«Повышение эффективности производства сварных соединений за счет прецизионной "финишной" резки металлов по технологии "узкоструйной плазмы"»

Руководитель коллектива: Анахов С. В., главный научный сотрудник НОЦ ИПКОСПО, канд. физ.-мат. наук, доцент.

Члены коллектива:

– Пыкин Ю. А., ведущий научный сотрудник НОЦ ИПКОСПО, д-р техн. наук, старший научный сотрудник.

– Никифорова С. М., старший научный сотрудник НОЦ ИПКОСПО, канд. техн. наук.

– Матушкина И. Ю., научный сотрудник НОЦ ИПКОСПО.

Аннотация

Проект направлен на повышение эффективности одной из наиболее востребованных машиностроительных технологий – производство сварных соединений за счет внедрения последних достижений в сфере плазменной резки металлов. Плазменная резка – один из основных инструментов, применяемых в заготовительных технологиях при подготовке кромок соединительных деталей для последующей сварки. Параметры качества разделочных швов (точность, геометрия, шероховатость) играют важную роль в технологиях прецизионной разделки и сварки (включая, например, сварку перемешиванием), а структура поверхности шва (размер и микроструктура зон термического влияния, параметры газонасыщения и т.д.) – фактор влияния на технологические и эксплуатационные свойства получаемых в дальнейшем сварных соединений. На данный момент существующие регламенты по производству сварных работ заставляют производителей прибегать к операции механической обработки поверхностей разделочных швов, из-за чего процесс получения сварных соединений становится более длительным, энергозатратным и менее экономичным (дополнительные затраты свыше 3 млн. руб. в расчете на одну установку резки для крупного предприятия трубного металлопроката). Решение данной задачи предлагается за счет разработки и внедрения новых конструкций плазмогенераторов с улучшенными параметрами стабилизации плазменной дуги, способствующими повышению теплового к.п.д., газодинамических, тепло- и электрофизических характеристик плазменной струи плазмотрона. В настоящий момент качество и эффективность работы отечественных металлорежущих плазмотронов существенно уступает параметрам, достигаемым зарубежными производителями. (производительность, глубина и качество реза, стойкость сопловых узлов на 10-15% хуже аналогичных показателей импортных образцов), особенно в сравнении с технологией «точной», «сжатой» или «узкоструйной» плазмы, представленной в серии аппаратов плазменной резки HiFocus (Kjellberg, Германия), HyPerformance (Hypertherm, США) и др. Отечественных аналогов подобных технологий практически нет, а проводимые по ней исследования опираются, как правило, на продукцию упомянутых выше производителей. Следует также учесть возможность расширения сферы применения плазменной резки путем внедрения данной технологии в сферу разделки тонких листов за счет обеспечения необходимую точности и скорости реза сопоставимых с технологиями лазерной и гидроабразивной резки. Разработка технологии «узкоструйной плазмы» будет опираться на авторскую методику проектирования плазмотронов по газодинамическим и теплофизическим критериям, а также на ряд полученных конструктивных решений, повышающих эффективность работы системы газодинамической стабилизации плазменной дуги. Обоснование их применимости в технологиях производства сварных соединений на стадии подготовки разделочных швов за счет прецизионной «финишной» резки металлов является для авторского коллектива поисковой задачей, так как требует постановки задачи и реализации комплекса исследовательских работ по определению оптимальных технологических режимов резки по широкой номенклатуре металлов и сплавов различных толщин. В результате реализации проекта будет разработано импортозамещающее оборудование широкой номенклатуры применения и определены параметры технологии "финишной" (без механического удаления зон термического влияния) плазменной резки металлов. Будут сформулированы новые принципы их проектирования, дан анализ эффективности из работы по газодинамическим и теплофизическим критериям, а также по показателям качества реза, изменений в структуре поверхности разделочных швов и сварных соединений, производительности, энергопотребления и безопасности процесса. Будет проведен комплекс сравнительных исследований на соответствие полученных после плазменной резки сварных швов нормативным требованиям. Будут разработаны новые стандарты и регламенты на применение плазменной резки в технологиях производства сварных соединений.