CC BY
22
Просьба ссылаться на эту статью в русскоязычных источниках следующим образом:
Анахов С.В., Гузанов Б.Н., Матушкин А.В. Исследование эффективности применения нового устройства для воздушно-плазменной резки листовой легированной стали // Вестник ПНИПУ. Машиностроение. Материаловедение. -2022. - Т. 24, № 4 - С. 67-77. DOI: 10.15593/2224-9877/2022.4.08
Please cite this article in English as:
Anakhov S.V., Guzanov B.N., Matushkin A.V. Investigation of the effectiveness of a new device for air-plasma cutting of alloy steel sheets. Bulletin of PNRPU. Mechanical engineering, materials science. 2022, vol. 24, no. 4, pp. 67-77. DOI: 10.15593/2224-9877/2022.4.08
ВЕСТНИК ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение
Т. 24, № 4, 2022 Bulletin PNRPU. Mechanical engineering, materials science
http://vestnik.pstu.ru/mm/about/inf/
Научная статья
DOI: 10.15593/2224-9877/2022.4.08 УДК 620.18:621.791
С.В. Анахов1, Б.Н. Гузанов1, А.В. Матушкин2
1 Российский государственный профессионально-педагогический университет, Екатеринбург, Россия 2 Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НОВОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВОЗДУШНО-ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ ЛИСТОВОЙ ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ
Исследовано качество разделочных швов, полученных после резки стали 09Г2С новым узкоструйным плазмотроном типа ПМВР-5.3М. Проектирование нового плазмотрона обосновано в рамках решения задач по повышению эффективности плазменной резки и связано с проблемой импортозамещения в сфере применения металлорежущих плазмотронов. Для повышения эффективности плазменной резки в конструкции плазмотрона ПМВР-5.3М предложена новая система газодинамической стабилизации плазменной дуги. При разработке новой газодинамической стабилизации применен симметричный вход плазмообразующего газа в систему деления потока и сконструирован газодинамический стабилизатор потока в вихревой камере, использующий два завихрителя (формирующий и стабилизирующий) с переменным числом каналов завихрения. Показана газодинамическая эффективность применения новой газодинамической стабилизации.
Экспериментально обоснована возможность получения прецизионного качества реза на сталях типа 09Г2С толщиной до 20 мм с высокой производительностью и меньшими энергетическими затратами. По результатам металлографического анализа поверхности реза показано наличие трех субзон в образовавшейся зоне термического влияния со значительными структурными изменениями в двух из них, а также определены факторы, влияющие на особенности подобного структурообразования. С применением микрорентгеноспектрального анализа выявлены изменения в элементном составе поверхностного слоя разделочного шва. Проведено исследование микрорельефа поверхности после плазменной резки, который по всем показателям качества соизмерим с механической обработкой поверхности после фрезерования и соответствует второму классу качества по чистоте поверхности. Сделан вывод о возможности проведения сварки заготовок без предварительной механической обработки при толщинах плазменного реза до 20 мм.
Ключевые слова: плазмотрон, проектирование, газодинамика, профилирование, газовихревая стабилизация, плазмообразующий газ, численное моделирование, структура, показатели качества, поверхность.
S.V. Anakhov1, B.N. Guzanov1, A.V. Matushkin2
''Russian State Vocational-Professional University, Russian Federation, 2Ural Federal University, Russian Federation
INVESTIGATION OF THE EFFECTIVENESS OF A NEW DEVICE FOR AIR-PLASMA CUTTING OF ALLOY STEEL SHEETS
The paper investigates the quality of the cutting seams obtained after cutting 09G2S steel with a new narrow-jet plasma torch type PMVR-5.3M. The design of a new plasma torch is justified within the framework of solving problems to improve the efficiency of plasma cutting and with the problem of import substitution in the field of metal-cutting plasma torches. To increase the efficiency of plasma cutting in the design of the PMVR-5.3 plasma torch, a new system of gas dynamic stabilization (GDS) of the plasma arc is proposed. During the development of the new GDS, a symmetrical plasma-forming gas (PFG) input into the flow division system was used and a gas-dynamic flow stabilizer in a vortex chamber using two swirlers (forming and stabilizing) with a variable number of swirl channels was designed. The gas-dynamic efficiency of the new GDS application is shown.
The possibility of obtaining precision cutting quality on 09G2S-type steels with a thickness of up to 20 mm with high productivity and lower energy costs has been experimentally substantiated. According to the results of the metallographic analysis of the cut surface, the presence of three subzones in the formed zone of heat affected zone (HAZ) with significant structural changes in two of them is shown. The factors determining the features of structure formation are noted. With the use of micro-rentgenospectral analysis of the cutting seam, changes in the elemental composition of the surface layer were revealed. Attention is drawn to the microrelief of the surface after plasma cutting, which in all quality indicators is commensurate with the machining of the surface after milling and corresponds to the second quality class in terms of surface cleanness. The conclusion is made about the applicability of welding of workpieces without pre-machining at plasma cutting thicknesses up to 20 mm.
Keywords: plasmatron, design, gas dynamics, profiling, gas vortex stabilization, plasma-forming gas, numerical modeling, structure, quality indicators, surface.
Повышение эффективности производства сварных металлоконструкций во многом определяется выбором заготовительных процедур, в которых одной из наиболее широко используемых технологий является плазменная резка металлов [1; 2], обеспечивающая высокое качество подготовки кромок соединяемых деталей для последующей сварки. Однако следует учитывать, что значительная конкуренция со стороны ряда других способов разделки (лазерной, гидроабразивной, механической и газовой) требует повышения точности и качества раскроя с использованием плазмы по широкому спектру номенклатуры и геометрии разделываемых металлов [3]. Это обусловлено тем, что параметры качества разделываемых швов (точность, геометрия, шероховатость) играют важную роль в различных технологиях термических видов сварки [4; 5], а состояние поверхности шва (размер и строение зон термического влияния, химический состав и формируемая микроструктура, особенности газонасыщения) оказывают существенное влияние на технологические и эксплуатационные свойства получаемых в дальнейшем сварных соединений [6].
Следует также учесть, что для предотвращения образования возможных дефектов сварного шва установлены регламентные требования по применению операций механической обработки поверхности швов, что делает процесс получения сварных соединений более длительным, энерго- и материально-затратным и менее экономичным. Так, приведенная оценка экономического эффекта при отказе от механической обработки разделочных швов для крупного предприятия трубного металлопроката показала возможность годовой эко-
номии свыше 3 млн рублей (в расчете на одну установку резки) за счет экономии металла, энерго- и трудозатрат, а также повышения производительности получения сварных соединений [7].
Задача повышения эффективности плазменной резки связана также и с проблемой импорто-замещения в сфере применения металлорежущих плазмотронов. Проведенный авторами анализ показал, что качество и эффективность отечественных плазмотронов по большинству значимых параметров (производительность, глубина и качество реза, стойкость сопловых узлов, энергопотребление и др.) на 10-30 % хуже аналогичных показателей изделий импортного производства, а аналогов широко используемой в настоящее время технологии «сжатой» или «узкоструйной плазмы», в частности ШБосш (К(е11Ье^, Германия), РшеСШ: (НуреПИегш, США) и др., на отечественном рынке фактически нет [8-11]. Параметры качества, энергопотребления, производительности и безопасности, обеспечиваемые при использовании данных технологий, не уступают показателям, достигаемым при лазерной резке тонколистового металла и существенно выше показателей резки с применением традиционных плазмотронов отечественного производства. Фактически рынок плазморезатель-ного и вспомогательного оборудования в России на 90 % заполнен дорогостоящей продукцией импортного производства, а вводимые в последние годы новые машиностроительные и металлургические производства используют только зарубежные плазменные технологии [12].
С учетом сказанного актуальной задачей становится техническое обоснование применимости
плазменной прецизионной резки по технологии «узкоструйной плазмы», реализуемой с использованием отечественных [13; 14] (в том числе авторских [15]) разработок для высококачественной разделки металлоизделий различной номенклатуры и сортамента. Важно также экспериментально выявить оптимальные режимы плазменной резки, позволяющие при определенных толщинах металлопроката в заготовительном производстве производить раскрой листа для производства сварных металлоконструкций без применения операции механического удаления поверхностного слоя разделочного шва.
Чтобы реализовать поставленные задачи, авторами на базе ООО НПО «Полигон» был разработан новый плазмотрон ПМВР-5.3М для прецизионной воздушно-плазменной резки металлов (рис. 1) [15]. С целью повышения эффективности работы данного устройства были внесены существенные изменения в конструкцию его газодинамической системы стабилизации. Так, для повышения необходимых максимальных значений и равномерности распределения газодинамических и теплофизиче-ских параметров газоплазменного потока (скоростей, температур, удельных расходов и энергий) в этом плазмотроне был применен симметричный вход плазмообразующего газа (ПОГ) в систему
деления потока с последующей подачей ПОГ в газодинамический стабилизатор потока. Газодинамическая стабилизация (ГДС) данного плазмотрона представляет собой систему из трех последовательно расположенных элементов газовоздушного тракта (ГВТ) - подводящего, формирующего и вихревого участков, использующих два завихрите-ля (формирующий и стабилизирующий) с переменным числом каналов завихрения. Были также рассмотрены несколько вариантов завихрителей, причем как серийно используемые в плазмотронах подобного типа, так и разработанные авторами с измененным углом тангенциальной подачи ПОГ в сопловой узел.
