной струи, можно определить как
G2 = 2ρw ∫
0
L
b
vliq(zb) ∫
0
y(z
b
)
dydzb, (6)
где y(zb) = √⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯Rw
2 –2 ((Rw
2 – Lb
2)/(2Lb))zb – zb
2 — кривая
пересечения шарового сегмента с указанной
плоскостью; ρw — плотность металла проволоки.
В свою очередь, исходя из условия постоянства
и равенства скоростей подачи и плавления про-
волоки, количество материала проволоки, расп-
лавляющегося за единицу времени и, следователь-
но, пересекающего сечение zb = 0 определяется
выражением
G1 = ρwvwSw, (7)
где Sw = πRw
2 — площадь сечения проволоки.
Тогда, учитывая, что в рассматриваемую поло-
вину шарового сегмента поступает половина рас-
плавляемого материала проволоки, приходим к
следующему соотношению:
G1/2 = G2. (8)
Подставляя в (8) выражения (6) и (7), а также
с учетом предположения (1), получаем зависи-
мость максимальной скорости течения расплава
от толщины его прослойки на торце проволоки:
vm(Lb) =
Sw
4
vwLb
∫
0
L
b
zb ∫
0
y(z
b
)
dydzb
. (9)
Теперь условие (8) можем переписать следую-
щим образом:
vwSw
2 = 2
τp(vm(Lb))
ηliq
∫
0
L
b
zb ∫
0
y(z
b
)
dydzb, (10)
12/2011 5
откуда и может быть определена толщина Lb жид-
кой прослойки на торце проволоки. Уравнение
(10), замыкаемое соотношениями (5) и (9), можно
решить одним из численных методов решения не-
линейных уравнений [9]. Для этого может быть
использован простейший метод дихотомии или,
учитывая, что первообразная подынтегрального
выражения в (5) и (9) выражается аналитически,
итерационный метод Ньютона.
Используя модель тепловых процессов в
проволоке [5] для определения объема ее расп-
лавленной части Vliq, а также выражение (10), на
основе которого определяется объем удерживае-
мой на торце проволоки жидкой прослойки
Vb = π ∫
0
L
b
[y(zb)]
2dzb, (11)
можно определить, какое положение расплав-
ленного конца проволоки относительно оси плаз-
менной струи устанавливается при заданном
режиме напыления. Для этого, фиксируя парамет-
ры режима и варьируя лишь величину Lb, на осно-
ве модели [5] получаем зависимость Vliq =
= Vliq(Lp – Lliq), а на основе выражений (10), (11)
— зависимость Vb = Vb(Lb) и находим такое поло-
жение проволоки, при котором выполняется их
равенство. Это условие, по сути, является связу-
ющим звеном между моделями теплового [5] и
газодинамического взаимодействия проволоки с
поперечно обтекающим ее плазменным потоком
и позволяет определять расстояние, на котором
отстоит расплавленный конец проволоки от оси
плазменной струи в зависимости от значений
параметров режима напыления. В свою очередь
на основе этой величины с помощью выражений
(1), (9), (11) и модели [5] могут быть определены
характеристики жидкого металла, удерживаемого
на конце проволоки, в том числе скорость его
течения и температура. Указанные характерис-
тики будут оказывать непосредственное влияние
на размеры и температуру срывающихся с конца
проволоки капель, а также определять место их
ввода в плазменный поток.
Проведем численный анализ влияния парамет-
ров режима напыления на характеристики жидкой
прослойки, удерживаемой на торце распыляемой
проволоки-анода, а также пространственное поло-
жение последней. Расчеты проводили примени-
тельно к условиям плазменно-дугового напыления
стальной проволоки, теплофизические характе-
ристики которой взяты из работы [10]. Выбраны
следующие параметры режима напыления [4]: ток
дуги I = 160...240 А, расход плазмообразующего
газа (аргона) GAr = 1,0...1,5 м3/ч, скорость подачи
проволоки 6...15 м/мин, диаметр проволоки
1,2...1,6 мм. Предполагалось, что проволока-анод
расположена на расстоянии 6,3 мм от среза сопла
плазмотрона перпендикулярно оси плазменного
потока. Распределения скорости и температуры
невозмущенного потока плазмы вдоль проволоки-
анода для различных режимов работы плазмот-
рона были предварительно рассчитаны на основе
модели [4] и представлены на рис. 2.
