Способ плазменной резки

 

Использование: для плазменной резки различных сталей. Для достижения поставленной цели в способе плазменной резки, при котором резку осуществляют горящей между электродом плазмотрона и разрезаемым листом металла электрической дугой, стабилизированной потоком плазмообразующего газа, например, воздуха в плазмообразующий газ до его нагрева подмешивают легкоионизируемую присадку, например, химические соединения металлов K, Na, Ca, Вa, находящиеся в газообразном или твердом дисперсном состоянии в количестве, равном , где - мольный расход присадки, m - мольный расход плазмообразующего газа. 1 з. п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Заявляемое изобретение относится к области сварочной техники и технологии, а более конкретно к плазменной резке.

Известен способ плазменной резки листового металла электрической дугой, стабилизированной потоком воздуха, переходящим из дозвукового в сверхзвуковой (авт.св. СССР N 287214, кл. B 23 K 9/16).

Данный способ широко применяется в промышленности для чистовой резки листового металла толщиной до 30 мм благодаря своей высокой производительности. При резке таких толщин последующая чистовая обработка, как правило не требуется.

Недостатком данного способа является сильное насыщение кромок реза азотом. Это приводит к образованию пор в сварных швах, выполненных по кромкам реза и снижению прочности сварных швов.

С целью повышения качества кромок реза путем уменьшения насыщения их азотом предложен способ плазменной резки, выбранный авторами за прототип (авт.св. СССР N 500637, кл. B 23 K 9/16, B 23 K 31/10).

Данный способ плазменной резки осуществляют горящей между электродом и разрезаемым листом металла электрической дугой, стабилизированной потоком плазмообразующего воздуха, причем в столб дуги подают воду в количестве (0,6^oC0,9) от массового расхода воздуха в сверхзвуковую часть режущей струи.

Подача воды в плазму дуги приводит к частичному замещению в плазме активно адсорбируемых поверхностью реза ионов азота на ионы водорода. Это приводит к снижению насыщения азотом кромок реза. Недостатком данного способа является недостаточное снижение насыщения азотом кромок реза при резке листов стали толщиной меньшей 8 мм, обусловленное тем, что пары воды не успевают полностью перемещаться с плазмой воздуха из-за высокой скорости плазмы в сверхзвуковой части потока и малого времени перемешивания. Недостаточная эффективность данного способа объясняет тот факт, что в настоящее время в судостроительной промышленности значительный объем работ по плазменной резке выполняется с использованием кислорода, как плазменно-образующей среды, т. е. газа более дорогого, чем сжатый воздух. Кроме того расходуется много дорогостоящих электродов. Целью изобретения является повышение качества резки путем снижения насыщения кромок реза азотом.

В соответствии с заявляемым изобретением в плазмообразующий газ подмешивают легкоионизируемую присадку, например, химические соединения металлов K, Na, Ca, Ba, находящиеся в газообразном или твердом дисперсном состоянии в количестве равном мольный расход присадки; - мольный расход плазмообразующего газа.

Снижение насыщения кромок реза азотом достигается благодаря тому, что легкоионизируемая присадка, подаваемая в плазмообразующий газ до его нагрева равномерно перемешивается в объеме потока газа и дуги. Во всем поперечном сечении дуги происходит ионизация только легкоионизируемых атомов присадки. Ионизация азота не происходит.

При этом насыщение азотом кромок реза устраняется, т.к. отсутствуют ионы азота. Насыщение кромок реза атомами металлов присадки не приводит к образованию пор при последующей сварке и не снижает прочность сварного шва, ввиду малого количества присадки и более высокой температуры ее испарения в сравнении с азотом.

Сущность изобретения схематически поясняется чертежом, на котором показан пример выполнения способа.

Способ плазменной резки листа 1 осуществляют горящей между электродом 2 плазмотрона 4 и разрезаемым листом 1 металла электрической дугой 5, питаемой током источника 3, стабилизированной потоком плазмообразующего воздуха, истекающего из сопла 6 плазмотрона 4, и нагревающей газ до состояния плазмы. В соответствии с изобретением в плазмообразующий газ до его нагрева подают легкоионизируемую присадку, например, химические соединения щелочных или щелочноземельных металлов таких как K, Na, Ca, Ba в твердом дисперсном или в газообразном состоянии в количестве, равном мольный расход присадки; M мольный расход плазмообразующего газа. Для этого плазмообразующий газ, поступающий к плазмотрону 4 из трубопровода 10 частично пропускают через емкость 7, заполненную мелкодисперсным порошком 8 одного из вышеуказанных химических соединений или химическим соединением, находящимся в жидком состоянии (например, алкоголятом натрия C₂H₅ONa), где в плазмообразующий газ подмешивается нужное количество присадки в виде мелкодисперсных частиц или паров. Регулирование расхода присадки осуществляют вентилем 9, который регулирует расход части газа, проходящий через емкость 7.

Тарировка системы подачи присадки осуществлялась весовым методом.

Для проверки эффективности способа была проведена вырезка образцов металла и последующая их сварка автоматическим способом по линии реза. Материал разрезаемого листа сталь Ст. 3. Лист имел толщину 6 мм. В качестве плазмообразующего газа использовался воздух. Резка осуществлялась плазмотроном ПМР-74 с диаметром сопла 3 мм. Рабочий ток J 300 А, давление плазмообразующего газа перед плазмотроном P₀ 4,5 атм. Расход плазмообразующего газа 1,2 г/сек или примерно 4·10^-2 моль/сек. В качестве присадки использовался мелкодисперсный порошок соды Na₂CO₃. Мольный расход присадки регулировался в пределах . Для каждого значения расхода присадки вырезалось по две детали, которые затем сваривались между собой с целью выявления образования пор в сварном шве. При вырезке деталей также фиксировалась скорость резки. Сравнительные результаты резки и сварки приведены в таблице.

Как видно из таблицы, по сравнению с прототипом изобретение обеспечивает устранение парообразования в сварном шве практически без снижения скорости резки.

При этом добавка присадки в количестве меньшем не устраняет пор. А добавка присадки в количестве большем приводит к такому снижению скорости резки, которое неприемлемо по экономическим соображениям.

Очевидно, что возможность устранения порообразования при сварке деталей вырезанных заявляемым способом практически без снижения скорости резки дает возможность повысить экономичность процесса плазменной резки прежде всего за счет отказа от использования дорогостоящего кислорода при резке и экономии быстрорасходуемых электродов типа ЭП-01.

Формула изобретения

1. Способ плазменной резки, при котором резку осуществляют горящей между электродом плазмотрона и разрезаемым листом металла электрической дугой, стабилизированной потоком плазмообразующего газа, отличающийся тем, что в плазмообразующий газ до его нагрева подмешивают легкоионизируемую присадку в количестве m_s= (0,1 0,5)·10^-2m, где m_s молярный расход присадки, m молярный расход плазмообразующего газа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве присадки используют химические соединения натрия, калия, кальция, бария, находящиеся в газообразном или твердом дисперсном состоянии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2