Технологічне використання електрогідравлічної обробки

Матеріалів

Електрогідравлі чну обробку застосовують для

штампування, витяжки, розвальцювання і подібних операцій

 

 

4.4 Електрогідравлічні установки

В о с н о в і е ле к т р ог і др а в л і ч н и х ус т а н о в ок л е ж и ть

е лек т ро гі д ра влі ч н и й еф ек т, що в и ни ка є у п р о це сі високовольтного імпульсного розряду в рідині.

Електрогідравлічний ефект - це виникнення високого тиску в результаті високовольтного електричного розряду між зануреними в непровідну рідину електродами. За рахунок енергії імпульсної ударної хвилі, яка поширюється навколо

вигляді електромагнітних хвиль. Між нагрітими тілами,

розміщеними у прозорих середовищах у межах видимості між ними, за рахунок теплових променів завжди проходить променевий теплообмін.

Променевий тепловий потік абсолютно чорного тіла F пр,

випромінюваний тілом у всіх напрямках, визначають на підставі

закону Стефана-Больцмана:

ê  k (ñ í)  S, Âò

каналу розряду в робочому середовищі, виникає тиск до де c ч‒ випромінювана здатність абсолютно чорного тіла; 300 МН/м2. e =(0 ÷ 1) ‒ степінь чорноти тіла (для абсолютно білого тіла e

Отже, електричний розряд у рідині - це новий спосіб =0, для абсолютно чорного ‒ 1); 0

перетворення електричної енергії в механічну, який здійснюють Q ‒абсолютна температура, К.

без проміжних ланок і з високим ККД. Принципова електрична - Рівняння променевого теплового обміну між нагрівним

схема електрогідравлічної обробки приведена на рис. 4.22. елементом та поверхнею тіла, яке нагрівають

де P ‒ потужність печі, Вт;

S тіла‒ площа поверхні нагрівного елемента (НЕ), м2;

Q випр, Q тіла‒температура НЕ та тіла (виробу) в К0;

e ви п рт а e ті л а‒ в і дп о в і д н о к ое ф і ц і є н т и т е п л о в о г о

випромінювання НЕ та виробу (отримують за довідниками).

 

Матеріали, які використовують для виготовлення

Електричних печей

В процесі будівництві електропечей крім звичайних

Рисунок 4.22 - Електрична схема електрогідравлічної

Обробки

 

Елементами схеми є підвищувальний трансформатор ‒ Тр,

конструктивних матеріалів використовують низку специфічних матеріалів, призначених для роботи у високих температурах. Це вогнетривкі і теплоізоляційні матеріали для теплової ізоляції тіл, що нагрівають, від навколишнього середовища та жаротривкі

випрямляч ‒ Д, нагромаджувач енергії ‒ С, формуючий

матеріали, які використовують

на виготовлення нагрівних

проміжок ‒ ФП і розрядний проміжок ‒ РП.

Іскровий високовольтний розряд у рідині характерний дуже ш в и д к и м пе р е т в о р е н ня м п р и д б а н о ї в н а г р о м а д ж у в а ні електричної енергії в теплову, світлову, механічну тощо.

В процесі пробою практична не стикованість рідини призводить до появи такого явища, як електрогідравлічний удар, що ще більше підсилює дію електричного вибуху.

В утворенні і розвитку іскрового каналу в рідині можна

виділити такі стадії:

 

 

елементів конструкцій печей. Роль цих матеріалів для економії електроенергії суттєва. Втрати тепла через стіни електричної печі займають 15% - 25% від всіх теплових втрат і їх можливо значно знизит и за рах уно к використання во гнетривкої та високовогнетривкої теплоізоляції.

Вогнетривкі матеріали

 

Вогнетривкими називають матеріали, які використовують

для спорудження різних установок і печей, що працюють в умовах

 

високотемпературного нагрівання (понад 1200К0).

Із-за специфічних умов роботи до вогнетривких

матеріалів висувають певні вимоги:

1) Вогнетривкість - здатність без деформації і обплавлення

протистояти дії високих температур.

2). Механічна міцність. Для високих температур міцність має

особливо важливе значення, оскільки вогнетривкі матеріали у процесі роботи піддаються дії значних механічних напружень, що викликані високими температурами.

3). Термічна стійкість. Це здатність матеріалу без руйнування

витримувати різкі коливання температури, які виникають у процесі вивантажування із печі нагрітих виробів та наступного завантажування холодних. Різкі коливання температури у печі можуть призвести до руйнування вогнетривкого матеріалу.

4). Хімічна нейтральність. Матеріали не повинні хімічно

забруднювати деталі, які нагрівають та мур печі, щоб не спричиняти в них виникнення хімічної ерозії.

