автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Совершенствование конструкций плазмотронов и технологии плазменной обработки металлов на обратной полярности

На правах рукописи

ЩИЦЫН ВЛАДИСЛАВ ЮРЬЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ПЛАЗМОТРОНОВ И ТЕХНОЛОГИИ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ НА ОБРАТНОЙ ПОЛЯРНОСТИ

05.03.06 - Технология и машины сварочного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пермь - 2005

Работа выполнена в Пермском государственном техническом университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Язовских Валерий Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Игнатов Михаил Николаевич

кандидат технических наук, Аржакин

Анатолий Николаевич

Ведущее предприятие:

ОАО «Мотовилихинские заводы», г. Пермь

Защита состоится «21» июня 2005 г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 212. 188. 02 при Пермском государственном техническом университете

по адресу: 614000, г. Пермь, Комсомольский пр, 29, аудитория 212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного технического университета.

Автореферат разослан «_»_2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета/ доктор физико-математических наук Ташкинов

№06-1.

-тт , мчзм?-

Общая характеристика работы.

Актуальность проблемы. Благодаря уникальным качествам сжатой дуги и плазменной струи как источника нагрева обрабатываемой зоны, плазменные технологии утверждаются в общем арсенале других сварочных технологий в самостоятельный вид. В настоящее время разработан и успешно применяется ряд технологических процессов и установок, основанных на использовании низкотемпературной плазмы. Среди них плазменная и микроплазменная сварка, резка, наплавка, плазменное напыление покрытий, металлизация, плазменное поверхностное упрочнение деталей, плазменная плавка и рафинирование металлов, плазменно-механическая обработка и другие. Использование плазменных технологий позволяет значительно повысить производительность процессов и получить ряд дополнительных преимуществ. Однако суммарный объем использования плазменных технологий до настоящего времени не велик и не превышает 5% от общего объема сварочного производства. Это объясняется несколькими причинами: отсутствием доступных надежных технологических рекомендаций для практического использования плазменных технологий, сложностью, низкой надежностью и повышенной стоимостью предлагаемого промышленностью оборудования.

Использование обратной полярности обеспечивает дополнительные преимущества для ряда плазменных технологий. Явление катодного распыления позволяет производить очистку поверхностей металлических заготовок, решает проблему качественной сварки алюминиевых и магниевых сплавов. Применение плазмотронов с кольцевым анодом делает возможным использование высокопроизводительной плазменной сварки и наплавки плавящимся электродом различных металлов. Ведение процессов на обратной полярности позволяет в широких пределах регулировать тепловое и силовое воздействие на зону обработки, глубину проплавления основного металла. Однако известные плазмотроны для работы на обратной полярности имеют низкую надежность.

Считается, что при работе на обратной полярности, плазмотроны испытывают повышенные тепловые нагрузки, что приводит к усложнению конструкций плазмотронов, увеличению их габаритов и массы.

Таким образом, разработка плазмотронов для работы на обратной полярности повышенной мощности и надежности, удобных в эксплуатации и обслуживании, имеющих малые габариты и массу и исследования новых технологий является актуальной задачей.

Цель работы: Совершенствование конструкций плазмотронов и новых технологий плазменной обработки металлов на обратной полярности.

Задачи, решение которых необходимо для достижения поставленной цели, заключаются в следующем:

- оптимизация системы охлаждения тсплонагруженных узлов плазмотронов на базе изучения особенности теплового баланса сжатых дуг при работе плазмотрона на прямой и обратжйчюляадвйуйдльнл*

I библиотека |

I «•ПтЮг^.1 ' 0Э

- исследовать особенности теплопередачи в изделие при плазменной обработке металлов на прямой и обратной полярности;

- оценить особенности тепловых процессов на электроде-катоде и электроде-аноде плазмотрона;

- разработать плазмотроны различного целевого назначения, сочетающие высокую мощность и надежность, широкие технологические возможности при минимальных габаритах и массе;

- исследовать процесс и разработать технологические рекомендации плазменной пайки алюминиевых сплавов низкотемпературными припоями;

- исследовать возможность плазменной резки металлов на обратной полярности и разработать оборудование и технологические рекомендации для практического применения.

На защиту выносятся следующие результаты:

- результаты исследования теплового баланса сжатой дуги и теоретическое описание тепловых процессов в плазмотронах при работе на прямой и обратной полярности;

- конструкция плазмотронов для работы на обратной полярности;

- результаты исследования и технологические рекомендации плазменной пайки алюминиевых сплавов низкотемпературными припоями;

- результаты исследований и технологические рекомендации по применению плазменной резки металлов на обратной полярности.

Методы исследований. В работе использованы методики, включающие экспериментальные исследования и аналитические расчеты. Фиксирование параметров процессов и наблюдение за ними осуществлялось с помощью современной измерительной и регистрирующей аппаратуры. Использованы методы численного решения дифференциальных уравнений, описывающих интересующие процессы, с применением ПЭВМ по разработанным автором программам. Применялся метод планирования экспериментов, регрессионного анализа. Разработаны оригинальные методики определения теплового баланса сжатых дуг при работе плазмотрона на прямой и обратной полярности.

Научная новизна работы:

- установлено влияние полярности на особенности энергетического балнса сжатых дуг, а именно: на распределение тепловых нагрузок внутри плазмотрона и дано теоретическое обоснование этого влияния;

- разработаны модели теплового баланса на электроде-катоде и электроде-аноде плазмотрона;

- установлено, что величина тепловой мощности передаваемой изделию плазменным потоком при работе на обратной полярности значительно больше, чем при работе на прямой полярности;

- установлена возможность суммарной теплопередачи изделию при работе на обратной полярности не ниже чем на прямой полярности;

- доказана возможность плазменной пайки алюминиевых сплавов низкотемпературными припоями;

- установлена возможность плазменной резки металлов на обратной полярности с комбинированной подачей газов, выполнена оценка энергетического баланса разработанного способа резки.

Практическая ценность и внедрение результатов работы:

- разработан плазмотрон для работы преимущественно на обратной полярности, имеющий простое устройство, минимальные габариты и массу при высокой мощности и надежности, позволяющий реализовать ручную и автоматическую сварку на обратной полярности проникающей и непроникающей дугой, плазменную пайку алюминиевых сплавов низкотемпературными припоями, плазменную резку с комбинированной подачей газов (патент России №2198772);

- разработаны технологические рекомендации плазменной пайки алюминиевых сплавов низкотемпературными припоями, повышающие качество и производительность процесса;

- разработаны технологические основы и оборудование плазменной резки металлов на обратной полярности с комбинированной подачей газов, обеспечивающие высокую надежность, низкую стоимость при достаточной производительности.

Работа выполнялась в 1996 - 1998 г.г. в рамках единого заказ-наряда; в 1998 - 1999г.г. - межвузовской программы НТП МО и ПО РФ «Сварка и контроль», в настоящее время работа ведется по заказу ряда предприятий. За последние 3 года результаты работ внедрены на АО «Пермэнергоремонт», АО «Азот», г. Березники, Боткинское ФГУП «Машиностроительный завод», Тамбовское ОАО «Машиностроительный завод им. Артемова», ОАО «Муромтепловоз» и др.

Апробация работы и публикаиии. Основные положения диссертационной работы докладывались: на Всероссийских конференциях молодых ученых: «Математическое моделирование физико-механических процессов», Пермь, 1997; «Математическое моделирование в естественных науках», Пермь, 1998; на 15 и 17 НТК Пермского В И РВ «Пути и методы совершенствования систем и образцов ракетного вооружения, их эксплуатации и боевого применения», Пермь, 1997, 1999; на международной НТК «Сварка и родственные технологии: мировой опыт и достижения», Минск, 2001; на Всероссийских НТК: «Петровские чтения», к 100 -летию СПбГТУ, Санкт Пе1ербург, 1998, «Сварка и смежные технологии», Москва, 2000, «Аэрокосмическая техника и высокие технологии 2001», Пермь, 2001, на НТК сварщиков Урала: 2000, 2001, 2002г.г. Разработки демонстрировались на ряде всероссийских и международных выставок. Только за последние годы получены дипломы на международных выставках: «Высокие технологии, инновации, инвестиции», Ст. Петербург 2000 г., «Международная специализированная выставка сварочных технологий и оборудования «Экспо - Сварка - 2002», Москва 2002 г., получена золотая медаль «V Московского международного салона инноваций и инвестиций», Москва, ВВЦ, 2005г.

Основное содержание диссертации опубликовано в 34 печатных работах, получен 1 патент на изобретение, 1 положительное решение по заявке и подана 1 заявка на патент.

Объем и структура работы Диссертация изложена на 154 страницах машинописною текста, в том числе содержит рисунков 41, таблиц 26; список литературы включает 128 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В соответствии с поставленной целью содержание работы изложено в 4 главах.

Первая глава посвящена рассмотрению и анализу современных конструкций плазмотронов, возможности их применения для плазменной обработки металлов на обратной полярности.

Центральным звеном плазменных установок является плазменная горелка или плазмотрон, обеспечивающая возбуждение и стабилизацию горения сжатой дуги или плазменной струи. Многообразие процессов плазменной обработки материалов определяет различие конструкций плазмотронов. Исследованием плазменных технологий и разработкой оборудования для их практической реализации занимался ряд центров в СССР, а позднее в СНГ - ИЭС им. Е.О. Патона, ВНИИЭСО, ВНИИАвтоген, Ленинградский политехнический институт, УПИ, отраслевые институты. Такие крупные ученые сварщики как Д. А. Дудко, A.B. Петров, Д. Г. Быховский, Ю. С. Ищенко, А. И. Акулов, B.C. Клубникин, Н. А. Соснин и др. участвовали в разработке теоретических основ плазменных технологий, оборудования и технологических рекомендаций для их практического применения.

