Пiдвищення сталості процесу поверхневого нагріву пластини рухомим плазмовим джерелом
Physico-Technological Institute of Metals and Alloys of the NAS of Ukraine (Kyiv, Ukraine) UDK 533.951.8: 621.74.046 The research carried out in this work is aimed at optimizing the technological schemes and modes of heating metal plates with a concentrated energy source to obtain a flat liquid bath...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
National Academy of Sciences of Ukraine, Physical-Technological Institute of Metals and Alloys of NAS of Ukraine
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/increasing-stability-process-surface-heating-plate-moving-plasma |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Casting Processes |
Репозитарії
Casting Processes| id |
oai:ojs2.localhost:article-22 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Casting Processes |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2023-05-31T05:04:18Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
мікрометалургійна ванна розплаву концентровані джерела енергії плазмове джерело нагріву плазмова дуга прямої дії рідкий метал біметалеві пласкі вироби |
| spellingShingle |
мікрометалургійна ванна розплаву концентровані джерела енергії плазмове джерело нагріву плазмова дуга прямої дії рідкий метал біметалеві пласкі вироби Лихошва, В. П. Надашкевич, Р. С. Шатрава, О. П. Пiдвищення сталості процесу поверхневого нагріву пластини рухомим плазмовим джерелом |
| topic_facet |
мікрометалургійна ванна розплаву концентровані джерела енергії плазмове джерело нагріву плазмова дуга прямої дії рідкий метал біметалеві пласкі вироби micrometallurgical melt bath concentrated energy sources plasma heat source direct arc plasma liquid metal bimetallic flat products |
| format |
Article |
| author |
Лихошва, В. П. Надашкевич, Р. С. Шатрава, О. П. |
| author_facet |
Лихошва, В. П. Надашкевич, Р. С. Шатрава, О. П. |
| author_sort |
Лихошва, В. П. |
| title |
Пiдвищення сталості процесу поверхневого нагріву пластини рухомим плазмовим джерелом |
| title_short |
Пiдвищення сталості процесу поверхневого нагріву пластини рухомим плазмовим джерелом |
| title_full |
Пiдвищення сталості процесу поверхневого нагріву пластини рухомим плазмовим джерелом |
| title_fullStr |
Пiдвищення сталості процесу поверхневого нагріву пластини рухомим плазмовим джерелом |
| title_full_unstemmed |
Пiдвищення сталості процесу поверхневого нагріву пластини рухомим плазмовим джерелом |
| title_sort |
пiдвищення сталості процесу поверхневого нагріву пластини рухомим плазмовим джерелом |
| title_alt |
Increasing the Stability of the Process of Surface Heating of a Plate by a Moving Plasma Source |
| description |
Physico-Technological Institute of Metals and Alloys of the NAS of Ukraine (Kyiv, Ukraine)
UDK 533.951.8: 621.74.046
The research carried out in this work is aimed at optimizing the technological schemes and modes of heating metal plates with a concentrated energy source to obtain a flat liquid bath of melt under conditions of continuous action of the heat source. As well as the search for methods to stabilize the heating process, the uniformity of its parameters in order to use local heat treatment in a new hybrid method of production of bimetallic and multilayer products in a continuous process. The paper presents the results of research on the parameters and conditions of application of the method of surface heating of a metal plate using plasma. The critical and maximum permissible modes of surface heating in an oxidizing medium that satisfy the conditions of the liquid-phase connection during the subsequent pouring of the liquid melt have been studied. The penetration depths of metal surfaces under different processing conditions are determined. Various schemes of realization of this method of local heating are developed, results of experimental researches are presented and the most rational way of uniform and steady surface heating of a metal plate is defined. The optimal heating parameters that increase the stability and uniformity of this process, as well as provide conditions for creating a surface micrometallurgical melt bath of sufficient size and time of its existence - as necessary prerequisites for the entire continuous technological process of bimetallic and multilayer products. To increase the processing speed, as well as to expand the zone of influence of the heat source and increase the productivity of the technological process as a whole - the method of scanning heating is proposed, which consists in superimposing oscillations of the plasmatron with plane-parallel movement of the processed plate. It is shown that plane-parallel scanning makes it possible to increase the stability of the plasma arc combustion process, as well as to obtain a heating zone of different widths, which increases the range of products obtained for the proposed new method of creating bimetallic and multilayer products.
