автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Технология плазменной резки крупногабаритных конструкций

На правах рукописи

Гарин Евгений ;Николаевич

ТЕХНОЛОГИЯ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ КРУПНОГАБОРИТНЫХ

КОНСТРУКЦИЙ

05.03.06 - технологии и машины сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Красноярск 2005 г.

Работа выполнена на кафедре «Оборудование и технология сварочного производства» Красноярского государственного технического университета.

Научный руководитель:

Кандидат технических наук, доцент Новосельцев Юрий Гаврилович

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Крушенко Генрих Гаврилович Кандидат технических наук, профессор Козловский Сергей Никифорович

Ведущая организация:

Институт физики Сибирской академии наук

Защита состоится 30 июня 2005 года в 14:00 в аудитории Г-270 на заседании диссертационного совета К 212.098.01 в Красноярском государственном техническом университете по адресу: 660074, г. Красноярск, ул. Киренского, 26 ауд. Г 224.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Красноярского государственного технического университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью составителя, заверенные печатью организации, просим выслать по указанному адресу на имя секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан ¿g 20 О S <г.

09Й.01

QP

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность работы. Широкая практика промышленного применения плазмотронов показала, что введение газов с высокой теплопроводностью, в первую очередь водорода, в состав плазмообразующей газовой смеси приводит к существенному изменению всего процесса плазменной обработки. С одной стороны обеспечивается максимальная эффективность использования плазматрона как нагревателя благодаря повышению теплосодержания газа, прошедшего через дугу, и улучшению условий теплопередачи к нагреваемым дугой объектам.

С другой стороны ухудшаются условия работы плазматрона в результате снижения стойкости электродов плазмотрона и нарушения устойчивости системы источник питания - дуга. Следовательно, основной задачей, решение которой необходимо для возможности промышленного применения плазмотронов при использовании в качестве плазмообразующих газов с высокой теплопроводностью, является определение факторов, обеспечивающих стойкость электродов плазмотрона и устойчивость дуги. Указанная задача успешно решена в настоящей работе применительно к плазменной резке, одному из наиболее распространённых процессов плазменной обработки. В этом случае стойкость электродов обеспечивается в результате введения в состав плазмообразующей газовой смеси наряду с водородом аргона или азота с определённым расходом. Устойчивость дуги обеспечивается в результате применения источников питания с круто падающими внешними статическими характеристиками. Именно благодаря решению задач сохранения стойкости электродов плазмотрона и устойчивости дуги была внедрена плазменная резка в водородосодержащих смесях, ставшая в результате этого универсальным методом разделки металла. Другими перспективными областями применения плазменной обработки, получившими всё более широкое распространение, является нагрев порошкообразных материалов при нанесении покрытий и сфероидизации, а также сварка и переплав металлов.

Условия работы плазмотронов в этих процессах более тяжёлые, чем при плазменной резке, в связи с увеличением тепловых потоков в электроды. При плазменной сварке и переплаве это увеличение обусловлено снижением расхода плазмообразующего газа в соответствии с технологическими требованиями процесса. При плазменной же резке расход плазмообразующего газа практически не ограничивается. При плазменном напылении и сфероидизации тепловые потоки в электроды возрастают в связи с тем, что анодная область дуги располагается внутри плазмотрона, тогда как при плазменной резке анодная область находиться вне плазмотрона, на разрезаемом изделии. Требования к стойкости электродов плазмотронов при плазменной сварке,- лереплаве и нагреве порошкообразных материалов более вы

резке, в

СПегсрб/рг ^ I

связи с недопустимостью загрязнения обрабатываемых магериалов продуктами эрозии электродов. По этим причинам попытки ряда исследователей произвести простой перенос методов сохранения стойкости электродов плазмотрона и устойчивости дуги, горящей в бинарной водородосодержащей газовой смеси, разработанных для плазменной резки, на процессы плазменной сварки, переплава; напыления и сфероидизации не дали результатов. Систематические же исследования работы плазмотронов в бинарных плазмообразующих смесях на основе газов с высокой теплопроводностью отсутствуют. Не разработана и методика этих исследований. Целью настоящей работы являются систематическое экспериментальное исследование работы плазмотрона в бинарных плазмообразующих смесях на основе газов с высокой теплопроводностью с точки зрения обеспечения стойкости электродов плазмотрона и устойчивости дуги. Полученные данные должны лечь в основу принципов разработки оборудования и конкретных технологических процессов плазменной обработки плазменной резки.

