Влияние геометрии алюмотермитной засыпки на распределение интенсивности остаточных напряжений в пластине из хладостойкой стали 20А

Работа направлена на построение математической модели наплавления металлического слоя на горизонтальную поверхность стальной пластины. Наплавленный слой получают в результате горения насыпного материала в виде алюмотермитной засыпки, нанесенной на поверхность в форме ленты с определенной полостью и геометрией (высотой и шириной), от чего будет завесить температура горения. Для пластин с толщинами 0.006, 0.01, 0.015 м. находятся оптимальная геометрия насыпного материала, при которой будет гарантировано проплавление поверхности металла и без образования прожига. Температуру в материале пластины определяется решением уравнения теплопроводности совместно с граничными условиями. В них не рассматривается температура в шлаковой корке и в термитной засыпке, а их наличие моделируется лишь уменьшением отвода тепла от поверхности металла. Для подтверждения эффективности выбранных геометрических параметров насыпного материала решается задача температурных напряжений. Материал пластины принимается упруговязкопластичным, деформации малыми. Результатом работы является найденная эффективная высота 0.02 м и ширина 0.04 м насыпного материала в виде алюмотермитной засыпки для процесса наплавления металлического слоя на горизонтальную поверхность стальной пластины, толщинами 0.006, 0.01, 0.015 м. Особенность полученного решения демонстрируется тем, что максимальная температура поверхности металла для случаев разными толщинами практически совпадает. При отклонении от эффективной геометрии в сторону увеличения объёма алюмотермитной засыпки возрастает интенсивность остаточных напряжений в пластине. This work aims to develop a mathematical model for the deposition of a metal layer on the horizontal surface of a steel plate. The deposited layer is produced by combustion of a bulk material in the form of an aluminothermic backfill applied to the surface in the form of a strip with a specific cavity and geometry (height and width), which determines the combustion temperature. For plates with thicknesses of 0.006, 0.01, and 0.015 m, the optimal geometry of the bulk material is determined, which guarantees melting through the metal surface without burn-through. The temperature in the plate material is determined by solving the heat conductivity equation in conjunction with the boundary conditions. These conditions do not consider the temperature in the slag crust or the thermite backfill, and their presence is modeled solely by reducing heat removal from the metal surface. To confirm the effectiveness of the selected geometric parameters of the bulk material, the problem of thermal stresses is solved. The plate material is assumed to be elastic-viscoplastic, with small deformations. The result of this work is an effective height of 0.02 m and a width of 0.04 m of aluminothermic backfill material for the process of depositing a metal layer on the horizontal surface of a steel plate with thicknesses of 0.006, 0.01, and 0.015 m. The uniqueness of the obtained solution is demonstrated by the fact that the maximum metal surface temperature for different thicknesses is virtually identical. Deviating from the effective geometry by increasing the volume of the aluminothermic backfill increases the intensity of residual stresses in the plate.