Проектирование плазмотрона ПМВР-5.3М было проведено с применением методов численного анализа (в СЛБ-системе SolidWorks с модулем СББ-анализа БРБ.1аЪ) по газодинамическим критериям эффективности ГДС [16; 17], позволившим определить оптимальные конструктивные решения для ГВТ (конкретные размеры отдельных участков, наиболее эффективные углы наклона завих-ряющих каналов и т.д.). При расчете параметров газоплазменного потока использовались различные геометрические схемы газодинамического анализа как в контрольных сечениях соплового узла плазмотрона, так и вдоль линейных траекторий (рис. 2).
б
Рис. 2. Схема расчета газодинамических параметров плазменной струи: а - в контрольных сечениях соплового узла (рисунок для двухпоточного плазмотрона типа ПМВР-9); б - по линейным траекториям в направлении газоплазменного потока
а
Рис. 3. Анализ завихренности плазменной струи плазмотрона ПМВР-5.3М (модельный режим «холодной» струи, схема расчета - на рис. 2)
350 000 325000 300000 275000 250000 225 000 200000 175 000 150 000 125 000 100 000 75000 50 000 25.000 0 т/5
а б
Рис. 4. Анализ геометрии плазменной струи плазмотрона ПМВР-5.3М (режим нагрева плазменной дугой): а - распределение температур; б - распределение скоростей
Газодинамический (СББ) анализ эффективности проектирования нового устройства показал существенное увеличение средних и максимальных скоростей в контрольных сечениях плазмотрона ПМВР-5.3М по сравнению со всеми другими модификациями металлорежущих плазмотронов данного типа, разработанными авторами. Результаты анализа, представленные на рис. 3, свидетельствуют об эффективности газовихревой стабилизации, достигаемой при работе данного плазмотрона. Например, показатели завихренности имеют высокие значения как на выходе из сопла плазмотрона, так и на всей длине расчетной траектории, стабилизируясь в пределах толщины разрезаемого металла по всей ширине газоплазменного потока. Помимо увеличения скорости газоплазменного воздействия и эффективности газодинамической стабилизации, расчеты показывают также снижение на 20-30 % радиального размера кинетического ядра плазменной струи (зоны газоплазменного истечения с максимальными скоростями) плазмотрона ПМВР-5.3М, позволяя характеризовать данную технологию как способ прецизионной узкоструйной плазменной резки.
Подобные выводы можно сделать и при расчете других газодинамических и теплофизических параметров газоплазменного потока, в том числе и в условиях реальной работы при нагреве потока плазменной дугой (рис. 4). Очевидно, представленные результаты должны положительно сказаться на производительности и качестве резки, но требуют экспериментального подтверждения в условиях практического применения данной технологии.
С целью экспериментального подтверждения результатов численного анализа на установке плазменной резки в ООО НПО «Полигон» было проведено исследование качества реза и кинетики структурооб-разования зоны термического влияния (ЗТВ) тонколистовой стали 09Г2С толщиной 16 мм с применением плазмотрона ПМВР-5.3М. Оптимальные режимы плазменной резки были определены по результатам предварительного параметрического анализа: ток резки - 120 А; напряжение резки ~ 180 В; давление ПОГ ~ 4,5 атм; диаметр сопла - 1,9 мм; вылет плазмотрона - 6-7 мм, скорость резки - 1,0 м/мин.
Структурные исследования выполнены на микроскопе МБОРИОТ-21 при увеличениях от х500 до ><1000. Химический состав листовой стали
определяли спектральным методом на приборе SPECTROMAX и усредняли по прожигам в нескольких точках на поверхности сечения образца. Для идентификации определения возможного разброса данных по химическому составу исследуемой стали, анализировали концентрацию всех компонентов на различных произвольно выбранных участках по толщине листа. С целью определения распределения химических элементов на поверхности реза в ИМАШ УрО РАН был проведен микрорент-геноспектральный анализ на растровом электронном микроскопе TESCAN VEGA II XMU (увеличение х2000), оснащенном системами энергодисперсионного микроанализа INCA ENERGY 450 с детектором OXFORD и программным обеспечением INCA. Исследование рельефа поверхности резов выполнено с помощью оптического интерферометра Veeco NT-1100. Значения твердости определены на приборе LEICA с программным обеспечением MaterialsWorkstation при нагрузке 25 и 1000 г на верхней и нижней кромке реза.
