Исследование методов повышения качества плазменной резки | MachineMFG

Изучение методов повышения качества плазменной резки

0
(0)

Плазменная резка - это метод обработки, при котором тепло высокотемпературной плазменной дуги заставляет металл на срезе заготовки частично расплавиться и испариться, а под действием высокоскоростной плазмы расплавленный металл вылетает, образуя разрез.

Поскольку при резке материалов используется реакция плавления, а не окисления, область его применения гораздо шире, чем при кислородной резке. Она может резать практически все металлы, неметаллы, многослойные и композитные материалы.

Срезы получаются узкими, с хорошим качеством поверхности, высокой скоростью резки и толщиной до 160 мм.

Кроме того, из-за высокой температуры и высокой скорости плазменная дугаПри резке тонких листов деформация отсутствует.

В частности, при резке нержавеющей стали, титановых сплавов и цветных металлов достигается превосходное качество резки.

Поэтому, плазменная резка широко используется в таких отраслях, как автомобилестроение, производство сосудов под давлением, химическое оборудование, атомная промышленность, общее машиностроение, строительная техника и стальные конструкции.

1. Принцип работы станка плазменной резки

A плазменный резак Ионизирует смешанные газы с помощью высокочастотной электрической дуги, заставляя некоторые газы "разлагаться" или ионизироваться на основные атомные частицы, создавая таким образом "плазму".

Когда дуга переходит на заготовку, газ под высоким давлением выдувает плазму из сопла горелки со скоростью 800-1000 м/с (около 3 Махов).

Температура плазменной дуги чрезвычайно высока и достигает от 10 000°C до 30 000°C, значительно превышая температура плавления из любых металлических и неметаллических материалов.

Это приводит к быстрому расплавлению разрезаемой заготовки, а расплавленный металл выдувается потоком воздуха под высоким давлением.

Поэтому необходимо оборудование для удаления дыма и шлака. Плазменная резка в сочетании с различными рабочими газами позволяет резать различные металлы, трудно поддающиеся резке с помощью кислородная резкаОсобенно цветные металлы (нержавеющая сталь, алюминий, медь, титан, никель) с лучшим режущим эффектом.

Его основные преимущества заключаются в том, что когда резка металла При не слишком большой толщине материалов плазменная резка выполняется быстро, особенно при резке тонких листов обычной углеродистой стали, скорость может достигать 5-6 раз по сравнению с кислородной резкой, при этом поверхность среза получается гладкой, тепловые деформации минимальны, а зона термического влияния практически отсутствует.

С развитием плазменной резки используемый рабочий газ (рабочий газ является проводящей средой плазменной дуги, теплоносителем, а также выводит расплавленный металл из разреза) оказывает значительное влияние на характеристики резки плазменной дугой, а также на качество и скорость резки.

В качестве рабочих газов для плазменной дуги обычно используются аргон, водород, азот, кислород, воздух, пар и некоторые смешанные газы.

2. Стандарты оценки качества плазменно-дуговой резки

(1) Ширина пропила

Это одна из наиболее важных характеристик для оценки качества работы резака, отражающая минимальный радиус, с которым может работать резак. Она измеряется в самой широкой точке, при этом большинство плазморезов производят ширина пропила от 0,15 до 6,0 мм.

Влияющие факторы: a. Слишком широкие пропилы не только отводят материал, но и снижают скорость резки и увеличивают расход энергии. b. Ширина пропила в первую очередь связана с отверстием сопла, обычно превышая его на 10% - 40%. c.

При увеличении толщины резки часто требуется большее отверстие сопла, что, в свою очередь, расширяет пропил. d. Увеличение ширины пропила может привести к большей деформации разрезаемой детали.

(2) Шероховатость поверхности

Она описывает внешний вид поверхности среза и определяет необходимость дальнейшей обработки после резки. Это также показатель значения Ra на двух третях глубины реза.

Шероховатость в основном обусловлена продольными колебаниями, вызванными потоком воздуха в направлении резания, что приводит к появлению пульсаций на срезе.

Общее требование к шероховатость поверхности после оксиацетиленовой резки: Класс 1 Ra≤30μm, Класс 2 Ra≤50μm, Класс 3 Ra≤100μm.

Плазменно-дуговая резка обычно дает большее значение Ra, чем газовая резка но меньше, чем при лазерной резке (менее 50 мкм).

(3) Скважность режущей кромки

Это еще один важный параметр, отражающий качество резания и связанный со степенью необходимости дальнейшей обработки после резания. Этот показатель часто представлен вертикальностью U или угловым допуском.

Для плазменно-дуговой резки значение U тесно связано с толщиной листа и параметрами процесса, обычно U≤(1%~4%)δ (δ - толщина листа).

(4) Ширина зоны термического воздействия

Эта метрика имеет решающее значение для закаливаемых или термообрабатываемых низколегированные стали или легированных сталей, так как широкая зона термического воздействия может значительно изменить свойства вблизи среза.

Ширина зоны термического воздействия при воздушно-плазменной дуговой резке составляет около 0,3 мм, при подводной плазменной дуговой резке она может быть более узкой.

(5) Количество окалины

Описывает количество окисленного шлака или рекристаллизованного материала, прилипшего к нижней кромке реза после термической резки. Степень окалины обычно определяется визуальным осмотром и часто описывается как отсутствие, незначительная, умеренная или сильная.

Кроме того, должны быть установлены особые требования к линейности реза, оплавлению верхнего края и надрезам.

3. Меры контроля качества при плазменно-дуговой резке

Качество поверхности при плазменно-дуговой резке в целом находится между качеством поверхности при оксиацетиленовой резке и резке ленточной пилой.

По сравнению с механической резкой, плазменно-дуговая резка имеет больший допуск. Когда толщина листа превышает 100 мм, более низкая скорость резки приводит к расплавлению большего количества металла, что часто приводит к неровному срезу.

Стандартом для хорошего реза является: небольшая ширина, прямоугольное сечение, гладкая поверхность, отсутствие шлака или окалины, а твердость поверхности реза не должна препятствовать последующей обработке.

3.1 Ширина и плоскостность пропила

Ширина пропила - это расстояние на верхней кромке разреза между двумя гранями, образованными режущим лучом. В случае плавления на верхней кромке разреза она обозначает расстояние между двумя режущими гранями непосредственно под слоем плавления.

Плазменная дуга часто снимает больше металла с верхней, чем с нижней части разреза, что приводит к небольшому наклону торца разреза, при этом верхний край обычно выглядит квадратным, но иногда слегка круглый.

Ширина пропила при плазменно-дуговой резке в 1,5-2,0 раза больше, чем при кислородно-ацетиленовой резке, и с увеличением толщины листа ширина пропила также увеличивается.

Для нержавеющей стали или алюминия толщиной менее 25 мм можно использовать плазменно-дуговую резку на низком токе, что позволяет получить более высокую прямолинейность разреза.

Особенно при толщине резки менее 8 мм можно отрезать небольшие кромки, а иногда их можно сваривать напрямую без дополнительной обработки, чего трудно добиться при плазменно-дуговой резке на высоком токе.

Это обеспечивает удобство при заготовке нестандартных кривых и вырезании нестандартных отверстий в тонких пластинах. Под плоскостностью поверхности резания понимается расстояние между двумя параллельными линиями, проведенными в направлении угла наклона поверхности резания, от самой высокой и самой низкой точек на поверхности реза.

На поверхности плазменно-дуговой резки образуется расплавленный слой толщиной от 0,25 до 3,80 мм, но его химический состав остается неизменным.

Например, при резке алюминиевого сплава, содержащего 5% w(Mg), несмотря на наличие расплавленного слоя толщиной 0,25 мм, состав остается неизменным, и оксид не появляется.

Если поверхность резки сваривается напрямую, можно получить плотный сварной шов. При резке нержавеющей стали, поскольку зона термического влияния быстро проходит через критическую температуру 649 ℃, карбид хрома не будет осаждаться вдоль границы зерен. Таким образом, плазменно-дуговая резка нержавеющей стали не влияет на ее коррозионную стойкость.

3.2 Методы удаления окалины из среза

Неравномерные выемки различной ширины, глубины и формы на поверхности реза нарушают однородность реза. Осадок оксида железа, который прилипает к нижней кромке поверхности резания после резки, называется висячим шлаком.

Если взять в качестве примера нержавеющую сталь, то из-за плохой текучести расплавленной нержавеющей стали трудно выдуть весь расплавленный металл из разреза в процессе резки.

Нержавеющая сталь обладает плохой теплопроводностью, и дно разреза может легко перегреться, оставив после себя расплавленный металл, который не был выдут.

Она сливается с дном разреза и застывает при охлаждении, образуя так называемую окалину или висячий шлак. Нержавеющая сталь прочна, и эта окалина очень прочна, что затрудняет ее удаление и создает значительные трудности при обработке.

Поэтому удаление окалины при плазменно-дуговой резке нержавеющей стали является критически важной задачей.

При резке меди, алюминия и их сплавов благодаря их хорошей теплопроводности снижается вероятность повторного расплавления расплавленного металла в нижней части разреза.

Хотя эта окалина "висит" под срезом, ее легко удалить. При использовании плазменно-дуговой резки особые меры по удалению окалины заключаются в следующем:

(1) Обеспечьте концентричность между вольфрам электрод и сопло

Плохое выравнивание вольфрамового электрода и сопла может нарушить симметрию газа и дуги, не позволяя плазменной дуге хорошо сжиматься или вызывая отклонение дуги.

Это снижает способность к резке, приводит к асимметричным срезам, увеличивает появление комков расплава, а в тяжелых случаях вызывает двойные дуги, нарушающие процесс резки.

(2) Убедитесь, что плазменная дуга имеет достаточную мощность

При увеличении мощности плазменной дуги энергия плазменной дуги возрастает, а столб дуги удлиняется, повышая температуру и текучесть расплавляемого металла в процессе резки.

Под действием высокоскоростного потока воздуха расплавленный металл легко сдувается.

Увеличение мощности дуговой колонки позволяет повысить скорость резки и стабильность процесса резки, а также использовать больший поток воздуха для увеличения силы обдува, что очень полезно для устранения комков расплава в разрезе.

(3) Выберите правильный расход газа и скорость резки

 Недостаточный поток газа может легко привести к образованию комков расплава. При прочих неизменных условиях с увеличением расхода газа качество резки улучшается, и можно получить рез, не содержащий комков расплава.

Однако чрезмерный расход газа укорачивает плазменную дугу, снижая ее способность плавить нижнюю часть заготовки, увеличивая отставание от реза, заставляя рез принимать V-образную форму и, как следствие, способствуя образованию комков расплава.

3.3 Избегайте появления двойных дуг

Возникновение двойных дуг в передаваемых плазменных дугах связано с конкретными условиями процесса. При плазменно-дуговой резке наличие двойных дуг неизбежно приводит к быстрому износу сопла.

Незначительный износ изменяет геометрическую форму отверстия сопла, дестабилизируя дугу и влияя на качество резки; сильный износ может привести к утечке сопла, что вынуждает остановить процесс резки.

Поэтому, как и в случае с плазменно-дуговая сваркаОчень важно учитывать факторы, влияющие на образование двойных дуг, чтобы предотвратить их появление.

3.4 Качество резки толстых листов

На производстве плазменно-дуговая резка теперь может использоваться для раскроя нержавеющей стали толщиной от 100 до 200 мм. Для обеспечения качества резки толстые пластиныПри этом следует учитывать следующие технические характеристики:

(1) С увеличением толщины резки увеличивается и количество расплавляемого металла, поэтому требуется большая мощность плазменной дуги. При резке листов толщиной более 80 мм мощность плазменной дуги составляет от 50 до 100 кВт.

Чтобы уменьшить износ сопла и вольфрамового электрода, рекомендуется увеличить напряжение резки плазменной дуги при той же мощности.

Поэтому напряжение холостого хода источника питания резака должно быть выше 220 В.

(2) Плазменная дуга должна быть тонкой и жесткой, а столб дуги должен поддерживать высокую температуру на большом расстоянии.

То есть осевой градиент температуры должен быть небольшим, а распределение температуры по столбу дуги - равномерным. Таким образом, дно разреза может получить достаточно тепла для обеспечения проплавления.

Эффект будет еще лучше, если использовать смесь азота и водорода с большой тепловой энтальпией и высокой теплопроводностью.

(3) Во время переноса дуги из-за больших колебаний тока часто происходит обрыв дуги или перегорание сопла, поэтому необходимо, чтобы оборудование использовало метод постепенного увеличения тока или поэтапного переноса дуги.

Обычно в цепь резки вставляется токоограничивающий резистор (около 0,4 Ом) для уменьшения силы тока при передаче дуги, а затем резистор замыкается.

(4) После начала резки требуется предварительный нагрев, время которого определяется свойствами и толщиной разрезаемого материала.

Для нержавеющей стали при толщине заготовки 200 мм требуется предварительный нагрев в течение 8-20 секунд; при толщине заготовки 50 мм требуется предварительный нагрев в течение 2,5-3,5 секунд.

После начала резки толстой заготовки следует подождать, пока она не будет прорезана по всей толщине, прежде чем перемещать резак, чтобы добиться непрерывной резки, иначе заготовка не будет полностью разрезана.

Дугу следует отрезать только после того, как работа будет полностью разделена.

Меры контроля качества:

Во избежание дефекты сваркиПеред сваркой необходимо провести строгую процедуру очистки; для контроля смещения с обеих сторон сварного шва используются и устанавливаются сварочные приспособления; для предотвращения окисления внутренней стенки сварной оболочки используется внутренняя защита от заполнения аргоном.

5. Заключение

(1) Мартенситная закаленная осаждением нержавеющая сталь демонстрирует превосходные свариваемость и может быть сварена в любом состоянии - обработанная раствором, выдержанная или передержанная - не требуя предварительного нагрева или медленного охлаждения после сварки.

Однако если требуется эквивалентная прочность сварного соединения, необходимо использовать присадочный материал того же химического состава, что и основной материал, а также проводить послесварочную обработку раствором и термическую обработку при старении.

(2) Для уменьшения размягчения и сегрегации в шве, при сварке мартенситной закаленной осадками нержавеющей стали с помощью сварки плавлением, необходимо строго ограничить подачу линейной энергии.

Электронно-лучевая сварка, лазерная сваркаПредпочтительными вариантами являются импульсная сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа. При использовании контактной сварки необходимо придерживаться строгих технических условий.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх