Некоторые пути снижения потерь присадочного порошка при микроплазменной наплавке
При восстановлении кромок лопаток газотурбинных двигателей с использованием микроплазменной порошковой наплавки неизбежны потери наплавочных материалов. С целью повышения эффективности процесса в настоящей работе методом оценки массы наплавленного валика при последовательном увеличении размеров св...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2013
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103111 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Некоторые пути снижения потерь присадочного порошка при микроплазменной наплавке / К.А. Ющенко, А.В. Яровицын, Д.Б. Яковчук, А.А. Фомакин, В.Е. Мазурак // Автоматическая сварка. — 2013. — № 9 (725). — С. 32-38. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859650496230326272 |
|---|---|
| author | Ющенко, К.А. Мазурак, В.Е. Яровцын, А.В. Яковчук, Д.Б. Фомакин, А.А. |
| author_facet | Ющенко, К.А. Мазурак, В.Е. Яровцын, А.В. Яковчук, Д.Б. Фомакин, А.А. |
| citation_txt | Некоторые пути снижения потерь присадочного порошка при микроплазменной наплавке / К.А. Ющенко, А.В. Яровицын, Д.Б. Яковчук, А.А. Фомакин, В.Е. Мазурак // Автоматическая сварка. — 2013. — № 9 (725). — С. 32-38. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | При восстановлении кромок лопаток газотурбинных двигателей с использованием микроплазменной порошковой
наплавки неизбежны потери наплавочных материалов. С целью повышения эффективности процесса в настоящей
работе методом оценки массы наплавленного валика при последовательном увеличении размеров сварочной ванны
на широкой и узкой подложке исследованы закономерности радиального распределения двухфазных потоков микроплазма-присадочный порошок. Установлено, что экспериментальные данные радиального распределения таких
потоков на поверхности анода имеют удовлетворительную сходимость с нормальным законом распределения.
Методом калориметрирования на двухсекционном водоохлаждаемом аноде оценен коэффициент сосредоточенности
удельного теплового потока микроплазменной дуги для наплавки. Показано, что в области режимов микроплазменной
порошковой наплавки присадочный порошок может вводиться в плоскость изделия с сосредоточенностью до
четырех раз больше, чем удельный тепловой поток дуги, а соотношение между эффективными диаметрами ввода
порошка и пятна нагрева составляет 0,57…0,92. Приведено влияние некоторых конструктивных параметров микроплазмотрона и технологических параметров наплавки на сосредоточенность газопорошкового потока. Установлены
соотношения между шириной валика, диаметром фокусирующего сопла микроплазмотрона и характеристиками
сосредоточенности ввода порошка в сварочную ванну, необходимыми для ограничения потерь присадочного порошка
в пределах 1,44…2,56 % при наплавке на кромки лопаток толщиной менее 3 мм.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:33:56Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.92.04:669.5
НЕКОТОРЫЕ ПУТИ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ
ПРИСАДОЧНОГО ПОРОШКА
ПРИ МИКРОПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКЕ
К. А. ЮЩЕНКО, А. В. ЯРОВИЦЫН, Д. Б. ЯКОВЧУК, А. А. ФОМАКИН, В. Е. МАЗУРАК
ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
При восстановлении кромок лопаток газотурбинных двигателей с использованием микроплазменной порошковой
наплавки неизбежны потери наплавочных материалов. С целью повышения эффективности процесса в настоящей
работе методом оценки массы наплавленного валика при последовательном увеличении размеров сварочной ванны
на широкой и узкой подложке исследованы закономерности радиального распределения двухфазных потоков мик-
роплазма–присадочный порошок. Установлено, что экспериментальные данные радиального распределения таких
потоков на поверхности анода имеют удовлетворительную сходимость с нормальным законом распределения.
Методом калориметрирования на двухсекционном водоохлаждаемом аноде оценен коэффициент сосредоточенности
удельного теплового потока микроплазменной дуги для наплавки. Показано, что в области режимов микроплазменной
порошковой наплавки присадочный порошок может вводиться в плоскость изделия с сосредоточенностью до
четырех раз больше, чем удельный тепловой поток дуги, а соотношение между эффективными диаметрами ввода
порошка и пятна нагрева составляет 0,57…0,92. Приведено влияние некоторых конструктивных параметров мик-
роплазмотрона и технологических параметров наплавки на сосредоточенность газопорошкового потока. Установлены
соотношения между шириной валика, диаметром фокусирующего сопла микроплазмотрона и характеристиками
сосредоточенности ввода порошка в сварочную ванну, необходимыми для ограничения потерь присадочного порошка
в пределах 1,44…2,56 % при наплавке на кромки лопаток толщиной менее 3 мм. Библиогр. 11, табл. 2, рис. 7.
