Obrabotka Metallov 2011 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (53) 2011 15 ТЕХНОЛОГИЯ ветствует определенному значению тока дуги плазмотрона. Газификатор предназначен для создания вих- ревого потока, который служит для центрирова- ния пятна контакта плазменной дуги на катоде. Кроме этого вихревой поток сжимает плазмен- ную дугу и направляет ее на выходе из сопла. Газификатор изготавливается из высокотемпера- турных синтетических материалов или керами- ки и имеет отверстия, расположенные под опре- деленным углом для завихрения плазменного газа. Направление закрутки газа может быть как по часовой, так и против часовой стрелки. Гази- фикатор обеспечивает устойчивость плазменной дуги, а также служит изолятором и находится между соплом и катодом. Одним из электродов при плазменной рез- ке является катод, а вторым – разрезаемый лист. В катод запрессована вставка из тугоплавкого ма- териала (циркония или гафния), на котором при высоких температурах образуется тугоплавкая пленка, представляющая собой окислы и нитри- ды данных материалов, которая защищает их от испарения при горении дуги. В процессе горения дугового разряда на поверхности катода образу- ется небольшая, сильно разогретая и ярко све- тящаяся область, называемая катодным пятном, через которое осуществляется перенос тока. Су- ществование катодного пятна обусловлено высо- кой эмиссионной способностью и низким элек- трическим сопротивлением пленки из окислов и нитридов при высоких температурах. Таким образом, на поверхности катода и при выходе плазменной струи из сопла развиваются высокие температуры, что является основной причиной их износа. Наибольшему износу в плазменном резаке подвержены такие элементы, как катод 6 , сопло 4 , колпачок завихряющего газа 2 , которые не- посредственно находятся в контакте с плазмен- ной струей (см. рис. 1). В статье рассматрива- ется влияние износа этих элементов на процесс формообразования обрабатываемой детали при плазменной резке. Подробности экспериментов Для проведения эксперимента был выбран листовой прокат металла марки сталь Ст. 3 тол- щиной 8 мм. В соответствии с толщиной разре- заемого материала и технологическими рекомен- дациями выбран набор следующих расходных материалов – катод S002, газификатор Z101, сопло S2008, колпачок сопла S3004, колпачок завихряющего газа Z4020 и защитный колпачок Z501. При обработке использовались режимы: ток дуги – 50 А, давление плазмообразующих и завихряющих газов – 5 бар, расход зажигающе- го газа (воздух) – 20 л/мин, режущего газа O 2 – 25 л/мин, 1-го завихряющего газа O 2 – 20 л/мин и 2-го завихряющего газа N 2 – 10 л/мин при скоро- сти резки 2,2 м/мин и времени врезания 0,1 с. В результате предварительных эксперимен- тов было установлено, что сопло плазмотрона может быть подвержено равномерному и не- равномерному износу. Установлено, что нерав- номерный износ возникает в том случае, когда суммарный путь перемещения резака в одном направлении значительно больше, чем в другом. Так, при преобладающей по времени резке вдоль одной координаты геометрия канала сопла пред- ставляет собой эллипс с большей осью вдоль от- меченного направления. Равномерный же износ канала характерен для обработки с равнонаправ- ленным перемещением резака. В данном слу- чае наиболее характерной траекторией является окружность. Для эксперимента использовано сопло с из- носом, поперечное сечение канала которого име- ет форму эллипса. Кроме потери формы канал в поперечном сечении имеет наклон оси в двух направлениях (в направлении малой оси эллипса (рис. 2, а ) – 4° и в направлении большой оси эл- липса 0…1° (рис. 2, б ). а б в г Рис. 2. Расположение сопла и плазменной струи по отношению к системе координат