Как видно из рис. 2, значения скорости и тем-
пературы плазмы достаточно резко изменяются
в поперечном направлении относительно оси
плазменной струи. Поэтому от пространственного
положения расплавленного конца проволоки
относительно оси плазменного потока существен-
но зависят условия вязкого и теплового взаимо-
действия потока плазмы с проволокой. Чем ближе
к оси струи, тем большим оказывается тепловой
поток в проволоку и тем больше возрастают силы
вязкого трения, действующие на поверхность рас-
плава, снося жидкий металл с конца проволоки.
Поэтому необходимо отметить, что на режимах
напыления, при которых распространение тепла
в проволоке затруднено, ее расплавленный конец
располагается ближе к оси плазменной струи.
Например, при увеличении скорости подачи об-
ласти нагрева и расплавления проволоки умень-
шаются и проволока поступает к оси плазменной
Рис. 2. Распределение аксиальной компоненты скорости (а) и температуры (б) дуговой плазмы вдоль проволоки-анода: 1 —
I = 160; 2 — 200; 3 — 240 А (GAr = 1,0 м3/ч); 4 — GAr = 1,5 м3/ч (I = 200 А)
6 12/2011
струи до тех пор, пока объем жидкого металла
сможет удерживаться на ее торце. Такая же
ситуация должна наблюдаться и при использо-
вании проволоки большего диаметра.
Влияние режима работы плазмотрона на поло-
жение расплавленного конца проволоки относи-
тельно оси плазменной струи, а также толщину
жидкой прослойки, удерживаемой на торце прово-
локи, можно проиллюстрировать с помощью
рис. 3. Для всех рассматриваемых режимов расп-
лавленный конец проволоки расположен на рас-
стоянии 0,1...1,4 мм от оси струи при толщине прос-
лойки 0,10...0,15 мм. Увеличение тока дуги
приводит к повышению скорости и температуры
плазмы (см. рис. 2), при этом возрастают кон-
вективно-кондуктивные и радиационные тепловые
потоки в проволоку, а также повышается интен-
сивность силы вязкого трения, действующая на
жидкий металл на торце проволоки. В результате
увеличившийся объем расплава не сможет удер-
живаться на конце проволоки, часть его сносится
плазменным потоком, а конец проволоки займет
новое равновесное положение, дальше от оси
плазменного потока. При повышении расхода
плазмообразующего газа скорость потока возрас-
тает, однако температурный профиль оказывается
более сжатым к оси струи (см. рис. 2, кривые 2
и 4). При этом плавление проволоки происходит
при расположении конца проволоки в приосевых
участках плазменной струи, а повышение интен-
сивности динамического воздействия плазменного
потока приведет к уменьшению объема жидкой прос-
лойки, удерживаемой на конце проволоки, а следо-
вательно, и ее толщины (рис. 3).
Расплавленный материал проволоки увлекает-
ся плазменным потоком, образуя струю жидкого
металла, которая при дальнейшем течении ввиду
действия внешних и внутренних возмущающих
факторов распадается на отдельные капли — дис-
персные частицы напыляемого материала. При этом
от поперечных размеров жидкой прослойки и ско-
рости течения расплава зависят характеристики те-
чения указанной струи, а следовательно, и условия
каплеобразования. В свою очередь скорость течения
расплава связана с количеством расплавляемого в
Рис. 3. Влияние скорости подачи проволоки на расстояние
плоскости плавления проволоки Lp (1–6) и расстояние рас-
плавленного конца проволоки Lp — Lb (1′–6′) от оси плаз-
менной струи при различных параметрах режима напыления:
2Rw = 1,2 (1; 1′), 1,4 (2; 2′), 1,6 (3; 3′) мм при I = 200 А, GAr =
= 1,0 м3/ч; I = 160 (4; 4′), 240 (5; 5′) А при 2Rw = 1,4 мм, GAr =
= 1,0 м3/ч; GAr = 1,5 м3/ч (6; 6′) при 2Rw = 1,4 мм, I = 200 А
Параметры жидкой прослойки, удерживаемой на торце
распыляемой проволоки-анода при плазменно-дуговом
напылении покрытий
I, А GAr,
м3/ч
2Rw,
мм
vw,
м/мин
Lp – Lb,
мм Lb, мм vm, м/с T, К
200 1,0
1,4
5 1,054 0,113 1,81 2070
6 0,893 0,117 2,05 1931
7 0,798 0,127 2,42 1774
9 0,686 0,129 2,64 1773
12 0,550 0,133 3,07 1774
15 0,428 0,141 3,61 1774
1,2 9 0,811 0,125 2,10 1775
1,6 9 0,604 0,131 2,68 1774
160 1,0 1,4 9 0,526 0,140 2,18 1776
240 1,0 1,4 9 0,829 0,118 2,61 1773
200 1,5 1,4 9 0,684 0,109 2,83 1774
Рис. 4. Зависимость скорости течения расплава в жидкой
прослойке на торце проволоки от скорости ее подачи при
различных диаметрах проволоки-анода и режимах работы
плазмотрона: 2Rw = 1,2 (1), 1,4 (2), 1,6 (3) мм при I = 200 А,
GAr = 1,0 м3/ч; I = 160 (4), 240 (5) А при 2Rw = 1,4 мм, GAr =
= 1,0 м3/ч; GAr = 1,5 м3/ч (6) при 2Rw = 1,4 мм, I = 200 А
12/2011 7
единицу времени материала проволоки, а также
устанавливающейся толщиной жидкой прослойки,
что иллюстрируют, например, зависимости на рис. 4.