К л ю ч е в ы е с л о в а : микроплазменная порошковая наплавка, кромки лопаток, микроплазмотрон, коэффициент
использования порошка, сосредоточенность двухфазного потока, микроплазма–присадочный порошок
Проведенные в ИЭС им. Е. О. Патона исследо-
вания и практическая апробация процесса мик-
роплазменной порошковой наплавки (сварки) по-
казали надежное обеспечение технологической
прочности при сварке плавлением и последующей
термической обработке, а также высокие служеб-
ные свойства сварных соединений никелевых жа-
ропрочных сплавов с содержанием γ′-фазы более
45 % [1–4]. Микроплазменная порошковая нап-
лавка при ремонте кромок лопаток газотурбинных
двигателей характеризуется: диапазоном эффек-
тивной тепловой мощности дуги 100…650 Вт и
погонной энергии 250…3000 Дж/мм; возмож-
ностью использования присадочного материала,
идентичного по химическому составу материалу
лопатки, например, ЖС32-ВИ, IN738LC, ЖС6У;
надежной защитой зоны ремонта и хорошим фор-
мированием наплавляемого металла. Процесс не
требует предварительного подогрева изделия и в
большинстве случаев — предварительной гомо-
генизации материала лопатки перед наплавкой.
При восстановлении кромок лопаток газотур-
бинных двигателей неизбежны потери наплавоч-
ных материалов, которые в первую очередь оце-
ниваются как разность масс израсходованного
присадочного материала и наплавленного метал-
ла. Сравнительный анализ [5] показал, что при
микроплазменной порошковой наплавке на кром-
ки лопаток толщиной 3,5 мм наблюдается повы-
шенный уровень потерь присадочного материала
по сравнению с аргонодуговой наплавкой. Более
3/4 из них приходится на остаток, не пригодный
к дальнейшему использованию. Приемлемый уро-
вень потерь (≈ 10,5 %) при микроплазменной по-
рошковой наплавке на узкую подложку (кромку
лопатки) толщиной более 3 мм достигался за счет
повторного использования остатков порошка при
коэффициенте использования порошка (КИП)
0,625 после сбора его остатков, просева и про-
сушки. В ходе серийной микроплазменной порош-
ковой наплавки кромок лопаток шириной менее
3 мм [3, 4] установлено, что доля непригодного
к использованию остатка может увеличиваться до
30 % первоначального количества присадочного
материала. Дальнейшее использование таких ос-
татков присадки при наплавке жаропрочных ни-
келевых сплавов с содержанием γ′-фазы более
45 % является нерациональным ввиду последу-
ющего значительного ухудшения качества фор-
мирования валиков. Анализ морфологии поверх-
ности проб порошка после трехкратного исполь-
зования при наплавке показал, что в поле зрения
оптического микроскопа (×50) содержится при-
мерно 50 % окисленных частиц. Вероятно, пос-
© К. А. Ющенко, А. В. Яровицын, Д. Б. Яковчук, А. А. Фомакин, В. Е. Мазурак, 2013
32 9/2013
тепенное накопление таких частиц в дисперсном
присадочном материале и является основной при-
чиной ухудшения сварочно-технологических
свойств присадочного материала.
Таким образом, в случае наплавки на кромки
лопаток толщиной менее 3 мм потери присадоч-
ного порошка, несмотря на повторное его исполь-
зование, значительно возрастают. Ввиду высокой
стоимости присадочных материалов для таких за-
дач требуется дополнительная оптимизация про-
цесса микроплазменной порошковой наплавки.
Основной причиной потерь присадки является
движение ее дисперсных частиц по периферии
столба плазменной дуги и в дальнейшем — уп-
ругий отскок от поверхности наплавляемого из-
делия вне зоны сварочной ванны [6]. Для опти-
мизации траекторий движения присадочного ма-
териала в плазменной дуге рекомендуется при-
менять присадочные порошки с диаметром частиц
меньше 150…200 мкм, вводить их в дугу с ско-
ростью менее 2 м/с под углом к оси плазмотрона
до 40…45°. Ввиду значительной ширины свароч-
ной ванны (18…35 мм) потери присадочного по-
рошка на оптимальных режимах плазменно-по-
рошковой наплавки не превышают 5…8 % [6].
