Taiere Plasma

CONSIDERAII ASUPRA TEHNOLOGIILOR MODERNE DE TIERE MECANIZAT CU PLASM - REZUMAT TEZA DE DOCTORAT -

UNIVERSITATEA ,,TRANSILVANIA BRAOV FACULTATEA DE TIINA I INGINERIA MATERIALELOR

Ing. Alexandru Livius VAS

CONSIDERAII ASUPRA TEHNOLOGIILOR MODERNE DE TIERE MECANIZAT CU PLASMCONSIDERATIONS ON MODERN TECHNOLOGY FOR CUTTING MECHANIZED PLASMARezumatul tezei de doctorat

Conductor tiinific

Prof. Dr. Ing. Radu IOVNA

BRAOV 2010

Ing. Alexandru VAS

TEZ DE DOCTORAT

-1-

CONSIDERAII ASUPRA TEHNOLOGIILOR MODERNE DE TIERE MECANIZAT CU PLASM - REZUMAT TEZA DE DOCTORAT

CUPRINS Introducere Cap. 1. Consideraii privind stadiul actual al procedeelor de tiere termic Consideraii teoretice privind procedeele de tiere termic Clasificarea procedeelor de tiere termic Direciile de devoltare a tierii termice cu plasm Evoluia principiilor de funcionare ale generatoarelor de tiere cu plasm Variante constructive ale generatoarelor de tiere cu plasm Procedee de tiere cu plasm de nalt preciyie i productivitate Instalaii de tiere cu plasm de ultim generaie Concluzii cu privire la caracteristicile constructive i a performanelor generatoarelor cu plasm Obiectivele tezei de doctorat Contextul tiinific Delimitarea domeniului de cercetare Obiectivele tezei de doctorat Consideraii de ordin tehnologic cu privire la alegerea procedeului de tiere cu plasm Parametrii regimurilor de tiere pentru diferite materiale cu gaze de protecie diferite Clasificarea performanelor generatoarelor de plasm Aspectul suprafeelor rezultate la tierea cu plasm, analizarea defectelor i cauzele lor Microstructuri ale probelor prelevate din materialul de baz i din zona influienat termic a materialelor tiate ConcluziiTEZ DE DOCTORAT

1. 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. Cap. 2. 2.1. 2.2. 2.3. Cap. 3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4.

5 5 6 7 13 15 15 16

17 17 18

19 19 21 24 29-2-

Ing. Alexandru VAS


Cap.4.

Cecetri experimentale privind determinarea duratei de via a electrozilor de tiere cu plasm i crearea unui echipament electronic de determinare a eroziunii electrodului Obiective propuse i metodologia cercetrilor experimentale Cercetri i experimentri cu echipamentul electronic de determinare a eroziunii electrodului Cercetri privind variaia eroziunii h funcie de numarul de aprinderi si ore de funcionare Etalonarea numrtorului i cronometrului electronic Teste cu diferite tipuri de echipamente de tiere cu plasm Concluzii 31 32 33 37 46 53 55 58 63

4.1. 4.2. 4.2.1. 4.2.2. 4.2.3.

