ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Во введении описаны особенности процесса плазменной резки различных металлов и сплавов с использованием плазмотронов с обратной полярностью и особенности резки толстолистового проката. Цель работы: исследование процесса износа плазмотронов, работающих на токе обратной полярности, при резке толстолистового проката алюминиевых и титановых сплавов. Методами исследования являются оптическая и растровая электронная микроскопия, съемка процесса резки и визуальный осмотр элементов плазмотрона после получения образцов. Результаты и обсуждение. В разделе показан внешний вид основных рабочих элементов плазмотрона после резки на различных режимах, приводивших как к стабильному и постепенному изнашиванию, так и к катастрофическому выходу плазмотрона из строя. Представлены результаты структурных исследований основных характерных зон сопел и электродов после резки. Проведенные исследования позволили установить основные причины выхода из строя рабочих элементов плазмотронов, работающих на токе обратной полярности. К причинам катастрофического выхода из строя плазмотронов относятся несоблюдение величины зазора между соплом и электродом и оплавление канала подачи газа в разрядную камеру. Износ сопел и электродов в стабильном режиме может быть интенсифицирован при нештатной работе пусковой дуги, наличии неточностей изготовления и превышении давления газа. В заключении сформулированы основные выводы по результатам проведенных исследований. Описан процесс износа электродов, сопел и корпусных элементов плазмотронов в процессе работы при высоких значениях мощности электрической дуги.

1. Modeling of the polycrystalline cutting of austenitic stainless steel based on dislocation density theory and study of burr formation mechanism / J. Wen, L. He, T. Zhou [et al.] // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2023. – Vol. 37 (6). – P. 2855–2870. – DOI: 10.1007/s12206-023-0512-8.

2. Akkurt A. The effect of cutting process on surface microstructure and hardness of pure and Al 6061 aluminium alloy // Engineering Science and Technology, an International Journal. – 2015. – Vol. 18 (3). – P. 303–308. – DOI: 10.1016/j.jestch.2014.07.004.

3. A virtual sensing approach for quality and productivity optimization in laser flame cutting / N. Levichev, A. Tomás García, R. Dewil, J.R. Duflou // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2022. – Vol. 121. – P. 6799–6810. – DOI: 10.1007/s00170-022-09750-8.

4. Electrical arc contour cutting based on a compound arc breaking mechanism / G.-J. He, L. Gu, Y.-M. Zhu, J.-P. Chen, W.-S. Zhao, K.P. Rajurkar // Advances in Manufacturing. – 2022. – Vol. 10 (4). – P. 583–595. – DOI: 10.1007/s40436-022-00406-0.

5. Optimizing process parameters of in-situ laser assisted cutting of glass–ceramic by applying hybrid machine learning models / J. Wei, W. He, C. Lin, J. Zhang, J. Chen, J. Xiao, J. Xu // Advanced Engineering Informatics. – 2024. – Vol. 62. – P. 102590. – DOI: 10.1016/j.aei.2024.102590.

6. Laser cutting of aluminum alloys using pulsed radiation from a CO₂ laser under conditions of an optical discharge in an argon jet / V.B. Shulyat’ev, M.A. Gulov, E.V. Karpov, A.G. Malikov, K.R. Boiko // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. – 2023. – Vol. 50 (suppl. 10). – P. S1075–S1078. – DOI: 10.3103/S1068335623220116.

7. Influence of the parameters of chemical thermal treatment of copper slag particles on the quality of hydroabrasive cutting / G.V. Barsukov, M.F. Selemenev, T.A. Zhuravleva, I.N. Kravchenko, E.M. Selemeneva, O.V. Barmina // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. – 2023. – Vol. 52 (7). – P. 679–686. – DOI: 10.1134/S1052618823070075.

8. Boulos M.I., Fauchais P., Pfender E. Plasma torches for cutting, welding and PTA coating // Handbook of Thermal Plasmas. – Cham: Springer, 2023. – DOI: 10.1007/978-3-319-12183-3_47-2.

9. Sharma D.N., Kumar J.R. Optimization of dross formation rate in plasma arc cutting process by response surface method // Materials Today: Proceedings. – 2020. – Vol. 32. – P. 354–357. – DOI: 10.1016/j.matpr.2020.01.605.

10. Shchitsyn V.Yu., Yazovskikh V.M. Effect of polarity on the heat input into the nozzle of a plasma torch // Welding International. – 2002. – Vol. 16 (6). – P. 485–487. – DOI: 10.1080/09507110209549563.

11. Ilii S.M., Coteata M. Plasma arc cutting cost // International Journal of Material Forming. – 2009. – Vol. 2 (suppl. 1). – P. 689–692. – DOI: 10.1007/s12289-009-0588-4.

12. An experimental analysis of cutting quality in plasma arc machining / M. Gostimirovic, D. Rodic, M. Sekulic, A. Aleksic // Advanced Technologies & Materials. – 2020. – Vol. 45 (1). – P. 1–8. – DOI: 10.24867/ATM-2020-1-001.

13. Structural features and morphology of surface layers of AA2024 and AA5056 aluminum alloys during plasma cutting / A.V. Grinenko, E.O. Knyazhev, A.V. Chumaevskii, A.V. Nikolaeva, A.O. Panfilov, A.M. Cheremnov, L.L. Zhukov, A.V. Gusarova, P.S. Sokolov, D.A. Gurianov, V.E. Rubtsov, E.A. Kolubaev // Russian Physics Journal. – 2023. – Vol. 66. – P. 925–933. – DOI: 10.1007/s11182-023-03025-9.

14. Structure Formation in Surface Layers of Aluminum and Titanium Alloys during Plasma Cutting / A.V. Chumaevskii, A.V. Nikolaeva, A.V. Grinenko, A.O. Panfilov, E.O. Knyazhev, A.M. Cheremnov, V.R. Utyaganova, V.A. Beloborodov, P.S. Sokolov, D.A. Gurianov, E.A. Kolubaev // Physical Mesomechanics. – 2023. – Vol. 26. – P. 711–721. – DOI: 10.1134/S1029959923060103.

15. 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.

16. Влияние высокоэнергетического воздействия при плазменной резке на структуру и свойства поверхностных слоёв алюминиевых и титановых сплавов / 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.В. Гриненко, Е.А. Колубаев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023. – Т. 25, № 4. – С. 216–231. – DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-216-231.

17. Matushkina I., Anakhov S., Pyckin Yu. Design of a new gas-dynamic stabilization system for a metal-cutting plasma torch // Journal of Physics: Conference Series. – 2021. – Vol. 2094. – P. 042075. – DOI: 10.1088/1742-6596/2094/4/042075.

18. Gariboldi E., Previtali B. High tolerance plasma arc cutting of commercially pure titanium // Journal of Materials Processing Technology. – 2005. – Vol. 160 (1). – P. 77–89. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2004.04.366.

19. Cinar Z., Asmael M., Zeeshan Q. Developments in plasma arc cutting (PAC) of steel alloys: a review // Jurnal Kejuruteraan. – 2018. – Vol. 30 (1). – P. 7–16. – DOI: 10.17576/jkukm-2018-30(1)-02.

20. Kudrna L., Fries J., Merta M. Influences on plasma cutting quality on CNC machine // Multidisciplinary Aspects of Production Engineering. – 2019. – Vol. 2. – P. 108–117. – DOI: 10.2478/mape-2019-0011.