СПОСОБЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ

пособие / Е.А. Пучин, А.В. Коломейченко, В.Н. Коренев [и др.]. - Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2012. - 96 с.

17. Зайцев С.А. Агротехническая оценка упрочненных газопламенным напылением лап культиваторов / Коломейченко А.В., Зайцев С.А. // Труды ГОСНИТИ. Доклады молодых ученых на 1 Конференции молодых ученых и специалистов Отделения механизации, электрофикации и автоматизации РАСХН, прошедшей 6-7 июня 2012 года в ГНУ ГОСНИТИ г. Москва по тематике «Научное обеспечение инновационных процессов в агропромышленной сфере»- 2013. - Том 111. Часть 1. -С.99-103.

18. Зайцев С.А. Теоретическое обоснование повышения износостойкости покрытия упрочненных лап культиватора газопламенным напылением механической смесью порошков / Зайцев С.А // Известия ОрелГТУ. Серия Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2009. - №2/274(560). - С. 46-49

19. Зайцев, С.А. Теоретические исследования химических процессов при упрочнении газопламенным напылением рабочих поверхностей лап культиваторов / Коломейченко А.В., Зайцев С.А., Коношина С.Н.// Труды ГОСНИТИ. - Т. 123. 2016. - С. 191-199.

20. Зайцев, С.А. Методика определения ударной вязкости лап культиватора упрочненных газопламенным напылением / Зайцев С.А.// Труды ГОСНИТИ. - Т. 123. 2016. - С. 187-190.

21. Зайцев, С.А. Разработка технологического процесса упрочнения лап культиватора газопламенным напылением с оплавлением покрытия / Зайцев С.А., Багринцев О.О., Харин М.В., Мурлыкин Р.Ю.// Сетевой научный журнал Орел ГАУ. №1(6). - Орел. -2016. С. 135-138.

22. Кугель Р.В. Ускоренные ресурсные испытания в машиностроении. - М.: Знание, 1969. - 134с.

23. Статические методы обработки эмпирических данных. - М.: Издательство стандартов. 1978. - 254с.

УДК 621.824.004.67

СПОСОБЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ

МЕТАЛЛИЗАЦИИ

Измалков А.А., Писарев Д.О., магистранты 2 курса направления подготовки 35.03.06 «Агроинженерия» Гнеушев А.В., Пронин А. В., Авдеев К.А., магистранты 1 курса направления подготовки 35.03.06 «Агроинженерия» ФГБОУ ВО Орловский ГАУ

АННОТАЦИЯ

В работе приводятся краткие сведения о способах совершенствования технологии электродуговой металлизации и улучшения характеристик ЭДМ-покрытий. Рассматриваются основные недостатки технологии электродуговой металлизации и возможные пути их устранения.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

Адгезионно-когезионная прочность, сверхзвуковое сопло металлизатора, аэрозольное флюсование, окислительный потенциал.

ABSTRACT

The paper summarizes the information about how to improve the arc spraying technology and improve the EDM-performance coatings. The main disadvantages of arc spraying technology and possible ways to address them.

KEYWORDS

Adhesive-cohesive resistance, supersonic nozzle of metal sprayer, aerosol fluxing, oxidation potential.

Электродуговая металлизация (ЭДМ) по стоимости обработки и производительности предпочтительнее других способов нанесения покрытий. ЭДМ имеет широкие возможности по сравнению со всеми известными методами нанесения металлопокрытий. Однако процесс ЭДМ имеет и недостатки, такие как широкий факел распыла, скорость диспергированного металла в гетерофазном потоке и высокое содержание кислорода в распыляемом металле [1]. Это снижает коэффициент использования материала и качество получаемых покрытий. Покрытия, нанесенные ЭДМ, обладают высокой пористостью, и низкой адгезионной прочностью [11]. Следовательно, актуальной задачей является улучшение характеристик ЭДМ-покрытий, что позволит расширить область применение этого процесса.

Несмотря на обширный объем выполненных исследований по модернизации ЭМ за исторический период ее использования (более 100 лет) эти проблемы остаются до конца в совершенстве не решенными [12].

Для решения этих задач, в Федеральном государственном бюджетном научном учреждении « Государственный научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации тракторов и сельскохозяйственных машин» (ФГБНУ ГОСНИТИ) разработаны две модели сверхзвуковых металлизаторов - ЭДМ-10ШД (станочный) и ЭДМ-9ШД (ручной), которые по объективным показателям представляют собой новое поколение ЭМ-техники.