Параметры жидкой прослойки при плазменно-
дуговом напылении приведены в таблице. Как вид-
но, для большинства режимов перегрев жидкого
металла выше температуры плавления не превы-
шает 20 К, поскольку расплавившийся материал не
успевает существенно перегреться и сразу сносится
плазменным потоком с конца проволоки. Перегрев
металла в жидкой прослойке на 200...250 К выше
точки плавления характерен, как правило, для
режимов напыления с низкими скоростями пода-
чи проволоки, при которых заметную роль в расп-
ространении тепла в проволоке играет механизм
теплопроводности.
Выводы
1. Усовершенствована математическая модель
теплового состояния проволоки-анода при плаз-
менно-дуговом напылении покрытий путем учета
газодинамического воздействия на проволоку об-
текающего ее плазменного потока. Такая самосог-
ласованная модель позволяет определять прост-
ранственное положение проволоки относительно
оси плазмотрона, а также характеристики удержи-
ваемой на конце проволоки жидкой прослойки,
включая ее толщину и скорость течения расплава
в зависимости от параметров режима напыления.
2. Расстояние, на которое расплавленный ко-
нец проволоки отстоит от оси плазменного пото-
ка, определяется условием равенства объема рас-
плавленной части проволоки объему прослойки
жидкого металла, которая может удерживаться на
торце проволоки при ее поперечном обтекании
плазменным потоком, и составляет в рассматрива-
емых условиях 0,1...1,4 мм при толщине прос-
лойки 0,10...0,15 мм в зависимости от параметров
режима напыления.
3. При плазменно-дуговом напылении покры-
тий температура металла на расплавленном конце
проволоки достигает 1780...2100 К, при этом для
большинства режимов напыления перегрев жид-
кого металла выше температуры плавления
(1773 К) незначительный и не превышает 20 К,
поскольку образующийся расплав сносится плаз-
менным потоком из зоны взаимодействия и общее
теплосодержание проволоки не увеличивается.
1. Коробов Ю. С. Оценка сил, действующих на распыляе-
мый материал при электрометаллизации // Автомат.
сварка. — 2004. — № 7. — С. 23–27.
2. Коробов Ю. С., Бороненков В.Н. Кинетика взаимодейст-
вия напыляемого металла с кислородом при электро-
дуговой металлизации // Свароч. пр-во. — 2003. —
№ 7. — С. 30–36.
3. Процесс плавления и распыления материала электродов
при электродуговой металлизации / В. А. Вахалин, С. Б.
Масленков, В. В. Кудинов и др. // Физика и химия
обраб. материалов. — 1981. — № 3. — С. 58–63.
4. Математическая модель дуговой плазмы, генерируе-
мой плазмотроном с проволокой-анодом / М. Ю. Харла-
мов, И. В. Кривцун, В. Н. Коржик и др. // Автомат. свар-
ка. — 2007. — № 12. — С. 14–20.
5. Нагрев и плавление проволоки-анода при плазменно-ду-
говом напылении / М. Ю. Харламов, И. В. Кривцун,
В. Н. Коржик и др. // Там же. — 2011. — № 5. — С. 5–11.
6. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. — М.: Нау-
ка, 1973. — 847 с.
7. Волков К.Н. Граничные условия на стенке и сеточная за-
висимость решения в расчетах турбулентных течений на
неструктурированных сетках // Вычислит. методы и про-
граммирование. — 2006. — 7, № 1. — С. 211–223.
8. Wilcox D. C. Turbulence modeling for CFD. — La Canada:
DCW Industries Inc., 1994. — 460 p.
9. Калиткин Н.Н. Численные методы: Уч. пособие. — М.:
Наука, 1978. — 512 с.
