Пошук академічних текстів

Інформація × Реєстраційний номер 0218U003280, 0117U007259 , Науково-дослідна робота Назва роботи Нове високотехнологічне енергоощадне джерело енергії для прецизійного зварювання, паяння та поверхневої обробки матеріалів Назва етапу роботи Керівник роботи Болотов Максим Геннадійович, Дата реєстрації 30-01-2018 Організація виконавець Чернігівський національний технологічний університет Опис етапу Даний проект спрямований на вирішення актуальної науково-технічної проблеми створення нового високотехнологічного, енерго- та ресурсозберігаючого джерела енергії для дифузійного зварювання та паяння на основі розподіленої газорозрядної плазми тліючого розряду. Об'єкт наукової роботи - низькотемпературна розподілена газорозрядна плазма як джерело енергії для процесів дифузійного зварювання та суміжних процесів. Предмет наукової роботи - фізико-технологічні та енергетичні характеристики тліючого розряду та способи керування ними в умовах зварювального нагріву. Метою даного проекту є визначення та вдосконалення технологічних властивостей та енергетичних показників плазми тліючого розряду середніх тисків та засобів керування ними в умовах високотемпературного нагріву і обробки металів. Основні завдання роботи: 1) Дослідження області стійкого існування потужнострумового тліючого розряду в умовах зварювального нагріву; 2) Дослідження електричних, енергетичних та теплофізичних характеристик плазми тліючого розряду в умовах зварювання; 3) Розробка способів та засобів керування енергетичними та теплофізичними характеристиками тліючого розряду в технологічних процесах зварювання, паяння та поверхневої обробки матеріалів. При виконанні проекту передбачається комплексний підхід із використанням методів теорії фізики газового розряду, електродинаміки, електромагнетизму та перехідних процесів в електричних колах. Основною ідеєю розробки даного джерела нагріву є забезпечення високої енергетичної ефективності та технологічності процесів дифузійного зварювання та паяння, що досягається за рахунок реалізації в вакуумній камері потужнострумового тліючого розряду середніх тисків (1,3…13,3 кПа) в якості джерела поверхневого нагріву, що дозволяє здійснювати нагрів як металевих, так і неметалевих виробів в різних варіаціях їх поєднань із енергетичним ккд на рівні 75…80%. На основі аналізу специфіки дифузійного зварювання та наявних даних про тліючий розряд середніх тисків (1,3…13,3 кПа) в якості робочої гіпотези при розробці нового джерела нагріву при дифузійному зварюванні, були прийняті наступні положення: 1) масивні катоди (якими є вироби) є активним тепловим стоком по відношенню до плазми розряду і впливають на процес плазмового нагріву; 2) стан газорозрядної плазми та її переходи у контрагований режим (електричну дугу) визначаються процесами на катоді розряду; 3) розрядна плазма, як засіб нагріву, володіє високою технологічною адаптивністю; 4) існування газорозрядної плазми в широкому діапазоні тисків газу дозволяє здійснювати за її допомогою в єдиному технологічному циклі послідовно операції очищення та активації з'єднуваних поверхонь, дифузійного зварювання та термічної або хіміко-термічної обробки зварних виробів; 5) основні параметри тліючого розряду регулюються за допомогою електричних сигналів, що є основою для автоматизації процесу; 6) застосування квазіімпедансних інверторів напруги у складі джерел живлення середньої потужності для дифузійного зварювання тліючим розрядом дозволить підвищити к.к.д. системи та покращити якість струму, що споживатиметься від електромережі. Встановлено, що в умовах дифузійного зварювання при тисках газу в камері 2.66…26,6 кПа і вище нагрів з'єднуваних деталей забезпечується двома джерелами енергії: бомбардуванням їх поверхні прискореними в прикатодній області іонами газу та тепловідводом із плазми позитивного стовпа розряду. Визначено, що перенос теплоти від позитивного стовпа через прикатодний шар товщиною 10-3…10-5 м здійснюється за механізмом теплопровідності, яким на поверхню деталей поступає від 20% до 60% енергії, що виділяється в позитивному стовпі розряду. Величина цієї енергії складає 20…40% загальної енергії, що виділяється на поверхні катода і може плавно регулюватись зміною тиску газу. Завдяки сумарній дії на катоді двох джерел теплоти значення ефективного к.к.д. нагріву тліючим розрядом досягають 0,85…0,9 і визначається характеристиками захисного газового середовища, тиском газу, міжелектродною відстанню і характерному діапазоні режимів зварювання при струмах розряду 2…15 А, тисках газу 4…15 кПа, міжелектродних відстаннях 0,004…0,01 м варіюються більш ніж на 30%, що необхідно враховувати при проектуванні технологічних процесів зварювання, паяння та поверхневої обробки. Створено аналітичні моделі процесу поверхневого нагріву тліючим розрядом при зварюванні теплофізично "тонких" та "масивних" тіл із однорідних і різнорідних металів, які в функції від параметрів режиму нагріву та характеристик з'єднуваних заготовок дозволяють визначити динаміку зміни температур в будь-якій точці з'єднання. Отримані результати дозволять спрогнозувати тепловий стан в зоні контакту зварних з'єднань з похибкою на рівні 4…7% . Перевагами отриманих результатів є те, що розроблені, в ході виконання першого етапу науково-дослідної роботи, теплові моделі дозволяють прогнозувати тепловий стан зварних зразків, що суттєво відрізняються за теплофізичними властивостями з похибкою, що не перевищує 4…7% на різних етапах нагріву. Це свідчить про достатню її адекватність. В умовах високотемпературного нагріву при дифузійному зварюванні із застосуванням в якості джерела поверхневого нагріву газорозрядної плазми тліючого розряду це є досить суттєво, оскільки безпосередній контроль температурного стану поверхонь деталей, що зварюються обмежений або неможливий як контактним (із використанням термопар), так і безконтактним (із застосуванням пірометрів) способами, що обумовлено досить високою температурою зварюваних зразків та високим рівнем випромінювання газорозрядної плазми. Крім того, поверхневий контроль не дає змоги визначити характер розподілу температурних полів всередині деталей, зокрема в зоні з'єднання, що особливо важливо в умовах дифузійного зварювання. Запропоновані також розрахункові засоби визначення оптимального положення осі джерела нагріву (тліючого розряду) відносно зони з'єднання деталей, які суттєво відрізняються тепловим опором в радіальному напрямку, з метою запобігання перегріву та підвищеної термічної деформації тонкостінної деталі при зварюванні тиском. Отримані в результаті виконання першого етапу науково-дослідної роботи результати дозволять значно підвищити продуктивність процесу отримання дифузійно-зварних з'єднань деталей, виконаних з матеріалів, що суттєво відрізняються фізико-механічними властивостями і мають обмежену або незадовільну здатність до зварювання. До таких виробів відносяться твердосплавні штампи та ріжучі інструменти, що знайшли широке поширення для ремонту та відновлення техніки, у тому числі і військової, що, в даний час, застосовується в зоні проведення АТО. Отримані в ході виконання першого етапу науково-дослідної роботи результати, зокрема визначені області і оптимальні режими стійкого існування тліючого розряду середнього тиску в умовах дифузійного зварювання та паяння увійшли складовою частиною до навчального посібника з дисципліни "Зварювальні джерела живлення". Опис продукції Автори роботи Іскрижицька Надія Миколаївна Бадай Марія Володимирівна Болотов Геннадій Павлович Гречка Володимир Миколайович Деркач Олег Леонідович Нагорна Ірина В'ячеславівна Петрушинець Лідія Вячеславівна Пустовойт Христина Михайлівна Ющенко Світлана Михайлівна Додано в НРАТ 2020-04-02 Закрити