Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Брянск, Брянская область, Россия
Орел, Орловская область, Россия
Орел, Орловская область, Россия
ВАК 05.02.10 Сварка, родственные процессы и технологии
УДК 621.664 Машины ротационного типа с двумя или несколькими сцепляющимися роторами. Шестеренчатые насосы
ББК 345 Общая технология машиностроения. Обработка металлов
Цель исследования: провести оптимизацию дистанции металлизации на сверхзвуковых электродуговых металлизаторах, которые обладают рядом преимуществ в сравнении с до звуковыми металлизаторами и широко используются в настоящее время в машиностроительном и ремонтном производстве, в ремонтных мастерских сельскохозяйственных организаций и фермерских хозяйствах. Задача, решению которой посвящена статья, заключается в определении дистанции металлизации, где достигается максимальная скорость истечения воздушного потока в сверхзвуковом и дозвуковом режиме нанесения покрытий. Измерение скорости воздушного потока проводили с помощью прибора ПДГП-1 в металлизаторах ЭМ-12М и ЭДМ-9ШД. В качестве источника питания применяли выпрямитель постоянного электрического тока с жесткой вольт-амперной характеристикой (ВДУ-506). Новизна работы заключается в установлении рациональных значений дистанции металлизации, при которых обеспечиваются наилучшие физико-механические свойства металлизационных покрытий. В результате исследования определена скорость воздушного потока на удалении от сопла металлизатора и установлено ее максимальное значение. Это позволило скорректировать дистанцию нанесения покрытий с 120 мм при дозвуковой металлизации до 160 мм при сверхзвуковой. Сравнительные лабораторные испытания сверхзвукового металлизатора ЭДМ-9ШД показали, что при дистанции металлизации 160 мм повышается адгезионно-когезионная прочность на 20…25%, плотность покрытия на 18…23% и коэффициент использования присадочного материала на 12…15% по сравнению с дозвуковой скоростью истечения воздушного потока.
металлизатор, дистанция металлизации, воздушный поток, нанесение покрытий
Введение
Несмотря на обширный объем выполненных исследований по электродуговой металлизации, извечные ее проблемы за рубежом и в России – адгезионно-когезионная прочность, плотность покрытия и коэффициент использования присадочного материала остаются до конца нерешенными. За рубежом и у нас пытаются решать эти задачи улучшением конструкции системы истечения воздуха и повышением скорости воздушного потока. В последнее время разрабатываются, усовершенствуются и производятся электродуговые металлизаторы у которых скорость истечения воздушного потока превышает скорость звука. Чтобы формировать покрытия с высокими физико-механическими свойствами, необходима корректировка режимов сверхзвуковой металлизации [1...7].
Оборудование для электродуговой металлизации.
На смену дозвуковым электродуговым металлизаторам таким как ЭМ-14М, ЭДМ-5М, ЭМ-12М, ЭМ-17, ЭМ-19 и др. приходят более совершенные сверхзвуковые металлизаторы ЭДМ-9ШД, ЭДМ-10ШД, ЭДМ-5У и установки С-20-В-ПП, УЭМ-500-ТЛ, ТСЗП SPARK 400 и т.д. Металлизаторы ЭДМ-9ШД (рис. 1) и ЭДМ-10ШД (рис. 2), разработаны в Государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка» (ГНУ ГОСНИТИ), в состав которого в 2003 г. вошел ВНИИТУВИД «Ремдеталь» (в настоящее время ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, г. Москва). Технические характеристики металлизаторов ЭДМ-9ШД и ЭДМ-10ШД представлены в табл. 1.
|
|
|
|
Рис. 1. Сверхзвуковой электродуговой металлизатор ЭДМ-9ШД Fig. 1. Supersonic electric arc metallizer EDM-9SHD
|
Рис. 2. Сверхзвуковой электродуговой металлизатор ЭДМ-10ШД Fig. 2. Supersonic electric arc metallizer EDM-10SHD
|
Таблица 1
Технические характеристики сверхзвуковых электродуговых металлизаторов ЭДМ-9ШД
и ЭДМ-10 ШД
Table 1
Technical characteristics of supersonic electric arc metallizers
EDM-9ShD and EDM-10 SHD
|
Показатель |
Металлизатор ЭДМ-9ШД |
Металлизатор ЭДМ-10ШД |
|
1. Тип металлизатора |
ручной, универсальный |
стационарный (станочный) |
|
2. Производительность, кг/ч |
до 18 |
до 20 |
|
3. Давление сжатого воздуха, МПа |
0,6…0,7 |
0,6…0,7 |
|
4. Расход сжатого воздуха, м3/мин |
2,0 |
2,5 |
|
5. Скорость истечения воздушного потока, м/с |
540 |
540 |
|
6. Мощность дуги, кВт |
9 |
9 |
|
7. Рабочий электрический ток, А |
до 380 |
до 380 |
|
8. Рабочее напряжение дуги, В |
17…40 |
17…40 |
|
9. Диаметр электродной проволоки, мм |
1,6…2,0 |
1,6…2,3 |
|
10. Регулировка скорости подачи электродной проволоки, м/мин |
8,8…14,6 |
8,8…14,6 |
Металлизатор ЭДМ-9ШД состоит из корпуса, внутри которого находится шаговый двигатель привода. Внизу находится рукоятка, через которую проходит трубка подачи сжатого воздуха к распылительной головке. Над последней установлен защитный экран. Электродные проволоки к точке соприкосновения и образования электрической дуги перед выходным соплом подаются через приемные и выходные патрубки, электрически изолированные друг от друга. До захода в приемные патрубки между ними и кассетой с двумя катушками электродная проволока должна проходить через изолирующие от короткого замыкания рукава.