10. Hu J., Tsai H.L. Heat and mass transfer in gas metal arc wel-
ding. Pt II: The metal // Int. J. Heat and Mass Transfer. —
2007. — 50. — P. 808–820.
A mathematical model is proposed, describing formation of a film of molten metal at the tip of sprayed anode-wire
under the conditions of plasma-arc spraying of coatings. Numerical analysis of the influence of spraying mode parameters
on the position of molten wire tip relative to plasma jet axis, thickness of liquid interlayer contained on the wire tip,
temperature and velocity of metal flow in it was performed.
Поступила в редакцию 03.10.2011
Международная конференция
«Ti-2012 в СНГ»
22–25 апреля 2012 г. Казань, Россия
18 ноября 2011 г. состоялось заседание Совета директоров ЗАО «Межгосударственная ассоциация
«Титан».
Собрание проходило в ФГУП ВИАМ, г. Москва. Были рассмотрены вопросы текущей деятельности
aссоциации, а также принято решение о проведении очередной ежегодной международной конфе-
ренции «Ti-2012 в СНГ» с 22 по 25 апреля 2012 г. в Казани.
Контакты: www.titan-association.com
8 12/2011
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103013 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:57:15Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Харламов, М.Ю. Кривцун, И.В. Коржик, В.Н. Петров, С.В. 2016-06-13T08:00:08Z 2016-06-13T08:00:08Z 2011 Формирование пленки жидкого металла на торце проволоки- анода при плазменно-дуговом напылении / М.Ю. Харламов, И.В. Кривцун, В.Н. Коржик, С.В. Петров // Автоматическая сварка. — 2011. — № 12 (704). — С. 3-8. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103013 621.793.74. Предложена математическая модель, описывающая формирование пленки расплавленного металла на торце распыляемой проволоки-анода в условиях плазменно-дугового напыления покрытий. Численно проанализировано влияние параметров режима напыления на положение расплавленного конца проволоки относительно оси плазменной струи, толщину удерживаемой на торце проволоки жидкой прослойки, температуру и скорость течения металла в ней. A mathematical model is proposed, describing formation of a film of molten metal at the tip of sprayed anode-wire under the conditions of plasma-arc spraying of coatings. Numerical analysis of the influence of spraying mode parameters on the position of molten wire tip relative to plasma jet axis, thickness of liquid interlayer contained on the wire tip, temperature and velocity of metal flow in it was performed. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Формирование пленки жидкого металла на торце проволоки- анода при плазменно-дуговом напылении Formation of film of molten metal on wire-anode end in plasmaarc spraying Article published earlier |
| spellingShingle | Формирование пленки жидкого металла на торце проволоки- анода при плазменно-дуговом напылении Харламов, М.Ю. Кривцун, И.В. Коржик, В.Н. Петров, С.В. Научно-технический раздел |
| title | Формирование пленки жидкого металла на торце проволоки- анода при плазменно-дуговом напылении |
| title_alt | Formation of film of molten metal on wire-anode end in plasmaarc spraying |
| title_full | Формирование пленки жидкого металла на торце проволоки- анода при плазменно-дуговом напылении |
| title_fullStr | Формирование пленки жидкого металла на торце проволоки- анода при плазменно-дуговом напылении |
| title_full_unstemmed | Формирование пленки жидкого металла на торце проволоки- анода при плазменно-дуговом напылении |
| title_short | Формирование пленки жидкого металла на торце проволоки- анода при плазменно-дуговом напылении |
| title_sort | формирование пленки жидкого металла на торце проволоки- анода при плазменно-дуговом напылении |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103013 |
| work_keys_str_mv | AT harlamovmû formirovanieplenkižidkogometallanatorceprovolokianodapriplazmennodugovomnapylenii AT krivcuniv formirovanieplenkižidkogometallanatorceprovolokianodapriplazmennodugovomnapylenii AT koržikvn formirovanieplenkižidkogometallanatorceprovolokianodapriplazmennodugovomnapylenii AT petrovsv formirovanieplenkižidkogometallanatorceprovolokianodapriplazmennodugovomnapylenii AT harlamovmû formationoffilmofmoltenmetalonwireanodeendinplasmaarcspraying AT krivcuniv formationoffilmofmoltenmetalonwireanodeendinplasmaarcspraying AT koržikvn formationoffilmofmoltenmetalonwireanodeendinplasmaarcspraying AT petrovsv formationoffilmofmoltenmetalonwireanodeendinplasmaarcspraying |