References
1 Paton B. Ye. (2000). Plasmennye technology na rubezhe vekov. (Plasma technologies at the turn of the century). Automaticheskaya svarka. No. 12. P. 3–5. [in Russian]. 2 Bandura A. N., Garkusha I. E., Birka O. V., Makhlai V. A. Modification of structural materials by pulsed plasma flows. / 9-th International conference "Interaction of radiation with a solid", September 20–22, 2011, Minsk, Belarus. [in Russian]. 3 Likhoshva V. P., Nadashkevich R. S. (2017). A new progressive method of producing of bimetal and multilayer products. / Thesis. add. on VI international sience-practical. conf. "Casting, Metallurgy-2017", Zaporizhzhya, pp. 167–168. [in Ukrainian].4 Chabak, Yu. G., Fedun, V. I., Pastukhova, T. V., Zurnadzhi, V.I., Efremenko, V.G., & Berezhnyj, S.P. (2017). Modification of steel surface by pulsed plasma heating. Voprosy Atomnoj Nauki i Tekhniki, (4–110), pp. 97–102.5 Samotugin, S. S., Gagarin V. A., Mazur V. A. (2017). Optimization of the design of a plasmatron for surface modification of steel products. / Bulletin of the Priazovsky State Technical University: coll. scientific works. DVNZ "PDTU". Mariupol, Ed. 35. pp. 104–110. [in Russian].6 Astrelin V. T., Burdakov A. V., Guber N. A., Kovenya V. M. (2001). Modeling of motion and heating of inhomogeneous plasma. Applied mechanics and technical physics. Vol. 42. No. 6. p. 3–18. [in Russian].7 Chigarov V. V., Kondrashov K. A., Makarenko, N. A. Granovskiy N. A. (2007). Plasma arc heating of a flat electrode axially fed into the plasmatron. Automaticheskaya svarka. No. 8, 2007, p. 23–28. [in Russian].8 Plakhovskiy S. I., Tsegelnik E. V., Garin V. O. (2010). Modeling of flows in cathode nodes of plasma equipment when describing an arc with a volumetric energy source. Vestnik dvigatelestroyeniya. No. 1. P. 8–15. [in Russian].9 Shi, J. J., Liu, D. W. and Kong, M.G. (2006). Plasma stability control using dielectric barriers in radio-frequency atmospheric pressure glow discharges. Applied Physics Letters. 89 (8), article 081502, pp. 1–3. Recieved from: https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.233864710 Kim, Sung Je, Heberlein, Joachin, Lindsay, Jon, Peters, John (2010). Methods to evaluate arc stability in plasma arc cutting torches. Journal of Physics D: Applied Physics, Vol. 43, 2010, pp. 505202. https://doi.org/10.1088/0022-3727/43/50/505202 11 Duan, Z., Heberlein, J. (2002). Arc instabilities in a plasma spray |
| publisher |
National Academy of Sciences of Ukraine, Physical-Technological Institute of Metals and Alloys of NAS of Ukraine |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/increasing-stability-process-surface-heating-plate-moving-plasma |
| work_keys_str_mv |
AT lihošvavp increasingthestabilityoftheprocessofsurfaceheatingofaplatebyamovingplasmasource AT nadaškevičrs increasingthestabilityoftheprocessofsurfaceheatingofaplatebyamovingplasmasource AT šatravaop increasingthestabilityoftheprocessofsurfaceheatingofaplatebyamovingplasmasource AT lihošvavp pidviŝennâstalostíprocesupoverhnevogonagrívuplastiniruhomimplazmovimdžerelom AT nadaškevičrs pidviŝennâstalostíprocesupoverhnevogonagrívuplastiniruhomimplazmovimdžerelom AT šatravaop pidviŝennâstalostíprocesupoverhnevogonagrívuplastiniruhomimplazmovimdžerelom |
| first_indexed |
2025-09-24T17:42:35Z |
| last_indexed |
2025-09-24T17:42:35Z |
| _version_ |
1850424278718087168 |
| spelling |
