С увеличением тока глубина и ширина плакирующего слоя увеличиваются, а высота слоя уменьшается. Это происходит потому, что с увеличением тока выделяемое тепло не только расплавляет плакирующий металл, но и часть подложки, происходит смешивание плакирующего и подложечного слоев, в результате чего плакирующий слой в целом проседает, что приводит к увеличению глубины плавления и уменьшению высоты слоя; а с увеличением тока плазменная дуга становится более грубой, увеличивается температурный диапазон источника тепла, усиливается способность расплавленной ванны к растеканию по подложке, поэтому увеличивается ширина расплавленной ванны.
1.2 Влияниесваркаскорость формования расплавленного облицовочного слоя

Таблица 3.2. Геометрия поперечного сечения расплавленных наплавленных слоев при различных скоростях сварки.

С увеличением скорости сварки глубина проплавления наплавленного слоя уменьшается, высота слоя сначала резко снижается, а затем постепенно уменьшается, ширина уменьшается. При скорости сварки 4 мм/с, при увеличении толщины наплавленного металла до определенного уровня, глубина проплавления составляет 1,17 мм. В это время тепловая энергия на единицу длины не позволяет основному материалу продолжать плавиться, и наплавленный слой продолжает накапливаться, достигая высоты 4,34 мм; при увеличении скорости сварки до 5 мм/с тепловая энергия на единицу длины и количество подаваемой проволоки уменьшаются, поэтому глубина проплавления, высота слоя и ширина уменьшаются; если скорость сварки продолжает увеличиваться, как указано выше, тепловая энергия становится недостаточной, и плавится лишь небольшая часть основного материала. Высота наплавленного слоя сначала резко снижается, а затем постепенно уменьшается, ширина уменьшается. Если скорость сварки продолжает увеличиваться, как указано выше, то в этот момент подводимой тепловой энергии оказывается недостаточно, расплавляется лишь небольшая часть основного материала, слой плавления не провисает, что приводит к большему уменьшению глубины плавления, в то время как высота слоя уменьшается меньше.

1.3 Влияние скорости подачи проволоки на формирование плакирующего слоя

Таблица 3.3. Геометрические размеры поперечного сечения облицовочного слоя при различных скоростях подачи проволоки.

С увеличением скорости подачи проволоки глубина и ширина плакирующего слоя уменьшаются, а высота слоя увеличивается. Это связано с тем, что при определенных значениях тока и скорости сварки тепловая энергия на единицу длины также определена, а с увеличением скорости подачи проволоки увеличивается количество присадочной проволоки на единицу длины, и плакирующему металлу требуется больше тепла. Когда тепловой энергии недостаточно для полного расплавления всего плакирующего слоя, основная часть материала расплавляется меньше, поэтому глубина расплава уменьшается, а высота слоя увеличивается, и способность плакирующего металла к растеканию вблизи основной части материала ухудшается, поэтому ширина быстро уменьшается.

В целом, эффективные параметры процесса плазменно-дуговой наплавки слоя дуплексной нержавеющей стали 2205 варьируются в следующих пределах: ток 90 А ~ 110 А, скорость сварки 4 мм/с ~ 6 мм/с, скорость подачи проволоки 50 мм/с ~ 70 мм/с, расход ионного газа 1,5 л/мин.
2. Оптимизация параметров процесса формирования наплавленного слоя на основе метода поверхности отклика.
Метод поверхности отклика (МПО) представляет собой сочетание экспериментального планирования и статистических методов оптимизации. Анализ экспериментальных данных позволяет получить аппроксимирующую функцию, отражающую влияние факторов и значения отклика, а также трехмерную карту поверхности, что дает возможность наглядно отразить взаимосвязь между факторами и значениями отклика в ходе фактических испытаний, обладающую прогностической и оптимизационной ролью. Исходя из вышеизложенного, выбор МПО в рамках центрально-композиционного планирования (ЦКП) позволил разработать программу оптимизации процесса, исследовать взаимосвязь между током, скоростью сварки, скоростью подачи проволоки и степенью разбавления наплавленного слоя, а также соотношением сторон, и с помощью математического моделирования получить функцию, отражающую параметры процесса, степень разбавления и соотношение сторон, для прогнозирования качества наплавленного слоя.

2.1 Влияние параметров процесса на степень разбавления облицовочного слоя.

Таблица 3.8. Результаты оптимизации процесса и их проверка.