Разработчики преследовали цель, достичь сверхзвуковое истечение металловоздушного потока и сужение угла факела распыла, добиваясь повышения физико-механических свойств покрытий без использования сложных устройств активации дуги, т.е. сжигания углеводородного топлива или горючих газов.

В процессе исследований в ФГБНУ ГОСНИТИ был произведен газодинамический расчет истечения воздушной струи через профилированное сопло (рисунок 1) [2, 4].

1. Исходные данные для расчета:

Po - полное давление в магистрали (кг/см2);

Fкp - минимальное проходное сечение при истечении газа (см2);

^ - коэффициент расхода сопла (^=0,85...0,9);

^ - температура воздуха ^о « 290 оК);

R - газовая постоянная (для воздуха R=29,3);

K - показатель адиабаты ^=1,4);

А - коэффициент истечения ^ « 0,023 1/ф;

g = 9,8 м/с2.

Рисунок 1 - Сверхзвуковое сопло металлизатора ЭДМ-10ШД

2. Расчет скорости звука или критической скорости газа при сверхзвуковом истечении из сопла:

С = = л/1,4  9,8 • 29,3 • 290 = 340 м / с.

Это условие выполняется при соотношениях давлений в ресивере

Р Р

и окружающей среды PН: —— > 1,89 . Если — < 1,89 - истечение дозвуковое и расчет

РН РН

проводится по другим зависимостям.

В обычно применяемых схемах (рис. 1) должно обеспечиваться соотношение

р

> 1,5...2. При невыполнении этого условия возникающие потери приводят к

РКР

снижению полного давления РО на 20...30% из-за потери энергетики при переходе сверхзвукового течения в дозвуковое.

Рассмотрим параметры сечения FвХ. В штуцере оно составляет: FВХ=0,785•7,52=44 мм2.

Проходное сечение в сопле Fкp с учетом затенения электродной проволокой 0

2мм:

Fкp=0,785•72 - 27=24.5мм2.

р 44

Имеем соотношение: = = 1,8, что удовлетворяет нормальным условиям

работы сопловой системы. Расход воздуха:

к— —

О = л  А  Р0  ^ = 0,85  0,023  7  0,245 = 0,0335 — « 33-.

с с

В связи с конструктивными особенностями сопла ЭДМ-10ШД (расположение в нем электродной проволоки) течение газа в сопле изменяется от звукового (при FКР=24,5мм2) до сверхзвукового, так как в выходном сечении имеем Fа=0,785•72=38,5мм2

С использованием таблиц газодинамических функций получаем:

р 24 5

q(Л)= д(Л) = = 245 = 0,63 , откуда Л=1,6.

Vа=340•1,6=540 м/с (без учета теплоподвода за счет горения дуги) Данный расчет сверхзвуковой скорости воздушной струи из сопла выполнен без учета теплоподвода от электрической дуги. Сверхзвуковая скорость Vа=540 м/сек -холодного воздуха.

Также в ФГБНУ ГОСНИТИ были проведены экспериментальные исследования функции зависимости адгезионно-когезионной прочности ЭМ - покрытий от дистанции металлизации при сверхзвуке и в дозвуковом режиме.

Оптимальным значением дистанции сверхзвуковой металлизации был принят максимальный результат адгезионно-когезионной прочности ЭМ - покрытий [12].

При дозвуковой металлизации Нд принималась 120 мм, при сверхзвуковой Нс скорректирована до 160 мм.

Сравнительные лабораторные испытания сверхзвукового металлизатора ЭДМ-10ШД показали при дистанции металлизации 160 мм, повышение адгезионно-когезионной прочности на 25%, плотности покрытия на 23%, коэффициента использования присадочного материала на 15% по сравнению с дозвуковым уровнем истечения воздушной струи [4].

Для решения проблемы снижения окислительного потенциала при ЭДМ и повышения физико-механических свойств покрытий в ФГБНУ ГОСНИТИ был разработан метод аэрозольного флюсования [4, 6, 7].

Сущность аэрозольного флюсования (АФ) заключается в том, что в факел диспергированного металла при ЭМ, вводится аэрозоль, представляющую собой водный раствор различных веществ [14].

Для экспериментальных исследований по АФ проводимых в ФГБНУ ГОСНИТИ использовали оборудование, представленное на рисунке 2.

Рисунок 2 - Электродуговой металлизатор ЭДМ-10ШД в работе с гидродиспергатором для АФ: 1 - гидродиспергатор; 2 - металлизатор ЭДМ-10ШД; 3 -

фильтр для очистки сжатого воздуха

Гидродиспергатор представляет собой стальной цилиндр, в котором с помощью подаваемого в металлизатор воздуха, диспергируется (измельчается) до тумановидного состояния водного раствора флюса. В этом виде, как показано на рисунке гетерофазный поток направляется в электрическую цепь дугу металлизатор, где и происходит термодиссоциация растворенных веществ и другие фазовые превращения [8].

При растворении веществ в воде происходит их предварительная диссоциация, например:

Na2CO3 + H2O о NaHCO3 + NaOH

Попадая в зону высокой температуры электрической дуги и факела диспергированного металла, предварительно диссоциированный карбонат натрия подвергается термической диссоциации.

NaHCOз ^ Na + ОН + ^

2^2 ^ 2СО + О2

FeO + ^ = Fe + №

2СО ^ 2С + О2

Далее, контактируя с расплавленным железом, образуются твердые фазы:

Fe + C ^ FeC

2Fe + С ^ Fe2C

Таким образом, в процессе АФ происходит карботермический процесс и упрочнения. При АФ могут использоваться и другие составы веществ, для получения аналогичного эффекта [8, 9, 10].

Известно [3], что температура в контакте частицы расплавленного металла при ее соударении с подложкой характеризует энергетическое состояние атомов

T=f(Tп, Тк, Ек, Ег),

где ^ - температура подложки;

Тк - температура капли металла;

Ек - кинетическая энергия капли металла;

ЕГ - кинетическая энергия гетерофазного потока.

Поэтому для получения эффекта увеличения прочности сцепления покрытия с подложкой, как и частиц в покрытии, необходимо увеличить Т и Е. Это подтверждается работами В.В. Кудинова по исследованию взаимодействия с подложкой отдельной частицы, из которых следует, что прочность сцепления в основном можно повышать

путем увеличения температуры частицы металлов в контакте с подложкой и скорости V частиц [5].

Увеличение адгезионно-когезионной прочности ЭМ - покрытия за счет карботермического (С) металлотермического раскисления железа - это первая решаемая задача с помощью аэрозольного флюсования.

Использование аэрозольного флюсования при ЭМ обеспечивает увеличение адгезионно-когезионной прочности на 25.30%, повышение микротвердости до 40%, снижение пористости на 20.25%.

Второе назначение метода АФ - легирование металлизируемого слоя с целью увеличения его прочности, твердости и износостойкости. Это достигается применением дополнительных веществ для приготовления аэрозоли, содержащих бор, азот, хром [16, 17, 18]. Также исследования проводимые в ФГБНУ ГОСНИТИ показали, что наиболее высокие показатели свойств покрытий были получены при применении флюса с составом Na2CO3, Na3AlF6, Na2B4O7.

Еще одним из перспективных методов совершенствования технологии ЭДМ является модернизация составов материалов для нанесения износостойких покрытий методом ЭДМ. Он заключается в увеличение контактной температуры за счет повышения теплосодержания напыляемых частиц в результате улучшения условий нагрева, применения частиц композиционных порошков с внутренними источниками тепла, дополнительного энерговложения в зону формирования покрытия при одновременном обеспечении получения в напыляемом покрытии структурных составляющих, обеспечивающих их высокую износостойкость в конкретных условиях эксплуатации [21].

На кафедре Оборудования и технологии сварочного производства Государственное высшее учебное заведение «Приазовский государственный технический университет» (ГВУЗ «ПГТУ») проводился комплекс научно-исследовательских работ по разработке и модернизации составов порошковых проволок для нанесения износостойких покрытий методом ЭДМ. Решение поставленных задач было достигнуто путем введения в состав шихты порошковой проволоки компонентов, которые при относительно невысокой стоимости и доступности обеспечивают повышение теплосодержания частиц на стадии их формирования и транспортировки к напыляемой поверхности [21].

В качестве материала для напыления применялась порошковая проволока STEELCORED М8 TUV:T462MM1H5 (Австрия) и комбинация совместного распыления проволок из стали (СВ-08А) и алюминия АД1.

В результате исследований проведенных на кафедре Оборудования и технологии сварочного производства ГВУЗ «ПГТУ» было выявлено, что покрытия из разработанных составов порошковых проволок обеспечивают износостойкость на уровне покрытий из дорогостоящих порошков металлов и нанесенных методом электродуговой металлизации, значительно превышают износостойкость покрытий, нанесенных проволоками сплошного сечения из сплавов типа Х20Н80, 10Х16Н25АМ, обеспечивают высокую прочность сцепления покрытия с подложкой (адгезионную прочность) и невысокую себестоимость покрытий.

Выводы

1. Применение сверхзвукового металлизатора ЭДМ-10ШД позволяет повысить адгезионно-когезионную прочность на 25%, плотность покрытия на 23%, коэффициент использования присадочного материала на 15% по сравнению с дозвуковым уровнем истечения воздушной струи.

2. Использование аэрозольного флюсования при ЭМ обеспечивает увеличение адгезионно-когезионной прочности на 25.30%, повышение микротвердости до 40%, снижение пористости на 20.25%.

3. Увеличение контактной температуры можно достигнуть путем применения порошковых проволок в состав которых включены частицы композиционных порошков с внутренними источниками тепла и дополнительного энерговложения в зону формирования покрытия. Покрытия, полученные данным способом, обладают высокой

износостойкостью, обеспечивают высокую прочность сцепления покрытия с подложкой (адгезионную прочность) и имеют невысокую себестоимость.

4. Из анализа литературных данных выявлено что, для улучшения свойств покрытий получаемых при ЭДМ наиболее целесообразно применять аэрозольное флюсование. Также анализ показал, что наиболее высокие показатели свойств покрытий были получены при применении флюса с составом Na2CO3, Na3AlF6, Na2B4O7. Однако исследования по варьированию данных компонентов в воде не проводились, в связи, с чем предлагается подобрать состав водного раствора и режимы формирования ЭДМ-покрытия применяемого для восстановления изношенных деталей.

Библиография:

1. Повышение физико-механических свойств покрытий, нанесенных методом электродуговой металлизации / Драганюк М.Н. // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2015. Т. 1. № 11. С. 60-62.

2. Совершенствование оборудования и технологии при электродуговой металлизации / Коломейченко А.В., Логачев В.Н., Литовченко Н.Н. // Образование, наука и производство. 2015. №4 (13). С. 27-32.

3. Пат. 2385452 Российская Федерация, G01 L9/02.. Прибор для измерения давления гетерофазного потока / Р.Ю. Соловье, Н.Н. Литовченко, Б.И. Петряков. № 2007134522/28; заявл. 18.09.2007; опубл. 27.03.2010; бюл. № 9. 5 с.

4. Электродуговая металлизация: пути совершенствования оборудования и технологии / Логачев В.Н., Литовченко Н.Н. // Труды ГОСНИТИ. 2014. Т. 117. С. 228234.

5. Влияние перегрева напыляемых частиц и окисных пленок на поверхности металлических подложек на тепловые процессы между частицей и подложкой при напылении / Кузенков В.В. и др. // «Физика и химия обработки материалов» №6, 1979 г.

6. Пути совершенствования оборудования и технологии электродуговой металлизации / Литовченко Н.Н., Логачев В.Н. // Тракторы и сельхозмашины. 2013. №11. С. 52-54.

7. Метод аэрозольного флюсования при электродуговой металлизации / Воробьев П.А., Юсим М.Ю., Литовченко Н.Н., Денисов В.И. // Труды ГОСНИТИ. - Том 101. Москва. 2008. С 201-204.

8. Влияние скорости истечения гетерофазного потока на физико-механические свойства электрометаллизационного потока / Н.Н. Литовченко, Б.И. Петряков, А.А. Толкачев, С.А. Блохин // Сварочное производство. 2013. №6. С. 43-47.

9. Восстановление деталей электродуговой металлизацией / Литовченко И.Н., Денисов В.И., Воробьев П.А., Юсим М.Ю. // Техника в сельском хозяйстве. 2008. № 2. С. 28-32

10. Влияние воздушного потока на качество электродугового напыления / Гусев В.М., Буклаков А.Г. // Управление качеством в нефтегазовом комплексе. 2010. Т. 3. С. 34-38.

11. Способ измерения давления гетерофазного потока при сверхзвуковой электродуговой металлизации / Денисов В.И., Литовченко Н.Н., Логачев В.Н., Толкачев А.А. // Труды ГОСНИТИ. 2016. Т. 122. С. 163-166.

12. Улучшение физико-механических свойств покрытий полученных электродуговой металлизацией / Коломейченко А.В., Кравченко И.Н., Логачев В.Н., Литовченко Н.Н., Пузряков А.Ф. // Строительные и дорожные машины. 2015. № 7. С. 25-29.

13. Активация процесса электродуговой металлизации жидким углеводородным топливом / Денисов В.И., Литовченко Н.Н., Логачёв В.Н., Толкачёв А.А. // Труды ГОСНИТИ. 2015. Т. 120. С. 160-165.

14. Восстановление деталей сельскохозяйственной техники электродуговой металлизацией с аэрозольным флюсованием / Литовченко Н.Н., Логачев В.Н. // Сборник материалов международной научно-практической конференции «Особенности

технического и технологического оснащения современного сельскохозяйственного производства». 2013. С. 210-214.

15. Восстановление и упрочнение деталей машин сельскохозяйственного назначения сверхзвуковым газодинамическим напылением / Коломейченко А.В., Коренев В.Н., Логачев В.Н., Титов Н.В., Семешин А.Л. // Практические рекомендации для руководителей и специалистов инженерно-технических служб АПК. Орел, 2012. -47 с.

16. Использование сверхзвукового электродугового напыления и плазменного электролитического оксидирования для восстановления деталей транспорта / Коломейченко А.В., Логачев В.Н. // Мир транспорта и технологических машин. 2016. №2 (53). С. 9-13.

17. Применение газодинамического напыления и МДО для восстановления с упрочнением деталей сельскохозяйственной техники / Коломейченко А.В., Титов Н.В., Логачев В.Н. // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2013. №2. С. 03-05.

18. Упрочнение подшипниковых и поджимных обойм шестеренных насосов типа НШ-К микродуговым оксидированием, восстановленных сверхзвуковым электродуговым напылением / Логачев В.Н. // Ремонт, восстановление, модернизация. 2013. № 5. С. 18-20.

19. Комбинированные технологии восстановления с упрочнением деталей гидросистем сельскохозяйственной техники / Коломейченко А.В., Титов Н.В., Логачев

B.Н. // Тракторы и сельхозмашины. 2013. №11. С. 46-48.

20. Восстановление корпусов насосов типов НШ и НШ-У пластическим деформированием с упрочнением плазменным электролитическим оксидированием / Логачев В.Н. // Техника и оборудование для села. 2016. № 6. С. 37-39.

21. Из опыта применения электродугового напыления для восстановления и ремонта деталей металлургического оборудования / Роянов В.А., Захарова И.В. // Вюник Приазовського державного техычного уыверситету. Техычш науки. 2015. № 31.

C. 93-97.

22. Восстановление шатунов из алюминиевых сплавов двигателей малогабаритной с.-х. техники / Логачев В.Н. // Труды ГОСНИТИ. 2016. Т. 123. С. 207211.

23. Восстановление шатунов двигателей Briggs&Stratton пайкой с последующим упрочнением МДО / Логачев В.Н., Чернышов Н.С. // Техника и оборудование для села. 2015. № 4. С. 43-44.

24. Технология сосстановления с упрочнением деталей машин на основе применения микродугового оксидирования / Коломейченко А.В., Кравченко И.Н., Пузряков А.Ф., Логачёв В.Н., Титов Н.В. // Строительные и дорожные машины. 2014. № 10. С. 16-21.

25. Восстановление с упрочнением МДО-поршней двигателей Briggs&Stratton / Логачев В.Н. // Труды ГОСНИТИ. 2014. Т. 115. С. 146-149.

УДК 69

ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КУЛЬТИВАЦИОННЫХ СООРУЖЕНИЙ

Ледовской А.В., магистрант 2 курса направления

подготовки 08.04.01 «Строительство» Научный руководитель: к.т.н., доцент Блажнов А.А. ФГБОУ ВО Орловский ГАУ

АННОТАЦИЯ

Теплицы имеют огромное значения в выращивание сельхоз культур. Так как строительство данных сооружений возрастает, необходимо провести исследования, для разработки рациональных культивационных сооружений.