Исследование эффективности технологии узкоструйной плазменной резки металлов

• Автор: Чиеу Куанг Фи
• Шифр специальности: 05.08.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 143 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1Л Анализ области применения алюминиевых сплавов в судостроении
1.2 Анализ особенностей резки и сварки алюминиевых сплавов
1.3 Требования к точности резки деталей корпусов судов
1.4 Пути повышения эффективности плазменной резки
1.5 Постановка задач исследований
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ УЗКОСТРУЙНОЙ ПЛАЗМЕННОЙ
РЕЗКИ
2.1 Анализ особенностей технологии узкоструйной плазменной резки
2.2 Технические характеристики современных установок для технологии узкоструйной плазменной резки и режимы резки
2.3 Сравнение скорости резки и качества реза при резке алюминиевых сплавов по двум плазменным технологиям
2.4 Экспериментальная оценка качества сварных соединений алюминиевых деталей
3. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЙ ПРОЦЕССА ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ
3.1 Разработка функциональной модели процесса плазменной резки
3.2 Оценка влияния плазмообразующих сред на процесс плазменной резки
3.3 Уточнение формулы определения скорости резки для технологии узкоструйной плазменной резки
4. РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ
СПОСОБНОСТИ УЧАСТКА ТЕПЛОВОЙ РЕЗКИ
4.1 Анализ состояния корпусообрабатывающего производства на судостроительном заводе Хонг Ха (Вьетнам)
4.2 Разработка вариантов повышения пропускной способности участка тепловой резки на заводе Хонг Ха
4.3 Технико-экономический расчет и рекомендация
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
В последнее время в судостроении и других областях промышленности широкое применение наряду с углеродистыми и легированными сталями находят алюминиевые сплавы. В ряде случаев они вытесняют сталь, обеспечивая сохранение прочности конструкции при значительной экономии в массе (до 50%) [11]. Особенно это эффективно для скоростных судов.
В настоящее время алюминиевые сплавы используются для изготовления корпусов быстроходных судов, надстроек пассажирских лайнеров, мелкосидящих буксиров, катеров, яхт, а также для изготовления алюминиевых танков судов, перевозящих сжиженные природные газы, переборок и выгородок, мачт, дельных вещей.
В отличие от стали обработка алюминиевых сплавов имеет ряд особенностей, в том числе, тепловая резка и сварка. Тепловая резка определяет в значительной степени трудоемкость и качество изготовления сварных конструкций. Поэтому для снижения трудоемкости и сроков изготовления конструкций, повышения качества продукций необходимо использовать эффективные технологии тепловой резки.
Среди различных способов тепловой резки металлов плазменная резка обеспечивает высокую скорость резки и качество реза. Поэтому в судостроении плазменная резка получает все больше распространение (примерно от 80% до 90% объема металлов режется плазменной резкой). , - . £
В настоящее время технологию плазменной резки можно разделит на традиционную технологию и технологию узкоструйной плазменной резки. По сравнению с традиционной технологией технология узкоструйной плазменной резки имеет ряд преимуществ, особенно для алюминиевых сплавов: а именно повышение скорости резки, повышение качества реза и повышение точности вырезаемых деталей. Однако, достоверные результаты по применению технологии узкоструйной плазменной резки, особенно для резки алюминиевых сплавов, в настоящее время отсутствуют. Поэтому работа, посвященная исследованию вопросов, связанных с технологией узкоструйной плазменной резки при вырезке деталей из алюминиевых сплавов и ее влиянием на последующую сварку представляет несомненный научный и практический интерес.
В современных производствах можно повысить эффективность плазменной резки за счет автоматизации управления машиной плазменной резки в составе поточной линии. Для автоматического задания машине плазменной резки необходимой скорости резки нужна математическая зависимость скорости резки от основных параметров процесса резки. Поэтому в диссертации исследуется математическая зависимость скорости резки для технологии узкоструйной плазменной резки.
Одной из особенностей технологии узкоструйной плазменной резки является
применение различных плазмообразующих сред: воздух, кислород, смесь аргона с водородом, смесь азота с водородом (для резки алюминиевых сплавов рекомендуется смесь аргона с водородом). По данным экспериментов применение различных плазмообразующих сред приводит к изменению скорости резки и качества реза, которые в значительной степени связываются с температурным полем разрезаемого металла. Для теоретического уточнения влияния плазмообразующих сред на процесс плазменной резки в диссертации исследуется влияние плазмообразующих сред на температурные поля.
До окончания войны в 1975 году судостроение как отрасли промышленности во Вьетнаме не существовало. После войны лишь отдельные заводы в разных концах страны строили деревянные или небольшие стальные суда. В 1996 году была создана Вьетнамская судостроительная корпорация УтаэЫп по программе развития промышленности Вьетнама. В настоящее время на небольших заводах строят судна с грузоподъемностью до 3500 тонн, а на крупных заводах строят судна с дедвейтом до 53000 тонн. По данным прогноза развитие флота Вьетнама с 2010 г. по 2020 г. увеличится на 30% по сравнению с периодом с 2000 г. по 2010 г. Кроме того, количество зарубежных заказов постоянно увеличивается. Для обеспечеиия'выполнения внутренних и зарубежных заказов в ближайшие годы наряду с постройкой новых судостроительных заводов необходимо повысить эффективность существующих судостроительных заводов Вьетнама. Поэтому в диссертации исследуется ожидаемый объем обрабатываемых металлов на судостроительных заводах и соответственно предложены различные варианты повышения пропускной способности для обеспечения ожидаемой годовой программы* обработки металла.

В традиционной технологии плазменной резки используют один газ воздух, а в технологии узкоструйной плазменной резки кроме основной плазмообразующей среды используют дополнительный “вихревой” газ, который дополнительно обжимает и стабилизирует плазменную струю. Разработка оптимальной конструкции плазмотрона с использованием дополнительного вихревого газа позволяет повысить стабильность плазменной дуги, качество поверхности реза и скорости резки, повысить срок службы сопел и электродов за счет дополнительного охлаждения.
Разработка конструкции быстросъемной головки плазматрона (рис. 2.2) позволяет существенно сократить время на замену быстроизнашивающихся деталей и сделать эту операцию удобной для обслуживающего персонала.
Рис. 2.2: Замена быстросъемной головки плазматрона На рис. 2.3 показаны основные элементы плазмотрона по технологии РНРосиБ фирмы К)е11Ьег§ (ФРГ): 1 - катод, 2 - завихритель плазмообразующего газа, 3 -внутреннее сопло, 4 - наружное сопло, 5 - колпачок, 6 - защитный колпачок.
Рис. 2.3: Основные элементы конструкции плазмотрона по технологии РПРосш.
Применение различных газов для плазмообразующих сред и дополнительного обжатия от вихревого газа позволяет изменить физико-химический состав струи плазмы и металла на кромках реза в процессе резки. Таким образом, удается повысить скорость резки и качество реза. Для резки алюминиевых сплавов технология узкоструйной плазменной резки рекомендует использовать смесь аргона с водородом,