oai:ojs2.localhost:article-222023-05-31T05:04:18Z Increasing the Stability of the Process of Surface Heating of a Plate by a Moving Plasma Source Пiдвищення сталості процесу поверхневого нагріву пластини рухомим плазмовим джерелом Лихошва, В. П. Надашкевич, Р. С. Шатрава, О. П. мікрометалургійна ванна розплаву концентровані джерела енергії плазмове джерело нагріву плазмова дуга прямої дії рідкий метал біметалеві пласкі вироби micrometallurgical melt bath concentrated energy sources plasma heat source direct arc plasma liquid metal bimetallic flat products Physico-Technological Institute of Metals and Alloys of the NAS of Ukraine (Kyiv, Ukraine) UDK 533.951.8: 621.74.046 The research carried out in this work is aimed at optimizing the technological schemes and modes of heating metal plates with a concentrated energy source to obtain a flat liquid bath of melt under conditions of continuous action of the heat source. As well as the search for methods to stabilize the heating process, the uniformity of its parameters in order to use local heat treatment in a new hybrid method of production of bimetallic and multilayer products in a continuous process. The paper presents the results of research on the parameters and conditions of application of the method of surface heating of a metal plate using plasma. The critical and maximum permissible modes of surface heating in an oxidizing medium that satisfy the conditions of the liquid-phase connection during the subsequent pouring of the liquid melt have been studied. The penetration depths of metal surfaces under different processing conditions are determined. Various schemes of realization of this method of local heating are developed, results of experimental researches are presented and the most rational way of uniform and steady surface heating of a metal plate is defined. The optimal heating parameters that increase the stability and uniformity of this process, as well as provide conditions for creating a surface micrometallurgical melt bath of sufficient size and time of its existence - as necessary prerequisites for the entire continuous technological process of bimetallic and multilayer products. To increase the processing speed, as well as to expand the zone of influence of the heat source and increase the productivity of the technological process as a whole - the method of scanning heating is proposed, which consists in superimposing oscillations of the plasmatron with plane-parallel movement of the processed plate. It is shown that plane-parallel scanning makes it possible to increase the stability of the plasma arc combustion process, as well as to obtain a heating zone of different widths, which increases the range of products obtained for the proposed new method of creating bimetallic and multilayer products. References 1 Paton B. Ye. (2000). Plasmennye technology na rubezhe vekov. (Plasma technologies at the turn of the century). Automaticheskaya svarka. No. 12. P. 3–5. [in Russian]. 2 Bandura A. N., Garkusha I. E., Birka O. V., Makhlai V. A. Modification of structural materials by pulsed plasma flows. / 9-th International conference "Interaction of radiation with a solid", September 20–22, 2011, Minsk, Belarus. [in Russian]. 3 Likhoshva V. P., Nadashkevich R. S. (2017). A new progressive method of producing of bimetal and multilayer products. / Thesis. add. on VI international sience-practical. conf. "Casting, Metallurgy-2017", Zaporizhzhya, pp. 167–168. [in Ukrainian].4 Chabak, Yu. G., Fedun, V. I., Pastukhova, T. V., Zurnadzhi, V.I., Efremenko, V.G., & Berezhnyj, S.P. (2017). Modification of steel surface by pulsed plasma heating. Voprosy Atomnoj Nauki i Tekhniki, (4–110), pp. 97–102.5 Samotugin, S. S., Gagarin V. A., Mazur V. A. (2017). Optimization of the design of a plasmatron for surface modification of steel products. / Bulletin