Для наплавки на кромки лопатки толщиной
менее 3 мм целесообразно снизить потери порош-
ка за счет повышения сосредоточенности микроп-
лазменной дуги с вводимой дисперсной присад-
кой, т. е. увеличить ее относительное количество,
попадающее в сварочную ванну. Цель данной ра-
боты — рассмотреть технологические особеннос-
ти фокусировки двухфазных потоков микроплаз-
ма–присадочный порошок, которые обеспечивают
сосредоточенную доставку присадочного матери-
ала через высокотемпературную область микроп-
лазменной дуги в сварочную ванну на узкой под-
ложке шириной менее 3 мм.
В качестве объекта для изучения выбран мик-
роплазмотрон ППС-004 с боковым распределен-
ным вводом присадочного порошка и диаметрами
каналов фокусирующего сопла 2,5 и 4,5 мм. При
данных соплах обеспечивается его стабильная ра-
бота на сварочном токе до 30…50 А. Известно,
что плазмотроны с диаметром канала фокусиру-
ющего сопла 4,0…4,5 мм при плазменно-порош-
ковой наплавке обеспечивают наиболее сосредо-
точенный ввод присадочного порошка в плазмен-
ную дугу [6, 7].
Сосредоточенность подвода присадочного по-
рошка через микроплазменную дугу к плоскости
анода оценивали путем определения массы по-
рошка, попавшего в сварочную ванну при пос-
ледовательном увеличении ее размеров. Ширина
сварочной ванны изменялась с увеличением силы
сварочного тока при постоянной скорости пере-
мещения микроплазменной дуги (рис. 1) в пре-
делах 2…5 мм для узкой подложки (табл. 1) и
4…10 мм для широкой подложки (пластина тол-
щиной 2 мм). При наплавке узкой подложки ва-
лик формировался с углом контакта к ее повер-
Та б л и ц а 1. Удельная масса наплавленного металла Mн
и ширина валика B при наплавке на узкую положку
шириной δ в зависимости от диаметра канала фокусиру-
ющего сопла плазмотрона dф
dф, мм δ, мм I, А B, мм Mн, г/мин
4,5
1,0 11,0 2,0 0,80
1,6 14,0 3,0 1,30
2,0 16,0 4,0 1,80
2,5 19,0 5,0 2,18
2,5
1,0 9,5 2,0 1,66
1,6 13,5 3,0 2,42
2,5 18,0 4,0 2,88
Рис. 1. Зависимость ширины валика B (а), удельной массы наплавленного металла Mн и КИП (б) от силы сварочного тока I
при vн = 2,75 м/ч (расход транспортирующего газа (аргон) 2,5; защитного газа (смесь 90 % Ar + 10 % H2) 7 л/мин; основной
металл — аустенитная нержавеющая сталь): 1 — микроплазмотрон с dпл = 2,5 мм, dф = 4,5 мм; 2 — dпл = 1,8 мм, dф = 2,5
мм; темные значки — наплавка на узкую подложку; светлые — наплавка на широкую подложку
9/2013 33
хности более 90°, т. е. с двухсторонним боковым
усилением. В ходе простого эксперимента при
последовательном увеличении ширины сварочной
ванны в 5 раз были получены зависимости из-
менения удельной массы наплавленного валика
Mн и КИП, характеризующие радиальное расп-
ределение присадочного порошка в плоскости
анода (см. рис. 1). Приведенная выше методика
позволяет исключить влияние упругого отскока
частиц, неизбежное при сборе присадочного по-
рошка в многосекционные улавливатели.
В опытах использовали присадочный порошок
аустенитной нержавеющей стали фракцией
63…160 мкм. Его ориентировочный грануломет-
рический состав такой: –63 мкм — 7 %;
+63…80 мкм — 10 %; +80…100 мкм — 32 %;
+100…125 мкм — 39 %; +125…160 мкм — 12 %.
Производительность подачи присадочного по-
рошка G0 составляла 3,20 г/мин; порошок пода-
вали порционно с интервалом 1 с. Такое удельное
количество присадки во всех опытах обеспечи-
вало стабильное формирование валиков и было
выбрано, исходя из практики наплавки на кромки
лопаток. Экспериментально Mн определяли взве-
шиванием пластины-образца с точностью 0,02 г
до и после наплавки длительностью 1 мин. КИП
определяли как отношение Mн к производитель-
ности подачи порошка G0.