Bibliografie selectiv Lucrri tiinifice ,Contracte de cercetare Curriculum vitae

Ing. Alexandru VAS

TEZ DE DOCTORAT

-3-


INTRODUCEREDezvoltarea i extinderea progresului tiinei i tehnicii n toate ramurile economiei,creterea exigenei societaii n general, a condus la promovarea unor tehnici noi.Astfel cerinele actuale au impus implementarea n practica industriala a unor concepii noi in prelucrarea materialelor. Apariia i dezvoltarea anumitelor domenii, a condus la naterea noiunilor de fiabilitate, mentenabilitate, disponibilitate care reflect ntr-o manier tiinific modul de comportare al produselor n faza de exploatare n raport cu timpul. n acest context tierea termica cu plasma aduce o contribuie deosebita, in promovarea unor tehnici de vrf, dezvoltnd sursele de energie concentrata. Rezolvarea unor probleme fundamentale la generarea plasmei i aplicarea acestora la construcia generatoarelor de plasma din ara noastr, au contribuit la utilizarea plasmei pe plan mondial i n Romnia in mod special. Pentru sprijinul acordat de-a lungul ntregii perioade de realizare a lucrrii,adresez cu deosebit respect i consideraie cele mai sincere mulumiri Domnului Prof.dr.Ing.Radu Iovana n calitate de conductor tiinific. Mulumesc conducerii Universitii Transilvaniadin Braov, Facultailor de Inginerie Tehnologic i tiina i Ingineria Materialelor, Domnului Prof.dr.Ing.Teodor Machedon , Domnului Prof.dr.Ing. Mircea ierean precum i cadrelor didactice i personalului tehnic de la Catedra. Ingineria Materialelor si Sudarii , pentru sprijinul acordat pe tot parcursul realizrii lucrarii. Aduc cele mai profunde mulumiri si recunotiin domnului ing. Dorin Matei i ntregului colectiv de la SC CMMETAL SRL pentru tot sprijinul profesional i material pe care l-am primit pentru formarea i cariera mea profesional. Nu in ultimul rnd mulumesc familiei mele pentru sprijinul,rbdarea i ncrederea de care a dat dovad. Braov, februarie 2010

Ing. Alexandru VAS

TEZ DE DOCTORAT

-4-


Cap. 1. Consideraii privind stadiul actual al procedeelor de tiere termic Sub denumirea generic de tiere termic se neleg procedeele de tiere prin topire sau ardere cu ajutorul unei surse termice. n aceast grup intr procedeele de tiere cu flacr oxigaz, arc electric i laser. Teza de doctorat se refer n primul rnd la tierea cu arc electric trangulat de gazul plasmagen i duza, cunoscut ca tierea cu plasm . 1. Consideraii teoretice privind procedeele de tiere termic Sunt cunoscute dezvoltrile spectaculoase din ultimii ani a procedeelor de tiere termic, datorit avantajelor de ordin tehnic i economic n comparaie cu prelucrrile mecanice clasice. La alegerea procedeului de tiere trebuie s se in seama de nivelul calitii tierii, a preciziei privind dimensiunile geometrice ale materialului prelucrat i nu n ultimul rnd cheltuielile specifice ale tieturii. Sub acest aspect pot fi luate n consideraie: tierea cu oxigen, tierea cu arc de plasm i tierea cu fascicul laser. 1.1.Clasificarea procedeelor de tiere termic Pentru a avea o imagine asupra utilizrii procedeelor de tiere termic ce se refer la oelul carbon, prezentm n figura 1.1 o clasificare ale acestor procedee.

Figura 1.1. Clasificarea procedeelor de tiere cu oxi-gaz, plasma de oxigen,plasma de nalt precizie i laser pentru oel carbonIng. Alexandru VAS TEZ DE DOCTORAT-5-


In diagrama din figura 1.3. se prezinta performanele tierii cu plasma de oxigen in comparaie cu tierea cu laser prezentat de Soren Carisson (ESAB) [2 ]

Figura 1.3. Comparaia vitezelor de tiere funcie de grosime la tierea cu plasm i laser

1.2. Direciile de dezvoltare a tierii termice cu plasm Direciile de dezvoltare a tierii termice cu plasm sunt ndreptate spre gsirea unor soluii prin care s creasc gradul de concentrare al arcului de plasm prin mrirea densitii de curent. Instalaia prezentat n figura 1.6. conceput de compania HYPERTHERM este echipat tot cu un generator de plasm care utilizeaz dou gaze; unul plasmagen, al doilea drept gaz de protecie. Principiul de funcionare a generatorului Nertajet OCP 150, gaz plasmagen (1) azot, gaz secundar (2) azot n amestec cu oxigen, sau cu metan,este prezentat in figura 1.6

