Development of plasma cutting technique for C1220 copper, AA2024 aluminum alloy, and Ti-1,5Al-1,0Mn titanium alloy using a plasma torch with reverse polarity

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 33 ТЕХНОЛОГИЯ Отработка методики плазменной резки меди марки М1, алюминиевого сплава Д16Т и титанового сплава ОТ4-1 с использованием плазмотрона с обратной полярностью Валерий Рубцов a, *, Александр Панфилов b, Евгений Княжев c, Александра Николаева d, Андрей Черемнов e, Анастасия Гусарова f, Владимир Белобородов g, Андрей Чумаевский h, Алексей Иванов i Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, пр. Академический 2/4, г. Томск, 634055, Россия а https://orcid.org/0000-0003-0348-1869, rvy@ispms.tsc.ru, b https://orcid.org/0000-0001-8648-0743, alexpl@ispms.ru, c https://orcid.org/0000-0002-1984-9720, clothoid@ispms.tsc.ru, d https://orcid.org/0000-0001-8708-8540, nikolaeva@ispms.tsc.ru, e https://orcid.org/0000-0003-2225-8232, amc@ispms.tsc.ru, f https://orcid.org/0000-0002-4208-7584, gusarova@ispms.ru, g https://orcid.org/0000-0003-4609-1617, vabel@ispms.tsc.ru, h https://orcid.org/0000-0002-1983-4385, tch7av@gmail.com, i https://orcid.org/0000-0001-8959-8499, ivan@ispms.tsc.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2022 Том 24 № 4 с. 33–52 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.4-33-52 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Плазменная резка металлов является неотъемлемой частью производственных процессов различных отраслей машиностроения. Хотя по качеству реза плазменная резка может уступать, ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.791.14 История статьи: Поступила: 21 сентября 2022 Рецензирование: 04 октября 2022 Принята к печати: 03 ноября 2022 Доступно онлайн: 15 декабря 2022 Ключевые слова: Плазменная резка Титановый сплав ОТ4-1 Макроструктура Медь марки М1 Алюминиевый сплав Д16Т Зона термического влияния Изменение механических свойств материала Нарушение макрогеометрии реза Финансирование: Результаты получены при выполнении комплексного проекта «Создание производства высокотехнологичного оборудования адаптивной высокоточной плазменной резки цветных металлов больших толщин для металлургической, авиакосмической и транспортной отраслей РФ» (соглашение о предоставлении субсидии от 06.04.2022 № 075-11-2022-012), реализуемого ИФПМ СО РАН при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках постановления Правительства РФ от 09.04.2010 № 218. Благодарности: Исследования частично выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов» (соглашение с Минобрнаукой № 13.ЦКП.21.0034). АННОТАЦИЯ Введение. Важным направлением исследований в области плазменной резки металлов является получение поверхности реза металла, характеризующейся минимальными шероховатостью и геометрическими отклонениями. Немаловажным также является минимизация изменений структуры металла под поверхностью реза, вызванных температурным воздействием плазменной струи, в том числе образование окалины. Решением задачи получения качественного реза является оптимизация параметров процесса резки. Среди основных параметров, определяющих качество реза, рассматриваются ток и напряжение плазменной дуги, высота резки, скорость резки. Однако процессам плазменной резки металлов толщин свыше 20 мм уделено недостаточное внимание, что связано с ограничениями, обусловленными условиями работы плазмотронов на токах прямой полярности. Исходя из этого для резки больших толщин перспективным представляется использование плазмотрона, работающего на токах обратной полярности. Целью работы является отработка методики плазменной резки листового проката меди, титанового и алюминиевого сплава толщиной до 40 мм с использованием плазмотрона, работающего на токах обратной полярности. Результаты и обсуждение. Исследования показывают, что для резки сплава Д16Т и титанового сплава ОТ4-1 можно в широком диапазоне регулировать скорость резки, в то время как для проката меди М1 и сплава Д16Т толщиной 40 мм диапазон регулирования скорости резки достаточно узок. Вместе с тем для сплава Д16Т по причине избыточного выпадения легирующих элементов из твердого раствора в зоне термического влияния отмечалось падение микротвердости, для сплава ОТ4-1 характерным являлся рост микротвердости, обусловленный закалкой материала. Изменение параметров режима резки позволяет получать более однородную макрогеометрию поверхности реза, меньшую глубину зоны переплава материала и зоны термического влияния и меньшие изменения механических свойств материала в зоне реза. Для сплава ОТ4-1 практически все использованные режимы резки являлись близкими к оптимальным. Для сплава Д16Т и меди марки М1 определены режимы, обеспечивающие в рассматриваемом диапазоне параметров наилучшее качество реза. По результатам работы можно сделать вывод о том, что плазменная резка на токах обратной полярности является эффективной для резки проката больших толщин, однако методика требует дальнейшей отработки с целью повышения качества получаемого реза. Для цитирования: Отработка методики плазменной резки меди марки М1, алюминиевого сплава Д16Т и титанового сплава ОТ4-1 с использованием плазмотрона с обратной полярностью / В.Е. Рубцов, А.О. Панфилов, Е.О. Княжев, А.В. Николаева, А.М. Черемнов, А.В. Гусарова, В.А. Белобородов, А.В. Чумаевский, А.Н. Иванов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 4. – С. 33–52. – DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.4-33-52. ______ *Адрес для переписки Рубцов Валерий Евгеньевич, в.н.с. Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, пр. Академический 2/4, 634055, г. Томск, Россия Тел.: 8 (382) 228–68–63, e–mail: rvy@ispms.ru

RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1