Анализ конструкций современных плазмотронов позволяет сделать вывод о том, что плазмотрон является сложным агрегатом, состоящим из большого количества сложных деталей, выполненных из дорогостоящих материалов (медь, вольфрам, цирконий, графит, медно-вольфрамовые сплавы, молибден и др.). Плазмотроны имеют значительные габариты и массу, трудоемки в изготовлении и обслуживании.

Мощность плазмотрона, его надежность, габариты и масса, технологические возможности определяются эффективностью охлаждения теплонагруженных элементов - плазмообразующего сопла и электрода. Кроме того, работоспособность плазмотрона во многом определяется количеством циклов включения, т.к. при зажигании дуги элементы плазмотрона подвергаются наибольшей эрозии.

Считается, что плазмотроны, работающие на обратной полярности, испытывают большие тепловые нагрузки, чем на прямой, при одинаковых параметрах сжатой дуги и поэтому обладают меньшей мощностью и долговечностью. Следствием этого является крайне ограниченный объем использования плазменных процессов на обратной полярности.

Отечественная промышленность выпускает ограниченное как по номенклатуре, так и по количеству оборудование для плазменной обработки металлов. Выпускаемое оборудование в большинстве является узкоспециализированным. Такое же положение сложилось и за рубежом. В

качестве примера можно отметить, что такие мощные фирмы как САБТОЬГЫ (Швейцария), КЕМРРУ (Финляндия), Е8АВ (Швеция), выпускают в основном оборудования для плазменной резки.

Целью данной работы является расширение технологических возможностей плазменной обработки металлов на обратной полярности путем разработки плазмотронов повышенной мощности и надежности, удобных в эксплуатации и обслуживании и исследования новых технологий.

Вторая глава посвящена исследованию распределения тепловой мощности сжатой дуги при работе плазмотрона на прямой и обратной полярности. Мощность плазмотрона, его надежность, габариты и масса, технологические возможности определяются эффективностью охлаждения теплонагруженных элементов - плазмообразующего сопла и электрода. Исследования проводились калориметрированием. Применялось планирование эксперимента и обработка данных по методу Бокса -Уилсона. Полученные уравнения позволяют оценить влияние технологических параметров процесса (1д, - тока сжатой дуги и Qn -расхода плазмообразующего газа) и геометрических параметров плазмотрона (с!с - диаметра плазмообразующего сопла, и Их - расстояния электрод сопло) на тепловложение в элементы плазмотрона при работе плазмотрона на прямой и обратной полярности:

Р°" = 0,704 + 0,5071„ + 0,0010, + 0,001 + 0,015ЛЭС Рсоп = 0,749 + 0,6061д - 0,161- 0,1 Шс + 0,049/7* Р3пп= 0,310 + 0,132/й + 0,003^,, + 0,026^ + 0,004АЭС Р""= 1,076 f 0,75310 - О,1680„ + 0,042^ + 0,11 \ИХ

Из уравнений видно, что тепловой поток в электрод при работе на обратной полярности значительно выше, чем при работе на прямой полярности и определяется, в основном током дуги. Прочие факторы оказывают заметно меньшее в удельном значении влияние на величину теплового потока. Тепловложение в плазмообразующее сопло при работе на прямой полярности значительно превышает тепловложение в сопло при работе на обратной полярности при прочих равных условиях.

Проведенные сравнительные исследования показывают, что тепловые нагрузки на плазмотрон при работе на прямой и обратной полярности при одинаковой мощности сжатой дуги примерно равны. При этом тепловая мощность, отводимая в электрод-анод значительно выше (в 1,5-4 раза), чем тепловая нагрузка на электрод-катод. Тепловая мощность, отводимая в плазмообразующее сопло при работе на обратной полярности значительно меньше (в 2 - 2,2 раза), чем при работе на прямой полярности, что и определяет примерное равенство нагрузки на плазмотрон при смене полярности.

Было установлено, что при работе плазматрона на обратной полярности напряжение на дуге иа значительно выше, чем на прямой и находится в пределах ид оп« 1,2 - 1,5 щ „„. Причем падение напряжения на различных участках сжатой дуги при работе на прямой и обратной

полярности при прочих равных условиях сильно различаются: падение напряжения части столба дуги, расположенной внутри плазмотрона значительно больше при работе на обратной полярности и1С0 - (2,5 - 3,2) ихп , а падеиие напряжения на внешней части столба дуги наоборот, больше при работе на прямой полярности иш„ = (1,2 - 1,4) исио. Увеличение Qny уменьшение 4 и, в меньшей степени, увеличение расстояния от электрода до сопла Их увеличивают иж0 и мало влияют на щсп. Влияние этих параметров на иси аналогично, но менее выражено. Причиной выявленного различия падений напряжения на различных участках сжатой дуги при работе на прямой и обратной полярности следует считать изменение приэлектродных падений напряжения и степени сжатия дуги при смене полярности.

Считается, что тепловложение в плазмообразующее сопло определяется мощностью части столба дуги, расположенного внутри плазматрона Рдг = 1а иэс. Однако Рйг при работе плазмотрона на обратной полярности значительно - в 2,5 - 2,7 раза больше, чем на прямой вследствие большего напряжения иж. При работе плазмотрона на обратной полярности их 0„ = 16 - ЗОВ, а их „„ = 5 - 10В. При этом относительное тепловложение т]с в плазмообразующее сопло от Р„г при работе плазмотрона на обратной полярности в 3+5 раз меньше, чем на прямой (см. рис. 1).

180 160 140 120 а? 100 й 80 60 10

— — *--*

Е--«-=■*"

-РядЭ —Р«Д4 — Р«д5 — -Р»дб|

ь

-РчдЗ —*-Р«д4 -«-Рч5 •

-Р*яб1

а) б)

Рис. 1. Зависимость относительного тепловложения в плазмообразующее сопло Т]с = (РУРдп )100% от тока дуги при Q„=\A л/мин, а) - й,с=1 мм, б) - Иж=3 мм, Ряд1 - с!с ~ Змм, полярность прямая, Ряд2 - с!с ~ 4мм, полярность прямая, РядЗ - с1с = 6мм, полярность прямая, Ряд4 - с1с = Змм, полярность обратная, Ряд5 - <1С = 4мм, полярность обратная, Рядб - (¡с~ 6мм, полярность обратная.

Влияние полярности на теплопередачу в электрод и сопло объясняется различием теплового баланса на электроде-катоде и электроде-аноде и газодинамической обстановки в плазмообразующей камере и сопле.

Тепловложение в изделие при работе плазмотрона на прямой и обрагной полярности различается не значительно и может активно управляться изменением параметров режима сварки. Установлено, что тепловая мощность, передаваемая изделию плазменным потоком Р„, составляет 55 - 85% всей мощности передаваемой изделию сжатой дугой.

При работе плазмотрона на обратной полярности при одинаковых режимах величина Р„ в 1,2 - 1,6 раз больше чем при работе на прямой полярности

Третья глава посвящена исследованию и разработке оборудования для плазменной сварки - плазмотронов и блока управления плазменной сваркой. Тепловой баланс на электроде-катоде и электроде-аноде плазматрона имеет различия (рис. 2).

'2

1 » </////,

-я.

-- Яо ■ я,

2

<7к

„ I » Я« ЯР г т

Я.Я.

а) б)

Рис 2. Тепловой баланс а) на электроде-катоде; б) на электроде-аноде; цк - тепловой поток, выделяемый в катоде, ц/ - тепловой поток от катодной области, Ца - тепловой поток от анодной области; qe - тепловой поток работы выхода электронов, - тепловой поток, отводимый тептопроводностью, тепловой поток, отводимый конвекцией, -тепловой поток, отводимый радиацией.

Тепловой баланс на электроде-катоде (рис. 2а) описывается уравнением:

(1)

±. Щ) ~ = -Р„ (Г) + Р, (Г) + Р, (Г) аг яг

где' Р(-(1,/3) -рСТг/,) - мощнос1ь, выделяемая в единице объема катода,

Р 1-2е-С0(Т1/))4/г - мощность, теряемая единицей объема катода излучением.

Р2=2ак(Та)-Тг)/г - мощность, теряемая единицей объема катода конвекцией.

При Тг0«3200К; 1емиература газа Т, ~ 300К

Решение уравнения (1) позволяет определить распределение температуры по длине стержня для заданного с/., в зависимости от тока. Зная это распределение, можно оценить Р, и Р2, которые составляю! для катода значительную величину (до 20% и 3% соответственно). Приемником этих составляющих является внутренняя поверхность плазмообразующей камеры и сопла. Таким образом, при работе плазмотрона на прямой полярности тепловая нагрузка на плазмообразующее сопло определяется теплоотдачей от столба сжатой дуги, расположенного внутри плазмотрона, и от катода.

Теплообмен на электроде-аноде при работе плазмотрона на обратной полярности существенно отличается (Рис. 26).

