Необхідне обладнання, прилади і матеріали

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

ВИЗНАЧЕННЯ ПРОДУКТИВНОСТІ І КОЕФІЦІЄНТА ВИКОРИСТАННЯ МАТЕРІАЛУ (КВМ) ПРИ ГАЗОПОЛУМЕНВОМУ НАПИЛЕННІ

МЕТА РОБОТИ: визначити вплив технологічних параметрів на зміну КВМ та навчитися визначати продуктивність процесу при газополуменевому напиленні на пласку поверхню.

 

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

 

При газополуменевому напиленні утворення потоку напилюваних часток відбувається за рахунок впливу полум’я на розпилюваний матеріал. Це призводить до його розплавлення (дріт або порошок) або підплавлення (порошок), диспергування та перенесення у вигляді потоку.

Газополуменеве напилення дозволяє наносити зносостійкі покриття з дротів, порошку, гнучкого шнура та прутка. Основною перевагою газополуменевого способу напилення над іншими газотермічними є мобільність і компактність обладнання.

Застосування газополуменевого способу нанесення покриття обмежується температурою розпилюючого струменя. Джерелом розплавлення, при газополуменевому напиленні є ацетилено-кисневе полум’я. Допускається застосування ацетиленозамінників, але температура продуктів горіння буде нижче ніж при спаленні ацетилену. Для подачі порошкового матеріалу застосовують транспортуючий газ. В якості транспортуючого газу можливо застосовувати пальний газ або стиснене повітря. Стиснене повітря також, за допомогою спеціальних насадок, застосовують для обтиснення та прискорення розпилюючого струменю.

Важливим є також середовище перебування розпилених часток до їх закріплення на поверхні виробу. Даний спосіб дозволяє керувати хімічним складом продуктів горіння (нормальне, окислювальне та навуглецьовувальне полум’я).

До складу установки газополуменевого напилення входять: розпилювач, дозатор живильник (або пристрій подачі дроту та бухта з дротом), джерела пального газу, окислювача та транспортуючого газу, відповідно редуктори та шланги для газів, запобіжний затвор для пального газу.

Поширеного застосування набули пальники, що дозволяють розпилювати порошковий матеріал. Однією з важливих переваг порошків є можливість широко регулювати спектр їх хімічного складу. Важливою перевагою розпилення порошкового матеріалу, на відміну від дротів або прутків, являється можливість здійснювати їх напилення не досягаючи температури повного їх розплавлення. Таке напилення називають «холодним», адгезія підплавлених часток досягається за рахунок високої кінетичної енергії струменя. «Гаряче» ж напилення передбачає повне розплавлення частинок у потоці.

Одним з таких, що дозволяють здійснювати напилення «холодним» та «гарячим» способами є пальник типу «Євроджет». Пальник ЄВРОДЖЕТ XS-8 призначений для ручного газополуменевого напилення металевих порошків або, при наявності обладнання, напилення механізованим способом. Пальник комплектується 3-ма наконечниками (№1, 2, 3) для напилення з подачею порошку з бункеру через інжекторний живильник («гаряче» напилення) і двома наконечниками (Е, Г) для зовнішньої подачі порошку у полум’я під дією гравітації («холодне» напилення).

В процесі налагодження пальника необхідно вибрати і з’єднати зі стволом пальника необхідний наконечник, з’єднати з рукояткою кисневий та ацетиленовий шланги, перевернути пальник і приєднати ємність з порошком.

Слід пам’ятати, що при застосуванні полум’я є вірогідність виникнення зворотного удару. Для запобігання його виникнення, слід застосовувати запобіжні затвори, а також дотримуватися послідовності відкриття (закриття) вентилів при підпалюванні (гасінні) полум’я. При підпалюванні полум’я слід спочатку відкрити вентиль подачі кисню, а потім вентиль подачі пального газу. При гасінні полум’я слід вийти на режим мінімальної потужності полум’я, а потім різко закрити вентиль пального газу після чого вентиль подачі кисню.

При проектуванні процесу напилення слід обрати обладнання, яке буде задовольняти режим напилення конкретного виду та форми матеріалу. Для обраного матеріалу слід здійснювати корекцію (оптимізацію) режимних параметрів напилення в діапазоні рекомендованих. Оптимізацію здійснюють для досягнення високих показників якості, якими здебільшого виділяють: висока міцність зчеплення, низька пористість, максимальний КВМ та ін. КВМ представляє собою відношення мас розпиленого та напиленого матеріалу, і відображає у відсоток матеріалу, що був застосований корисно (тобто сформував покриття).

 

, (1.1)

 

де m₁ – маса зразка з покриттям; m₂ – маса зразка без покриття; m₃ – маса розпиленого матеріалу.

З точки зору максимальної продуктивності та високого економічного ефекту – бажане отримання максимальної величини КВМ. Виключення складають ті випадки, коли підвищення інших показників якості є більш важливим.

Оптимізацію КВМ можна здійснювати дослідженням зміни його величини при зміні дистанції напилення. При замалих дистанціях напилення – частки надто перегріті струменем і при зіткненні з поверхнею відбувається їх розбризкування; при завеликих – поверхні зразка досягають вже охолоджені частки, які не можуть закріпитися на поверхні. Відповідно до наведених змін буде змінюватися продуктивність напилення:

 

(1.2)

 

де τ – час напилення, год.