В табл. 1 представлены результаты химического анализа исследуемой стали по всем контролируемым компонентам, характеризующим марочный состав в соответствии со справочными данными для листовых материалов. Как показала сравнительная оценка полученных данных с требованием государственного стандарта ГОСТ 19281-2014 «Прокат повышенной прочности» [18], исследуемые образцы могут быть идентифицированы как сталь 09Г2С, массовая доля основных химических элементов которой находит-
ся в пределах допуска для листового горячекатаного проката.
Для проведения экспериментальной оценки качества реза с использованием изготовленного плазмотрона новой конструкции выполнен разрез пластины исследуемой стали шириной 150 мм (рис. 5). Визуальный анализ кромок и поверхности реза листовой заготовки, подвергнутой обработке по предварительно выбранным режимам, позволил определить четыре важнейших параметра, выделенные в соответствии с ГОСТ 14792-80 и влияющие на качество раскроя листового материала [19]. Как показал внешний осмотр, макрокартина по всей длине реза пластины на нижней кромке практически одинакова и представляет собой ровную поверхность, на которой не обнаружено образование грата и налипание капель расплавленного металла. Кроме того, не выявлено оплавление и скругление верхней кромки, что обеспечило практически нулевое угловое линейное отклонение.
Следует заметить, что в традиционной плазменной резке угол реза с обеих сторон обычно составляет от 4° до 8°. Можно сказать, что в новом устройстве за счет эффективной газовихревой стабилизации и максимально возможном обжатии дуги была реализована узкоструйная резка металла, что позволило получить близкую к перпендикулярной торцевую поверхность при раскрое листа толщиной до 20 мм. Также важным результатом является отсутствие значительной осцилляции дуги при выбранных параметрах плазменной резки, о чем свидетельствует минимальная волнистость и
Таблица 1
Химический состав исследуемой стали, %
С Si Mn P S Cr Ni Mo Al
0,091 0,54 1,33 0,026 0,0077 0,094 0,158 0,026 0,016
Cu Co Ti Nb V W Pb Mg B
0,143 0,020 <0,0010 <0,0040 0,0029 0,0016 0,0096 <0,0010 0,0016
Sn Zn As Bi Ca Ce Zr La Fe
0,0088 <0,0020 0,015 0,012 0,0010 <0,0030 0,0036 <0,0010 97,5
б
Рис. 5. Внешний вид поверхности реза после плазменной обработки: а - макрокартина кромок; б - поверхность реза
узкий интервал борозд практически по всей длине реза. При этом борозды имеют скругленный характер только в начале реза, а когда режим обработки стабилизируется, имеют выраженный прямолинейный вид по отношению к кромкам по всей длине реза. Приведенные результаты макроисследования подтверждают правильность выбора режимов плазменной резки по всем установленным показателям работы используемой установки. Так, в частности, в работе [20] показано, что идеальной скоростью резки листового металла считается перемещение резака, при котором угол отставания между прорезанием верхней и нижней кромок заготовки не превышает 5°. Все это позволяет сказать, что рассмотренные параметры характеризуют исследуемую технологию плазменной резки как прецизионную узкоструйную, которая позволила получить ширину реза не больше 2,5 мм.
Исследования закономерностей структурооб-разования ЗТВ при плазменной резке металлов показали, что при таком раскрое листовых сталей в связи с быстрым перемещением концентрированного источника энергии относительно обрабатываемой поверхности индицируется большой перепад температур (от температуры плавления до нормальной) на сравнительно узком участке вблизи кромок реза. В результате в этой зоне происходят металлургические процессы, сопровождаемые
изменением химического состава, структуры, физико-механических свойств по сравнению с исходным состоянием [21-23]. Как следствие, протекающие в зоне реза процессы кристаллизации металла и последующие структурные превращения чаще всего обусловливают конечные технологические и эксплуатационные свойства разрезаемых металлов в этой зоне [24].
На рис. 6 представлена микроструктура приповерхностных слоев исследуемой стали после плазменной резки в зоне обработки в зависимости от кратности увеличения. Анализ микроструктуры показал, что в результате плазменной резки в зоне термического влияния можно выделить несколько условных участков от зоны плавления до металла основы. В общем случае можно считать, что весь разделочный шов независимо от структурного состояния представляет собой особую зону термического влияния, вплоть до исходного состояния обрабатываемой стали. Проведенное пошаговое измерение объемной твердости при нагрузке 1000 г с интервалом в 50 мкм, начина от края реза со стороны верхней кромки, дало возможность установить ширину этой зоны, размеры которой зависят от химического состава и толщины разрезаемого металла. В нашем случае в соответствии с выбранными параметрами плазменной резки ширина этой зоны была определена на уровне примерно 500 мкм (рис. 7).
Рис. 6. Микроструктура приповерхностных слоев исследуемой стали в зависимости от кратности увеличения в зоне реза
350
m
250
н 200
о
о
3 150
100
50
1 II III ■=0" Основа
L. А-—•— _ - «-Л-
-1-h
500
1000
1500
мкм HV1
50 301
100 243
200 220
300 206
400 203
500 183
1000 182
1500 178
Расстояние от поверхности, мкм Рис. 7. График изменения твердости по ширине зоны термического влияния
По параметрам микроструктуры в ЗТВ можно выделить три субзоны:
I - зона критического перегрева (ЗКП) при температурах, близких к температуре плавления (светлая полоса бесструктурного мартенсита вблизи поверхности реза);
II - зона фазовой перекристаллизации (ЗФП), образующаяся при температурах перехода в аусте-нитное состояние (структура закалочного типа);
III - переходная зона (ПЗ), формирующаяся при нагреве до температур ниже эвтектоидного превращения.
Металлографические исследования показали особенности структурообразования в различных участках ЗТВ исследуемой стали. Так, на поверхности реза в ЗКП образовался плохо травящийся белый слой бесструктурного мартенсита, а в структурах ЗФП и ПЗ сформировалась различная зерен-ная структура. При заданной скорости резания в субзоне ЗФП в процессе перекристаллизации происходит формирование весьма мелкозернистой структуры на основе мелкопластинчатого перлита 5-го балла с межпластинчатым расстоянием 0,80 мкм. При этом в ПЗ резко возросло количество перлита в перлито-ферритной структуре по отношению к исходному соотношению в основе стали (табл. 2).
Подобные особенности структурообразования в значительной степени определяются перераспределением легирующих элементов в исследуемой стали (главным образом, углерода в процессе высо-
коэнергетичной обработки) [25]. Микрорентгенос-пектральный анализ показал (рис. 8), что в результате диффузионного перераспределения в условиях нестационарного нагрева отчетливо индицируется нерегулярная концентрация углерода в различных субзонах ЗТВ. В частности, на глубине до 20 мкм в субзоне ЗКП произошло значительное повышение концентрации углерода, которая достигла в кромке реза значений 0,41 % (по массе) при усредненной концентрации в основе не более 0,09 % (по массе). Затем в подзоне ЗФП уровень концентрации углерода снижается до значений 0,25-0,30 % (по массе) и выравнивается к концу субзоны ПЗ в соответствии с химическим составом основы. Все это в полной мере отражает особенности структурообразования в различных субзонах ЗТВ по мере удаления от кромки. Следует отметить, что в ЗКП за счет выгорания в процессе высокоэнергетического воздействия плазменной струи в приповерхностных слоях реза на глубину не свыше 10 мкм обнаруживается значительное снижение доли марганца и кремния (вплоть до 0,05-0,1 % по массе) по сравнению с исходным.
Подобное перераспределение элементов привело к тому, что в субзоне ЗКП вблизи поверхности реза в стали 09Г2С образовалась прослойка качественной углеродистой стали, по химическому составу близкая стали 40. В результате значительное насыщение поверхностных слоев углеродом привело к резкому повышению твердости наружных кромок реза на глубину примерно 25 мкм (рис. 9).
Таблица 2
Структура стали в различных субзонах ЗТВ
Толщина образца, мм Зона Толщина зоны, мм Структура
16 I (ЗКП) 25 Бесструктурный мартенсит
II (ЗФП) 175 Мелкопластинчатый пероит, 5 балл, межпластинчатое расстояние 0,80 мкм
III (ПЗ) 300 Перлито-ферритная структура с соотношением п/ф 75/25
Основа стали >500 Перлито-ферритная структура с соотношением п/ф 20/80
масс.0 о
Расстояние от поверхности, мкм
Рис. 8. Распределение легирующих элементов и углерода ЗТВ (сталь 09Г2С): 1 - С; 2 - Si; 3 - Mn
Расстояние от поверхности, мкм Рис. 9. Распределение твердости по краям поверхности реза: 1 - верхняя кромка; 2 - нижняя кромка
Рис. 10. Анализ рельефа поверхности реза
Таблица 3
Шероховатость поверхности реза от вида обработки
Вид обработки Средняя шероховатость Ra, мкм Средняя квадратичная шероховатость Rq, мкм Абсолютная шероховатость R, (Rz), мкм
Плазменная резка плазмотроном ПМВР-5.3М 21,35 29,38 175,46
Фрезерование ГОСТ 2789-73 20,00 25,00 160,00
Интенсивный теплоотвод в этой зоне способствовал протеканию процесса самозакалки стали с образованием прослойки бесструктурного мартенсита на глубину до 10 мкм, под которой до окончания субзоны ЗКП в структуре присутствует, по-видимому, бейнит, представляющий собой ферритно-карбидную смесь высокой дисперсности. В дальнейшем, по мере удаления вглубь от кромки реза, концентрация углерода постепенно снижается до исходного уровня, и в стали образуются структуры перлитного типа с разным соотношением перлита и феррита и, как следствие, разной твердости. К концу переходной зоны химический состав стали стабилизируется и значение твердости выравнивается до первоначального уровня. Важно отметить практически одинаковый характер распределения твердости на верхней и нижней кромках реза, что обусловлено высокой эффективностью системы газодинамической стабилизации плазменной дуги в сконструированном плазмотроне на всем протяжении высокоэнергетического воздействия при раскрое металла (в пределах толщины разрезаемого листа).
При оценке качества плазменной резки большое внимание уделяется изучению шероховатости поверхности по критериям микрогеометрии рельефа линии реза. Как показано в работе [26], параметры качества реза зависят от технологических режимов резки и, в большей степени, от конструктивных особенностей плазмотрона. При оптимальных режимах с использованием узкоструйных плазмотронов можно получить практически параллельные кромки реза с минимальной шероховатостью, тем самым минимизируя затраты на дальнейшую обработку заготовок. Результаты исследования представлены на рис. 10 и в табл. 3.
Из приведенных данных видно, что по всем критериям качества микрорельеф поверхности после плазменной резки разработанным плазмотроном практически соизмерим с механической обработкой поверхности после фрезерования и соответствует второму классу качества шероховатости по чистоте поверхности в соответствии с ГОСТ 14792-80 [19].
По результатам выполненных исследований можно заключить, что разработанный плазмотрон обеспечивает эффективную и качественную резку металла на толщинах порядка 20 мм, позволяя проводить дальнейшую сварку без дополнительной механической обработки поверхности разделочных швов. Выгорание основных легирующих элементов исследуемой стали (главным образом Мп и 81), обнаруженное на минимальных глубинах приповерхностного слоя, можно нивелировать за счет использования специальных электродов или присадочной проволоки в процессе последующей сварки плавлением.
Библиографический список
1. Кайдалов А. А. Современные технологии термической и дистанционной резки конструкционных материалов. - Киев: Экотехнология, 2007.
2. Лащенко Г.И. Плазменная резка металлов и сплавов. - Киев: Экотехнология, 2003.
3. Эсибян Э.М. Воздушно-плазменная резка: состояние и перспективы // Автоматическая сварка. - 2000. -№ 12. - С. 6-20.
4. Овчинников В.В., Гуреева М.А. Технология дуговой и плазменной сварки и резки металлов. - М.; Вологда: Инфра-Инженерия, 2021.
5. Лащенко Г.И. Качество реза при плазменно-дуговой резке // Сварщик. - 2012. - № 4. - С. 34-39.
6. Ширшов И.Г., Котиков В.Н. Плазменная резка. -Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1987.
7. Об эффективности применения плазменных технологий в разделке трубного проката / Ю.А. Пыкин, С.В. Ана-хов, И.Ю. Пышминцев, Д.В. Овчинников, В.А. Елькин // Производство проката. - 2014. - № 1. - С. 38-45.
8. 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. - 2006. - 176 S. - S. 18-25.
9. Чиеу Куанг Фи. Исследование эффективности технологии узкоструйной плазменной резки металлов: дис. ... канд. техн. наук. - СПб.: С. - Пб. ГМТУ, 2008.
10. Mussmann J. Stand der Bearbeitung von ISO 4063:2009 «Schweissen und verwandte Prozesse - Liste der Prozesse und Ordnungsnummern» // Schweissen und Schneiden. - 2010. - № 7-8. - S. 430-433.
11. 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. - 2010. - S. 73-78.
12. Еремин Е.Н., Филиппов Ю.О. Плазменно-дуговая резка. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2015.
13. Чередниченко В.С., Аньшаков А.С., Кузьмин М. Г. Плазменные электротехнологические установки. -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011.
14. Клименко А.А., Ляпин Г.К. Конструкции электродуговых плазмотронов. - М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2010.
15. Пат. на изобретение РФ № 2754817 от 07.09.2021 «Плазмотрон» / Пыкин Ю.А., Анахов С.В., Матушкин А.В.; опубл. 24.03.2021.
16. Анахов С.В., Матушкин А.В., Пыкин Ю.А. О комплексной оценке эффективности газовихревой стабилизации плазмотронов // Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2022. - № 1 (127). - С. 11-20.
17. Жуков М.Ф., Аньшаков А.С. Основы расчета плазмотронов линейной схемы. - Новосибирск: Ин-т теплофизики СО АН СССР, 1979. - 146 с.
18. ГОСТ 19281-2014. Прокат повышенной прочности. - М.: Стандартинформ, 2015.
19. ГОСТ 14792-80. Детали и заготовки, вырезаемые кислородной и плазменно-дуговой резкой. Точность, качество поверхности реза. - М.: Изд-во стандартов, 1980.
20. Conards H., Schmidt M. Plasma generation and plasma sources // Plasma Sources Sci. Technol. - 2000. -Vol. 9. - P. 441-454.
21. Venkatramani N. Industrial plasma torches and applications // Current Science. - 2002. - Vol. 83. - P. 254-262.
22. Локтионов А.А. Оценка качества реза листовых материалов при тонкоструйной плазменной резке // Обработка металлов. - 2013. - № 4 (61). - С. 85-89.
23. 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.
24. Винцив А.В., Бурмистров Е.Г. Тепловые деформации и потеря устойчивости при плазменной резке металла // Научные проблемы водного транспорта. -2020. - Вып. 4. - С. 28-35.
25. Сумец А.В., Кассов В. Д. Закономерности структу-рообразования зоны термического влияния при резке металлов // Вестник ХНАДУ. - 2017. - Вып. 77. - С. 166-170.
26. 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.
References
1. Kaidalov A.A. Sovremennye tekhnologii termi-cheskoi i distantsionnoi rezki konstruktsionnykh materialov [Modern technologies of thermal and distance cutting of structural materials]. Kiev: Ekotekhnologiia, 2007.
2. Lashchenko G.I. Plazmennaia rezka metallov i splavov [Plasma cutting of metals and alloys]. Kiev: Ekotekhnologiia, 2003.
3. Esibian E.M. Vozdushno-plazmennaia rezka: sostoia-nie i perspektivy [Air Plasma Cutting: Status and Prospects]. Avtomaticheskaia svarka, 2000, no. 12, pp. 6-20.
4. Ovchinnikov V.V., Gureeva M.A. Tekhnologiia du-govoi i plazmennoi svarki i rezki metallov [Technology of arc and plasma welding and metal cutting]. Moscow; Vologda: Infra-Inzheneriia, 2021.
5. Lashchenko G.I. Kachestvo reza pri plazmenno-dugovoi rezke [Cutting quality for plasma arc cutting]. Svarshchik, 2012, no. 4, pp. 34-39.
6. Shirshov I.G., Kotikov V.N. Plazmennaia rezka [Plasma cutting]. Leningrad: Mashinostroenie, 1987.
7. Pykin Iu.A., Anakhov S.V., Pyshmintsev I.Iu., Ovchinnikov D.V., El'kin V.A. Ob effektivnosti primeneniia plazmennykh tekhnologii v razdelke trubnogo prokata [On the effectiveness of plasma technology application in pipe cutting]. Proizvodstvoprokata, 2014, no. 1, pp. 38-45.
8. Krink V., Simler H., Laurisch F. Plasmaschneid technologie - Erweiteung wirtschaftlicher Anwendungsgebiete. ICCT 2006: Internationale Schneidtechnische Tagung; Vorträge der gleichnamigen Konferenz; Hannover, 10. und 11. Oktober, 2006, no. 176 , pp. 18-25.
9. Chieu Kuang Fi. Issledovanie effektivnosti tekhnologii uzkostruinoi plazmennoi rezki metallov [Study of the efficiency of narrow-jet plasma metal cutting technology]. Ph.D thesis. Saint-Petersburg, 2008.
10. 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, pp. 430-433.
11. 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, 2010, pp. 73-78.
12. Eremin, E.N., Filippov, Iu.O. Plazmenno-dugovaia rezka [Plasma arc cutting]. Omsk: Izdatel'stvo OmGTU, 2015.
13. Cherednichenko V.S., An'shakov A.S., Kuz'min M.G. Plazmennye elektrotekhnologicheskie ustanovki [Plasma electro-technological units]. Novosibirsk: Izdatel'stvo NGTU, 2011.
14. Klimenko A.A., Liapin G.K. Konstruktsii elektro-dugovykh plazmotronov [Designs of electric arc plasmatrons]. Moscow: Izdatel'stvo MGTU im. Baumana, 2010.
15. Pykin Iu.A., Anakhov S.V., Matushkin A.V. Plazmotron [Plasmatron]. Patent Rossiskaia Federatsiia no. 2754817 (2021).
16. Anakhov S.V., Matushkin A.V., Pykin Iu.A. O kompleksnoi otsenke effektivnosti gazovikhrevoi sta-bilizatsii plazmotronov [On a comprehensive assessment of the efficiency of gas vortex stabilization of plasmatrons]. Naukoemkie tekhnologii v mashinostroenii, 2022, no. 1 (127), pp. 11-20.
17. Zhukov M.F., An'shakov A.S. Osnovy rascheta plazmotronov lineinoi skhemy [Basics of Linear Plasma Torch Calculation]. Novosibirsk: Institut teplofiziki SO AN SSSR, 1979, 146 p.
18. GOST 19281-2014. Prokat povyshennoi prochnosti. Moscow: Standartinform, 2015.
19. GOST 14792-80. Detali i zagotovki, vyrezae-mye kislorodnoi i plazmenno-dugovoi rezkoi. Toch-nost', kachestvo poverkhnosti reza. Moscow: Izdatel'stvo standartov, 1980.
20. Conards H., Schmidt M. Plasma generation and plasma sources. Plasma Sources Sci. Technol., 2000, vol. 9, pp. 441-454.
21. Venkatramani N. Industrial plasma torches and applications. Current Science, 2002, vol. 83, pp. 254-262.
22. Loktionov A.A. Otsenka kachestva reza listovykh materialov pri tonkostruinoi plazmennoi rezke [Evaluation of cut quality of sheet metal in thin-blast plasma cutting]. Obrabotka metallov, 2013, no. 4 (61), pp. 85-89.
23. Rakhimianov Kh.M., Loktionov A.A., Nikitin Iu.V. Otsenka geometricheskoi tochnosti reza listovykh materialov pri razlichnykh tekhnologiiakh tonkostruinoi plazmennoi rezki [Evaluating the geometric accuracy of sheet metal cutting with various thin-blast plasma cutting technologies]. Obrabotka metallov, 2013, no. 3 (60), pp. 25-30.
24. Vintsiv A.V., Burmistrov E.G. Teplovye de-formatsii i poteria ustoichivosti pri plazmennoi rezke metalla [Thermal deformations and loss of stability during plasma metal cutting]. Nauchnye problemy vodnogo transporta, 2020, iss. 4, pp. 28-35.
25. Sumets A.V., Kassov V.D. Zakonomernosti struktu-roobrazovaniia zony termicheskogo vliianiia pri rezke metallov [Regularities of structure formation of the heat-affected zone during metal cutting]. Vestnik KhNADU, 2017, iss. 77, pp. 166-170.
26. Antipov N.A., Medko V.S. Opredelenie defektnogo pripoverkhnostnogo sloia pri vozdushno-plazmennoi razrezke
zagotovok iz uglerodistoi nizkolegirovannoi stali [Determination of the defective near-surface layer during air plasma cutting of low-alloyed carbon steel billets]. Elektrofizicheskie i elektro-khimicheskie metody obrabotki, 2014, no. 2 (80), pp. 25-27.
Поступила: 22.07.2022
Одобрена: 01.11.2022
Принята к публикации: 01.12.2022
Об авторах
Анахов Сергей Вадимович (Екатеринбург, Россия) - кандидат физико-математических наук, доцент, заведующий кафедрой математических и естественнонаучных дисциплин Российского государственного профессионально-педагогического университета (Россия, 620012, г. Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11, e-mail: [email protected]).
Гузанов Борис Николаевич (Екатеринбург, Россия) - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой инжиниринга и профессионального обучения в машиностроении и металлургии Российского государственного профессионально-педагогического университета (Россия, 620012, г. Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11, e-mail: [email protected]).
Матушкин Анатолий Владимирович (Екатеринбург, Россия) - кандидат технических наук, доцент кафедры «Технологии сварочного производства» Уральского федерального университета имени первого Президента России
Б.Н. Ельцина (Россия, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, e-mail: [email protected]).
About the authors
Sergey V. Anakhov (Yekaterinburg, Russian Federation) -Ph.D. in Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Mathematical and Natural Sciences, Russian State Vocational Pedagogical University (11, Mashinostroiteley str., Yekaterinburg, 620012, Russian Federation, e-mail: [email protected]).
Boris N. Guzanov (Yekaterinburg, Russian Federation) - Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Engineering and Vocational Training in Mechanical Engineering and Metallurgy, Russian State Vocational Pedagogical University (11, Mashinostroiteley str., Yekaterinburg, 620012, Russian Federation, e-mail: [email protected]).
Anatoliy V. Matushkin (Yekaterinburg, Russian Federation) - Ph.D. in Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Welding Production Technologies, Ural Federal University (19, Mira str., Yekaterinburg, 620002, Russian Federation, e-mail: [email protected]).
Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Вклад всех авторов равноценен.