Практически отсутствует внутренний источник тепловыделения. При эффективном охлаждении анода температура его рабочей поверхности вблизи рабочей зоны не превышает Та < 250°С. Поэтому излучение и конвективная теплопередача с анода являются несущественными величинами. Уравнение теплового баланса на электроде-аноде предельно упрощается:

1б(иа+(ра) (2)

Где: иа - анодное падение напряжения;

<ра работа выхода электронов из материала анода;

<7; - тепловой поток, отводимый в анод;

Таким образом, при работе плазмотрона на обратной полярности тепловая нагрузка на плазмообразующее сопло определяется в основном теплоотдачей от столба сжатой дуги, расположенной внутри плазмотрона.

Активное влияние на тепловложение в плазмообразующее сопло оказывает газодинамическая обстановка в плазмообразующей камере. При тангенциальной подаче плазмообразующего газа тангенциальная, радиальная и осевая скорости закрученного газового потока зависят от формы и геометрических параметров вихревой камеры.

На базе полученных данных о распределении тепловых нагрузок разработан плазмотрон преимущественно для сварки на обратной полярности, обеспечивающий возможность автоматической и ручной сварки проникающей и непроникающей дугой как в цеховых, так и в монтажных условиях конструкций из алюминиевых и магниевых сплавов с толщиной свариваемого материала 1ч-30 мм и более. Плазмотрон (рис. 3) состоит из восьми деталей, паяные и сварные узлы отсутствуют. Система охлаждения анода обеспечивает его ресурс до 300 часов, количество зажиганий сжатой дуги не сказывается на работоспособности анода. Плазмотрон имеет высокую мощность (сварочный ток до 400 А) и малые габариты: 029, высота 65 мм и масса 0,3 кг. Для сварки в труднодоступных местах и ручной сварки тонкого металла разработан ряд модификаций базовой модели. Наименьший плазмотрон имеет габариты: 022 мм, высота 60 мм, массу 0,14 кг Конструкция плазмотрона позволяет устанавливать электродный узел для обеспечения работы на прямой полярности.

Для оценки технологических возможностей было выполнено исследование тепловых нагрузок на плазмотроне с совмещенной _ системой охлаждения. Рис" 3- Внешнии вид плазмотронов

В процессе исследований измеряли температуру теплонагруженных элементов плазмотрона вблизи рабочих зон посредством термопар.

Исследования показали, что температура анода вблизи рабочей зоны определяется величиной тока сжатой дуги 1д и расходом воды в системе охлаждения плазмотрона, и практически не зависит от изменения ()„ Лс„, с1с. Установлено, что даже при малых расходах воды, анод имеет значительный запас по тепловым нагрузкам (при расходе воды 1,5 л/мин и 1д = 300А температура анода вблизи рабочей зоны не превышает 210°С).

Температура плазмообразующего сопла в среднем в 2 - 2,5 раза выше при работе на прямой полярности (см. рис. 4.). Результаты исследования влияния полярности на тепловые нагрузки на плазмотроне с совмещенной системой охлаждения, подтвердили фак! повышенного тепловло-жения в плазмообразую-щее сопло при работе на прямой полярности в сравнении с работой на обратной полярности, установленный при исследовании плазмотронов с раздельной системой охлаждения элементов плазмотрона.

Разработан мобильный универсальный блок плазменной сварки, обеспечивающий работу предложенной автором гаммы плазмотронов с использованием неспециализированных источников питания сварочного тока и вспомогательного оборудования для дуговых способов сварки. Блок плазменной сварки имеет массу менее 5 кг и может применяться как в цеховых условиях, так и при монтаже. Для подготовки к работе требуется не более 10 минут. Разработанное оборудование может работать с любым сварочным источником питания постоянного тока с напряжением холостого хода не ниже 65В.

В четвертой главе исследована возможность плазменной пайки алюминиевых сплавов низкотемпературными припоями и представлены результаты исследования процесса плазменной резки металлов на обратной полярности с комбинированной подачей газов.

Пайка. Возможность пайки алюминия затрудняется следующими причинами: наличием стойкой, тугоплавкой оксидной пленки на поверхности паяемых деталей, которая нерастворима ни в твердом, ни в жидком металле; высокой теплопроводностью и теплоемкостью алюминия и его сплавов, что требует при пайке достаточно мощных источников теплоты для нагрева изделий для пайки.

Главной проблемой при пайке является трудность разрушения и удаления оксидной пленки, которая в контакте с атмосферой, содержащей

■ Ряд 1

Ряд2 ■

-РядЗ —Х-Ряд4

Рис 4. Зависимость температуры плазмообразующего сопла вблизи рабочей зоны от мощности дуги при £>„=2,9 л/мин; Ряд1 - с!с= 3 мм, полярность прямая, Ряд2 - (1с ~ 3 мм, полярность обратная, РядЗ - с1с = 6 мм, полярность прямая, Ряд4 -<4 = 6 мм, полярность обратная.

кислород, быстро восстанавливается. Поэтому удаление оксидной пленки необходимо производить непосредственно в процессе пайки, а зону обработки защищать от окисления пока не произойдет образование соединения.

Явление катодной очистки при воздействии на поверхность металлов электрической дуги обратной полярности используется в ряде технологических процессов. Катодная очистка обеспечивает возможность получения качественных швов при электродуговой сварке алюминия. Было предложено использовать явление катодной очистки для пайки алюминия при применении сжатой дуги обратной полярности. Для разработанного плазмотрона были определены оптимальные режимные параметры, обеспечивающие качественную катодную очистку.

Процесс пайки осуществлялся воздействием сжатой дуги прямого действия обратной полярности на обрабатываемую поверхность. При этом происходил нагрев металла до температуры пайки (без оплавления поверхности деталей) и интенсивная катодная очистка поверхности в зоне пайки, которая защищалась от повторного окисления инертным газом (аргоном). В качестве рабочего инструмента использовался плазмотрон для сварки алюминиевых сплавов, разработанный автором. Небольшие габариты плазмотрона (ф 26x65 мм) и масса (0,25 кг) обеспечивают удобство как ручной, так и автоматической работы. Для пайки использовали припои ПОС40 и ПОС61, широко применяемые при изготовлении электро- и радиоаппаратуры, точных приборов и проч. Исследования проводились на образцах из сплавов АДО, АМц, АМгб.

Были отработаны два варианта проведения пайки: пайка с предварительным лужением и пайка-»сварка». При пайке с лужением можно выполнять пайку стыковых соединений, пайку разнородных сплавов, припаивание проводников (см. рис. 5а) и прочее.

Рис 5 Стыковой паяный шов, сплав АМгб, толщина 5 мм а) пайка с предварительным лужением, б) пайка - «сварка»

Пайкой-»сваркой» выполнялись стыковые, торцевые и угловые соединения (см. рис. 56). Припой хорошо растекался по поверхностям очищенным катодным распылением, заполняя зазор и образуя качественное соединение. Соединения, полученные плазменной пайкой, по обоим вариантам обладают прочно-плотным швом. Механические

характеристики соединения определяются механическими свойствами припоя.

Резка. Наиболее распространенным способом плазменной резки металлов является воздушно-плазменная резка на прямой полярности плазмотронами с катодами, снабженными активными вставками из циркония или гафния (ВПР). Такой способ резки металлов обеспечивает высокую производительность и экономичность процесса. Однако термохимические катоды допускают ограниченное число включений сжатой дуги и не могут использоваться при частых включениях плазмотрона, что характерно особенно для ручной резки металлов.

Известен способ плазменно-дуговой резки металлов в активных окислительных средах (например, в воздухе) плазмотронами с использованием вольфрамового электрода, защищенного в зоне активного пятна дуги инертным газом. Однако у этого способа резки есть недостаток: для надежной работы плазмотрона (для качественной защиты вольфрамового катода) требуются большой расход аргона >20-40 л/мин, что резко повышает стоимость погонного метра реза.

Целью раздела является исследование способа плазменной резки металлов на обратной полярности с комбинированной подачей газов и разработка оборудования для его реализации, обеспечивающего повышение надежности, большое количество включений, длительную работу плазмотрона при достаточной производительности.

Сущность процесса заключается в следующем. Плазменную резку металлов производили с использованием активных окислительных сред (например, воздуха) на обратной полярности плазмотроном с использованием медного электрода, защищенного в зоне активного пятна дуги инертным газом. Электрод снабжен высокотемпературной вставкой, например, из вольфрама. Температура электрода-анода плазмотрона в процессе резки не превышает 400 - 500К, поэтому расход аргона, подаваемого во внутреннее сопло плазмотрона для защиты электрода, может быть значительно снижен (до 3 - 4 л/мин).

Проведенные исследования энергетического баланса сжатой дуги при плазменной резке на обратной полярности с комбинированной подачей газов позволили установить, что тепловложение в плазмотрон не превышает 10% от полной мощности сжатой дуги, что сопоставимо для случая воздушно-плазменной резки (ВПР) на прямой полярности. Были определены оптимальные режимы резки различных металлов в диапазоне толщин 10-40 мм. Установлено, что затраты энергии на погонный метр реза для этого способа в 1,5 - 2 раза ниже чем для традиционных способов. Количество включений достигает нескольких тысяч.

Учитывая снижение затрат на электродные узлы и плазмообразующие сопла стоимость погонного метра реза для исследуемого способа в 1,5 - 2,5 ниже чем для ВПР с использованием плазмотронов с термохимическими катодами.

