Mathematic modeling of the induction heating in recuperating of the operation characteristics of culinder-shape parts

Розроблено математичну модель для визначення питомої потужності теплових джерел, які виникають у результаті індукційного нагріву масивних циліндричних тіл. Такий нагрів використовується в технологічних процесах відновлювання експлуатаційних властивостей коліс залізничного транспорту методом нарощування їхньої робочої поверхні за допомогою заливки рідкого металу і схоплення його з підготовленою для відновлювання поверхнею. За допомогою розробленої математичної моделі проведено дослідження залежності питомої потужності теплових джерел від частоти і сили струму в індукторі й тривалості нагрівання.The increase of durability and reliability of parts and operating members of machines and mechanisms is one of the most important issues for various sectors of the economy of Ukraine. In order to improve the parts wear resistance during operation, their working surfaces are strengthened by various surfacing methods. Available surfacing processes of worn working cylindrical bodies, induction ones in particular, possess some disadvantages: relatively low productivity, large energy consuming and uneven thickness of the surfacing metal. To improve these characteristics, theoretical foundations of improving welding technology and increasing of its energy efficiency should be developed. A mathematical model to determine the specific power of heat sources, resulting from the induction heating of huge cylindrical bodies, has been developed. This type of heating is applied in industrial processes for the recuperating of rail transport wheels performance characteristics by growing of their working surface and pouring with a liquid metal and connection of it with prepared for recuperation surface. Applying the developed mathematical model, the investigation for the dependency of heat source specific power on the frequency and current strength in the inductor and heating duration has been conducted. It was found that for the development of the recuperation technology of worn working surfaces of cylindrical shape bodies it is necessary to heat its prepared end area up to 1300–1450°C to prepare the crucible for pouring in it the molten metal and further cooling of base metal together with the poured in the crucible. At temperature 1450–1600°C both the poured liquid metal and prepared on the border between them the base metal are in the liquid state and in the amount of liquid metal and austenite, that is, conditions for their mutual mixing and diffusion will be created to promote their real joining

Development of methods for experimental investigation of the manufacturing processes of the induction welding of thin construction elements

Розроблено методики для вимірювання температурного поля в зоні наплавлення, дослідження стійкості проти спрацювання, товщини шару наплавлюваного металу, а також прогинів тонких дисків, які дозволяють зменшити трудові і матеріальні затрати та оцінити якісні показники при розробці нових технологічних процесів індукційного наплавлення тонких елементів конструкцій в залежності від типу нагрівальних систем та режимів нагрівання.The methods for measuring temperature field in the welding area are developed. Wear resistance of the welded metal layer thickness as well as thin dishes deflection which allow to decrease labour and cost expenditures, are investigated. Estimation data for the development of new technological processes of the induction welding of thin elements of the construction depending on the type of the heating systems and regimes are analyzed

Application of aluminium coagulants for the removal of sulphate from mine water

he results of treatment of solutions with high sulphates concentration and the high rate of water hardness are given. It is shown that the significant reduction of secondary pollution by chlorides achieved through an integrated use of aluminium hydroxchloride and sodium aluminate coagulants. It was found that the efficiency of water purification of sulphates and water softening can be increased with the carbon dioxide processing

Induction fusion regimes of parts using screening of the heat and electromagnetic fields

Проведено дослідження режимів індукційного наплавлення тонких дисків на структуру, зносостійкість та стабільність товщини шару наплавленого металу. Показано, що при наплавленні порошкоподібним твердим сплавом ПГ-С1 нагрівальною системою ІТЕЕ (індуктор, тепловий і електромагнітний екрани) з прикладанням горизонтальної вібрації та енергоощадного режиму наплавлення, зносостійкість підвищується в 1,5 рази, рівномірність товщини шару наплавленого металу – на 8% та покращується якість наплавленого металу (з крупнозернистої структури в дрібнозернисту) в порівнянні з технологією без горизонтальної вібрації. Це досягається за рахунок сприятливішого розподілу легуючих елементів у наплавленому шарі металу. Дослідження проводили на тонких дисках, виготовлених зі сталі Ст3, діаметром 210 мм, товщиною основного металу 3 мм і наплавленого відповідно 0,8...1,5 мм та шириною зони наплавлення 15 мм.Induction fusion is the process which is applied to recuperate worn parts or to strengthen the working surface while manufacturing new parts. This process is widely used in agricultural mechanical engineering. The important condition for providing required process of induction fusion is the proper chosen parameters of the fusion regime, which results in the quality of the fused layer of the metal and durability of the fused part operation. To improve the properties of the fused metal the authors have developed new technology of the induction fusion taking advantage of the heating system IHES (inductor, heat and electro-magnetic screens) with the changeable specific power in time while fusion (energy-saving heating regime). While carrying investigations 210 diameter disks of 3 mm thickness were used. Powder-like hard alloy ПГ-С1 covered the surface in 3 mm to obtain 0,8...1,5 mm layer of the fused metal, fusion area being 15 mm. Then the disk surface was heated according to energy-saving regime during 22 sec. At the moment of starting the fusion of charge, taking advantage of the special equipment horizontal vibration, was introduced (fluctuation amplitude 0,2 mm) and then switched off after complete melting of the powder-like hard alloy. Then the disk was taken away from the equipment and cooled together with the hard alloy in the air. The effect of the thin disks induction fusion regimes on the structure, wear resistance and stability of the fused metal layer thickness has been investigated. It is shown that under fusion by the powder-like hard alloy ПГ-С1, taking advantage of the system IHES (inductor, heat and electro-magnetic screens), using horizontal vibration and energy-saving fusion regime, the wear-resistance increases in 1,5 times, uniformity of the fused metal layer thickness by 8% and the quality of the fused metal improves (coarse grained structure into fine grained structure) as compared with the technology of horizontal fusion without horizontal vibration

Establishment of the temperature field on surface metal wheels worn when the temperature in part near exceed the temperature Curie point

Розроблено математичну модель для визначення джерел нагріву, коли температура на торці колеса перевищує температуру Кюрі, яка необхідна для одночасного нагрівання спрацьованого металевого колеса по всій робочій поверхні з метою нарощування його методом заливки рідкого металу в тигель і схоплення його з робочою поверхнею колеса, що дозволяє значно підвищити продуктивність і якість процесу та зменшити матеріальні й трудові затрати в порівнянні з існуючими методами відновлення металевих коліс.A mathematical model to determine the sources of heat when the temperature at the wheel ends exceeds the Curie temperature which is necessary for the simultaneous heating of the metal wheels worn throughout the working surface to increase it by pouring molten metal in the crucible and its grip on the wheel working surface that can significantly improve productivity and process quality and reduce material and labor costs compared with existing methods of recovery of metal wheels

Calibration required for studying traffic smelt in the technological crucibles

Розроблена математична модель визначення та формування початкових швидкостей руху розплавленого металу в технологічному тигелі, створення початкових і граничних умов, необхідних для відновлення робочих поверхонь кочення залізничних вагонних та локомотивних коліс, а саме його нарощування.The mathematical model of the formation and initial velocities to study the movement of molten metal in the crucible of technology, creation of initial and boundary conditions needed to restore the working surfaces of rolling railway wagon and locomotive wheels, namely its capacity

Studying the processes of sulphates and chlorides extraction from water at low-waste water demineralization technology

To solve the disposal problem of high-salinity liquid wastes resulting from the water demineralization, researched are the processes of chlorides’ and sulphates’ ion-exchange separation with further sulphates (in the form of calcium sulphate) removal from the technological cycle. It is shown that the desulphatized water can be effectively desalinated by reverse osmosis filters, including low-pressure membranes Filmtec TW30-1812-50. The liquid waste obtained in form of concentrates, does contain chlorides, sodium ions and hardness ions. Established is that at these concentrates processing by lime and sodium carbonate or alkali and sodium carbonate they are softened with hardness decrease up to 0,25…0,95 mg-eq/dm3, which allows these solutions’ further electrolysis to obtain alkali and hydrochloric acid. Through direct electrolysis of concentrates, obtained by reverse osmosis water desalination at anionic membrane two-chamber electrolysers, we obtained a disinfectant solution containing chlorine oxigenates (active chlorine, hypochlorite, chlorite and sodium chlorate) and duly effective in water sterilization. The resulting solution well keeps its properties and is promising for disinfection of natural and waste waters

Mathematic model of heating system construction parameters optimization taking into account the combined screening of thermal and electromagnetic fields

У роботі розроблено математичну модель, яка дозволяє проектувати складну нагрівальну систему ІТЕЕ, що складається з індуктора, теплового та електромагнітного екранів, з урахуванням їх тепло-, електрофізичних, енергетичних та геометричних параметрів з використанням енергоощадного режиму нагрівання для наплавлення тонких сталевих дисків довільних діаметрів і розмірів зони наплавлення, виходячи з потреб технології без проведення експерименту, яка покращує рівномірність товщини шару наплавлювального металу, підвищує продуктивність процесу наплавлення, а також досягати додаткової економії електроенергії внаслідок екранування теплових та електромагнітних полів.Mathematic model providing complex heating system ITEE, which consists of an inductor, heat and electromagnetic screens taking into account their heat, electrophysical, power, and geometric parameters under energy-saving heating regime for surfacing of thin steel disks of arbitrary diameters and sizes of the surfacing area meeting the needs of technology without experiments having been carried out. The technology improves uniformity of the surfacing metal layer thickness and raises the surfacing efficiency and gives a possibility to obtain additional energy saving caused by the screening of the heat and electromagnetic fields