of the Priazovsky State Technical University: coll. scientific works. DVNZ "PDTU". Mariupol, Ed. 35. pp. 104–110. [in Russian].6 Astrelin V. T., Burdakov A. V., Guber N. A., Kovenya V. M. (2001). Modeling of motion and heating of inhomogeneous plasma. Applied mechanics and technical physics. Vol. 42. No. 6. p. 3–18. [in Russian].7 Chigarov V. V., Kondrashov K. A., Makarenko, N. A. Granovskiy N. A. (2007). Plasma arc heating of a flat electrode axially fed into the plasmatron. Automaticheskaya svarka. No. 8, 2007, p. 23–28. [in Russian].8 Plakhovskiy S. I., Tsegelnik E. V., Garin V. O. (2010). Modeling of flows in cathode nodes of plasma equipment when describing an arc with a volumetric energy source. Vestnik dvigatelestroyeniya. No. 1. P. 8–15. [in Russian].9 Shi, J. J., Liu, D. W. and Kong, M.G. (2006). Plasma stability control using dielectric barriers in radio-frequency atmospheric pressure glow discharges. Applied Physics Letters. 89 (8), article 081502, pp. 1–3. Recieved from: https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.233864710 Kim, Sung Je, Heberlein, Joachin, Lindsay, Jon, Peters, John (2010). Methods to evaluate arc stability in plasma arc cutting torches. Journal of Physics D: Applied Physics, Vol. 43, 2010, pp. 505202. https://doi.org/10.1088/0022-3727/43/50/505202 11 Duan, Z., Heberlein, J. (2002). Arc instabilities in a plasma spray Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України (Київ, Україна) УДК 533.951.8: 621.74.046 Дослідження, які проведено в цій роботі, спрямовані на оптимізацію технологічних схем та режимів нагрівання металевих пластин концентрованим джерелом енергії для отримання пласкої рідкої ванни розплаву в умовах безперервної дії джерела нагріву. А також пошуку методів стабілізації процесу нагрівання, рівномірності його параметрів з метою використання локальної термічної обробки у новому гібридному способі виробництва біметалічних та багатошарових виробів в умовах безперервного технологічного процесу. В роботі представлено результати досліджень параметрів та умов застосування методу поверхневого нагріву металевої пластини за допомогою плазми. Досліджено критичні та максимально допустимі режими нагрівання поверхні в окислювальному середовищі, що задовольняють умови рідкофазного з’єднання при подальшому заливанні рідкого розплаву. Визначено глибини проплавлення металевих поверхонь за різних умов обробки. Розроблено різні схеми реалізації даного методу локального нагріву, представлено результати експериментальних досліджень та визначено найбільш раціональний спосіб рівномірного та сталого поверхневого нагріву металевої пластини. Визначено також оптимальні параметри нагріву, що підвищують сталість та рівномірність цього процесу, а також забезпечують умови створення поверхневої мікрометалургійної ванни розплаву достатніх розмірів та часу її існування – як необхідних передумов для протікання всього безперервного технологічного процесу виробництва біметалічних та багатошарових виробів. Для збільшення швидкості обробки, а також для розширення зони впливу джерела нагріву та підвищення продуктивності технологічного процесу в цілому – у роботі запропоновано метод скануючого нагріву, що полягає в накладанні коливань плазмотрона з плоскопаралельним переміщенням пластини, що оброблюється. У роботі показано, що плоскопаралельне сканування дає можливість підвищити сталість процесу горіння плазмової дуги, а також отримувати зону нагрівання різної ширини, що збільшує номенклатуру виробів, які отримуються для запропонованого вище нового методу створення біметалічних та багатошарових виробів. Список літератури 1 Патон Б. Є. Плазменные технологии на рубеже веков. Автоматическая сварка. 