Сварочный ток через силовые кабели и клеммы, имеющие отверстия для болтового крепления, поступает непосредственно на выходные патрубки металлизатора и электродную проволоку. Включение и выключение рабочего режима металлизации может производиться, как нажатием переключателя, расположенного над рукояткой так и через блок управления подключенного к электрическому разъему металлизатора.
Российской научно-производственной фирмой «ТОМ» разработан сверхзвуковой электродуговой металлизатор ЭДМ-5У, впервые продемонстрированный на международной выставке «Россварка-2007». Металлизатор (рис. 3) выполнен на базе стандартного итальянского мотор-редуктора, прост в эксплуатации и не требует частого технического обслуживания [8]. Асинхронный электрический двигатель мощностью 0,25 кВт позволяет металлизатору работать с проволоками диаметром до 3,5 мм. Особая конструкция сверхзвукового воздушного сопла обеспечивает скорость истечения воздушного потока до 500 м/с без добавления горючих элементов. Пульт управления металлизатором оснащен частотным преобразователем для плавного регулирования режимов ЭДМ. Техническая характеристика металлизатора ЭДМ-5У представлена в табл. 2.
Таблица 2
Техническая характеристика металлизатора ЭДМ-5У
Table 2
Technical characteristics of the metallizer EDM-5U
|
Показатель |
Значение |
|
1. Тип металлизатора |
стационарный (на гибкой подвеске – ручной) |
|
2. Производительность, кг/час, по стали |
до 25 |
|
3. Толщина покрытия, мм |
0,2…7,0 |
|
4. Мощность дуги, кВт |
до 24,5 |
|
5. Рабочий электрический ток, А |
до 700 |
|
6. Рабочее напряжение дуги, В |
17…35 |
|
7. Давление сжатого воздуха, МПа |
0,4…0,7 |
|
8. Расход сжатого воздуха, м3/мин (максимальный) |
2,0 |
|
9. Напряжение питающей сети, В |
220 |
|
10. Диаметр электродной проволоки, мм |
1,6…3,5 |
|
11. Номинальная мощность электродвигателя, Вт |
250 |
|
12. Масса металлизатора, кг |
10,2 (без пульта); 13,4 (с пультом) |
|
13. Регулирование скорости подачи проволоки, м/мин |
1,1…20 |
|
14. Уровень шума в зоне работы оператора на открытом воздухе, дБ, не более |
95 |
|
15. Габаритные размеры, мм |
490x224x160 (металлизатор); 350x260x180 (пульт управления) |
Методика исследования
В связи с разработкой сверхзвуковых металлизаторов появилась необходимость в оптимизации режимов нанесения покрытий, одним из которых является дистанция металлизации. Суть заключается в определении дистанции металлизации, соответствующей максимальному значению скорости воздушного потока. Для этого провели экспериментальные исследования по измерению скорости воздушного потока в зависимости от дистанции металлизации в сверхзвуковом и в дозвуковом режиме нанесения покрытий.
Для определения скорости воздушного потока использовали прибор ПДГП-1 (рис. 4), измерение проводили в металлизаторах дозвуковом ЭМ-12М и сверхзвуковом ЭДМ-9ШД. Источником питания служил выпрямитель постоянного электрического тока ВДУ-506.
|
|
|
|
Рис. 3. Электродуговой металлизатор ЭДМ-5У
Fig. 3. Electric arc metallizer EDM-5U
|
Рис. 4. Прибор для измерения давления на поверхность ПДГП-1 Fig. 4. Device for measuring pressure on the surface of PDGP-1 |
Скорость воздушного потока в зависимости от давления на поверхность датчика определялась по формуле:
,
где Dп – давление потока, МПа; m – массовый расход воздуха, г/с.
При определении массового расхода воздуха (m) можно воспользоваться газодинамическим расчётом сверхзвукового (дозвукового) воздушного сопла [9].
Результаты исследования
Измерение скорости воздушного потока на дистанции металлизации 110…170 мм, показало, что скорость при удалении от выхода из сопла увеличивается и при достижении определенного значения дистанции начинает снижаться.
Динамика изменения скорости воздушного потока из сопел металлизаторов ЭМ-12М и ЭДМ-9ШД в зависимости от дистанции металлизации представлена в табл. 3.
Таблица 3
Скорость истечения воздушного потоков из сопел металлизаторов ЭМ-12М и ЭДМ-9ШД
в зависимости от дистанции металлизации
Table 3
The rate of air flow outflow from the nozzles of the metallizers EM-12M
and EDM-9SHD depending on the distance of metallization
|
Наименование показателя |
Дистанция металлизации, мм |
||||||
|
110 |
120 |
130 |
140 |
150 |
160 |
170 |
|
|
Скорость истечения сверхзвукового воздушного потока, м/с |
410 |
455 |
491 |
515 |
535 |
545 |
522 |
|
Скорость истечения дозвукового воздушного потока, м/с |
245 |
272 |
261 |
224 |
195 |
178 |
162 |
Анализируя результаты экспериментальных исследований (таблица 3) скорости воздушного потока на дистанции металлизации 110…170 мм от среза сверхзвукового (дозвукового) сопла, можно сделать следующие выводы. Максимальное значение сверхзвуковой скорости воздушного потока достигаются на дистанции металлизации 160 мм и составляет 545 м/с. Ранее производителями дозвуковых металлизаторов рекомендовалась дистанция нанесения покрытий 120…130 мм. Это подтверждают и наши исследования, где наибольшая скорость дозвукового воздушного потока равна 272 м/с при дистанции металлизации 120 мм. Поэтому при применении сверхзвуковых электродуговых металлизаторов необходимо учитывать полученную корректировку и производить металлизацию на дистанции 160 мм [10].
Заключение
Проведенные экспериментальные исследования позволили оптимизировать дистанцию металлизации при использовании сверхзвуковых металлизаторов различных производителей. В дозвуковой металлизации дистанция металлизации принималась
Сравнительные лабораторные испытания сверхзвукового металлизатора ЭДМ-9ШД при дистанции металлизации
1. Бороненков В.Н., Коробов Ю.С. Основы дуговой металлизации. Физико-химические закономерности. Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 2012. 268 с.
2. Иванов В.П., Ивашко В.С., Константинов В.М., Лялякин В.П. [и др.] Восстановление и упрочнение деталей: монография. М.: Наука и технологии, 2013. 368 с.
3. Черноиванов В.И., Лялякин В.П., Голубев И.Г. Организация и технология восстановления деталей машин. М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2016. 568 с.
4. Лялякин В.П. Восстановление деталей машин - важное направление импортозамещения в агропромышленном комплексе. Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2019;9:3-5.
5. Litovchenko N.N. A three-electrode electric arc metallising gun - innovation project. Welding International. 2016;30(7):560-562.
6. Литовченко Н.Н., Лялякин В.П., Саблуков А.С. Электродуговой металлизатор. Патент на изобретение RU 2220008 C1, 27.12.2003. Заявка № 2002118457/12 от 11.07.2002.
7. Лялякин В.П., Мурзаев В.П., Слинко Д.Б., Соловьев Р.Ю. Физико-механические свойства покрытий, полученных электродуговой металлизацией порошковыми проволоками. Технология машиностроения. 2017;5:24-28.
8. Электродуговой металлизатор ЭДМ-5У. URL: http://www.firma-tom.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=44&Itemid=40
9. Литовченко, Н.Н., Петряков Б.И. Прибор для измерения давления гетерофазного потока при электродуговой металлизации. Труды ГОСНИТИ. 2012;109(2):112-116.
10. Денисов В.И., Литовченко Н.Н., Логачев В.Н., Толкачёв А.А. Способ измерения давления гетерофазного потока при сверхзвуковой электродуговой металлизации. Труды ГОСНИТИ. 2016;122:163-166.
11. Литовченко Н.Н., Петряков Б.И., Толкачев А.А., Блохин С.А. Влияние скорости истечения гетерофазного потока на физико-механические свойства электрометаллизационного потока. Сварочное производство. 2013;6:43-47.
12. Коломейченко А.В., Логачев В.Н., Литовченко Н.Н. Совершенствование оборудования и технологии при электродуговой металлизации. Образование, наука и производство. 2015;4 (13):27-32.
13. Литовченко Н.Н., Логачев В.Н. Пути совершенствования оборудования и технологии электродуговой металлизации. Тракторы и сельхозмашины. 2013;11:52-54.
14. Коломейченко А.В., Логачев В.Н., Измалков А.А. Перспективы использования электродуговой металлизации с аэрозольным флюсованием для восстановления коленчатых валов малогабаритной техники. Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2018;10:36-40.
15. Коломейченко А.В., Логачев В.Н., Измалков А.А. Способ нанесения покрытий электродуговой металлизацией. Патент на изобретение RU 2710093 C1, 24.12.2019. Заявка № 2019102435 от 29.01.2019.
16. Сергеев В.В., Куликов П.Р. Восстановление коленчатых валов дизельных двигателей сверхзвуковой электродуговой металлизацией. Сборка в машиностроении, приборостроении. 2008;10:37-40.
