Технология газопламенного напыления водородно-кислородным пламенем

Обобщение результатов приведенных выше исследований позволило разработать рекомендации для определения параметров режима газопламенного напыления покрытий водородно-кислородным пламенем, полученным сжиганием смеси электролизноводными генераторами.

Учитывая, что удовлетворительное качество покрытий можно получить при ламинарном течении продуктов горения смеси, средняя скорость истечения не должна превышать критической скорости, при которой осуществляется переход ламинарного в турбулентное течение продуктов горения. Для ВКС критическая скорость составляет 70 м/с, для ВКС+16% паров спирта — 65 м/с и ВКС+5,5% паров бензина — 50 м/с.

Расход газовой смеси определяется при условии достаточной теплоты для расплавления напыляемого порошкового материала, которое можно оценить равенством теплоты расплавленного материала и эффективной тепловой мощности пламени, использованного для напыления

Используя справочные данные (табл. 40) об удельной теплоемкости единицы массы расплавленного материала и низшей теплотворной способности газовой смеси, приведенные выше для наиболее часто используемых газовых смесей (см. стр. 83-84) и выбранного диаметра сопла стандартной горелки для напыления, можно определить оптимальный расход напыляемого порошка

Эффективный КПД процесса нагрева напыляемого материала определяется экспериментально.

В НТУУ «КПИ» была проведена оценка эффективности использования теплоты при напылении порошков меди, сплава на основе никеля и железного порошка горелкой «Евро-Джет Х8-7» со стандартным набором сменных мундштуков диаметром 1,6; 2,0; 2,2 мм; и электролизно-водяного генератора А1803 производительностью до 1,6м3/ч газовой смеси: ВКС, ВКС с добавками 5,5% паров бензина (С7,07Н15), и ВКС с добавками 16% паров этилового спирта (С2Н5ОН).

Эффективность нагрева оценивалась эффективным КПД процесса нагрева напыляемого материала Г|эф, представляющим собой отношение эффективной тепловой мощности пламени q, определяемой калориметрированием, к полной тепловой мощности пламени qw рассчитанной по низшей теплотворной способности для каждой из использованных газовых смесей:

Эффективную тепловую мощность q определяли калориметрированием как количество теплоты, поглощенной при нагреве напыляемыми порошками исследуемых материалов с размером зерна 20-40 мкм на фиксированных расстояниях от конца горелки по длине факела медной пластины массой 0,95 кг, размером 3x350x150 мм однофазным (без порошка) и двухфазным факелом пламени. Расход порошков 0,76 кг/ч, время напыления 15 с. Температуру в калориметре объемом 20 л измеряли термометром Бекмана с точностью измерения ±0,01°С.

Экспериментальное определение по длине факела эффективной тепловой мощности пламени, как на основе чистого ВКС, так и ВКС, обогащенного парами углеводородных соединений показало, что изменение q зависит как от течения, так и от состава газовой смеси. Особенно влияет на эффективность нагрева расстояние от торца наконечника горелки до точки нагрева. При для ламинарном течении с расходом газовой смеси от 0,3 до 0,6 м3/ч, и при турбулентном — от 0,62 до 1,25 м3/ч, эффективная тепловая мощность однофазного газового потока ВКС находится в пределах от 200 до 210 кВт/ч и от 200 до 420 кВт/ч соответственно. Замеры проводились на дистанциях напыления от 10 до 300 мм. Добавка паров углеводородных соединений повышает эффективную тепловую мощность. Так, при сжигании ВКС+5,5% паров бензина при ламинарном течении она повышается от 155 до 520 кВт/ч, а при турбулентном течении от 251 до 661 кВт/ч. При сжигании ВКС+16% паров спирта она практически не изменяется, находясь в пределах от 212 до 405 кВт/ч при турбулентном течении продуктов горения смеси.

Анализ экспериментального определения эффективного КПД процесса нагрева образцов газовым пламенем показал, что эффективность нагрева меняется в зависимости от расстояния от наконечника горелки до точки нагрева, от материала порошка и вида течения струи продуктов горения. Запыление струи продуктов горения слабоокисляющимися порошками существенно снижает эффективность нагрева, а при запылении струи порошком из легко окисляющегося материала, например железа, эффективность нагрева образца заметно увеличивается.

Максимальная эффективность нагрева достигается на расстоянии 10 мм от наконечника горелки до образца, т. е. в зоне пламени, обычно используемом для сварки, пайки, резки металлов.

На расстоянии порядка 150 мм от наконечника горелки до образца, которое обычно считают оптимальным при напылении, эффективный КПД нагрева выше при ламинарном течении по сравнению с КПД при турбулентном течении струи продуктов горения при сжигании чистой водородно-кислородной смеси и ВКС+5,5% паров бензина и незначительно отличается при сжигании ВКС+16% паров спирта.

Проведенные исследования показали возможность для оптимальных дистанций напыления, при ламинарном течении продуктов горения водородно-кислородной смеси использовать для определения параметров напыления такие значения эффективного КПД. При напылении медного порошка (или порошка на основе меди) ήэф ~ 0,003, порошка на никелевой основе ήэф ~ 0,0033...0,004.

При использовании железного порошка и порошков с экзотермическими реакциями горения железа в кислороде ήэф ~ 0,007.

При напылении медного порошка, ламинарном течении продуктов горения ВКС+пары бензина ήэф ~ 0,004, порошка на никелевой основе ήэф ~ 0,0035, железного порошка ήэф ~ 0,0032.

При использовании смеси ВКС+пары спирта для всех исследованных выше порошков ήэф = 0,002.

Приведенные выше значения эффективного КПД можно использовать для определения расхода напыляемого порошка по формуле (41).

Данный раздел создан на основании материалов Книги: "Обработка материалов водородно - кислородным пламенем" Корж В. Н., Попиль Ю.С. 2010г.