5). Мала електропровідність. Вогнетривкий матеріал у

електричній печі інколи одночасно виконує функцію елект роі зол яці йн ого мате ріал у, оскіл ьки в ньо м у вмонтовують електронагрівальні елементи.

6). Мала електропровідність - забезпечує зменшення товщини

стіни печі за умови однакових теплових втрат тепла через стіну.

7). Дешеві та доступі.

Найповніше ці вимоги задовольняють вогнетривкі

матеріали, які виготовляють на основі кремнезему SiO 2 (2000К0),

глинозему Al 2O3 (2300К0), оксиду магнію MgO (2600К0).

Вогнетривкі матеріали виготовляють у вигляді цеглин і

фасонного каміння, дрібних готових деталей ‒ трубок, гачків,

втулок, тощо, а також у вигляді порошку, вогнетривких бетонів, набивних мас і обмазок.

Масовими вогнетривкими для електроплавильних печей є динас (2000К0), магнезит (2570К0), хромомагнезит, доломіт та шамот (2000К0).

Для печей опору основним вогнетривким матеріалом є шамот, що представляє собою глибоко обпечену вогнетривку глину. Високотемпературні печі футерують з середини в

Ультразвукові коливання від перетворювача передають до

головки паяльника. Ці коливання спричиняють розтяг і стискання частинок рідкого припою, що викликає кавітаційні процеси з великими ударними імпульсами. Вони діють на рідкий припай і поверхню деталей, спричинюючи руйнування окисної плівки.

В процесі ультразвукового луження знакозмінні пружні коливання частотою 16-22 кГц викликають різні періодичні розтягування і стискання частинок рідкого припою, що спричиняють кавітаційні процеси з великими ударним імпульсами. Останні діють на рідкий припай ї поверхню оброблюваних деталей, викликаючи руйнування окисної плівки.

 

1 ‒ магнітострикційний перетворювач; 2-‒ обмотка

нагрівання; 3 ‒ ультразвуковий генератор; 4 ‒ окисна плівка; 5 ‒ розплавлений припай; 6 ‒ залишки, окислів; 7 ‒ змішаний

шар припою з металом

Рисунок 4.21 - Схема ультразвукової пайки

 

Установка для лудження - генератор потужністю до 1 кВт і ванна, в якій здійснюють процес лудження.

Ультразвукове паяння і лудження алюмінію і його сплав і г дозволяє замінити дорогі сплави на основі міді легкими і техно­ логічними сплавами на основі алюмінію.

Наша промисловість виробляє ультразвукові паяльники УП -21 і установка для лудження УЗУЛ-1М (P = 200 Вт; ƒ= 22 кГц) і УВЛ-4 (Р = 300 Вт; ƒ = 18 кГц).

 

Переваги ультразвукового зварювання:

1) м о ж л и ві с т ь з 'є д н а н н я н е м е т а л і ч н и х м а т е р і а л і в,

наприклад, пластичні і спечені матеріали (пластмаси, кераміка),

як між собою, так і з металами;

2) можливість зварювання найрізноманітніших металів і

сплавів, у тому числі різнорідних;

3) відсутність нагрівання зварювальних деталей до температури плавлення, і можливість одержання з'єднання з

високою механічною міцністю;

4) статичні зусилля значно менші, ніж для холодного зварюваня; деформації взірців дуже малі і складають всього 5-

10% замість 60-80 % для зварювання тиском;

5) відсутність електричних напруг між зварювальними

деталями;

6) процес ультразв укового зварюван ня легко

основному високоглиноземнистими матеріалами - мулітом,

алундом, а також вугіллям і графітом.

Для виплавки тугоплавких металів і сплавів застосовують

високоякісні та відносно дорогі вогнетривкі матеріали ‒ діоксид

цирконію ZrO 2 (температура плавлення 2800К0), оксид берилію

BeO (2870К0), діоксид торію ThO 2 (ЗЗООК0), тощо.

Нещодавно у світовій практиці розпочали застосовувати

штучні високотемпературні волокна у вигляді вати та різних гнучких виробів, що значно скорочує час і затрати праці на монтаж та футерування печей.

Теплоізоляційні матеріали

Вони повинні мати малу теплопровідність та достатню

вогнетривкість. Теплоізоляційні матеріали - зазвичай, пухкі легкі маси, сильно пористі вироби або великозернисті порошки.

Найпоширеніші матеріали: діатоміт, шлакові і мінеральні

автоматизують.

До недоліків можна віднести:

.,

вати. піноскло, зоноліт, а також комбіновані матеріали на основі азбесту.

1)неможливість зварювання деталей великої товщини (для

деталей товщиною більш 2-2.5 мм);

2) на існуючому вітчизняному обладнанні можливе

зварювання тільки простих конструкцій;

Для ультразвукового зварювання найбільш поширенні у с т а н о в к и т и п у У З С М -1 д л я т о ч к о в о г о з в а р ю в а н н я тонколистового прокату, УЗСМ-2 для повного зварювання і ультразвуковий монтажно-зварювальний стіл типу И020.0010 для точкового зварювання деталей електровакуумних приладів.