Цель диссертационной работы: Экспериментальное исследование условий работы плазмотрона в бинарных плазмообразующих смесях на основе газов с высокой теплопроводностью для обеспечения стойкости электродов и устойчивости дуги при утилизации Вооружения и военной техники (ракеты, самолёты, подводные лодки, надводные корабли, танки).

Задачи исследований:

1. Определить зависимости мощности дуги при введении водорода в состав плазмообразующей смеси.

2. Исследовать изменение теплового потока в катод плазматрона при неизменной величине тока при переходе от аргоновой к аргоно-водородной дуге.

3. Исследовать тепловой поток в анод плазмотрона с увеличением расхода водорода.

4. Исследовать возможность длительной работы плазмотрона в водородосодержащей плазмообразующей смеси.

5. Исследовать стойкость анода в водородосодержащей плазмообразующей смеси при газовой вихревой закрутке анодной области.

6. Исследовать стойкость анода в водородосодержащей плазмообразующей смеси с магнитной закруткой анодной области.

7. Определить рациональную область применения плазмотронов с газовой вихревой и с магнитной закруткой анодной области.

8. Исследовать напряжение на дуге и амплитуду высокочастотных колебаний напряжения от расхода водорода.

» ИМ^Ц*""*» " '

9. Исследовать амплитуду высокочастотных колебаний напряжения при увеличении напряжённости магнитного поля в канале анода при магнитной закрутке анодной области.

Ю.Исследовать зависимость устойчивости дуги от амплитуды колебаний напряжения.

11 .Исследовать угол наклона рабочих участков внешних статических характеристик источника питания для устойчивости дуги при увеличении амплитуды высокочастотных колебаний напряжения.

Положения, вносимые в защиту:

1. Проанализирована практика промышленного применения плазматронов с введением газов, в том числе с высокой теплопроводимостью;

2. Разработана методика исследования плазменной дуги;

3. Исследованы тепловые процессы при резке плазмой, в том числе с использованием бинарных газовых систем;

4. Определено:

- влияние режима горения дуги на величину теплового потока в

катод;

- тепловой баланс аргоновой дуги с вихревой газовой стабилизацией;

- электрические характеристики аргоно-водородной дуги с вихревой газовой стабилизацией;

- тепловой баланс аргоно-водородной дуги с вихревой газовой стабилизацией;

- электрические характеристики аргоно-водородной дуги с газовой стабилизацией;

- сравнительные характеристики аргоновой и аргоно-водородной дуги с газовой стабилизацией.

5. Проведены исследования влияния магнитного поля на параметры аргоновой и аргоно-водородной дуги;

6. Исследованы особенности плазменной резки углеродистых и легированных сталей.

Научная новизна работы:

1. Разработано и теоретически обосновано применив плазмотронов с введением газов с высокой теплопроводностью в состав плазмообразующей газовой смеси, с решением научных задач сохранения стабильности электродов плазматрона и устойчивости системы источника питания - дуга.

2. Разработана и научно обоснованна методика исследований работы плазмотронов в бинарных плазмообразующих смесях на основе газов с высокой теплопроводностью.

3. Исследовано влияние магнитного поля в канале анода при магнитной закрутке на процесс формирования работы плазменной дуги, что

подтвердило полученные результаты при использовании плазменных процессов обработки металлов.

Достоверность. Достоверность научных положений выводов и результатов, сформулированных в диссертации, базируется на чётком представлении задач и методов сохранения стойкости электродов и сопла плазмотрона и устойчивости системы источник питания - дуга при введении газов с высокой теплопроводностью при обеспечении максимальной эффективности использования плазматрона как нагревателя. Процессы все обоснованы экспериментами в полном объёме.

