ОБ ЛЕГИРОВАНИИ НАРАЩИВАЕМОГО ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНЫМ СПОСОБОМ МЕТАЛЛА ЧЕРЕЗ ЭЛЕКТРОЛИТ

Полный цикл при электроимпульсном наращивании металла состоит из короткого замыкания {кз, электродугового разряда tjp и холостого хода t„ , т. е.

В зависимости от соотношения составляющих цикла процесс может перейти в электроимпульсную или в электродуговую наплавку.

Холостой ход в установках, имеющих конденсаторные схемы, служит для накапливания энергии. В установке, разработанной в ЧИМЭСХ, это время связано с тем, что установка питается одним полупериодом переменного тока. Вторая половина периода переменного тока используется для охлаждения конца электрода и наращиваемого металла. Для повышения коэффициента использования установки воспользуемся холостым ходом для электроосаждеиия элементов из электролита. Известно, что большинство жидкостей является электролитами. При прохождении электрического тока через эти жидкости в них протекают электрохимические процессы.

t — время электролиза. 43 работах некоторых исследователей указывается на то, что повышение плотности тока увеличивает количество осаждаемого элемента, но ухудшает качество поверхности. При электроимпульсном наращивании этот недостаток не играет существенной роли, так как осаждаемый во время электродугового разряда элемент сплавляется с наращиваемым металлом электрода. Чрезмерное увеличение тока ограничивается технологическими особенностями процесса (снижением прочности электрода из-за

нагрева, переходом в электроимпульсную наплавку из-за высокой ионизации межэлектродного зазора и др.)- Вторым фактором, позволяющим повысить количество осаждаемого элемента, является увеличение времени t электролиза, которое можно представить в виде суммы разностей времени холостого хода txx и времени, необходимого для затекания жидкости в межэлектродный зазор и.ш,

Время холостого хода зависит от времени включения электромагнита. Предварительными опытами установлено, что длительность холостого хода при частоте вибрации у = 32 гц соответствует 0,015 сек (3/6 Ц) .

Найти время т3.жопытным путем трудно. Для определения т3.ж воспользуемся теорией из гидравлики и электродуговой сварки . Выделим элементарный объем в межэлектродном пространстве (рис. 1).

S — межэлектродный зазор; АР — перепад давлений на входе и выходе щели. Очевидно, что в приведенном уравнении (5) на величину А Р будут влиять не только гидравлические, но и электрические параметры, препятствующие затеканию жидкости в межэлектродный зазор. Перепад давления АР можно представить как разность давлений на входе в межэлектродный зазор Pi и в центре электрода Р2, т. е. AP = Pi—Р2.

j —плотность тока наращивания, а/мм2 (j = 3,1 а/мм2);

Pi — давление жидкости, кгс/м2 (Pi = 70 кгс/м2);

Л2о — кинематическая вязкость жидкости (ц.2о = 0,000066 кгс/м2).

По формуле (6) можно установить, что на время, необходимое для затекания жидкости в межэлектродный зазор, влияет целый ряд факторов и, в первую очередь, толщина электрода L

Рис. 3. Зависимость тз.ж от толщины электрода L и межэлектродного зазора S

и величина межэлектродного зазора S. На рис. 3 показана зависимость 13.ж от S и L, рассчитанная по формуле (6). Анализ уравнения (6) показывает, что на уменьшении времени т3ж также влияет давление жидкости Pi. При малых Pi уравнение принимает бесконечное или отрицательное значение.

Для подтверждения возможности легирования наращиваемого металла за счет электрохимических процессов, протекающих во время холостого хода при электроимпульсном наращивании, был проведен эксперимент.

В качестве охлаждающей жидкости использовался электролит следующего состава: сернокислый марганец — 200г/л, сернокислый аммоний — 50г/л при РН=6,17.

За выходной параметр было принято содержание марганца в нарощенном слое в %.

Содержание марганца в наращиваемом металле определялось спектральным методом на спектрографе ИСП-28 с использованием стандартных эталонов № 22-6 по методике ВИИИСО. Содержание марганца в основном и электродном металле составляет 0,48—0,56%.

В табл. 1 приведены средние (по четырем опытам) значения содержания марганца в наращенном слое. В результате обработки опытных данных получены следующие значения коэффициентов регрессии.

Сравнивая найденные значения коэффициентов регрессии по абсолютной величине с ошибкой в их определении, замечаем, что все коэффициенты одного порядка и значимы. Следовательно, исследуемый процесс невозможно адекватно аппроксимировать полиномом первого порядка.

Проверка на адекватность неполного квадратного уравнения

у = 0,8953 + 0,0304Х1 + 0,0660х2—0,0337х3+0,0236х, • х2-—0,0396х! • хз—0,0358x2 • Хз

по критерию Фишера при пятипроцентном уровне значимости и степенях свободы f r == 1 и f=24 показывает, что расчетное значение F —критерия, равного 0,00576, намного меньше табличного его значения при тех же степенях свободы (FTaf);i=4,26). Следовательно, полученная математическая модель с достаточной степенью точности описывает процесс перехода М„ из электролита в наращиваемый слой.

Выводы

1. Переход элементов из охлаждающей жидкости (электролита) во время холостого хода происходит и может быть источником легирования наращиваемого металла.

2. За счет электрохимических процессов, протекающих во время холостого хода, повышается коэффициент использования установки.