Исследование теплопередачи оригинальной конструкции электронагревателей, применяемых для технологических операций изготовления деталей из сплава ВТ6

Введение. В работе рассматривается оригинальная конструкция высокотемпературного трубчатого электрического нагревателя патронного типа, предназначенного для нагрева промышленной оснастки, используемой для производства деталей из сплава ВТ6. Технологический процесс требует поддержания стабильных высоких температур, превышающих 1000 °С. В отсутствие надлежащей термообработки после операций сварки в деталях образуются трещины, что может привести к их последующему разрушению, особенно это становится критично при сильной неоднородности структуры в зоне шва и основного металла от нанодиапазона до крупнозернистой структуры. Кроме того, нежелательное термическое воздействие на элементы оснастки требует дополнительных затрат на их охлаждение и контроль. Цель работы – оценка теплопередачи оригинальной конструкции электронагревателей, применяемых в производстве деталей из сплава ВТ6. Методы и материалы. Исследование теплопередачи предложенной конструкции нагревателей выполнено методом конечных элементов в программном комплексе “Ansys”, расчетном модуле “Transient thermal”. Для валидации полученных расчетных значений разработан испытательный стенд, воспроизводящий результаты моделирования. Качественный анализ полей температур подтвердил гипотезу равномерности работы предложенного конструктива нагревателя. Результаты и обсуждение. Количественный анализ отразил режим нагрева сплава ВТ6. Экспериментально подтвержден результат моделирования температуры в контрольных точках оснастки, достижение целевой температуры в 1000 °С в локализованной зоне обеспечено. Погрешность составила ± ≈ 70 °С. После термообработки исследована микроструктура образцов титанового сплава ВТ6 в различных зонах. Выводы. На основе проведённых исследований предложены рекомендации по выбору оптимальных режимов эксплуатации высокотемпературных трубчатых электрических нагревателей патронного типа данной конструкции, а также описаны возможные сферы их применения.