Зміна дистанції напилення обумовлює зміну величини плями напилення (діаметру розсіювання), товщини покриття утвореної за одиницю часу. Для досягнення запланованих показників слід вести розрахунок швидкості переміщення пальника відносно виробу для кожного конкретного випадку. При точковому (без відносного переміщення) напиленні можливо визначити швидкість росту покриття у часі:

, (1.3)

 

де δ – товщина покриття, t – час нерухомого перебування сопла пальника над поверхнею, під час напилення.

Швидкість росту покриття буде незмінною при сталих режимах напилення. Враховуючи таку швидкість, можна визначати необхідний час t для напилення необхідної товщини δ₁, що не перевищує δ. Для забезпечення утворення товщини δ необхідно забезпечити час перебування сопла пальника на протязі часу t над кожною точкою траєкторії руху. Тобто рекомендується наступний вираз для розрахунку швидкості відносного переміщення пальника та виробу:

 

(1.4)

 

де D – діаметр плями, що утворилась при точковому напиленні, мм.

Напилення конкретної марки покриття для кожної конкретної установки ведуть згідно рекомендованих режимних параметрів. В таблиці 1.1 наведені орієнтовні параметри режиму напилення пальником ЄВРОДЖЕТ XS-8 відповідно до кожного наконечника.

Дистанція напилення в залежності від матеріалу для напилення, пальної суміші та обладнання яке використовується, знаходиться в межах 100…200 мм. Грануляцію застосовуваних порошкових матеріалів витримують в межах 20…100 мкм.

 

Таблиця 1.1 – Орієнтовні параметри режиму напилення

Наконечник	Тиск газів, МПа	Витрати газів, дм3/год
кисню	ацетилену	кисню	ацетилену
Е F	0.2 0.3 0.35…0.4 0.25 0.15	0.05 0.05 0.05 0.05 0.05

 

НЕОБХІДНЕ ОБЛАДНАННЯ, ПРИЛАДИ І МАТЕРІАЛИ

1. Установка газополуменевого напилення.

2. Порошки для напилення.

3. Терези аналітичні, секундомір, штангельциркуль, лінійка.

4. Сталеві пластини 250 х 250 х 3 мм

 

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Ознайомитись з конструкцією газополуменевого розпилювача, правилами техніки безпеки при роботі на газополуменевих установках та переконатися в готовності обладнання до роботи.

2. Налаштувати нерухоме положення пальника відносно зразка та встановити дистанцію напилення 100 мм.

3. Зважити порцію порошкового матеріалу і завантажити її у бункер дозатора-живильника.

4. Підготувати до напилення зразок (очистити від бруду, обробити на абразивно-струменевій установці).

5. Зважити зразок. Масу порції порошку та зразка записати в таблицю 1.2.

6. Обрати наконечник пальника для напилення і відповідний йому режим напилення занести в таблицю 1.3.

7. Увімкнути установку газополуменевого напилення – встановити обрані режимні параметри напилення (витрати окислюю чого і горючого газів) згідно таблиці 1.3.

8. Увімкнути дозатор-живильник і в нерухомому положенні нанести покриття на зразок, фіксуючи час напилення, до повного використання порошку в дозаторі.

9. Зважити охолоджену пластину з покриттям, виміряти діаметр плями напилення, товщину напиленого шару. Результати занести до таблиці 1.2.

10. Провести розрахунки КВМ та продуктивності і застосувавши дані таблиці 1.2. Розрахувати швидкість переміщення розпилювача відносно виробу за формулою 1.2. Отримані дані занести до таблиці 1.3.

11. Повторити послідовність пунктів 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10 для дистанцій напилення 120, 140, 160, 180 та 200 мм.

12. Побудувати графіки залежності КВМ, продуктивності, швидкості росту покриття та швидкості переміщення пальника від параметрів напилення.

 

Таблиця 1.2 – Результати експериментальних досліджень

№ досліду	Тип поро- шку	Грануляція Сn, мкм	Час напилення τ, с	Маса зразка без покриття m2, г	Маса зразка з покриттям m1, г	Маса розпиленого порошку m3, г	Діаметр плями напилення d, мм	Товщина напиленого шару δ, мм

 

Таблиця 1.3 – Обрані технологічні параметри напилення

Режимні параметри
Сумарні витрати горючої суміші в пальнику Q∑, м3/год	Витрата горючого компонента Qг, м3/год	Дистанція напилення L, мм

Таблиця 1.4 – Отримані розрахункові показники

№ досліду	Дистанція напилення L, мм	КВМ, %	Продуктивність напилення П, кг/год	Швидкість переміщення пальника, Vпальн., м/хв

 

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Перелічіть основні технологічні параметри процесу газополуменевого напилення.

2. Що приймається до уваги при визначенні режимних параметрів пальника для нанесення покриття?

3. Які основні фактори впливають на продуктивність та КВМ газополуменевого розпилювача?

4. Як змінюється КВМ процесу при зміні форми поверхні деталі, що напилюється?

5. Які шляхи підвищення продуктивності газополуменевих пальників?

6. Як впливає на продуктивність та КВМ зміна способу подачі матеріалу?

7. Що таке КВМ?

8. Що таке продуктивність?

9. Які матеріали можна розпиляти за допомогою газополуменевого способу напилення?

10. Пояснити характер

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1