Относительное распределение количества нап-
лавленного металла ΔG/G0 в направлении, пер-
пендикулярном оси наплавленного валика
(рис. 2), рассчитывали по экспериментальным
данным рис. 1, как:
(ΔG/G0)i = (MB
n + 1
– MB
n
) ⁄ (2G0), (1)
где MB
n + 1
, MB
n
— масса наплавленного металла
при последовательном увеличении ширины сва-
рочной ванны; n — номер опыта; i — порядковый
номер распределения. Полученные результаты,
представленные в виде гистограмм на рис. 2,
характеризуют распределение присадочного по-
рошка в микроплазменной дуге на уровне анода
в ходе процесса и показывают предпочтитель-
ность применения при наплавке на узкую под-
ложку микроплазмотронов с dф < 4,5 мм с точки
зрения эффективности использования присадочного
порошка.
Для описания удельного теплового потока дуги
в теории сварочных процессов широко исполь-
зуется нормально-круговой источник тепла, в ко-
тором интенсивность его удельного теплового по-
тока убывает от центра к краям пятна нагрева
по так называемому нормальному закону (расп-
ределению Гаусса). Основные параметры такого
представления определены Н. Н. Рыкалиным [8]
и взаимосвязаны между собой известными соот-
ношениями:
q2(r) = q2me–kr
2
, (2)
Рис. 2. Гистограмма распределения подающегося порошка в направлении, перпендикулярном оси наплавленного валика в
зависимости от параметров микроплазмотрона ППС-004: а — dпл = 2,5 мм, dф = 4,5 мм; б — dпл = 1,8 мм, dф = 2,5 мм
34 9/2013
q2m = k
π
qu,
(3)
r0 = 1
√⎯⎯k
, (4)
dэф = 3,46 ⁄ √⎯⎯k , (5)
где q2(r) — радиальное распределение мощности
теплового потока сварочной дуги в изделие; qu —
эффективная тепловая мощность дуги; q2m —
мощность теплового потока в центре источника
тепла или плотность тепловой энергии в эквива-
лентном пятне нагрева; r — расстояние от центра
источника тепла; k — коэффициент сосредото-
ченности удельного теплового потока; r0 — эк-
вивалентный радиус пятна нагрева, т. е. радиус
круга с равномерным распределением теплового
потока источника, эквивалентный по мощности
нормально-круговому распределению теплового
потока; dэф — эффективный диаметр пятна наг-
рева, т. е. диаметр пятна, через которое проходит
в изделие 95 % удельного теплового потока от
сварочного источника тепла.
В нашем случае интерес представляет уста-
новление соотношений между сосредоточен-
ностью удельного теплового потока микроплаз-
менной дуги для наплавки и сосредоточенностью
ввода присадочного порошка в сварочную ванну.
Приближение экспериментальных гистограмм
(см. рис. 2) к экспоненциальной зависимости и
формы сварочной ванны при типичных режимах
микроплазменной порошковой наплавки к окруж-
ности дает основания предположить соответствие
радиального распределения присадочного матери-
ала в микроплазменной дуге на уровне поверхности
анода (сварочной ванны) нормальному закону. Про-
верку выполняли по методике работы [9] на ос-
новании совмещения данных экспериментальных
гистограмм (рис. 2) с воображаемым двухсекцион-
ным улавливателем порошка, последовательно пе-
ремещающимся с шагом гистограммы вдоль оси
у (рис. 3). Расстояние от 0 до ri (текущего шага
значений гистограммы) соответствовало координа-
те –y, а сумма значений ординат гистограммы
ΔG/G0 от ri до ∞ характеризовала относительную
интенсивность потока порошка в правом сегменте
окружности пятна ввода порошка.
Представление экспериментальных данных гис-
тограмм в виде зависимости G(r) = G2mexp(–kс.пr
2)
показывает удовлетворительную сходимость с
нормальным законом распределения (рис. 3, б),
где kс.п — коэффициент, характеризующий сос-
редоточенность ввода присадочного порошка в
сварочную ванну аналогично коэффициенту сос-
редоточенности удельного теплового потока дуги;
G2m — относительная плотность ввода присадоч-
ного порошка на уровне поверхности анода. Ряд
параметров сосредоточенности ввода присадочно-
го порошка, рассчитанных по экспериментальным
данным, приведен в табл. 2.
