Визначення впливу газодинамічних параметрів струменя на ступінь деформації частинок під час електродугового напилення

Abstract

Проаналізовано науково-технічну інформацію щодо процесу поширення гетерофазного турбулентного струменя з металевими частинками під час електродугового напилення. Встановлено, що на сьогодні є неповними дані щодо визначення параметрів удару та деформації частинок, що напилюються. Це має велике значення для вибору оптимальних температурно-часових параметрів подальшої термічної обробки сформованих покриттів. Проведено розрахунки основних газодинамічних параметрів під час електродугового напилювання: швидкості повітря та частинок, що напилюються, по осі струменя та по його перерізу на дистанції напилення 100 мм. Встановлено, що швидкість повітря на початковій ділянці струменя є постійною та становить близько 310 м/с. На дистанції близько 35 мм закінчується ця ділянка, а швидкість повітря починає знижуватися і на дистанції напилення 100 мм становить 135 м/с. Показано, що на початковій ділянці струменя частинки, що напилюються, прискорюються та досягають максимальної швидкості близько 80 м/с. За подальшого збільшення відстані від зрізу сопла частинки поступово втрачають швидкість та на дистанції напилення 100 мм вона становить близько 75 м/с. На основі визначення поверхневого натягу, розраховано середній розмір крапель дроту Св-08Г2С під час відривання від електроду (214 мкм) та на підльоті до підкладки (82 мкм). З урахуванням отриманих даних проведено розрахункове визначення ступеня деформації частинок, що напилюються, по плямі напилення на дистанції 100 мм. Встановлено, що найбільшу деформацію мають частинки по осі потоку (близько 86 %), що пояснюється їхньою високою кінетичною енергією. Експериментально визначено середнє значення діаметра частинок, що напилюються, на дистанції 100 мм у разі розпилення у воду дроту Св-08Г2С (84 мкм), що добре корелюється з розрахунковим значенням. Підготовлено мікрошліф та визначено ступінь деформації частинок по плямі напилення. Проведено порівняльний аналіз розрахункових та експериментальних даних щодо ступеня деформації частинок, який показав різницю між ними не більше ніж ±1 %.

The paper analyzes the scientific and technical information on the process of propagation of a heterophase turbulent jet with particles of the solid phase during electric arc spraying. It has been established that data on determining the parameters of impact and deformation of sprayed particles are currently incomplete, which is of great importance when choosing the optimal temperature-time parameters for the subsequent heat treatment of the formed coatings. The calculation of the main gas-dynamic parameters for electric arc spraying was carried out: the velocity of air and sprayed particles along the jet axis and along its cross section at a spraying distance of 100 mm. It has been established that the air velocity in the initial section of the jet is constant and is about 310 m/s. At a distance of about 35 mm, this section ends and the air velocity begins to decrease and at a spraying distance of 100 mm it is 135 m/s. It is shown that in the initial section of the jet, the sprayed particles are accelerated and reach a maximum velocity of about 80 m/s. With a further increase in the distance from the nozzle exit, the particles gradually lose speed and at a spraying distance of 100 mm it is about 75 m/s. Based on the determination of the surface tension, the average drop size of the Sv-08G2S wire was calculated upon separation from the electrode (214 μm) and on approaching the substrate (82 μm). Taking into account the data obtained, a calculated determination of the deformation degree of the sprayed particles along the spraying spot at a distance of 100 mm was made. It has been established that particles along the flow axis have the highest degree of deformation (about 86 %), which is explained by their high kinetic energy. The average value of the diameter of sprayed particles at a distance of 100 mm was experimentally determined when spraying Sv-08G2S wire (84 µm) into water, which correlates well with the calculated value. A cross section was prepared and the degree of particle deformation along the spray spot was determined. A comparative analysis of the calculated and experimental data on the degree of particle deformation was carried out, which showed the difference between them to be no more than ±1 %.