Общие выводы'

1. Установлено, что тепловые нагрузки на плазмотрон при работе на прямой и обратной полярности при одинаковой мощности сжатой дуги примерно равны. Суммарная тепловая нагрузка на плазмотрон, работающий на прямой полярности, находится в пределах 20 - 50% от мощности сжатой дуги; на обратной полярности - 15 - 40%. При этом тепловая мощность, отводимая в электрод - анод, значительно выше (в 1,5 - 4 раза), чем тепловая нагрузка на электрод - катод, а тепловая мощность, отводимая в плазмообразующее сопло при работе на обратной полярности значительно меньше (в 2 - 2,2 раза), чем при работе на прямой полярности.

2. Составлены модели теплового баланса на электроде-катоде и электроде-аноде, решение которых позволило установить, что причиной повышенного тепловложения в плазмообразующее сопло плазмотрона, работающего на прямой полярности, является теплопередача излучением и конвекцией от электрода-катода, а также меньшие скорости газового потока внутри плазмообразующего сопла.

3. Установлено, что надежность и работоспособность плазмотрона на прямой полярности определяется в первую очередь надежностью работы плазмообразующего сопла, а при работе на обратной полярности стойкостью электрода - анода Полученные результаты позволили разработать плазмотрон преимущественно для работы на обратной полярности. Плазмотрон обеспечивает возможность автоматической и ручной сварки проникающей и непроникающей дугой в цеховых и монтажных условиях конструкций из алюминиевых и магниевых сплавов. Плазмотрон состоит из шести деталей, паяные и сварные узлы отсутствуют. Плазмотрон имеет высокую мощность (ток до 400 А) и малые габариты и массу.

4. Результаты исследования влияния полярности на тепловые нагрузки на плазмотроне с совмещенной системой охлаждения подтвердили факт повышенного теиловложения в плазмообразующее сопло при работе на прямой полярности в сравнении с работой на обратной полярности, установленный при исследовании плазмотронов с раздельной системой охлаждения элементов плазмотрона.

5. Установлено, что падение напряжения на различных участках сжатой дуги при работе на прямой и обратной полярности при прочих равных условиях сильно различаются: падение напряжения части столба дуги, расположенной внутри плазмотрона в 2,5 - 3,2 раза больше при рабо!е на обратной полярности, а падение напряжения на внешней части столба дуги наоборот, в 1,2 - 1,4 раза больше при работе на прямой полярное ш. Главной причиной этого следует считать изменение степени сжатия дуги при смене полярности.

6. Теплопередача изделию при работе плазмотрона обратной полярности может обеспечиваться не ниже, чем на прямой полярности. Установлено, что тепловая мощность, передаваемая изделию плазменным потоком (Р„), составляет 55 - 85% всей мощности передаваемой изделию сжатой дугой. При работе плазмотрона на обратной полярности при

одинаковых режимах величина Р„ в 1,2 - 1,6 раз больше чем при работе на прямой полярности. Величиной Р„ можно активно управлять изменяя параметры режима I„, dc, Q„.

7. Установлена принципиальная возможность и разработаны технологические приемы плазменной пайки алюминиевых сплавов низкотемпературными припоями. Разработанный плазмотрон обеспечивает высокое качество и производительность процесса катодной очистки от оксидной пленки поверхностей деталей из алюминиевых сплавов. Предложено два варианта выполнения пайки: пайка с предварительным лужением и пайка - «сварка». Разработанный способ пайки с лужением обеспечивает возможность пайки разнородных материалов. Плазменная пайка отличается простотой, высокой производительностью и качеством соединений. Предварительный подогрев деталей до 120-180°С повышает производительность и качество процесса.

8. Разработан способ и оборудование плазменной резки металлов на обратной полярности с комбинированной подачей газов, обеспечивающие повышение надежности, снижение требований к качеству воздуха, большое количество включений, длительную работу плазмотрона при достаточной производительности. Установлено, что тепловая нагрузка на плазмотрон в разработанном способе не превышает 10% от полной мощности сжатой дуги, что сопоставимо по величине для воздушно-плазменной резки на прямой полярности.

.9. Определены оптимальные режимы резки различных металлов в диапазоне толщин 10 - 40 мм. Установлено, что затраты энергии на погонный метр реза для этою способа в 1,5 - 2 раза ниже чем для традиционных способов. Количество включений достигает нескольких тысяч. Учитывая снижение затрат на электродные узлы и плазмообразующие сопла стоимость погонного метра реза для исследуемого способа в 1,5 - 2,5 ниже чем для ВПР с использованием плазмотронов с термохимическими катодами.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Щипын В. Ю. Распределение температуры вдоль электрода в плазмотроне // Тез. докладов Всероссийской конференции молодых ученых «Математическое моделирование физико-механических процессов». Пермь. - 1997. - С. 24 - 25.

2. Щицын В. Ю. О движении жидкого металла в сварочной ванне при плазменной сварке проникающей дугой // Тез. докладов Всероссийской конференция молодых ученых «Математическое моделирование в естественных науках». Пермь. - 1998. - С. 62 - 63.

3. Щицын Ю.Д., Косолапое O.A., Щицын В.Ю. О тепловых нагрузках на плазмотрон для сварки // Материалы 15 НТК «Пути и методы совершенствования систем и образцов ракетного вооружения, их эксплуатации и боевого применения». Пермь. - 1997. - С. 26 - 27.

4. Щицын Ю.Д., Косолапое О.А, Щицын В.Ю. О взаимодействии газовых потоков в плазмотронах с последовательным расположением

вихревых камер // Сб. докладов «Металлургия сварки и сварочные материалы» «Петровские чтения», к 100 -летию СПбГТУ. Санкт -Петербург. - 1998. - С. 314 - 316.

5. Щицын Ю.Д., Косолапое O.A., Щицын В.Ю. Плазменная пайка алюминия низкотемпературными припоями // Сварочное производство. -

1999.-№12.-С. 34-36.

6. Щицын В. Ю., Язовских В.М. Явления тепло- и массопереноса в хвосювой части сварочной ванны при плазменной сварке // Сб. докладов 19 НТК сварщиков Урала «Сварка и контроль. Итоги XX века», Челябинск. -2ООО.-С. 50-52.

7. Щицын В.Ю., Язовских В.М. Механизм движения металла в хвостовой части сварочной ванны // Вестник ПГТУ «Механика и технология материалов и конструкций». Пермь. - 2000. - №3 - С. 62 - 67.

8. Щицын В.Ю., Язовских В.М., Щицын Ю.Д. О тепловых нагрузках на сопло плазмотрона при работе на прямой и обратной полярности // Сб. тезисов Юбилейной 20-ой IITK сварщиков Урала «Сварка Урала - 2001» -Н.Тагил.-2001.-С. 21.

9. Yu D Shcitsin О A Kosolapov and V Yu Shcitsin Plasma brazing aluminium with low-temperature brazing alloys // Welding International. -

2000.-№14(6)-p. 499-500.

10. Щицын В.Ю., Язовских В.М. Влияние полярности на тепловложение в сопло плазмотрона II Сварочное производство. - 2002. -№1. - С. 17- 19.

11. Щицын В.Ю., Нохрин А.Г., Повышение технологических возможностей плазмотрона // Сб. тезисов НТК «Сварка Урала 2002». -Курган. - 2002. - С. 27.

12. Щицын В.Ю., Щицын Ю.Д., Язовских В.М. Ремонт и восстановление изделий из алюминиевых сплавов использованием плазменных технологий // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2002. -№6. - С. 27 - 28.

13. Щицын Ю.Д., Щицын В.Ю., Херольд X, Вейнгарт В. Плазменная сварка алюминиевых сплавов // Сварочное производство. - 2003. - №5. - С. 36-42.

14. Па1ент России № 2198772 Плазмотрон / Ю.Д. Щицын, В.Ю. Щицын. БИ. - 2003. - №5.

15. Yu D Shcitsin V Yu Shcitsin H Herold W Weingart Plasma welding of aluminium alloys // Welding International. - 2003. - №17 (10) p. - 825 - 832.

16. Щицын Ю.Д., Щицын В.Ю. Расширение возможностей плазменной резки металлов // Вестник ПГТУ. «Механика и технология материалов и конструкций». - Пермь. - 2004. - №8 - С. 62 - 66.

Лицензия ПД-11 -0002 от 15.12.99

Подписано в печать 05 05 2005 Набор компьютерный. Бумага ВХИ Формат 60X90/16 Уел печ л 0,94 Заказ № 552/2005 Тираж! 00 экз

Отпечатано на ризографе в отделе Электронных издательских систем ОЦНИТ Пермского государственного технического университета 614000, г Пермь, Комсомольский пр., 29, к.113, т.(3422) 198-033

Р ' 9 4

РНБ Русский фонд

2006-4 6649

i i i

ВВЕДЕНИЕ.,.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ СЖАТОЙ ДУГИ ПРИ РАБОТЕ ПЛАЗМОТРОНА

НА ПРЯМОЙ И ОБРАТНОЙ ПОЛЯРНОСТИ.

2.1. Оборудование и методика проведения эксперимента.

2.2. Планирование эксперимента по методу Бокса

Уилсона.

2.2.1. Проведение исследований и обработка результатов эксперимента.

2.2.2. Проверка адекватности моделей.

2.2.3. Крутое восхождение по поверхности отклика.

2.3 Оценка относительного теплового потока в элементы плазмотрона.

2.3.1. Результаты измерений напряжения на сжатой дуге.

2.3.2. Распределение тепловой мощности сжатой дуги при работе плазмотрона с автономной системой охлаждения узлов.

2.3.3. Влияние полярности и параметров процесса на теплопередачу в изделие.