Ing. Alexandru VAS

TEZ DE DOCTORAT

-6-


Figura 1.6 a. Generatorul Nertajet OCP 150, b. Principiul de funcionare a generatorului Nertajet OCP 150 Parametrii regimului de tiere sunt prezentate n tabelul 1. 2. Tabelul 1.2. Parametrii regimului de tiere n funcie de calitatea materialului [5] Material Curent Grosimea Viteza A mm de tiere mm/min. Oeluri 30 slab aliate O2 70 plasm O2 + N2 gaz de protecie 100 3555 940 635 5715 1520 915 710 455 3680 2795 1850 3175 2515 2055 1650 890 Curent Grosimea Viteza A mm de tiere mm/ min. 1 5460 Oeluri 45 inoxidabile 2 3935 N2 plasm N2 gaz de 70 2 8890 protecie 4 3050 6 1270 8 1140 100 200 6 8 12 10 12 15 20 1650 1525 1015 2030 1905 1650 1270 Material

200

1 4 6 2 4 6 8 10 6 8 12 10 12 14 20 25

Ing. Alexandru VAS

TEZ DE DOCTORAT

-7-


1.3. Evoluia pricipiilor de funcionare ale generatoarelor de tiere cu plasm Evoluia principiilor de funcionare ale generatoarelor de tiere cu plasm i performanele din ultimii ani i pn n prezent sunt prezentate n tabelul 1.3. Tabelul 1.3. Evoluia principiilor procedeelor de tiere cu plasm Principii Observaii Nr. Procedee Locul unde Perioada Domeniul s-a dezvoltrii curenilor constructive crt. de tiere cu arc de dezvoltat i de tiere ale plasm i domeniul generatorului gaze de de plasm plasmagene utilizare folosite 0 1 2 3 4 5 61 Tiere cu plasm de argon sau amestec de argon + hidrogen Azot +hidrogen Argon + azot + hidrogen SUA i Europa 1957 Oeluri inoxidabile, aluminiu, cupru max. 120 mm la inox si 150 mm la aluminiu 1965 1975 120 mm pentru inox, 150 mm Al 1967, grosime 120 mm pt inox, 150 mm pt. Al. 120 600A Electrod de Wolfram, rcire cu ap n circuit nchis, injecie de gaz axial

Japonia

120 300 A

Similar ca n Europa i SUA

2

Tiere cu plasm de azot drept gaz plasmagen i cu gaz secundar aer

Europa

120 600 A

Electrod din wolfram, rcire cu ap, admisia de gaz turbionar n interior cu gaz plasmagen i n exterior cu gaz secundar

3

Tiere cu plasm de aer sau oxigen

Europa i SUA

1968, oeluri slab aliate pn la 30 mm grosime 1973 1993 oel naval 540 mm grosime 1980 1983

50 100 A

Japonia

80 250 A

Electrod din Zirconiu sau Hafniu. Admisie de gaz plasmagen turbionar Similar ca n Europa i SUA RCIRE

n Romnia s-a dezvoltat n baza brevetului romnesc 51256/ 1967 i acelai brevet acceptat i n SUA, Anglia, Germania, Austria .a. Titlul inveniei romneti Generator de plasm cu focalizare magnetic i admisie de gaz suplimentar n exteriorul ajutajului. Se folosete i n prezent