Установлено, что уменьшение диаметра канала
фокусирующего сопла микроплазмотрона с 4,5 до
2,5 мм обеспечивает изменение площади эффек-
Т а б л и ц а 2. Характеристики радиального распределения двухфазного потока микроплазма–присадочный порошок
на плоскости анода (расстояние 5 мм от среза фокусирующего сопла)
Определение dф, мм dэф, см kс.п, см
–2 r0, см КИП при B = 2r0 B, см Pост при B = 2r0
Экспериментальное 4,5 1,28 7,24 0,37 0,88 0,74 0,0144
Экспериментальное 2,5 0,62 31,60 0,18 0,84 0,36 0,0256
Расчетное 1,6 0,35 100,00 0,10 0,85 0,20 0,0225
Рис. 3. Схема двухфазного потока микроплазма–присадоч-
ный порошок над двухсекционным улавливателем порошка
(а) и расчетное распределение подающегося порошка по нор-
мальному закону в плоскости анода (б): 1 — dпл = 2,5 мм, dф =
= 4,5 мм; 2 — dпл = 1,8 мм; dф = 2,5 мм; значки — экспери-
ментальные данные; сплошная кривая — моделирование
9/2013 35
тивного пятна ввода порошка с 128,6 до 30,2 мм2,
т. е. фактически в 4 раза. Анализ эксперимен-
тальных (см. рис. 2) и расчетных (см. табл. 2)
данных показывает, что эквивалентному радиусу
пятна ввода порошка r0 соответствуют значения
КИП в диапазоне 0,84…0,88.
Таким образом, для обеспечения высокой эф-
фективности использования присадочного порош-
ка при определенных конструктивных параметрах
микроплазмотрона, в основном задаваемых вели-
чиной dф, необходимо превышение шириной сва-
рочной ванны эквивалентного диаметра пятна
ввода порошка (B ≥ 2r0). В общем виде для нап-
лавки на узкую подложку указанную зависимость
с учетом (4) можно записать как:
B = δ + 2yп ≥ 2r0 = 2
√⎯⎯⎯kс.п
,
(6)
где yп — планируемый боковой припуск при фор-
мировании валика.
При недостаточной сосредоточенности ввода
порошка в сварочную ванну в процессе наплавки
на узкую подложку шириной 1…3 мм можно вы-
делить два граничных случая, снижающих эффек-
тивность процесса микроплазменной порошковой
наплавки:
— увеличенные потери порошка при наплавке
на пониженном токе (рис. 4, а);
— увеличенные боковые припуски наплавлен-
ного валика при наплавке на повышенном токе
(рис. 4, б).
В случае B ≥ 2r0 ожидаемые потери порошка
Pост после двух циклов его использования, рас-
считанные по приведенной ниже зависимости
Pост = (1 – КИП) – (1 – КИП)КИП =
= КИП2 – 2КИП + 1, (7)
будут составлять не более 1,44…2,56 %.
Выявленные закономерности также позволили
спрогнозировать параметры сосредоточенности
ввода порошка на плоскость анода (см. табл. 2),
необходимые для микроплазменной порошковой
наплавки с низкими потерями порошка при ши-
рине сварочной ванны 2 мм.
Коэффициент сосредоточенности удельного
теплового потока k микроплазменной дуги без
подачи порошка, соответствующей условиям эк-
спериментов рис. 2, 3, определяли по методике
работы [9] калориметрированием на двухсекцион-
ном проточном калориметре.
Для данной микроплазменной дуги в диапа-
зоне токов 10…40 А экспериментальные значе-
ния k составляют 5,5…10,5 см–2 (рис. 5). Внешний
вид микроплазменной дуги для наплавки при раз-
личных видах защитного газа и степени ее сжатия
соплами плазмотрона приведен на рис. 6. Для плаз-
менных дуг при плазменно-порошковой наплавке
в диапазоне токов 50…300 А соответствующие зна-
чения k составляют 1,8…2,0 — 4,8…6,5 см–2 [6,
7]. Для микроплазменной дуги для сварки [10],
горящей в аргоне, по данным работы [11], коэф-
фициент сосредоточенности удельного теплового
потока в диапазоне токов 4…25 А составляет
40…150 см–2.