Выводы.

3. РАЗРАБОТКА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ПЛАЗМОТРОНА ДЛЯ РАБОТЫ НА ОБРАТНОЙ

ПОЛЯРНОСТИ.

3.1. Оценка теплового баланса внутри плазмотрона при работе на прямой и обратной полярности.

3.2. Анализ теплового баланса электрода - катода при сварке сжатой дугой.

3.3. Тепловой баланс на электроде - аноде при работе плазмотрона на обратной полярности.

3.4. Разработка плазмотрона для работы на обратной полярности.

3.5. Исследование тепловых нагрузок на плазмотроне с совмещенной системой охлаждения.

3.6. Универсальный блок плазменной сварки.

Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОКА НОВЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ НА ОБРАТНОЙ ПОЛЯРНОСТИ.

4.1. Плазменная пайка алюминиевых сплавов низкотемпературными припоями.

4.1.2. Особенности пайки алюминиевых сплавов.

4.1.3. Исследование процесса катодной очистки под пайку сжатой дугой обратной полярности.

4.1.4. Исследование процесса плазменной пайки и облуживания алюминиевых сплавов низкотемпературными припоями.

4.2. Исследование процесса плазменной резки металлов на обратной полярности.^^

4.2.1. Анализ существующих способов плазменной резки

4.2.2. Исследование процесса плазменной резки металлов с комбинированной подачей газов на обратной полярности.

4.2.3. Описание сущности способа плазменной резки металлов с комбинированной подачей газов на обратной полярности.

4.2.4. Исследование энергетического баланса сжатой дуги при плазменной резке на обратной полярности.

4.2.5. Тепловложение в изделие.

4.2.6. Технология плазменной резки.

Выводы.

На нынешнем рубеже веков специалисты ведущих стран мира обращают серьезное внимание на оценку достижений сварочной науки и техники, а также на выбор приоритетных и перспективных направлений развития сварки и родственных технологий в интересах промышленного производства XXI века [1-3]. Делается попытка выработки стратегии развития сварочной науки и сварочного производства, а так же оценки рынка сварочной техники на ближайшие 10-20 лет. Практика показала, что не все из применяющихся ныне конкретных сварочных технологий перспективны в разрезе требований XXI века, а ряд из них уже достигли технологического потолка [1,4].

Перспективным направлением совершенствования сварочных технологий является разработка и внедрение процессов с использованием высококонцентрированных источников энергии, в том числе и плазменных технологий [1-7]. Благодаря уникальным качествам сжатой дуги и плазменной струи как источников нагрева обрабатываемой зоны, плазменные технологии утверждаются в арсенале других методов сварки в самостоятельный вид. Плазменная струя и сжатая дуга обеспечивают не только тепловое, но и мощное силовое воздействие на зону обработки. Удачное сочетание высокой мощности и концентрации энергии в сжатой дуге с возможностью использования широкой гаммы сварочного и вспомогательного оборудования, разработанного для дуговых способов сварки, предполагает перспективность использования плазменной сварки для производства ответственных конструкций [4-8]. Такие качества, как сравнительная простота и доступность оборудования, низкая стоимость [9], широкие технологические возможности [10-13], высокое качество сварных соединений из различных металлов позволяют плазменной сварке на данном этапе успешно конкурировать с другими способами.

Практическое использование плазменных технологий в развитых странах- США, Англии, Германии, СССР началось с середины 60-х годов. По ряду направлений отечественные разработки опережали западные. Исследованием плазменных технологий и разработкой оборудования для их практической реализации занимался ряд центров в СССР, а позднее в СНГ - ИЭС им. Е.О. Патона, ВНИИЭСО, ВНИИАвтоген, Ленинградский политехнический институт, УПИ, отраслевые институты. Такие крупные ученые сварщики как Д. А. Дудко, А.В. Петров, Д. Г. Быховский, Ю. С. Ищенко, А. И. Акулов, B.C. Клубникин, Н. А. Соснин и др. участвовали в разработке теоретических основ плазменных технологий и технологических рекомендаций их практического применения. В совершенствовании технологий и оборудования плазменной обработки металлов, в частности, на форсированных режимах принимала и принимает участие кафедра сварки ПермГТУ.

В настоящее время разработан и успешно применяется ряд технологических процессов и установок, основанных на использовании низкотемпературной плазмы [10, 13 - 15]. Среди них плазменная и микроплазменная сварка, резка, наплавка, плазменное напыление покрытий, металлизация, плазменное поверхностное упрочнение деталей и другие. Использование сварочных технологий позволяет значительно повысить производительность процессов и получить ряд дополнительных преимуществ, например: финишное плазменное поверхностное упрочнение позволяет на 50 - 400% продлить срок службы изнашивающихся деталей; напыление поверхностных слоев деталей, работающих в сложных условиях, обеспечивает получение свойств не достижимых другими технологиями; плазменная сварка проникающей дугой позволяет повысить производительность в 1,5-2 раза при 100 % качестве швов, снизить стоимость выполняемого погонного метра в 2 - 6 раз; плазменная сварка плавящимся электродом позволяет доводить скорость сварки и наплавки до сотен метров в час; плазменная сварка постоянным током на обратной полярности решает проблему сварки алюминиевых сплавов.

Однако суммарный объем использования плазменных технологий до настоящего времени не велик и не превышает 5% от общего объема сварочного производства. На европейском рынке сварочного оборудования объем продаж оборудования для плазменной сварки и резки в период 19952000 г.г. не превышал 4% [2,7].

Это объясняется несколькими причинами: отсутствием доступных надежных технологических рекомендаций для практического использования плазменных технологий, сложностью, низкой надежностью и повышенной стоимостью предлагаемого промышленностью оборудования.

Использование обратной полярности обеспечивает дополнительные преимущества для ряда плазменных технологий. Явление катодного распыления позволяет производить очистку поверхностей металлических заготовок, решает проблему качественной сварки алюминиевых и магниевых сплавов. Применение плазмотронов с кольцевым анодом делает возможным использование высокопроизводительной плазменной сварки и наплавки плавящимся электродом различных металлов. Ведение процессов на обратной полярности позволяет в широких пределах регулировать тепловое и силовое воздействие на зону обработки, глубину проплавления основного металла.

Уровень развития плазменных технологий, определяется степенью совершенства основного инструмента - плазмотрона - генератора энергии для конкретных технологических целей. Плазмотрон или плазменная горелка представляет собой достаточно сложный агрегат, предназначенный для возбуждения и стабилизации горения сжатой дуги, а так же управления ее параметрами в процессе сварки. Одним из главных сдерживающих факторов глубокого изучения технологий плазменной сварки и ее широкого промышленного использования является отсутствие простых и надежных плазмотронов, выпускаемых промышленностью. Можно отметить, что отечественная и зарубежная промышленность в основном предлагает плазмотроны для резки и напыления. Современные плазмотроны для сварки, предлагаемые производителями, отличаются сложным устройством значительными габаритами и массой, высокой трудоемкостью их изготовления и обслуживания, достаточно узкими технологическим возможностями.

Считается, что при работе на обратной полярности, плазмотроны испытывают повышенные тепловые нагрузки, что приводит к усложнению конструкций плазмотронов, увеличению их габаритов и массы [16 - 18]. Известные плазмотроны для работы на обратной полярности имеют низкую надежность. Отсутствие мощных, надежных, простых в эксплуатации и обслуживании плазмотронов сдерживает изучение и разработку плазменных технологий с использованием обратной полярности.

Внедрение плазменной сварки в производство, как правило, сопровождается разработкой оборудования по индивидуальному заказу или при наличии на предприятии разработчиков, специализирующихся на изучении плазменной сварки [19, 20].

Отсутствие универсальных однотипных плазмотронов, обеспечивающих заданные параметры сжатой дуги, обуславливает отсутствие единых, достоверных технологических рекомендаций к промышленному использованию.

Основными направлениями по совершенствованию конструкций и систем плазменных горелок являются: повышение стабильности зажигании дуги, повышение стойкости теплонагруженных элементов, комбинация различных способов стабилизации сжатой дуги для расширения диапазона регулирования энергетических параметров, снижение габаритов и массы, (плазмотронов), повышение надежности, использование модуляции плазмы и т.д.

Для обеспечения доступности плазменных технологий массовому потребителю необходимо наличие недорогого, надежного, простого в эксплуатации и обслуживании оборудования и надежных технологических рекомендаций.

Цель работы: Совершенствование конструкций плазмотронов и разработка новых технологий плазменной обработки металлов на обратной полярности.

Задачи, решение которых необходимо для достижения поставленной цели, заключаются в следующем:

- оптимизация системы охлаждения теплонагруженных узлов плазмотронов на базе изучения особенности теплового баланса сжатых дуг при работе плазмотрона на прямой и обратной полярности;

- исследовать особенности теплопередачи в изделие при плазменной обработке металлов на прямой и обратной полярности;

- оценить особенности тепловых процессов на электроде-катоде и электроде-аноде плазмотрона;

- разработать плазмотроны различного целевого назначения, сочетающие высокую мощность и надежность, широкие технологические возможности при минимальных габаритах и массе;

- исследовать процесс и разработать технологические рекомендации плазменной пайки алюминиевых сплавов низкотемпературными припоями;

- исследовать возможность плазменной резки металлов на обратной полярности и разработать оборудование и технологические рекомендации для практического применения.

