реферат. Выпускная квалификационная работа бакалавра
 Скачать 2.61 Mb.
|
|
4. Разработка конструкции плазмотрона для сварки и дуговой наплавки 4.1 Требования к разрабатываемому плазмотрону Плазмотрон, как специальная сварочная горелка является в конструк- тивном отношении достаточно сложным устройством. Из-за содержания дета- лей, работающих в условиях высоких температурных нагрузок, требующих интенсивного охлаждения в процессе сварки/наплавки, а так же влияние фор- мы плазмообразующего узла на защитные свойства, плазмотрон является та- кой сложной конструкцией. Требования, которым должна соответствовать разрабатываемая горелка: • Термически нагруженные элементы должны иметь максимальную теплопро- водность; • Плазмообразующий узел должен иметь при постоянной площади поверхно- сти максимально возможный объем; • Отсутствие смещений плазмообразующего узла относительно расчетного положения; • Отсутствие изломов поверхностей в проточной части; • Применяемый электрододержатель должен обеспечивать надежную цен- тровку неплавящегося электрода; • Отсутствие явления двойного дугообразования; • Соответствие определенным габаритным размерам (не более 120х40х40); • Использование на больших токах (300А); • Возможность производить замену электрода на медный и вольфрамовый; • Возможность использования, как для сварки, так и для наплавки; • Наличие в конструкции двойного водяного охлаждения расположенного в разных частях плазмотрона. 36 4.2 Разработка конструкции прототипа Изначально необходимо разбить конструкцию на важные составные ча- сти, которые должны присутствовать в разрабатываемом плазмотроне. Вышло 3 основных узла: плазмообразующий узел, узел электрододержателя, узел до- полнительного водяного охлаждения. Рисунок 15 Эскиз разрабатываемого плазмотрона, основные узлы: 1. Плазмообра- зующий узел; 2. Узел электрододержателя; 3. Узел дополнительного водяного охлаждения. Все чертежи, 3D элементы конструкции и сборка готовых частей была выполнена с помощью программы «КОМПАС 3D». Данная программа ис- пользуется во многих вузах и предприятиях. С помощью нее появляется воз- можность освоить твердотельное и поверхностное моделирование 3D объек- тов. 37 Рисунок 16 Скриншот из программы «Компас 3D» В результате проектирования плазмотрона были достигнуты требова- ния, которым должна соответствовать разрабатываемая горелка. Рисунок 17 Габаритный чертеж, с основными узлами конструкции: 1. Плазмообра- зующий узел; 2. Узел электрододержателя; 3. Узел дополнительного водяного охлаждения. 38 4.3 Элементы конструкции Данная конструкция состоит из 19 сборочных элементов. Все элементы плазмотрона были разработаны в программе «КОМПАС 3D» и представлены в изометрической проекции. Рисунок 18 Водоохлаждаемое сопло канал. 3D модель Рисунок 19 Кольцо для наконечника. 3D модель 39 Рисунок 20 Сопло для подачи защитного газа. 3D модель Рисунок 21 Проточная часть для рабочего газа. 3D модель Рисунок 22 С-образная для выравнивания электрода (2х). 3D модель 40 Рисунок 23 Конусообразная для выравнивания электрода. 3D модель Рисунок 24 Шаровая для выравнивания электрода. 3D модель Рисунок 25 Диффузор. 3D модель 41 Рисунок 26 Зажим для шаровой. 3D модель Рисунок 27 Резьбовая гайка для шаровой. 3D модель Рисунок 28 Внутренняя полость шаровой. 3D модель 42 Рисунок 29 Корпус дополнительного Водяного охлаждения. 3D модель Рисунок 30 Водоохлаждаемый канал. 3D модель Рисунок 31 Внутреняя часть медного электрода. 3D модель 43 Рисунок 32 Медный электрод. 3D модель Рисунок 33 Зажим корпуса дополнительного водяного охлаждения. 3D модель Рисунок 34 Фиксатор крепления заднего корпуса. 3D модель 44 Особое значение конструкции плазмотрона имеет сопло, через которое выходит рабочий газ. Ранее в статье было выяснено, что диаметр наконечника сопла оказывает большое влияние на процесс сварки и наплавки. Для данного плазмотрона спроектированы четыре наконечника с диаметрами 1.2, 2, 3 и 4.2 мм. Разработанную 3D модель плазматрона сопоставили с соответствующим наконечником и провели моделирование истечения газа в среде «ANSYS». В качестве плазмообразующего газа использовался аргон. В результате модели- рования поведения аргона для вышеперечисленных наконечников в горелке был сделан вывод, что при диаметре 4.2 мм плазмообразующий газ ведет себя наиболее стабильно, образуя равномерное завихрение, позволяющее образо- вывать плазменную дугу с наилучшими показателями, необходимую для вы- полнения наплавки. Моделирование необходимо для понимания процессов происходящих при получении сварочных швов, наплавок и напылении при использовании того или иного наконечника. На рисунках 35-38 приведены примеры наконеч- ников плазменной горелки [13]. Рисунок 35 Сопло наконечника, d 1,2. 