Влияние конструктивных особенностей плазмотрона на качество реза при прецизионной воздушно-плазменной разделке металла

Методами оптической интерферометрии и металлографического анализа исследована структура разделочных швов, полученных после резки стали марки 09Г2С плазмотронами типа ПМВР-5, имеющими ряд конструктивных особенностей в системе газодинамической стабилизации плазменной дуги. Показано, что применение новых плазмотронов позволяет получить более высокое качество реза на сталях 09Г2С средних толщин с высокой производительностью и меньшими энергетическими затратами. Металлографический анализ показал, что качественный состав структуры поверхности реза практически одинаков, поэтому приоритетным критерием для сравнительного анализа качества становятся характеристики микрогеометрии поверхности. Следует отметить, что оценка по этому параметру показывает высокое качество разделки практически по всей длине реза, так как влияние технологических особенностей вреза плазменной дуги в металл сказывается на расстоянии менее 0,3 мм от кромки листа. Применение дополнительных способов газодинамической стабилизации (симметрия подачи с двойной системой завихрения плазмообразующего газа) в плазматроне ПМВР-5.2 позволяет добиться дополнительных преимуществ по критерию качества поверхности по сравнению с плазмотроном ПМВР-5.1. Отмечен ряд особенностей, влияющих на качество реза при разделке металлов разных толщин под сварку в зависимости от угла наклона плазмотрона при резке. Оценки твердости поверхностного слоя свидетельствуют о минимальных отклонениях от требований СТО Газпром 2-2.2-136-2007 (Инструкция по технологиям сварки при строительстве и ремонте промысловых и магистральных газопроводов) по твердости зоны термического влияния не более 300 HV. Это позволяет использовать в дальнейшем полученные исследованными плазматронами разделочные швы под сварку без удаления зон термического влияния. Применение новых плазмотронов позволяет осуществлять прецизионную чистовую плазменную резку металлов, в том числе и в технологиях производства сварных соединений.

плазмотрон, проектирование, зона термического влияния, структурные превращения, дефекты, качество, эффективность

1. Nikou V. Welded repair and maintenance in the space environment. – Massachusetts Institute of Technology, 2003. – 113. р.

2. Кайдалов А.А. Современные технологии термической и дистанционной резки конструкционных материалов. – Киев: Экотехнология, 2007. – 456 с.

3. Кавун Н.Н., Гусев В.Г. Сравнительный анализ способов резки листового материала. – В кн.: Перспективы развития технологий и оборудования в машиностроении / Под ред. А.А. Горохова. – Курск: Изд-во «Университетская книга», 2016. С. 50 – 53.

4. Эсибян Э.М. Воздушно-плазменная резка: состояние и перспективы // Автоматическая сварка. 2000. № 12. С. 6 – 16.

5. Hoult A.P., Pashby I.R., Chan K. Fine plasma cutting of advanced aerospace materials // Journal of Materials Processing Technology. 1995. Vol. 48. P. 825 – 831.

6. Nedic B., Jankovic M., Radovanovic M. Quality of plasma cutting. – In: 13 th International Conference on Tribology, SERBIATRIB ’13. Kragujevac, Serbia, 15-17 May 2013. – Kragujevac, Serbia, 2013. P. 314 – 319.

7. Anakhov S.V., Singer K., Pykin Yu.A., Shakurov S.A. Examination of the cut surface in thermal cutting of 09G2S steel // Welding International. 2008. Vol. 22. No. 4. P. 267 – 270.

8. Чередниченко В.С., Аньшаков А.С., Кузьмин М.Г. Плазменные электротехнологические установки. – Новосибирск: изд. НГТУ, 2011. – 602 с.

9. Чиеу Куанг Фи. Исследование эффективности технологии узкоструйной плазменной резки металлов: автореф. дис... канд. техн. наук: 05.08.04. – СПб., 2008. – 27 с.

10. Лащенко Г.И. Плазменная резка металлов и сплавов. – Киев: Экотехнология, 2003. – 64 с.

11. Bhuvenesh R., Norizaman M.H., Abdul Manan M.S. Surface roughness and MRR effect on manual plasma arc cutting machining // International Journal of Industrial and Manufacturing Engineering. 2012. Vol. 6. No. 2. P. 459 – 462.

12. Остриков О.М., Кузнецова О.С. Влияние режимов плазменной резки на микроструктуру, микротвердость и качество обработки углеродистых сталей // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П.О. Сухого. 2010. № 1 (40). С. 33 – 38.

13. Гаар Н.П., Рахимянов А.Х., Локтионов А.А. Предотвращение дефектов реза за счет оптимизации траектории при тонкоструйной плазменной резке // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2018. № 2. С. 70 – 75.

14. Дресвин С.В., Зверев С.Г. Плазмотроны: конструкции, параметры, технологии. – СПб.: изд. Политехн. ун-та, 2007. – 208 с.

15. Tendero C., Tixier C., Tristant P., Desmaison J., Leprince P. Atmospheric pressure plasmas: a review // Spectrochim Acta. Part B. 2006. No. 61. P. 2 – 29.

16. Xiuquan Cao, Deping Yu, Meng Xiao, Jianguo Miao, Yong Xiang, Jin Yao. Design and characteristics of a laminar plasma torch for materials processing // Plasma Chemistry and Plasma Processing. 2016. No. 36. P. 693 – 710.

17. Пат. 2584367 RU. Плазмотрон / Пыкин Ю.А., Анахов С.В., Матушкин А.В.; заявл. 11.03.2015; опубл. 20.05.2016. Бюл. № 14.

18. Шалимов М.П., Анахов С.В., Пыкин Ю.А., Матушкин А.В., Матушкина И.Ю. Оценка эффективности газовихревой стабилизации в плазмотронах для резки металлов // Сварка и диагностика. 2018. № 2. С. 57 – 61.

19. Matushkin A.V., Pyckin Yu.A., Anakhov S.V., Matushkina I.Y. About raising of the gas vortex stabilization efficiency in plasma torch for metal cutting // Solid State Phenomena. 2018. Vol. 284. Р. 218 – 223.

20. Михайлицын С.В., Шекшеев М.А., Аюбашев О.М. и др. Исследование плазменно-дуговой резки низколегированной стали 09Г2С // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2017. Т. 15. № 2. С. 48 – 52.

21. Mostaghimi J., Boulos M.I. Thermal plasma sources: how well are they adopted to process needs? // Plasma Chemistry and Plasma Processing. 2015. No. 35. P. 421 – 436.

22. Vardelle A., Moreau C., Themelis N.J., Chazelas C. A perspective on plasma spray technology // Plasma Chemistry and Plasma Processing. 2015. No. 35. P. 491 – 509.

23. Venkataramani N. Industrial plasma torches and applications // Current Science. 2002. Vol. 83. No. 3. P. 254 – 262.