На защиту выносятся следующие результаты:

- результаты исследования и теоретическое описание тепловых процессов в плазмотронах при работе на прямой и обратной полярности;

- конструкция плазмотронов для работы на обратной полярности;

- результаты исследования и технологические рекомендации по применению плазменной пайки алюминиевых сплавов низкотемпературными припоями;

- результаты исследований и технологические рекомендации по применению плазменной резки металлов на обратной полярности.

Методы исследований. В работе использованы методики, включающие экспериментальные исследования и аналитические расчеты. Фиксирование параметров процессов и наблюдение за ними осуществлялось с помощью современной измерительной и регистрирующей аппаратуры. Использованы методы численного решения дифференциальных уравнений, описывающих интересующие процессы, с применением ПЭВМ по разработанным автором программам. Применялись методы планирования экспериментов, регрессионного анализа, оптимизации. Разработаны оригинальные методики определения теплового баланса сжатых дуг при работе плазмотрона на прямой и обратной полярности.

Научная новизна работы:

- установлено влияние полярности на особенности энергетического балнса сжатых дуг, а именно: на распределение тепловых нагрузок внутри плазмотрона и дано теоретическое обоснование этого влияния;

- разработаны модели теплового баланса на электроде-катоде и электроде-аноде плазмотрона;

- установлено, что величина тепловой мощности передаваемой изделию плазменным потоком при работе на обратной полярности значительно больше, чем при работе на прямой полярности;

- установлена возможность суммарной теплопередачи изделию при работе на обратной полярности не ниже чем на прямой полярности;

- доказана возможность плазменной пайки алюминиевых сплавов низкотемпературными припоями;

- установлена возможность плазменной резки металлов на обратной полярности с комбинированной подачей газов, выполнена оценка энергетического баланса разработанного способа резки.

Практическая ценность и внедрение результатов работы:

- разработан плазмотрон для работы на обратной полярности, имеющий простое устройство, минимальные габариты и массу при высокой мощности и надежности позволяющий реализовать плазменную сварку на обратной полярности проникающей и непроникающей дугой цветных металлов и сплавов, плазменную пайку алюминиевых сплавов низкотемпературными припоями, плазменную резку с комбинированной подачей газов (патент России №2198772);

- разработаны технологические рекомендации плазменной пайки алюминиевых сплавов низкотемпературными припоями, повышающие качество и производительность процесса;

- разработаны технологические основы и оборудование плазменной резки металлов на обратной полярности с комбинированной подачей газов, обеспечивающие высокую надежность при большом количестве включений, низкую стоимость при достаточной производительности.

Работа выполнялась в 1996 - 1998 г.г. в рамках единого заказ-наряда; в 1998 - 1999г.г. - межвузовской программы НТП МО и ПО РФ «Сварка и контроль», в настоящее время работа ведется по заказу ряда предприятий. За последние 3 года результаты работ внедрены на АО «Пермэнергоремонт», АО «Азот», г. Березники, Боткинское ФГУП

Машиностроительный завод», Тамбовское ОАО «Машиностроительный завод им. Артемова», ОАО «Муромтепловоз» и др.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались: на Всероссийских конференциях молодых ученых: «Математическое моделирование физико-механических процессов», Пермь, 1997; «Математическое моделирование в естественных науках», Пермь, 1998; на 15 и 17 НТК Пермского ВИ РВ «Пути и методы совершенствования систем и образцов ракетного вооружения, их эксплуатации и боевого применения», Пермь, 1997, 1999; на международной НТК «Сварка и родственные технологии: мировой опыт и достижения», Минск, 2001; на Всероссийских НТК: «Петровские чтения», к 100 -летию СПбГТУ, Санкт - Петербург, 1998, «Сварка и смежные технологии», Москва, 2000, «Аэрокосмическая техника и высокие технологии 2001», Пермь, 2001, на НТК сварщиков Урала: 2000, 2001, 2002г.г. Разработки демонстрировались на ряде всероссийских и международных выставок. Только за последние годы получены дипломы на международных выставках: «Высокие технологии, инновации, инвестиции», Ст. Петербург 2000 г., «Международная специализированная выставка сварочных технологий и оборудования «Экспо - Сварка - 2002», Москва 2002 г., получена золотая медаль «V Московского международного салона инноваций и инвестиций», Москва, ВВЦ, 2005г.

Основное содержание диссертации опубликовано в 34 печатных работах, получен 1 патент на изобретение, 1 положительное решение по заявке и подана 1 заявка на патент.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 154 страницах машинописного текста, в том числе содержит рисунков 41, таблиц 26; список литературы включает 128 наименований.

В соответствий с поставленной целью содержание работы изложено в 4 главах.

В первой главе представлен обзор литературы, посвященный анализу конструкций плазмотронов и их технологических возможностей.

Во второй главе проведены сравнительные исследования теплового баланса и структуры сжатых дуг при работе плазмотрона на прямой и обратной полярности для плазмотронов с автономной системой охлаждения теплонагруженных узлов.

В третьей главе проведен теоретический анализ теплового баланса на электроде-катоде и электроде-аноде плазмотронов, при работе на прямой и обратной полярности. Представлено описание конструкции разработанного плазмотрона для работы на обратной полярности и блока управления, обеспечивающего работу плазмотронов при использовании не специализированных сварочных выпрямителей. Выполнены исследования тепловых нагрузок на элементы разработанного плазмотрона с совмещенной системой охлаждения.

В четвертой главе проведены исследования и разработка новых технологий плазменной обработки металлов на обратной полярности:

- плазменной пайки алюминиевых сплавов низкотемпературными припоями.

- плазменной резки металлов на обратной полярности с комбинированной подачей газов.

Разработаны технологические рекомендации по практической реализации, разработанных способов.

5. Результаты исследования влияния полярности на тепловые нагрузки на плазмотроне с совмещенной системой охлаждения подтвердили факт повышенного тепловложения в плазмообразующее сопло при работе на прямой полярности в сравнении с работой на обратной полярности, установленный при исследовании плазмотронов с раздельной системой охлаждения элементов плазмотрона.

6. При работе плазмотрона на обратной полярности напряжение на дуге значительно выше, чем на прямой, и находится в пределах Ud оп ~ 1,2-1,5 ид пп. Причем падение напряжения на различных участках сжатой дуги при работе на прямой и обратной полярности при прочих равных условиях сильно различаются: падение напряжения части столба дуги, расположенной внутри плазмотрона значительно больше при работе на обратной полярности иэсо = (2,5 - 3,2) иэсп, а падение напряжения на внешней части столба дуги наоборот, больше при работе на прямой полярности исип - (1,2 - 1,4) исио. Главной причиной этого следует считать изменение степени сжатия дуги при смене полярности.

7. Теплопередача изделию при работе плазмотрона обратной полярности может обеспечиваться не ниже, чем на прямой полярности. Установлено, что тепловая мощность, передаваемая изделию плазменным потоком (/>„), составляет 55 - 85% всей мощности передаваемой изделию сжатой дугой. При работе плазмотрона на обратной полярности при одинаковых режимах величина Рп в 1,2 - 1,6 раз больше чем при работе на прямой полярности. Величиной Рп можно активно управлять изменяя параметры режима 1д, dc, Q„.

8. Установлена принципиальная возможность и разработаны технологические приемы плазменной пайки алюминиевых сплавов низкотемпературными припоями. Разработанный плазмотрон обеспечивает высокое качество и производительность процесса катодной очистки от оксидной пленки поверхностей деталей из алюминиевых сплавов. Предложено два варианта выполнения пайки: пайка с предварительным лужением и пайка - «сварка». Разработанный способ пайки с лужением обеспечивает возможность пайки разнородных материалов. Плазменная пайка отличается простотой, высокой производительностью и качеством соединений. Предварительный подогрев деталей до 120 - 180°С повышает производительность и качество процесса.

9. Разработан способ и оборудование плазменной резки металлов на обратной полярности с комбинированной подачей газов, обеспечивающие повышение надежности, снижение требований к качеству воздуха, большое количество включений, длительную работу плазмотрона при достаточной производительности. Установлено, что тепловая нагрузка на плазмотрон в разработанном способе не превышает 10% от полной мощности сжатой дуги, что сопоставимо по величине для воздушно-плазменной резки на прямой полярности.

10. Определены оптимальные режимы резки различных металлов в диапазоне толщин 10-40 мм. Установлено, что затраты энергии на погонный метр реза для этого способа в 1,5 - 2 раза ниже чем для традиционных способов. Количество включений достигает нескольких тысяч. Учитывая снижение затрат на электродные узлы и плазмообразующие сопла стоимость погонного метра реза для исследуемого способа в 1,5 - 2,5 ниже чем для ВПР с использованием плазмотронов с термохимическими катодами.

1. Патон Б.Е. Проблемы сварки на рубеже веков // Автоматическая сварка. 1999. - № - 1. С. 4 - 14.

2. Вернадский В.Н., Мазур А.А. Состояние и перспективы мирового сварочного рынка // Автоматическая сварка. 1999. - № 11. - С. 49 - 55.

3. Штрикман М.М. Состояние и тенденции развития сварочных технологий в авиастроении // Сварочное производство. 2000. - № 8. - С. 23-30.

4. Вернадский В.Н. Япония определяет приоритеты в области сварки на XXI век // Автоматическая сварка. 2002. - № 3. - С. 46 - 49.

5. Пузряков А.Ф. Новые разработки и перспективы использования плазменных технологий // Сварочное производство. 1997. - № 2. - С. 21 -25.

6. Балановский А.Е. Развитие плазменных технологий: сварка, наплавка, упрочнение, резка // Сварка в Сибири. 2000. - № 2. - С. 8 - 19.

7. Смирнов В.В., Роговой М.Д., Повстян В.И. Работы института сварки России в области плазменного оборудования и технологий // Сварка в Сибири. 2001. - № 1 (5). -С. 25-28.

8. Сварка особотонкостенных труб / Под ред. Д.А. Дудко. М.: Машиностроение, 1977. - 183 с.

9. Хуторский Ю.А. Сравнительная экономичность плазменной сварки деталей из алюминиевого сплава // Сварочное производство. 1985. - №7. -С.24-26.

10. Плазменная технология. Опыт разработки и внедрения. Л.: Лениздат, 1980. - 152 с.

11. Петров А.В. Плазменная сварка // Итоги науки и техники. Сер. Сварка. ВИНИТИ, 1980. - Т. 12. - С. 53-67.

12. Горбач В.Д. Технология сварки и сварочное оборудование в судостроении // Сварочное производство. 1995. - № 5 - С.8-10.

13. Швингхамер Дж. Высококачественные сварные швы для ракет -носителей // Аэрокосмическая техника. 1988. - № 2. - С. 130-134.

14. Микроплазменная сварка. Под ред. Б.Е. Патона. Киев: «Наукова думка», 1979. - 245 с.

15. Плазменное поверхностное упрочнение. J1.K. Лещинский, С.С. Самотугин, И.И. Пирч, В.И. Комар. Киев.: Тэхника, 1990. - 109 с.

16. Быховский Д.Г., Беляев В.М. Энергетические характеристики плазменной дуги при сварке на обратной полярности // Автоматическая сварка. 1971. - №5. - С.27-30.

17. Исхаков Г.Г., Гапченко М.Н., Фесан В.П. Тепловой баланс микроплазменной дуги обратной полярности при сварке тонколистовых алюминиевых сплавов // Сварочное производство. 1981. - №1. - С.2-4.

18. Полосков С.И. Особенности разрушения вольфрамовых электродов при сварке стабилизированной дугой обратной полярности / С.И. Полосков, В.А. Букаров, Б.Р. Рябченко, В.М. Ямпольский // Сварочное производство. 1985. - №9. - С. 14-16.

19. Астахин В.И. Плазмотрон для сварки алюминиевых сплавов постоянным током обратной полярности // Сварочное производство. -1976.-№6.-С. 43.

20. Киселев Г.С. Опыт применения плазменных технологий в производстве криогенной техники / Г.С. Киселев, В.В. Лихман, Ю.В. Грачев, В.И. Астахин // Сварочное производство. 2004. - №12. - С.34-35.

21. Эсибян Э.М. Плазменно-дуговая аппаратура. Киев: Техника, 1971.- 164 с.

22. Шнайдер Б.И. Микроплазменная обработка материалов. Киев: Наукова думка, - 1976. - 56 с.

23. Оборудование для плазменной сварки и резки на выставке "Электро-77" // Сварочное производство. 1977. - № 6. - С. 54-55.

24. Плазменно-дуговая технология в промышленном производстве / Под. ред. В.И. Макарова-М.: УНИО, 1991. 183 с.

25. United States Patent 3 928 745. Method of Electric Welding by Transferred Plasma and Welding Torch for Carrying Said Method into Effect.

26. United States Patent 4389 559. Plasma Transferred - Arc Torch construction.

27. Быховский Д.Г. Плазменная резка. JI.: Машиностроение. 1972.168с.

28. Устройство для получения высокотемпературной плазмы. // Elektrowarme internetional. 1987. - №3-4 (45). - С. 135 - 145. ФРГ.

29. Eu. Patent DE № 198 28 633 Al. Plasma arc torch. // 1999.

30. Заявка 63248539. Япония. Способ изготовления катода плазменной горелки.

31. Заявка 63260682. Япония. Электрод для плазменной горелки.

32. Борисенко Н.И., Тусишвили О.С., Гасишвили Г.П. Течение газов в катодной камере аксиального плазмотрона с торцовым катодом // Сварочное производство. 980. - № 12. - С. 26-28.

33. Зарянов Ю.В. Температура плазмы при гидродинамическом воздействии на дугу / Ю.В. Зарянов, Б.Р. Рябиченко, В.А. Виноградов и др. //"ФиХОМ"- 1997.-№2.-С. 118-121.

34. Пат. 4058696 США. Способ плазменно-дуговой обработки на постоянном токе обратной полярности электропроводных материалов и установка для осуществления этого способа.

35. Моньякова В.В. Плазменная обработка металлов. М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1973. с. 25.

36. А.С. СССР, № 559787. Плазмотрон / Д.Г.Быховский, Ю.А. Богородский, А.Я. Медведев, В.Н. Фирсов // БИ. 1977. - № 20.

37. А.С. СССР, № 912432. Плазмотрон / Н.И. Борисенко, Н.Е. Борисенко // Заявлено 06.02.80. Публикация в открытой печати запрещена.

38. United States Patent 4 311 897. Plasma Transferred - Arc Torch and Nozle Assembly.

39. United States Patent 4 521 666. Plasma Arc Torch.

40. Богородский Ю.А., Мохов B.M. Модернизация плазмотрона на ПВР-402 для механизированной воздушно-плазменной резки // Сварочное производство. 1988. - №6. - С.30-31.

41. А.С. СССР, № 880654. Горелка для плазменной обработки материалов / Н.А. Соснин, С.А. Ермаков // БИ. - 1981. - № 42.

42. Храпков Г.А., Астахов В.И. Плазмотрон для наплавки поршней // Сварочное производство. 1989. - №8. - С.25.

43. Щицын Ю.Д., Косолапов O.A. Влияние полярности на тепловые нагрузки плазмотрона // Сварочное производство. 1997. - №3. - С. 23 - 25.

44. Лесков Г.И. Электротехническая сварочная дуга. М.: Машиностроение, 1970. - 335с.

45. Стихии В.А., Пацкевич И.Р. Определение тепловых характеристик сжатой дуги // Сварочное производство. 1967. - №9. - С. 26-27.

46. Демянцевич В.П., Михайлов Н.П. Составляющие теплового баланса микроплазменной дуги // Автоматическая сварка. 1973. - №1. -С.25-27.

47. Хурцидзе Г.С., Дудко Д. А., Кирниенко А.Н. Тепловая эффективность дуги, сжатой радиальным потоком газа // Автоматическая сварка. 1978. - №8. - С.67-68.

48. Малаховский В.А., Стихии В.А. Влияние параметров режима сварки на технологические свойства сжатой дуги // Сварочное производство. 1980. - №10. - С.20-22.

49. Демин Е.А., Клопков А.И., Храмушин В.А. Влияние параметров режима и состава защитной атмосферы на тепловую эффективность плазменно-дуговой сварки стали // Сварочное производство. 1980. - № 11. - С. 22-23.

50. Эсибян Э.М., Данченко М.Е. Энергетические свойства дуги с циркониевым катодом // Автоматическая сварка. 1970. - №1. - С.5-8.

51. Полосков С.И., Букаров В.А., Михеев С.Ю. Тепловые характеристики стабилизированной дуги обратной полярности // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Сварка в ядерной технологии. 1986. Вып.2(17). - С. 44-50.

52. Щицын Ю.Д., Тыткин Ю.М., Косолапов О.А. Возможности снижения тепловложения в анод при плазменной сварке на обратной полярности // Тез. докладов Российской НТК

53. Современные проблемы сварочной науки и техники. Сварка 97». Воронеж. - 1997.-С. 31.

54. Тыткин Ю.М., Щицын Ю.Д. Универсальный плазмотрон // Сварочное производство. 1982. - №7. - С. 38.

55. А.С. СССР №1589497 МКИ В23К 9/16 Плазмотрон / Ю.Д. Щицын, Ю.М. Тыткин. Публикация в открытой печати запрещена.

56. Пат. России №2058865. Плазмотрон / Ю.Д. Щицын, Ю.М. Тыткин //БИ.- 1996. -№12.

57. Щицын В. Ю., Тыткин Ю.М., Щицын Ю.Д. Разработка плазмотронов на базе модульного построения // Сб. докладов Всероссийской НТК (с международным участием) «Сварка и смежные технологии». Москва. 2000. - С. 232 - 235.

58. Соснин Н.А., Ермаков С.А. Оптимизация конструкции охлаждаемых элементов плазмотронов // Сварочное производство. 1982. - № 6. - С. 38-39.

59. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В., Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 254 с.

60. Новик Ф.С. Планирование экспериментов в металловедении. -М.'Машиностроение, 1974. 262 с.

61. Хартман К., Лецкий Э и др. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М.: Мир, 1977. - 552 с.

62. Язовских В.М. Методы научных исследований. Пермь. ПермГТУ. 1997.-220 с.

63. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. Уч. пособие для втузов. М.: Высш. школа 1988. - 239 с.

64. Спиридонов А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. М.: Машиностроение, 1981. - 184 с.

65. Щицын Ю.Д., Косолапов О. А., Щицын В. Ю. О тепловых нагрузках на плазмотрон для сварки // Материалы

66. НТК «Пути и методы совершенствования систем и образцов ракетного вооружения, их эксплуатации и боевого применения». Пермь. 1997.-С. 26-27.

67. Самервилл Дж. М. Электрическая дуга. М.-Л.: Госиздат., 1962. -120 с.

68. Финкельбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая сварка. М.: Иностр. лит., 1961. - 370 с.

69. Теория термической электродуговой плазмы / Под ред. Жукова М.Ф. Новосибирск: Наука, 1987. - 4.1. - 287 с.

70. Борисенко Н.И., Тусишвили О.С., Гасишвили Г.П. Течение газов в катодной камере аксиального плазмотрона с торцовым катодом // Сварочное производство. 1980. - № 12. - С. 26-28.

71. Жуков М.Ф., Солоненко О.П., высокотемпературные запыленные струи в процессе обработки порошковых материалов. Новосибирск: СО АН СССР. 1990.516 с.

72. Исакиев Э.Х., Тюфяков А.С. Влияние геометрии сопла на характеристики дуги в плазмотроне для резки металлов. // Сварочное производство. 1994. - №7. - С.23-24.

73. Рехтен А.В. Струйная техника. М.: Машиностроение. 1980.237с.

74. Лебедев И.В., Трескунов С.Л., Яковенко B.C. Элементы струйной автоматики. М.: Машиностроение. 1973. - 360 с.

75. Щицын В.Ю., Язовских В.М., Щицын Ю.Д. О тепловых нагрузках на сопло плазмотрона при работе на прямой и обратной полярности // Сб. тезисов Юбилейной 20-ой НТК сварщиков Урала «Сварка Урала 2001» - Н. Тагил.-2001. - С. 21.

76. Щицын В.Ю., Язовских В.М. Влияние полярности на тепловложение в сопло плазмотрона II Сварочное производство. 2002. -№1.- С. 17-19.

77. Сидоров В.П. Расчет теплоотвода в сопло плазмотрона от столба плазменной аргоновой дуги // Сварочное производство. 1987. - №2. -С.36-37.

78. Губенко В.А., Молоканова Т.В., Новиков A.M. Влияние тока сжатой дуги и расхода газа на нагрев сопла // Автоматическая сварка. -1975. №5. - С.45 - 47.

79. Малаховский В.А. Разработка плазмотрона и технологии плазменной сварки высокопрочной стали / В.А. Малаховский, В.А. Стихии, В.Г. Крутиковский, Ю.А. Попков // Сварочное производство. 1985. - №1. - С. 13 - 15.

80. Жуков М.Ф., Аныпаков А.С., Дандарон Г.-Н.Б. Эрозия электродов / сб. «Приэлектродные процессы и э розия электродов плазмотронов». Новосибирск. АН СССР Инс. теплофизики. 1977. - 123 с.

81. Ионин В.Е. Принцип минимума избыточной плотности энергии движущегося газа в сварочных плазмотронах // Сварочное производство. -1985.-№ 11.-С. 38-39.

82. Аныпаков А.С., Урбах Э.К., Киренский И.Е. Выбор оптимальных параметров сварочного плазмотрона // Сварочное производство. 1994. -№12. - С.23-24.

83. Savage W.F., Strunck S.S., Ichikawa Y. The effect electrode geometry in gas tungsten arc Welding // Welding journal. 1965. -V.44. - P. 489 - 496.

84. Kou S., Tsai M.C. Thermal analysis of gta Welding electrodes // Welding Journal. 1985. - V. 64. № 9. - P. 266 - 269.

85. Бадьянов Б.Н., Давыдов B.A., Пантюхин A.B. Расчет температур по длине вольфрамового электрода при аргонодуговой сварке //Сварочное производство. 1994. - №1. - С.34 - 35.

86. Оцисик М.Н. Сложный теплообмен. М.: Мир, 1976. - 473с.

87. Курдюмов С.П., Малинецкий. Синергетика теория самоорганизации. Идеи, методы, перспективы. - М.: Знание, 1983. - 473с.

88. Смитлз К. Дж. Металлы. М: Металлургия, 1980. - 447 с.

89. Кулиниченко В.Р. Справочник по теплообменным расчетам. -Киев: Тэхника, 1990. 166 с.

90. Лыков А.В. Тепломассообмен. М.: Энергия, 1978. - 480 с.

91. Шоек П.А. Исследование баланса энергии на аноде сильноточных дуг, горящих в атмосфере аргона / Сб. Современные проблемы теплообмена. М. -Л. Энергия. 1966. - 272 с.

92. Николаев В.А., Фридляндер И.Н., Арбузов Ю.П. Свариваемые алюминиевые сплавы М.: Металлургия, 1990. - 296 с.

93. Никифоров Г.Д. Металлургия сварки плавлением алюминиевых сплавов. М.: Машиностроение, 1972. - 262 с.

94. Рабкин Д.М. Металлургия сварки плавлением алюминия и его сплавов. Киев: Наукова думка, 1985. - 256 с.

95. Щицын В. Ю., Тыткин Ю.М., Щицын Ю.Д. Разработка плазмотронов на базе модульного построения // Сб. докладов Всероссийской НТК (с международным участием) Сварка и смежные технологии. М. - 2000. - С. 232 - 235.

96. Щицын В.Ю., Нохрин А.Г., Повышение технологических возможностей плазмотрона // Сб. тезисов НТК Сварка Урала. Курган. -2002. - С. 27.

97. Пат. России № 2198772. Плазмотрон / Ю.Д. Щицын, В.Ю. Щицын//БИ. -2003. №5.

98. Щицын Ю.Д. Восстановительный ремонт изделий из алюминиевых сплавов с использованием плазменных технологий / Ю.Д. Щицын, Ю.М. Тыткин,

99. B.Ю. Щицын, О.А. Косолапов // Наука производству. 2000. - № 5. - С. 48 -49.

100. Щицын Ю.Д. Плазменная сварка сплава Д16 / Ю.Д. Щицын, Ю.М. Тыткин, В.Ю. Щицын, О.А. Косолапов, А.Г. Нохрин // Сб. тезисов Юбилейной 20-ой НТКсварщиков Урала. «Сварка Урала 2001» Н. Тагил. - 2001. - С. 96 -97.

101. Щицын Ю.Д., Щицын В.Ю., Тыткин Ю.М. Плазменная сварка цветных металлов и сложнолегированных сплавов // Вестник ПГТУ.

102. Механика и технология материалов и конструкций». Пермь. 2001. - №4. -С. 51-57.

103. Щицын Ю.Д. Плазменная сварка алюминиевых сплавов / Ю.Д. Щицын, В.Ю. Щицын, X. Херольд, В. Вейнгарт // Сварочное производство. -2003. №5.-С. 36-42.

104. Yu D Shcitsin Plasma welding of aluminium alloys / Yu D Shcitsin V Yu Shcitsin H Herold W Weinhart // Welding International. 2003. - №17 (10)-p. 825-832.

105. Никитинский A.M. Пайка алюминия и его сплавов. М.: Машиностроение, 1983. - 192 с.

106. Лашко , С.В., Лашко Н.Ф. Пайка металлов. М.: Машиностроение, 1988. - 376 с.

107. Строчай Е.И. Флюсовая пайка алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1980. - 123 с.

108. Лашко С.В., Врублевский Е.И. Технология пайки изделий в машиностроении. М.: Машиностроение, 1993. - 464 с.

109. Patte H.E. Anno J.N., Randall M.D. Theoretical and experimental study of catodic cleaning with the plasma arc// Welding Journal. 1968. - № 4. vol. 47. - p. 181-192.

110. Щицын Ю.Д., Тыткин Ю.М. Исследование способа катодной очистки для подготовки деталей под пайку // Сб. Сварка в машиностроении. М.: ЦРДЗ. 1995. - С. 96-99.

111. Щицын Ю.Д., Косолапов О.А., Щицын В.Ю. Плазменная пайка алюминия низкотемпературными припоями // Сварочное производство. -1999.-№12. -С. 34-36.

112. Yu D Shcitsin О A Kosolapov and V Yu Shcitsin Plasma brazing with low-temperature brazing alloys // Welding International. 2000. - №14 (6) -p. 499-500.

113. Эсибян Э.М. Воздушно-плазменная резка: состояние и перспективы // Автоматическая сварка. -2000.-№12. С. 6 20.

114. Ширшов И.Г., Котиков В.Н. Плазменная резка. Л.: Машиностроение, 1987. 192 с.

115. Хильчевский В.В., Эсибян Э.М., Формирование режущих кромок лезвийного инструмента воздушно-плазменной резкой // Технология и организация производства. 1991. - № 2. - С. 29 -31.

116. Williamson. Plasma cutting with oxygen / Nitrogen mixtures. S. I. 1988. (Intern. Inst. Of Welding; Doc. 1 - 8 72 - 88 / OE).

117. Browing J. A. The dual-flow plasma torch // Welding Journal. 1964. -p. 5-10.

118. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Физматгиз, 1963. - 708 с.

119. Лакомский В.И. Оксидные катоды электрической дуги.-Запорожье: Интернал. 1997. 192 с.

120. Васильев К.В. Плазменно-дуговая резка. М.: Машиностроение, 1974.- 111 с.

121. Исследование и оптимизация электроплазменной резки металлов / Киселев Ю.Я. и др. Кишинев: Штиинца. 1981. 112 с.

122. Щицын Ю.Д., Щицын В.Ю. Расширение возможностей плазменной резки металлов // Вестник ПГТУ. «Механика и технология материалов и конструкций». №8. 2004 г. Пермь, с. 62-66.

123. Васильев К.В. Особенности плазменно-дуговой резки в азотно-кислородных смесях // Автоматическая сварка. -2000.-№12. С. 21-30.