3D модель 45 Рисунок 36 Сопло наконечника, d 2. 3D модель Рисунок 37 Сопло наконечника, d 3. 3D модель Рисунок 38 Сопло наконечника, d 4,2. 3D модель 46 4.4 Проверка сборочного чертежа В результате проведенной работы была получена конструкция плазмот- рона, которая соответствует перечисленным ранее требованиям и выглядит следующим образом: Рисунок 39 Сборка в изометрической проекции В данной сборке присутствует водяное охлаждение, которое располага- ется в двух крайних частях плазмотрона. Внутри используется медный элек- трод, однако при необходимости есть возможность использовать вольфрамо- вый электрод с помощью переходника. Данный плазмотрон будет поддержи- вать средник и большие токи, начиная от 100-150 А. Использовать его воз- можно как для наплавок, так и для сварки. 47 В сечении данная модель будет выглядеть следующим образом: Рисунок 40 Вид в сечении конструкции плазмотрона Таким образом, проверка сборки элементов конструкции показала пра- вильность данной конструкции, так как итоговый образец соответствует необ- ходимым размерам. Дальнейшим планом является изготовление данной кон- струкции. Необходимо выяснить теоритическим и экспериментальным путем, какие материалы необходимо использовать для каждого узла конструкции. 48 Вывод По результатам работы были выполнены следующие задачи: 1. Проанализированы способы сварки и наплавки, изучено специальное обо- рудование и их характеристики, а так же рассмотрены газы, используемые при сварке/наплавке сжатой дугой. 2. Изучены ранние и современные конструкции плазмотронов, используемые для сварки, наплавки и напыления. 3. Разработана 3D модель плазмотрона в программе «КОМПАС 3D» и состав- лены элементы конструкции, которые прошли проверку сборки. Таким образом, в результате проделанной работы был разработан плаз- мотрон для сварки и наплавки. Следующий этап разработки плазменной го- релки будет включать в себя продолжение моделирования истечения газов, изготовление опытных образцов плазменных горелок и проведении лабора- торных сварочных экспериментов. 49 Список литературы 1) Robert W. Messler, Principles of welding. – 2004. – P. 55– 57. 2) Rajput R.K., A textbook of mabufacturing technology (Manufacturing Processes). – India. – 2007. – P. 320. 3) Klas Weman, Welding processes handbook, second edition. – Cornwall, UK. – 2003. –P. 73. 4) Барон Ю.М., Воинов Н.В., Кобчиков В.С., Коротких М.Т., Кудрявцев В.Н., Никифоров В.И., Никифоров И.В., Радкевич М.М., Электрофизические и электрохимические технологии в машиностроении. – Санкт-Петербург, Рос- сия. – 2019. – 330 с. 5) Ермаков С.А., Разработка сварочных плазмотронов. Сварочное про- изводство / С.А. Ермаков, Соснин Н.А. // Труды ЛПИ – №364 –Л.: ЛПИ – 1978. – 81– 85 с. 6) ГОСТ Р ИСО 14175-2010 «Материалы сварочные. Газы и газовые смеси для сварки плавлением и родственных процессов». 7) Вайнерман А.Е., Шоршоров М.Х., Веселков В.Д., Новосадов В.С., Плазменная наплавка металлов. – Ленинград. – 1969. – 5 с. 8) Патон Б.Е., Гвоздецкий В.С., Дудко Д.А. и др., Микроплазменная сварка. – Киев. 1979. – 124 – 125 с. 9) Вайнерман А.Е., Шоршоров М.Х., Веселков В.Д., Новосадов В.С., Плазменная наплавка металлов. – Ленинград. – 1969. – 80 – 81 с. 10) Патент РФ №2259262, 27.08.2005. Плазмотрон // Щицын Ю.Д., Щи- цын В.Ю., государственное образовательное учреждение высшего профессио- нального образования «Пермский государственный технический универси- тет». 11) Патент РФ №2354460, 10.05.2009. Портативный плазмотрон для напыления и наплавки покрытий // Марков А.М., Балашов А.В., Федоров В.А., общество с ограниченной ответственностью «Плазма». 12) Патент РФ №2366122, 27.08.2009. Плазмотрон для нанесения покры- тий // Ребров С.Г., Ризаханов Р.Н., Полянский М.Н., Федеральное государ- 50 ственное унитарное предприятие «Исследовательский Центр имени М.В. Кел- дыша». 13) M. E. Goshkoderya, M. A. Kovalev, I. A. Zarubin,N. A. Zhugarev and Wan Panfay, Optimization of the design of the plasma torch for using gas fluxes. Peter the Great St.Petersburg Polytechnic University, Russia. – 2019. |