Сравнение экспериментальных данных ради-
ального распределения присадочного порошка в
пятне его ввода и удельного теплового потока
на поверхности анода (см. табл. 2 и рис. 5) по-
казывает, что при микроплазменной порошковой
наплавке соотношение между соответствующими
коэффициентами сосредоточенности находится в
диапазоне 0,96…4,00. В свою очередь соотноше-
ние между эффективными диаметрами ввода по-
рошка и пятна нагрева составляет 0,57…0,92.
Анализ экспериментальных и литературных
данных показывает, что характеристики удельно-
го теплового потока микроплазменной дуги для
Рис. 4. Особенности наплавки на узкую подложку шириной
1 мм при использовании микроплазмотрона с dф = 4,5 мм с
недостаточной сосредоточенностью двухфазного потока
микроплазма–присадочный порошок: а, б — см. в тексте
Рис. 5. Зависимость коэффициента сосредоточенности удель-
ного теплового потока k в анод микроплазменной дуги от
силы сварочного тока: 1 — dпл = 1,8 мм, dф = 2,5 мм, защит-
ный газ 90 % Ar + 10 % H2; 2 — dпл = 1,8 мм, dф = 2,5 мм,
защитный газ Ar; 3 — dпл = 2,5 мм, dф = 4,5 мм, защитный
газ 90 % Ar + 10 % Н2; 4 — dпл = 2,5 мм, dф = 4,5 мм,
защитный газ Ar
36 9/2013
наплавки [3–5] приближены к соответствующим
характеристикам плазменных дуг для плазменно-
порошковой наплавки. Однако задача оптими-
зации сосредоточенности ввода порошка для нап-
лавки кромок лопаток толщиной менее 1,5 мм
(см. табл. 2) требует применения микроплазмот-
ронов, близких по конструктивным параметрам
сопел к плазмотронам для микроплазменной свар-
ки [10]. Полученные закономерности радиального
распределения теплового потока микроплазмен-
ной дуги и присадочного порошка могут быть
использованы для дальнейшей оптимизации кон-
структивных параметров микроплазмотронов с
высокой сосредоточенностью подачи дисперсной
присадки (обеспечение необходимой стабильнос-
ти горения дуги и ведения наплавки, надежности
защиты сварочной ванны).
При микроплазменной порошковой наплавке
кромок лопаток толщиной 1…3 мм потери при-
садки можно снизить за счет не только умень-
шения dф в микроплазмотроне, но и оптимизации
сосредоточенности микроплазменно-порошково-
го потока путем рационального выбора расстоя-
ния от среза фокусирующего сопла до изделия.
Особенностью микроплазменной порошковой
наплавки является то, что при подаче порошка
менее 5 г/мин его пролет как в столбе дуги, так
и в режиме проверки подачи порошка плохо фик-
сируется человеческим глазом.
Для визуальной оценки сосредоточенности по-
тока порошка в режиме проверки работы подачи
порошка использовали его фотографирование на
контрастном фоне (рис. 7). Анализ фотографий
показал, что такой поток сохраняет свою сосре-
доточенность, заданную диаметром канала фоку-
сирующего сопла, на расстоянии до 5…7 мм от
его среза, а затем значительно расширяется. В
этом случае зависимость (6) для указанного рас-
стояния можно дополнить:
Рис. 6. Внешний вид микроплазменной дуги с эффективной
тепловой мощностью 341 Вт при различной степени сжатия
дуги соплами микроплазмотрона: а — dпл = 1,8 мм, dф = 2,5
мм, защитный газ Ar; б — dпл = 1,8 мм, dф = 2,5 мм, защитный
газ 90 % Ar + 10 % H2; в — dпл = 2,5 мм, dф = 4,5 мм,
защитный газ Ar; г — dпл = 2,5 мм, dф = 4,5 мм, защитный газ
90 % Ar + 10 % H2. Расстояние до анода — 5 мм
Рис. 7. Внешний вид потока порошка на выходе из фокусирующего сопла микроплазмотрона в зависимости от диаметра его
канала: а — dф = 2,5 мм; б — dф = 4,5 мм
9/2013 37
B = δ + 2yп ≥ 2r0 = 2
√⎯⎯⎯kс.п
≈ dф.
(8)
С расширением потока на расстоянии более
7 мм от среза фокусирующего сопла существенно
снижается количество порошка, которое может
попасть в сварочную ванну на узкой подложке
шириной 1…3 мм.
