Технологічна та енергетична ефективність індукційного наплавлення тонких сталевих дисків - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наукЄ.О.Патона НАН України та в Тернопільському державному технічному університеті ім. Наукові консультанти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник Письменний Олександр Семенович, Інститут електрозварювання ім. Патона НАН України, професор Шаблій Олег Миколайович, Тернопільський державний технічний університет ім. Луганськ; доктор технічних наук, професор Гулаков Сергій Володимирович, Запорізький національний технічний університет, професор кафедри „Обладнання і технологія зварювального виробництва”, м. З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, Київ-56, пр.В теоретичні дослідження, які повязані з тепловими процесами, що відбуваються при зварюванні та наплавленні при визначенні залишкових напружень, деформацій та переміщень значний вклад внесли вітчизняні вчені: В.І.Махненко, Л.М.Лобанов, В.І.Кирян, О.М.Шаблій, В.А.Осадчук, В.М.Прохоренко, І.М.Жданов, В.С.Касаткін, М.С.Михайлишин, а також зарубіжні вчені: І.Масумото, Ф.Трайб, Г.Томас та ін. Особливу складність являє собою завдання наплавлення тонких сталевих дисків як суцільної так і зубчатої форми з шириною наплавлення, більшою за висоту зуба, що повязано з конструюванням і проектуванням нагрівальних джерел (індукторів і систем), і необхідністю проведення значної кількості експериментів, при розробленні нових технологічних процесів для наплавлення дисків довільних діаметрів і розмірів зони наплавлення виходячи з потреб технології. При наплавленні дисків актуальним є розробка математичних моделей з оптимізацією конструктивних параметрів нагрівальних джерел (індукторів і систем), а саме: двохвиткових кільцевих індукторів для наплавлення дисків зубчатої форми довільних діаметрів і розмірів зони наплавлення з метою отримання графічних залежностей та табличних даних для їх визначення без проведення експерименту, що дозволить зменшити матеріальні затрати, які повязані з їх виготовленням, а також побудова математичних моделей по проектуванню та конструюванню нагрівальних систем, які складаються з двохвиткового кільцевого індуктора і електромагнітного екрану, індуктора, теплового і електромагнітного екранів (система ІТЕЕ) і системи (індуктор-магнітопровід) для наплавлення дисків суцільної форми з метою покращення техніко-економічних показників процесу наплавлення. Актуальним питанням є також розроблення методик визначення полів залишкових напружень, деформацій та переміщень, які виникають в диску після наплавлення, експериментальних досліджень температурного поля, товщини шару наплавлюваного металу і деформації дисків, які є важливими для перевірки і впровадження у виробництво нових технологічних процесів. Для розвязання поставленої мети необхідно: - побудувати математичні моделі для визначення та оптимізації конструктивних параметрів нагрівальних джерел (індукторів і систем) та режимів нагрівання для наплавлення зубчатих і суцільних дисків довільних діаметрів і розмірів зони наплавлення у випадках, коли: індуктор вільний від допоміжних засобів керування тепловим і електромагнітним полями; існує нагрівальна система індуктор та електромагнітний екран; існує нагрівальна система індуктор, тепловий та електромагнітний екрани (ІТЕЕ); дослідження вільного остигання диска; існує нагрівальна система індуктор-магнітопровід;,(3) в якій Zв, Zн - повний опір у верхньому і нижньому витках індуктора, U - напруга на індукторі; - глибина проникнення струму; - електрична провідність матеріалу диска; - кругова частота струму в індукторі; , - відповідно діелектрична і магнітна проникність простору за межами індуктора; Ів, Ін, ав, ан - відповідно струми і радіуси верхнього і нижнього витків індуктора, м; r2 - зовнішній радіус диска; коефіцієнти А, В, С визначаються через геометричні розміри диска та індуктора. Оптимальні конструктивні параметри індуктора та закон зміни сили струму в індукторі визначаються з умови найкращого співпадання питомої потужності теплових джерел, створеної в диску двохвитковим кільцевим індуктором із заданою питомою потужністю, що забезпечує наплавлення за час t. Ця математична модель дає можливість визначити конструктивні розміри двохвиткового кільцевого індуктора для нагрівання дисків довільних діаметрів і розмірів зони наплавлення, виходячи з потреб технології, у випадку, коли індуктор вільний від допоміжних засобів керування тепловим і електромагнітним полями. Задаємо геометричні розміри нагрівальної системи: радіус зовнішнього витка індуктора ав = 0,131 м, критерій - для теплоізоляційного матеріалу на зовнішньому контурі і нижній поверхні, протилежній наплавленню, диска, який виготовлений з азбестошиферного шару товщиною м, радіус м і час наплавлення с, Вт/м°С - коефіцієнт теплопровідності матеріалу теплового екрану з азбестошиферу (КТ = 0,0192).