OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 3 2022 9 TECHNOLOGY ( ) , ( ) p T p T f n 1 1 exp , p T C C T T (6) где Tυ – температура кипения, постоянные 0 54 p a C , p и T C h R содержат атмосферное давление pa, молярную скрытую теплоту плавления hυ и молярную газовую постоянную R. Следуя той же феноменологической модели, что и для давления паров, потери тепла за счет испарения имеют вид ( ) , s m h h T 0, 82 ( ) , M s C m c p T T (7) ,0 ( ) . h T p T h T c dT где скорость энтальпии на единицу площади поверхности s получается из произведения потока массы пара на единицу площади поверхности m и суммы удельной энтальпии h(T) и скрытой теплоты испарения h на единицу массы. Th,0 – начальная температура удельной энтальпии, а константа (2 ) M C M R содержит молярную массу M и молярную газовую постоянную R; cs – так называемая константа прилипания, которая принимает значение, близкое к единице для металлов [19, 20]. Сила давления плазменной дуги учитывается следующим образом [21]: 2 2 2 0 0 2 ( , ) , ( , ) 2 exp 2 ( ) ( ) . pl pl pl I a p x y p x y k I x x y y R f n (8) Излучение моделируется уравнением Стефана–Больцмана: 4 rad B 0 ( ) , s T T (9) где σB – постоянная Больцмана; ε – излучательная способность материала; T0 – температура окружающей среды. Для решения данной математической модели использовался метод гидродинамики сглаженных частиц (Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH) и была проведена серия численных экспериментов по определению основных закономерностей формирования наплавляемых валиков и переноса присадочного материала, зависимости геометрических характеристик получаемых валиков от влияния сил давления паров, направления действия источников тепла и азимутального угла действия источников тепла. При этом анализировались варианты процесса электронно-лучевой наплавки при расположении вектора скорости наплавки в плоскости действия электронных пучков (рис. 1, а) и перпендикулярно этой плоскости (рис. 1, б). При расчетах использовались следующие геометрические характеристики моделируемой системы и предварительные параметры процесса (табл. 1). В качестве наплавляемого материала и материала подложки при моделировании рассматривалась аустенитная хромоникелевая сталь 04Х18Н10 (теплофизические характеристики представлены в табл. 2). Численная реализация осуществлялась на многопроцессорном компьютере IBM 2×300 sas 15k (4xIntel Xeon E7520, 64 Гб) с использованием возможностей многопотоковых вычислений MPI в пакете LAMMPS. Исследование влияния взаимного расположения вектора скорости наплавки относительно плоскости действия электронных пучков. На рис. 2 и 3 представлены результаты численного анализа процесса наплавки вертикально подаваемого проволочного материала, оплавляемого двумя симметрично действующими электронными пучками, без учета (рис. 2, а) и с учетом (рис. 2, б) сил давления паров металла. На рис. 2 представлен вариант, при котором вектор скорости наплавки лежит в плоскости действия электронных пучков, а на рис. 3 – вариант, при котором вектор скорости наплавки перпендикулярен плоскости действия электронных пучков.
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1