їх потужність від 0.4 кВт до 4 кВт, з частотою ƒ = 18-24 кГц.

Ультразвукові методи широко використовують для паяння і лудження, а також металізації неметалічних матеріалів

Діатоміт - осадова гірнича порода/ яка за хімічним

складом - майже чистий кремнезем (SiO 2), використовують для

спорудження стін електропечей у вигляді насипної теплової

ізоляції.

Шлакові та мінеральні вати одержують із пічних і

доменних шлаків, а також різних пустих порід шляхом розплавлення їх у печах і подальшим розпиленням струменя розплаву стиснутим повітрям або парою.

На основі шлакових і мінеральних ват, шляхом додавання

до них глини й азбесту, отримують теплоізоляційні плити.

Скл ов ату виг отовляють аналогі чно і з ві дході в

(фарфору, радіокераміки, скла і теплостійких пластмас).

Ультразвукове паяння основане на механічному руйнуванні і видаленні інтенсивними ультразвуковими коливаннями окисної плівки 1 (рис. 4.21).

Установку для паяння утворюють із ультразвукового генератора 3 з потужністю 50-300 Вт (частота 18-25 кГц) і п а ял ь ни ка, н а я ко му р о з міщ е ні м аг ні то с тр ик ці йн ий перетворювач - 1 і обмотка для нагрівання - 2.

 

 

виробництва0 скла. Максимальна температура її застосування

700К0‒800К.

Піноскло одержують додаванням у розплавлене скло газо утворюючих речовин. Вироби із піноскла мають велику механічну міцність. Робоча температура виробів 900К0‒1000К0.

Зоноліт ‒ легка лускоподібна маса, яку одержують із

низькосортної слюди шляхом випалювання. Зоноліт має малу

теплопровідність, витримує температуру до 1400К0і використовують у вигляді порошку для виготовлення формованих виробів.

Азбест ‒ волокнистий матеріал, з максимальною робочою

температурою 900К0. У чистому вигляді використовують у вигляді засипки, а також у процесі виготовлення азбестового картону (шляхом пресування суміші азбесту з вогнетривкою глиною) і

азбестового шнура (сплітанням азбестових і бавовняних ниток).

Жаротривкі матеріали

Жаротривкість ‒ властивість матеріалу зберігати високу

механічну міцність та стійкість до хімічних реакцій у високих

температурах.

Із цих матеріалів виготовляють подові плити, тиглі, кріплення стін і склепіння, захисні пристрої, екрани, муфелі, завантажувальні пристрої, кріплення нагрівників, деталі пристроїв транспортування (рольганги, конвеєри), що використовують для переміщення у печах виробів з метою їх нагрівання.

Переваги ультразвукового зварювання:

1) м о ж л и ві с т ь з 'є д н а н н я н е м е т а л і ч н и х м а т е р і а л і в,

наприклад, пластичні і спечені матеріали (пластмаси, кераміка),

як між собою, так і з металами;

2) можливість зварювання найрізноманітніших металів і

сплавів, у тому числі різнорідних;

3) відсутність нагрівання зварювальних деталей до температури плавлення, і можливість одержання з'єднання з

високою механічною міцністю;

4) статичні зусилля значно менші, ніж для холодного зварюваня; деформації взірців дуже малі і складають всього 5-

10% замість 60-80 % для зварювання тиском;

5) відсутність електричних напруг між зварювальними

деталями;

6) процес ультразв укового зварюван ня легко

Найбільш розповсюдженими жаротривкими матеріалами

для будування електричних печей є хромонікелеві сталі, які мають

автоматизують.

До недоліків можна віднести:

.,

високу жаростійкість, достатню механічну міцність, їх легко

обробляти, зварювати автогеном або електрозварюванням. Хромонікелеві сталі з вмістом хрому до 18% та нікелю до 80% застосовують для виготовлення: електропечей з робочого

1)неможливість зварювання деталей великої товщини (для

деталей товщиною більш 2-2.5 мм);

2) на існуючому вітчизняному обладнанні можливе

зварювання тільки простих конструкцій;

температурою до 10000К. Збільшення вмісту нікелю до 20%0 - 25%

уможливлює розширення температурного діапазону до 1399 К

Жаротривкі сталі вельми дорогі, їх застосування не завжди економічно вигідне. Можливими замінниками жаротривких сталей є спеціальні сорти хромистих і хромонікелевих чавунів з робочою температурою до 13090К.

Для високотемпературних електричних печей в якості жаростійких матеріалів застосовують молібден, вольфрам, високовогнетривку кераміку, карбіди та бориди деяких матеріалів.