Практическая значимость полученных результатов. Получены экспериментальные данные о влиянии на электроды плазмотрона и дугу плазмообразующего газа, в том числе с высокой теплопроводной способностью.

Разработана технология плазменной резки с использованием бинарной системы газов.

Разработана система обеспечения устойчивости дуги и способы её увеличения в условиях производства.

Все разработки прошли апробацию и внедрение на ПО «Электрохимический завод», в военных частях 03059 и 25920.

Апробация работы. Результаты работы были доложены и обсуждены на научно-технических семинарах по специальности 05.03.06. «Технологии и машины сварочною производства» при Красноярском государственном техническом университете», в 2002 - 2005 гт.

На Всероссийской с международным участием научно-технической конференции молодых ученых и студентов, посвященной 110-годовщине Дня радио, состоявшейся в городе Красноярске 5-6 мая 2005 года.

Публикации. По результатам работы опубликовано 12 печатных работ. Из них статей - И, докладов -1.

Структура и объём работы диссертации состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы. Общий объём работы основного текста - 144 листа, 73 рисунка, 3 таблицы. Список литературы содержит - 84 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается возможность и актуальность решения задачи обеспечения максимальной эффективности использования плазмотрона как нагревателя благодаря повышению теплосодержания газа прошедшего через дугу и улучшению условий теплопередачи к нагреваемым дугой объектам, при решении задач обеспечивающих стойкость электродов плазмотрона и устойчивость дуги.

В первой главе дано описание экспериментальной установки, которая включает в себя следующие основные узлы:

-плазмотроны с газовой вихревой и магнитной закруткой анодной области;

-источник питания дуги; —блок управления устройством;

-приборы для определения электрических параметров дуги, -приборы для определения потоков в электроды плазмотрона. При разработке схемы тепловых потоков в электроды плазмотрона был проведён анализ известных типов плазмотронов. Он показал целесообразность применения при исследовании теплового баланса плазмотрона калориметров двух типов: на проточной воде и парового.

Основными достоинствами калориметра на проточной воде является простота работы с ним, возможность применения при исследовании плазмотронов любого типа и размеров без изменения конструкции электродных узлов, возможность измерения тепловых потоков большой величины без опасности разрушения исследуемых электродов, малая длительность одного измерения. Недостатком калориметра на проточной воде является значительная погрешность (не менее 7,5-10%), практически не поддающаяся обсчёту и переменная в процессе эксперимента.

Паровой калориметр более сложен в изготовлений, велико время одного измерения. При использовании парового калориметра не удаётся обеспечить работу электрода без разрушения в условиях больших тепловых нагрузок. Основным достоинством его является малая погрешность в измерениях (2,22,5%), определяемая расчётным путём и неизменная в процессе исследования благодаря постоянству температуры и геометрии теплоотводящей среды. В настоящей работе калориметр на проточной воде применялся для исследования процессов, сопровождавшихся значительными тепловыделениями в электроды, и являлся основным измерительным прибором. Паровой калориметр применялся для уточнения полученных на калориметре с проточной водой данных при исследовании процессов, сопровождающихся малыми тепловыми потоками в электроды и перегибами в зависимостях тепловых потоков.

Во второй главе исследованы и проанализированы тепловые процессы при резке плазмой, в том числе с использованием бинарных газовых систем.

Результаты измерения теплового баланса плазмотрона с газовой вихревой закруткой анодной области приведены в таблице ].