4

Tiere cu

Japonia

15 80 A

Nu se folosete -8-

Ing. Alexandru VAS

TEZ DE DOCTORAT

CONSIDERAII ASUPRA TEHNOLOGIILOR MODERNE DE TIERE MECANIZAT CU PLASM - REZUMAT TEZA DE DOCTORAT plasm de azot Oeluri slab DIRECT CU sau aer, prin aliate i navale AER. Nu s-a contact direct (3-12 mm) rspndit pt. ntre duz i tierea tabla de tiat mecanizat. Se folosete numai la tierea manual. Europa 1987 (3 6 15 40 A Similar ca n mm) Japonia. 5 Tiere cu Europa 1965 - 1968 50 200 A Electrod din Nu s-a rspndit plasm de azot carbine. Admisie cu injecie de gaz turbionar exterioar de ap 6 Tiere cu Europa 1977, oeluri 120 400 A Rcire cu ap. Nu s-a rspndit plasm de argon aliate i Electrod din din cauza sau azot sub ap nealiate (5-40 Wolfram sau producerii pt. reducerea mm) Zirconiu hidrogenului n ap noxelor prin disociere, cu pericol mare de explozie. 7 Tiere cu Japonia 1983 1999. 10 140 A Electrozidin Zr Foarte rspndit n plasm de aer (Tanaka) i n Oeluri carbon sau Hf, rcire cu Japonia i n cu costuri Europa din 1986 (3-35 mm) aer prezent n Europa, reduse 1986 1999 mai ales la tiere n Europa (5manual. 25 mm) 8 Tiere cu SUA 1983 Maximum Rcire cu ap. Rspndit n SUA plasm de HYPERTHERM Oel carbon 340 A pentru Electrod din i Europa oxigen sau azot pn la 32 mm oxigen i 760 Hafniu. sub ap i i aluminiu cu A pentru azot Generatorul este injecie de ap 760 A cu azot scufundat n ap, cu dou duze pn la 75 mm ceea ce asigur rcirea duzei. 9 Tiere cu SUA 1990 260 A sau Rcire cu ap. Rspndit n SUA plasm de Hypertherm i Oeluri pentru 340 A Electrod din i Europa. Prin oxigen sau azot LTEC ESAB industria Hafniu cu inserie opiune se poate sub ap i naval de Ag-Ni pentru a echipa i cu injecie de ap 260 A pt. 8-25 mri rcirea i dispozitive pt. cu dou duze mm durata de via a sanfrenare. Este (duza exterioar 340 A pt. 8-32 electrodului. Se prevzut i cu poate fi i din mm regleaz debitul nsemnarea ceramic) de gaz i curentul reperelor prin de taiere dup vopsire sau gravare program cu jet de plasm cu programarea CNC 10 Tiere cu Japonia 1991 120 450 A Rcire cu ap. plasm de KOMATSU, Oeluri pentru Electrod din Hf. oxigen cu dou TANAKA i industria Prin modificarea duze cu gaz de KOIKE naval 8-45 debitului gazului protectie mm la 120 de protecie se 450 A schimb unghiul de nclinare a deeului. Partea activ rmne perpendicular 11 Tiere cu Japonia 1989 5-40 A Rcire cu ap. Oeluri aliate li Electrod din Hf. plasm de KOMATSU Co. 12-90 A Turbionare oxigen de nalt i nealiate 0,5precizie cu o 8 mm la 5-40 puternic a singur duz i A i 3-12 mm gazului -9Ing. Alexandru VAS TEZ DE DOCTORAT

12

CONSIDERAII ASUPRA TEHNOLOGIILOR MODERNE DE TIERE MECANIZAT CU PLASM - REZUMAT TEZA DE DOCTORAT gaz plasmagen la 12-90 A plasmagen, n cmp suprapus n cmp magnetic magnetic, care modific unghiul de nclinare a feelor. Faa activ este perpendicular, iar faa deeului rmne nclinat. Tierea cu SUA 1991 16 100 A Rcire cu ap plasm de HYPERTHERM Oeluri aliate Electrod in HF cu inserie de Ag-Ni. oxigen de nalt i nealiate de precizie cu 0,5 mm I5 260 A Reglarea debitelor turbionare grosime la de gaze se puternic n 15A i 15 mm realizeaz n interior realizat pentru 100 A. timpul procesului de tiere. Se prin evacuarea n 2002 unei pri din 2007 regleaz att gazul gazul domeniul plasmagen prin valoarea debitului plasmagen n grosimilor exterior i mari s-a extins de gaz plasmagen evacuat n introducerea la 75 mm atmosfer, ct i ntre duze a (tabelul II/ 9) gazului prin valoarea gazului suplimentar tot turbionar suplimentar introdus ntre duze.

n baza acestor deziderate prezenta lucrare trateaz o problem de actualitate legat de prelucrarea aliajelor uoare prin procedee de tiere cu plasm n locul procedeelor mecanice. Avnd n vedere c tierea cu plasm se apropie tot mai mult de tierea cu fascicul laser la un pre mai redus i o calitate comparabil, decizia final va fi luat innd seama i de economiile realizate. Aceste economii fa de tierea cu laser i raportul dintre costul investiiilor i calitatea suprafeelor rezultate dup tiere din studiile dup [7] sunt prezentate n figura 1.8.

