Лекція 18 Умови електродугової металізації

18.1. Параметри режимів електродугової металізації та їх вплив на ефективність процесу

Конструктивні параметри. Найбільший вплив на процес розпилення надає форма і розміри сопла. В основному застосовують циліндричні сопла діаметром 3 — 6 мм. Для створення ефективного розпилюючого потоку такі сопла потребують великої витрати газу . Іншим недоліком циліндричних сопел є вплив дроту на характер витікання розпилюючого газу, зокрема більш висока міра турбулентності. Звичайно циліндричні сопла працюють в режимі «недорозширення». Статичний тиск газу на зрізі сопла більше атмосферного. У цьому випадку газорозпилювальний струмінь дорозширюється за межами сопла. Такий режим роботи належить до нерозрахункових. У надзвуковому струмені нерозрахункового режиму виникають стрибки ущільнення, що супроводяться ударними хвилями (рис. 18.1). На їхнє утворення затрачується значна частина енергії струменя. В умовах «недорозширення» ефективна довжина струменя знижується, а її здатність розпорошувати падає. Відзначені недоліки значною мірою усуваються з використовуванням циліндричних сопел у поєднанні з конічною частиною, що розширюється (рис. 18.2).

Діаметр циліндричних сопел вибирають в межах 4 — 6 мм. У конічній частині, що розширюється, . Загальна довжина сопла становить 30 — 50 мм. Кут схрещування електродів (рис.16.1) впливає на формування потоку напилених часток. При малих кутах часто спостерігається утворення двох потоків часток відповідно з кожного дроту. Великі кути затрудняють конструктивне виконання розпилювача. На практиці . На процес розпилення впливає конструкція контактних пристроїв (рис.17.2). Зі збільшенням довжини контакту знижується сумарне падіння напруги. Допускається сумарне падіння напруги, що дорівнює 0,8 — 1,0 В на 1000 А. Більш удосконалені конструкції забезпечують 0,2 — 0,3 В на 1000 А.

Рис 18.1. Гозоспектрограми повітряно-розпилювального струменя при вільному витіканні з сопла і при подачі дроту: а — циліндричне в поєднанні з конічним соплом, що розширюється; б — циліндричне сопло в нерозрахунковому режимі

18.1 Енергетичні параметри режиму роботи електродугового розпилювача

Найбільш важливим параметром режиму роботи розпилювача є потужність дуги, тиск і витрата розпилювального газу. Потужність дуги найбільш значущий параметр процесу. З ростом потужності зростає продуктивність. Разом з тим падає коефіцієнт використання матеріалу і ефективного ККД нагріву електродів. При постійній швидкості подачі дроту зростає питома потужність дуги: . Процес розпилення доцільно вести при мінімальних значеннях питомої енергії, що затрачується на плавлення, перегрів і випарування металевого матеріалу. У ряді випадків для підвищення якості покриттів ентальпію напилених часток збільшують. Ентальпія часток легко регулюється зміною питомої потужності дуги . На практиці напилення цей параметр знаходиться в широких межах і становить 2000 — 10000 кДж/кг. Зі збільшенням зростають втрати перегрітого металу на випарування і розбризкування при формуванні покриття. Однак збільшення температури часток позитивно впливає на якість покриттів.

Експериментальними дослідженнями встановлено, що при електродуговій металізації алюмінієм з підвищенням від 3000 до 8500 кДж/кг (при постійній швидкості подачі дроту) температура напилюваних часток зростає з 1173 до 2173 °К.

Рис. 18.2. Вплив питомої потужності дуги на коефіцієнт використання металу і адгезійну міцність покриття

Обрана потужність дуги визначає як продуктивність процесу, так і ентальпію потоку частинок. Ефективний ККД розпилення становить 0,7 — 0,85 і є найвищим з всіх методів газотермічного напилювання. Потужність дуги визначається значеннями струму і напруги. Напруга дуги звичайно не є регулювальним параметром. Найбільш висока ефективність процесу спостерігається при мінімальних значеннях напруги горіння дуги. Ефективний ККД нагріву електродів виражається відношенням:

де — потужність дуги, що виділяється на електродах у катодній і анодній (при електродних) областях, і середня потужність;

— падіння напруги в анодній і катодній областях дуги і середня загальна напруга дуги.

Зі збільшенням напруги зростає частка енергії, яка витрачається в дуговому проміжку, на нагрів розпилювального газу. При виборі режиму необхідно прагнути до мінімальних значень без порушення стабільності процесу. Відомо, що при коротких дугах можливі часті замикання електродів при їхньому плавленні. Кут фронту плавлення прагне при цьому до максимальних значень. Необхідну величину потужності встановлюють за допомогою зміни струму дуги. На практиці електродугової металізації використовують потужності від 5 до 20 кВт, величину струму 80 — 600 А і напруги 18-35 В.

Тиск, витрата і властивості розпилювального газу дуже впливають на всі показники ефективності процесу. Збільшення тиску газу (а отже, і його витрати) приводить до зростання швидкості струменя та його властивості розпорошувати. Необхідно прагнути до надзвукового характеру витікання з мінімальним перепадом тиску на зрізі сопла. При цьому полегшується евакуація розплавленого металу з поверхні плавлення дроту, його диспергуванні і зростання швидкості частинок. Швидкісний потік розпилювального струменя має забезпечувати максимальний зрив розплавленого металу з торців електродів. Рідкий прошарок, що залишається, істотно погіршує теплопередачу від плям дуги до границі плавлення електродів. Максимальна швидкість плавлення реалізовується при повному зриві плівки розплавленого металу. Зі збільшенням тиску розпилювального газу і його витрат зриви металу і його диспергування посилюються. Так, наприклад, при розпиленні алюмінію збільшення тиску на вході в сопло з 0,4 до 0,55 МПа дозволило збільшити продуктивність розпилення з 7 до 8 кг/год. На практиці тиск розпилювального газу: 0,35 — 0,6 МПа. При цьому його витрата .

В якості розпилювального газу використовують стиснене повітря (ДСТ 9010-80). Застосування інших газів здорожує процес.