Таблица 1 - Результат измерения теплового баланса плазмотрона с газовой вихревой закруткой анодной области при расходе аргона 2000 л/час

Определяемый Сила тока, А

параметр 150 200 250

расход водорода, л/ч расход водорода, л/ч расход водорода л/ч

470 980 1480 470 980 1480 2000 470 980 1480 2000

Напряжение, В 65 90 110 60 84 105 122 58 80 100 118

Общая мощность 9,8 13,5 16,5 12,0 16,8 21,0 24,4 14,5 20,0 25,0 29,5

дуги КВТ

Тепловой поток в 0,22 0,22 0,22 0,23 0,23 0,23 0 23 0,25 0 25 0,25 0,25

катод, КВТ

Тепловой поток в 4,0 4,8 5,1 5,0 5,8 6,4 7,0 6,3 7,2 7,8 8,7

анод, КВТ

Тепловой поток в газ, 5,4 8,6 11,3 6,8 10,8 14,2 17,0 8,0 12,6 16,8 20,5

КВТ

КПД плазмотрона,% 55,0 63,5 68,5 57,0 64,0 67,5 69,5 55,0 63,0 67,5 69,5

Анализ распределения тепловых потоков показывает, что при увеличении расхода водорода общая мощность дуги возрастает быстрее, чем суммарные тепловые потоки в электроды плазмотрона. В результате этого при больших расходах водорода увеличивается тепловая энергия, запасённая в плазмообразующем газе, и КПД плазмотрона. Тепловая энергия плазмообразующего газа отнесённая к единице его объёма или массы, при переходе от одномоментной аргоновой к аргоно-водородной дуге также значительно возрастает. Благодаря этому повышается эффективность использования плазмотрона как нагревателя при плазменной обработке. Введение водорода в состав плазмообразующей смеси оказывает различное влияние на величину тепловых потоков в электроды плазмотрона. Тепловой поток в катод определяется силой тока и практически не изменяется при переходе от аргоновой к аргоно-водородной дуге с различным расходом водорода.

Тепловой поток в анод зависит не только от сила тока, но также от расхода и состава плазмообразующей смеси. Введение водорода в состав газовой атмосферы дуги вызывает при неизменной величине тока увеличение теплового потока в анод, асимптонически возрастающего до значения, определяемого силой тока. Однако само по себе это увеличение теплового потока не является причиной возможного разрушения анода плазмотрона, функционирующего в водородосодержащей плазмообразующей смеси.

Анализ причин разрушения анода плазмотрона показал, что при введении в состава плазмообразующей смеси водорода удельные тепловые потоки в анодной области дуги превосходят допустимые для меди независимо от силы тока. Это позволяет сделать следующий вывод: возможность длительной работы плазмотрона в водородосодержащей плазмообразующей смеси без разрушения анода исключается при неподвижной анодной области.

Были исследованы два способа принудительного перемещения анодной области в канале анода плазмотрона, функционирующего в аргонно-водородной плазмообразующей смеси; газовая вихревая и магнитная закрутка.

Исследования показали, что в зависимости от способа закрутки анодной области изменяются характеристики плазмотрона и стойкость анода. При газовой вихревой закрутке тепловая энергия, запасённая в плазмообразующем газе и КПД плазмотрона полностью определяются расходом водорода. Плотность же теплового потока в анод полностью определяется расходом аргона, снижаясь с его увеличением. Условием обеспечения длительной работы анода плазмотрона без разрушения при газовой вихревой закрутке анодной области является значительный расход аргона. При магнитной закрутки напряжённости магнитного поля в канале анода свыше 900 Э обеспечивается минимальная плотность теплового потока в анод плазмотрона и исключается разрушение анода при расходах аргона в несколько раз меньших и при значениях теплового потока в анод, больших, чем в случае с газовой вихревой закруткой анодной области (таблица 2).

Таблица 2 - Зависимость теплового потока в анод плазмотрона в КВТ от напряжённости магнитного поля и расхода аргона снятия при расходе водорода 470 л/ч и силе тока 250 А

Расход аргона, л/ч Напряжённость магнитного поля в канале анода, Э

1000 2000 2800

400 9,5 10,0 11,0

2000 4,7 4,9 5,5

3500 4,5 4,7 5,2

Однако при этом снижается общая мощность дуги, а также тепловая энергия, запасённая в плазмообразующем газе, и КПД плазмотрона. Увеличение же расхода водорода приводит к меньшему, чем при газовой вихревой закрутке, росту перечисленных выше характеристик плазмотрона (таблица 3).