Заключение
Рассмотрены технологические особенности фоку-
сировки двухфазных потоков микроплазма–
присадочный порошок, доставляющих присадоч-
ный материал в сварочную ванну через высо-
котемпературную область дуги применительно к
микроплазменной наплавке на кромки лопаток
шириной менее 3 мм. Обоснованы технологичес-
кие рекомендации по выбору диаметра канала фо-
кусирующего сопла и расстояния от микроплаз-
мотрона до изделия в зависимости от ширины
наплавляемой узкой подложки.
Установлена удовлетворительная сходимость
с нормальным законом распределения для ради-
ального распределения двухфазного потока мик-
роплазма–присадочный порошок в пятне его вво-
да на плоскости анода.
Для условий микроплазменной порошковой
наплавки определено соотношение между коэф-
фициентами сосредоточенности удельных пото-
ков присадочного порошка и тепла дуги
(0,96…4,00), а также соотношение между эффек-
тивными диаметрами пятна ввода порошка и пят-
на нагрева (0,57…0,92).
Установлены соотношения между шириной ва-
лика, диаметром фокусирующего сопла микроп-
лазмотрона и характеристиками сосредоточен-
ности ввода порошка в сварочную ванну, необ-
ходимыми для ограничения потерь присадочного
порошка в пределах 1,44…2,56 % при наплавке
кромок лопаток. Показано, что для наплавки на
узкую подложку шириной менее 3 мм требуется
обеспечить коэффициент сосредоточенности
удельного потока порошка в пятне его ввода в
диапазоне 31,6…100 см–2. Полученные законо-
мерности могут быть использованы для дальней-
шей оптимизации конструктивных параметров
микроплазмотронов с высокой сосредоточен-
ностью подачи дисперсной присадки.
1. Савченко В. С., Ющенко К. А., Саволей Н. И. Особеннос-
ти сварки высоконикелевых дисперсионно-твердеющих
жаропрочных сплавов и ремонта изготовляемых из них
изделий // Автомат. сварка. — 1993. — 10. — С. 31–33.
2. Yushchenko K. A., Cherviakova L. V., Nakonechny A. A.
High-strength repairs of IN738LC blades and vanes. — S.l.,
S.a. — 12 p. — (Intern. Inst. of Welding; Doc. XII-1724-
02–2002).
3. Разработка технологии восстановления торцов бандаж-
ных полок рабочих лопаток ТВД авиационного двигате-
ля Д18Т методом микроплазменной порошковой наплав-
ки / К. А. Ющенко, В. С. Савченко, А. В. Яровицын и др.
// Автомат. сварка. — 2010. — № 8. — С. 25–29.
4. Ющенко К. А., Яровицын А. В. Совершенствование тех-
нологии восстановления верхней бандажной полки рабо-
чих лопаток авиационного ГТД // Проблеми ресурсу і
безпеки експлуатації конструкцій споруд та машин: Зб.
наук. ст. — К.: ІЕЗ ім. Є. О. Патона, 2012. — С. 506–509.
5. Особенности малоамперной аргонодуговой и микроп-
лазменной порошковой наплавки на узкую подложку /
А. В. Яровицын, К. А. Ющенко, А. А. Наконечный, И. А.
Петрик // Автомат. сварка. — 2009. — № 6. — С. 37–42.
6. Гладкий П. В., Переплетчиков Е. Ф., Рябцев И. А. Плаз-
менная наплавка. — Киев: Екотехнологія, 2007. — 292 с.
7. Сом А. И. Новые плазмотроны для плазменно-порошко-
вой наплавки // Автомат. сварка. — 1999. — № 7. —
С. 44–48.
8. Рыкалин Н. Н. Расчеты тепловых процессов при сварке.
— М.: Машгиз, 1951. — 296 c.
9. Демьянцевич В. П., Михайлов Н. П. Исследование расп-
ределения тепла микроплазменной дуги при смещении
центра пятна нагрева с оси стыка // Свароч. пр-во. —
1973. — № 6. — С. 1–3.
10. Микроплазменная сварка / Б. Е. Патон, В. С. Гвоздецкий,
Д. А. Дудко и др. — Киев: Наук. думка, 1979. — 248 с.
11. Демьянцевич В. П. Михайлов Н. П. Взаимодействие мик-
роплазменной дуги с нагреваемым телом // Свароч. пр-
во. — 1973. — № 8. — С. 2–4.
Поступила в редакцию 26.04.2013
38 9/2013
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103111 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:33:56Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ющенко, К.А. Мазурак, В.Е. Яровцын, А.В. Яковчук, Д.Б. Фомакин, А.А. 2016-06-13T19:37:44Z 2016-06-13T19:37:44Z 2013 Некоторые пути снижения потерь присадочного порошка при микроплазменной наплавке / К.А. Ющенко, А.В. Яровицын, Д.Б. Яковчук, А.А. Фомакин, В.Е. Мазурак // Автоматическая сварка. — 2013. — № 9 (725). — С. 32-38. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103111 621.791.92.04:669.5 При восстановлении кромок лопаток газотурбинных двигателей с использованием микроплазменной порошковой наплавки неизбежны потери наплавочных материалов. С целью повышения эффективности процесса в настоящей работе методом оценки массы наплавленного валика при последовательном увеличении размеров сварочной ванны на широкой и узкой подложке исследованы закономерности радиального распределения двухфазных потоков микроплазма-присадочный порошок. Установлено, что экспериментальные данные радиального распределения таких потоков на поверхности анода имеют удовлетворительную сходимость с нормальным законом распределения. Методом калориметрирования на двухсекционном водоохлаждаемом аноде оценен коэффициент сосредоточенности удельного теплового потока микроплазменной дуги для наплавки. Показано, что в области режимов микроплазменной порошковой наплавки присадочный порошок может вводиться в плоскость изделия с сосредоточенностью до четырех раз больше, чем удельный тепловой поток дуги, а соотношение между эффективными диаметрами ввода порошка и пятна нагрева составляет 0,57…0,92. Приведено влияние некоторых конструктивных параметров микроплазмотрона и технологических параметров наплавки на сосредоточенность газопорошкового потока. Установлены соотношения между шириной валика, диаметром фокусирующего сопла микроплазмотрона и характеристиками сосредоточенности ввода порошка в сварочную ванну, необходимыми для ограничения потерь присадочного порошка в пределах 1,44…2,56 % при наплавке на кромки лопаток толщиной менее 3 мм. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Некоторые пути снижения потерь присадочного порошка при микроплазменной наплавке Some ways of decreasing the losses of filler powder in microplasma surfacing Article published earlier |
| spellingShingle | Некоторые пути снижения потерь присадочного порошка при микроплазменной наплавке Ющенко, К.А. Мазурак, В.Е. Яровцын, А.В. Яковчук, Д.Б. Фомакин, А.А. Производственный раздел |
| title | Некоторые пути снижения потерь присадочного порошка при микроплазменной наплавке |
| title_alt | Some ways of decreasing the losses of filler powder in microplasma surfacing |
| title_full | Некоторые пути снижения потерь присадочного порошка при микроплазменной наплавке |
| title_fullStr | Некоторые пути снижения потерь присадочного порошка при микроплазменной наплавке |
| title_full_unstemmed | Некоторые пути снижения потерь присадочного порошка при микроплазменной наплавке |
| title_short | Некоторые пути снижения потерь присадочного порошка при микроплазменной наплавке |
| title_sort | некоторые пути снижения потерь присадочного порошка при микроплазменной наплавке |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103111 |
| work_keys_str_mv | AT ûŝenkoka nekotoryeputisniženiâpoterʹprisadočnogoporoškaprimikroplazmennoinaplavke AT mazurakve nekotoryeputisniženiâpoterʹprisadočnogoporoškaprimikroplazmennoinaplavke AT ârovcynav nekotoryeputisniženiâpoterʹprisadočnogoporoškaprimikroplazmennoinaplavke AT âkovčukdb nekotoryeputisniženiâpoterʹprisadočnogoporoškaprimikroplazmennoinaplavke AT fomakinaa nekotoryeputisniženiâpoterʹprisadočnogoporoškaprimikroplazmennoinaplavke AT ûŝenkoka somewaysofdecreasingthelossesoffillerpowderinmicroplasmasurfacing AT mazurakve somewaysofdecreasingthelossesoffillerpowderinmicroplasmasurfacing AT ârovcynav somewaysofdecreasingthelossesoffillerpowderinmicroplasmasurfacing AT âkovčukdb somewaysofdecreasingthelossesoffillerpowderinmicroplasmasurfacing AT fomakinaa somewaysofdecreasingthelossesoffillerpowderinmicroplasmasurfacing |