CC BY
28
УДК 621.791.046.001.5
Малинов В.Л., Чигарев В.В.
МЕТОДИКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАСЧЕТА ПОРОШКОВОЙ ЛЕНТЫ
В настоящее время состав шихты для изготовления порошковых лент рассчитывается, в соответствии с методикой по коэффициенту заполнения Кз (отношение веса шихты к весу ленты), определяемому опытным или опытно-расчетным путем [1]. Разница между полученным Кз и суммой легирующих компонентов дополняется железным порошком или другой баластной добавкой. При этом железный порошок вводится в количестве 5-50 % от веса шихты.
Авторами предложена методика автоматизированного расчета порошковой ленты с использованием ЭВМ, исключающая необходимость предварительного опытного определения Кз и позволяющая его рассчитать на основании требуемого химического состава наплавленного металла.
Сущность предложенной методики состоит в том, что при расчете учитывается насыпной вес компонентов и конструктивные параметры порошковой ленты, в частности, отношение площадей поперечного сечения оболочки и сердечника.
Расчет ведется в следующем порядке.
Выбирается химический состав наплавленного металла, исходя из условий работы детали. С учетом коэффициентов перехода отдельных элементов при данном способе наплавки определяется химический состав порошковой ленты. Требуемое количество легирующих компонентов и количество дополнительно внесенных элементов определяется на 100 г ленты.
а,* 100
Р, =-----------, (1)
Ь1*к|
где ш - требуемое содержание легирующего элемента в наплавленном металле, %;
Ь, - содержание соответствующего элемента в ¡-том компоненте, %;
к< • коэффициент перехода для определяемого элемента при данном способе наплавки;
Р1 - количество ¡-го компонента в составе сердечника в 100 г порошкового электрода, г.
На основании этого определяется состав шихты для изготовления порошкового электрода. Содержание компонента в 100 г шихты численно равно отношение требуемого содержания ¡-го компонента в порошковом электроде (й) к коэффициенту заполнения (Кз).
Р,
№ =------. (2)
Кз
Таким образом, для того, чтобы рассчитать требуемый состав шихты необходимо заранее знать коэффициент заполнения (Кз), который будет получен после изготовления порошкового электрода (2).
В применявшихся ранее способах расчета принималось ожидаемое значение коэффициента заполнения, а затем после изготовления пробной партии по полученным экспериментальным данным уточняли принятое значение. Точность расчета считается достаточной при несовпадении расчетного и экспериментального значений до 5 % [1].
В предлагаемой методике расчета необходимость в изготовлении пробных партий порошкового электрода отпадает, поскольку используется рассчитанное значение Кз. Кроме того, предлагаемая последовательность удобна для формального описания на языках ЭВМ и создания программы автоматизированного расчета.
Коэффициент заполнения легко рассчитать по (3), если знать насыпную массу используемой шихты
Коэффициент заполнения порошкового электрода определится следующим образом [2]:
1 1
Кз =--------------, или Кз =------------, , (3)
Fo6*go6 L 1+------------ i+------
Fr4 Sr
где Fc - площадь поперечного сечения сердечника; Fo6 - площадь поперечного сечения оболочки; gy - насыпная масса шихты (сердечника),см; goe - плотность металла оболочки, г/см3;
L = (Fo6*go6 / g,) - const для данной конструкции порошкового элейрода.
Следует отметить, что при выборе более тонкой оболочки L-параметр уменьшается, а коэффициент заполнения увеличивается. При этом можно уменьшить толщину либо только верхней, либо одновременно и верхней и нижней лент оболочки. Это бывает необходимо для получения более высоколегированных наплавок.
Насыпную массу шихты можно определить, как сумму произведений процентного содержания компонентов в шихте (Hi) на их насыпную массу (gi), по следующей формуле:
g=0.01*(ZHi*gl). (4)
Разница между полученным значением коэффициента заполнения (Кз) и суммой легирующих компонентов, (EPi), дополняется железным порошком или другой "нейтральной" добавкой. Количество вносимого железного порошка на 100 г ленты (Ржп) определяется по уравнению:
Ржп = 100*Кз - Ж. (5)
С учетом этого:
gr=0.0P(SHi*gi + HXn*g!Kn)J (6)
где gy - насыпная масса смеси компонентов шихты (сердечника), г/см3. g*n - насыпная масса нейтральной добавки (железного порошка).
Получим систему уравнений:
- (3) - позволяет рассчитать коэффициент заполнения, если известна насыпная масса шихты;
- (6) - позволяет рассчитать насыпную массу шихты, но для этого необходимо знать ее состав, рассчитываемый на основании известного коэффициента заполнения - см. (2).
Решим уравнения совместно и применим ряд математических преобразований. Уравнение (6), после того, как подставлено в него выражение из (2), запишется в виде:
g=0.01 * (2(Pi/Кз)* gi + (Ржп/Кз)* g*„). (7)
»
Подставим выражение из уравнения (5) в (7), тогда: 0.01* (ZPi*gi +(100*Кз- IPi)* g™)
^ = -.--..------------------------------------------------ (8)
Кз
Подставим полученное выражение в уравнение 3. Тогда получим квадратное уравнение с переменной Кз и известными постоянными (10):
1
Кз= (9) ,
L
1+------------------------------------------------
0.01* (SPi*gi +(100*Кз- SPi)* g*n)
Кз
После преобразования: 100*(g™+ L)*K32+(ZPi*gi - g«n*SPi - 100*g*n)*K3 - (£Pi*gi - g*n*£Pi) = 0 . (10)
Решим квадратное уравнение (10), обозначая: а=100*й«н + Ь),
Ь = Ей*® - я»™* Ей-100*^„; с = Ей*® - Ей., В = Ь2 - 4*а*с.
-Ь + Б1'2
Тогда Кз = -..............(11)
2*а
Таким образом, на основании исходных данных можно рассчитать точное значение коэффициента заполнения (Кз) порошкового электрода, получаемое после его изготовления, а затем по (2) - требуемый состав шихты, и нейтральную добавку по уравнению (5).
При необходимости получения высокого уровня легирования наплавок, возможно что, при данной конструкции ленты, требуемое количество компонентов не может быть помещено в данный объем оболочки. Для проверки возможности получения Кз, соответствующего требуемому химическому составу, необходимо сравнить его с суммой требуемых содержании компонентов в 100 г ленты (ЕР.). Если при этом коэффициент заполнения окажется меньше суммы требуемых содержании компонентов в 100 г ленты 100*Кз < Ж, то требуемый уровень легирования не может быть достигнут. Для получения более высокого коэффициента заполнения можно воспользоваться при изготовлении ленты оболочкой меньшей толщины, либо только для верхней, либо для обеих лент оболочки.
На основании описанного алгоритма составлена программа автоматизированного расчета состава шихты порошковых электродов. Программа расчета содержит, также подпрограмму для учета дополнительного легирования вносимого другими компонентами, кроме основного, и подпрограмму проверку возможности достижения заданного уровня легирования. Эта программа создана для проектирования наплавочных материалов при статистическом методе исследований, который требует точности и большого числа расчетов.
Перечень ссылок
1. Кочееа Н.Г. и Разиков М.И. Методика расчета порошковой проволоки // Сварочное производство. - 1968. - №8. - С. 34-37.
2. Фрумин И.И., Походня И.К. Автоматическая наплавка порошковой проволокой под флюсом - новый способ изготовления биметаллических изделий. // Автоматическая наплавка износостойкими сплавами, - М.: Машгиз, 1955. -204 с.