Таблица 3 - Зависимость характеристик плазмотрона от увеличения расхода водорода

Определяемый параметр Расход водорода, л/ч

980 1480 2000

Напряжение на дуге, В 41.5 47,0 51,0

Общая характеристика дуги КВТ 10,4 11,7 12,7

Тепловой поток в анод КВТ 6,1 6,8 7,3

Тепловой поток в газ КВТ 4,1 4,8 5,2

КПД плазмотрона, % 40,0 41,0 42,0

Подобное ухудшение энергетических характеристик плазмотрона с магнитной закруткой анодной области объясняется снижением протяжённости дуги в результате того, что при вращении столба дуги с большой скоростью нагрев периферийных слоёв газа до температур достаточных для шунтирования столба, происходит в канале анода на меньшем от катода расстоянии. При этом снижается как общая мощность дуги, так и время контакта водорода со столбом дуги. Сравнение характеристик плазмотронов с газовой вихревой и магнитной закруткой анодной области позволило определить рациональные области применения каждого из типов плазмотронов. В тех случаях когда основным требованием процесса плазменной обработки является высокая производительность и допустимо загрязнение конечного продукта обработки до 1-1,5% материалом электродов, целесообразно применение плазмотронов с газовой вихревой закруткой анодной области. Если же основным требованием процесса обработки является минимальное (не более 0,1-0,5%) загрязнение обрабатываемых деталей, то необходимо применять плазмотроны с магнитной закруткой анодной области.

В третьей главе исследованы и проанализированы электрические процессы в дуге при плазменной резке.

При разработке схемы электрических измерений учитывалась возможность появления колебаний напряжения различной частоты и амплитуды. Поэтому для сохранения устойчивости дуги в широком диапазоне расхода и состава плазмообразующей смеси и силы тока был применён источник питания с крутопадающими рабочими участками внешних статических характеристик.

В процессе исследований проводилось определение как средних, так и мгновенных значений тока и напряжения. Выбор тока осциллографа и измерительных вибраторов для исследования мгновенных значений тока и напряжения основывался на предварительных экспериментах. Эти эксперименты показали, что частота колебаний напряжения составляет несколько килогерц при амплитуде от 1 .до 50 вольт. Расчётным путём определено, что для регистрации колебаний с такими параметрами должны применяться вибраторы с собственной частотой колебаний не менее 1000 Гц, а скорость протяжки плёнки должна быть не менее 5000 мм/сек. В связи с

тем что анодная область исследуемой дуги нефиксированная, все результаты экспериментов относились к заданной геометрии электродов плазмотрона, неизменность которой в процессе исследований проверялась путём многократного повторения. Для сохранения неизменной геометрии электродов плазмотрона был разработан цикл формирования дуги при выводе её на режим. Этот цикл устанавливает определённую временную взаимосвязь основных варьируемых параметров процесса в наиболее напряжённых с точки зрения функционирования плазмотрона переходных режимах. Предварительные эксперименты показали, что мгновенные и средние значения исследуемых параметров дуги определяются не только соответствующими моменту измерения значениями варьируемых параметров, но и предшествующим этому моменту состояниям дуги. Поэтому цикл исследования влияния какого-либо параметра на режим функционирования плазмотрона проводился при изменении с постоянной скоростью этого параметра от минимума до максимума и обратно без выключения дуги. По окончании каждого цикла измерений, общее число которых в зависимости от разброса показаний составляло 5-10, дуга включалась. Обработка полученных результатов проводилась путём определения средней величины исследуемого параметра и среднеквадратичной погрешности измерений.

Анализ точности измерений показал, что максимальные погрешности измерения тока и напряжения составляют ± 3%.

Исследование электрических параметров дуги показало, что введение водорода в состав плазмообразующей смеси сопровождается увеличением не только среднего значения напряжения, но и амплитуды высокочастотных колебаний напряжения (таблица 4)

Таблица 4 - