Разработка оборудования и технологии прецизионной воздушно-плазменной резки толстолистовой стали

Исследована структура разделочных швов, полученных после резки стали 09Г2С новым узкоструйным плазмотроном типа ПМВР-5.3, имеющим ряд конструктивных особенностей в системе газодинамической стабилизации (ГДС) плазменной дуги. Для повышения эффективности ГДС в плазмотроне ПМВР-5.3 использован симметричный вход плазмообразующего газа в систему деления потока и газодинамический стабилизатор потока, использующий два (формирующий и стабилизирующий) завихрителя с переменным числом каналов завихрения. Показано, что достигнутое преимущество в эффективности ГДС позволяет получить высокое качество реза на сталях типа 09Г2С толщиной 40 мм с высокой производительностью и меньшими энергетическими затратами. Аналитическими методами доказана высокая степень прецизионности резки новым плазмотроном: малая ширина реза, отсутствие оплавления и скругления верхней кромки, а также грата в нижней части реза и брызг в верхней части реза, практически нулевое угловое отклонение, минимальные величины микрорельефа поверхности и ширины зоны термического влияния. Металлографический анализ и определение твердости показали наличие трех субзон в образовавшейся зоне термического влияния со значительными структурными изменениями в двух из них. Отмечен ряд факторов, влияющих на выявленные изменения в структурообразовании, а также на установленные при микрорентгеноспектральном анализе изменения в элементном составе поверхностного слоя разделочного шва. Обращено внимание на микрорельеф поверхности после плазменной резки, который по всем показателям качества соизмерим с механической обработкой поверхности после фрезерования и соответствует второму классу качества по чистоте поверхности. Доказано, что применение нового узкоструйного плазмотрона позволяет произвести качественный раскрой листовой стали в диапазоне толщин вплоть до 40 мм и более. Однако сварку заготовок без предварительной механической обработки можно производить при толщине реза не более 20 мм.  

1. Krink V., Simler H., Laurisch F. Plasmaschneidtechnologie – Erweiteung wirtschaftlicher Anwendungsgebiete // ICCT 2006: Internationale Schneidtechnische Tagung; Vorträge der gleichnamigen Konferenz: Hannover, 10 und 11. Oktober 2006. Р. 18–25.

2. Mussmann J. Stand der Bearbeitung von ISO 4063:2009 “Schweissen und verwandte Prozesse – Liste der Prozesse und Ordnungsnummern” // Schweissen und Schneiden. 2010. No. 7–8. Р. 430–433.

3. Krink V. Plasmaschneiden – ein vielseitiges Verfahren zum Schneiden dunner und dicker Bleche // DVS Congress 2010. Vorträge der Veranstaltung vom 26–28. September 2010 in Nürnberg. Р. 73–78.

4. Эсибян Э.М. Воздушно-плазменная резка: состояние и перспективы // Автоматическая сварка. 2000. № 12. С. 6–20.

5. Антипов Н.А. Медко В.С. Определение дефектного приповерхностного слоя при воздушно-плазменной разрезке заготовок из углеродистой низколегированной стали // Электрофизические и электрохимические методы обработки. 2014. № 2(80). С. 25–27.

6. Васильев А.Н., Внук В.В., Зиновьев В.И., Котькина Т.В. Сравнительные исследования воздушно-плазменной и кислородно-плазменной резки // Известия МГТУ. 2014. № 2(20). С. 13–18.

7. Gesteigerte Produktivität durch neueste Plasmaschneidtechnologie // Schweissen und Schneiden. 2008. No. 9. Р. 458–459.

8. Nachbargauer K. Mit Schneidhohmodus beim Plasmaschneiden reproduzierbare Schneidergebnisse erzeilen // DVS Congress 2010. Vorträge der Veranstaltung vom 26–28. September 2010 in Nürnberg. Р. 95–96.

9. Wegmann H., Gesthuysen F.-J., Holthaus M. Plasma cutting – an economically viable process for mild and low-alloy steels // Welding and Cutting. 2005. Vol. 4. No. 4. P. 191–194.

10. Анахов С.В. Принципы и методы проектирования плазмотронов. Екатеринбург: Издательство РГППУ, 2018. 163 с.

11. Conrads H., Schmidt M. Plasma generation and plasma sources // Plasma Sources Science and Technology. 2000. Vol. 9. No. 4. P. 441–454. https://doi.org/10.1088/0963-0252/9/4/301

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

13. Локтионов А.А. Оценка качества реза листовых материалов при тонкоструйной плазменной резке // Обработка металлов. 2013. № 4(61). С. 85–89.

14. Рахимянов Х.М., Локтионов А.А., Никитин Ю.В. Оценка геометрической точности реза листовых материалов при различных технологиях тонкоструйной плазменной резки // Обработка металлов. 2013. № 3(60). С. 25–30.

15. Kirkpatrick I. High definition plasma – an alternative to laser technology // Aircraft Engineering and Aerospace Technology. 1998. Vol. 70. No. 3. P. 215–217. https://doi.org/10.1108/00022669810370349

16. Дресвин С.В., Зверев С.Г. Плазмотроны: конструкции, параметры, технологии. Санкт-Петербург: Издательство Политехнического университета, 2010. 56 с.

17. Анахов С.В., Пыкин Ю.А., Матушкин А.В. Повышение эффективности системы газовихревой стабилизации в плазмотронах для высокоточной резки металлов // Сварочное производство. 2019. № 4. С. 27–30.

18. ГОСТ 14792–80. Детали и заготовки, вырезаемые кислородной и плазменно-дуговой резкой. Точность, качество поверхности реза. Москва: Издательство стандартов, 1980. 6 с.

19. Сухоруков Н.В., Смоленцев Е.В. Технология плазменной обработки при разделении материалов // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. Т. 5. № 12. С. 1–3.

20. Сумец А.В., Кассов В.Д. Закономерности структурообразования зоны термического влияния при резке металлов // Вестник ХНАДУ. 2017. Вып. 77. С. 166–170.

21. Лященко Г.И. Качество реза при плазменно-дуговой резке // Сварщик. 2012. № 4. С. 34–39.