Figura 1.8.Costurile tierii cu laser si plasmIng. Alexandru VAS TEZ DE DOCTORAT- 10 -


Dac pentru oelurile de carbon nealiate tierea oxigaz poate fi luat n considerare pentru grosimi ce depesc 3-5 mm, n cazul oelului inoxidabil i a aluminiului, acest procedeu nu poate fi utilizat. Din acest motiv, din punct de vedere a vitezelor, tierea cu plasm, ocup primul loc pentru grosimi cuprinde ntre 0,5 i 120 mm.

Figura 1.9 Variaia vitezei de tiere n funcie de grosime la tierea oelului carbon Principiile constructive ale generatoarelor de plasm au determinat folosirea diferitelor amestecuri de gaze, aa cum se prezint n figura 1.11 .Injectia axiala la nceputul dezvoltrii generatoarelor de plasm,a permis folosirea numai a gazelor inerte,in special al argonului in amestec cu hidrogenul sau a heliului.

Figura 1.11

Evoluia dezvoltrii generatoarelor de plasm folosind diferite gaze Diferite moduri de realizare a injeciei de gaze i vrtejuri

Ing. Alexandru VAS

TEZ DE DOCTORAT

- 11 -


Figura 1.12 O singura injecie de gaz (axial),Figura 1.13 Injecie de gaz plasmagen turbionar + injecie de gaz de protecie

Figura 1.14 Injecii cu dou gaze turbionare :gaz plasmagen pentru centrare i protecie pentru rcire si tiere

Figura 1.15 Injecii cu dou gaze turbionare : gaz plasmagen turbionar i turbion de apa pentru protecie i constrngere

Pentru a putea urmri fazele n care se produce eroziunea prezentm mai jos un electrod nou nefolosit cu tiftul de hafniu presat n mantaua din cupru intens rcit.

Figura 1.16 Electrod nou cu tiftul de hafniu presat n mantaua din cupru Pata catodic care se formeaz dup aprindere datorit curentului se topete i n contact cu gazul plasmagen cu coninut de oxigen,se oxideaz formnd o pelicul foarte subire de oxid de zirconiu sau hafniu .

Ing. Alexandru VAS

TEZ DE DOCTORAT

- 12 -


Figura 1.17 Pelicul de oxid de zirconium, Figura 1.18 Pelicul de oxid de zirconiu sinitruri de zirconiu

Oxidul are o putere de emisie de electroni foarte bun i plutete pe un al doilea strat format din nitruri de zirconiu sub 0,1 mm. n tabelul 1.4 se prezint problemele cu care se confrunt specialitii din domeniu atunci cnd trebuie s aleag sau s renune la un anumit procedeu. Tabelul 1.4 Avantaje i dezavantaje ale unor procedee de tiere termic Procedeu Avantaje Dezavantaje Grosimi mari (> 500 mm), Pot fi tiate numai oelurile carbon, investiie redus, vitez mic de tiere la grosimi mai cost redus de exploatare, mari de 30 mm, tierea n orice poziie, deformaii, Tiere oxigaz arztoare multiple pe aceeai ZIT mare, instalaie genereaz tensiuni i deformaii sub aciunea cldurii, calitatea este influenat de starea suprafeelor. Vitez ridicat de tiere, Tieturi cu nclinaie pronunat a precizie mare a tieturilor, feelor la tierea clasic cu plasm lime mic a ZIT, investiie moderat, Tierea cu plasm uor de utilizat. Vitez mare de tiere a Unele materiale nu pot fi tiate pieselor subiri, (cuprul de exemplu), precizie mrit investiii ridicate, tieturi fine, care conduce la randament sczut, Tierea cu laser economie de material, cost de ntreinere ridicat, ZIT redus, grosimi reduse

Documents

Taiere Plasma