2000. № 12. С. 3–5. Отримано з: https://patonpublishinghouse.com/rus/journals/as/2000/12 2 Бандура А. Н., Гаркуша И. Е., Бирка О. В., Махлай В. А. Модификация конструкционных материалов импульсными плазменными потоками. / 9-ая Международная конференция «Взаимодействие излучений с твердым телом», 20–22 сентября 2011 г., Минск, Беларусь. Отримано з: https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/46/045/46045... 3 Лихошва В. П., Надашкевич Р. С. Новий прогресивний метод отримання біметалевих і багатошарових виробів. / Тез. доп. на VI міжнар. наук.-практ. конф. «Литье, Металлургия-2017», Запоріжжя, 2017. С. 167–168. Отримано з: https://nmetau.edu.ua/file/lite_metallurgiya_2017.pdf 4 Chabak, Yu. G., Fedun, V. I., Pastukhova, T. V., Zurnadzhi, V. I., Efremenko, V. G., & Berezhnyj, S. P. (2017). Modification of steel surface by pulsed plasma heating. Voprosy Atomnoj Nauki i Tekhniki, (4–110), 97–102. Reсieved from https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=RN:48093565 5 Самотугін, С. С., Гагарін В. А., Мазур В. А. Оптимизация конструкции плазмотрона для поверхностной модификации стальных изделий. / Вісник Приазовського державного технічного університету : зб. наукових праць ДВНЗ «ПДТУ». Маріуполь, 2017. Вип. 35. С. 104–110. Отримано з: http://eir.pstu.edu/handle/ 123456789/16697 6 Астрелін В. Т., Бурдаков А. В., Губер Н. А., Ковеня В. М. Моделирование движения и нагрева неоднородной плазмы. Прикладная механика и техническая физика. 2001. т. 42. № 6. с. 3–18. Отримано з: https://www.sibran.ru/upload/iblock/b9d/b9d67a9fe0df510b1926cdfed949ab22... 7 Чігарьов В. В., Кондрашов К. А., Макаренко Н. А., Грановський Н. А. Нагрев плазменной дугой плоского электрода, аксиально подаваемого в плазмотрон. Автоматическая сварка, № 8, 2007, с. 23–28. Отримано з: https://patonpublishinghouse.com/ ukr/journals/as/2007/08/00 8 Плаховський С. И., Цегельник Е. В., Гарін В. О. Моделирование течений в катодных узлах плазменного оборудования при описании дуги объемным источником энергии. Вестник двигателестроения. 2010. №1. с. 8–15. Отримано з: https://cyberleninka.ru/article/n/modelirovanie-techeniy-v-katodnyh-uzla...opisanii-dugi-obemnym-istochnikom-energii/viewer 9 Shi, J. J., Liu, D. W. and Kong, M.G. Plasma stability control using dielectric barriers in radio-frequency atmospheric pressure glow discharges. Applied Physics Letters. 2006. 89 (8), article 081502, pp. 1–3. Reсieved from: https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.233864710 Kim, Sung Je, Heberlein, Joachin, Lindsay, Jon, Peters, John Methods to evaluate arc stability in plasma arc cutting torches. Journal of Physics D: Applied Physics, Vol. 43, 2010, pp. 505202. https://doi.org/10.1088/0022-3727/43/50/50520211 Duan, Z., Heberlein, J. Arc instabilities in a plasma spray torch. J Therm Spray Tech 11, 44–51 (2002). https://doi.org/10.1361/105996302770348961 National Academy of Sciences of Ukraine, Physical-Technological Institute of Metals and Alloys of NAS of Ukraine 2023-05-28 Article Article application/pdf https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/increasing-stability-process-surface-heating-plate-moving-plasma 10.15407/plit2022.02.016 Casting processes; Casting processes №2 (148) 2022 Процеси лиття; Процеси лиття №2 (148) 2022 2707-1626 0235-5884 uk https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/increasing-stability-process-surface-heating-plate-moving-plasma/24 Авторське право (c) 2023 В. П. Лихошва, Р. С. Надашкевич, О. П. Шатрава https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |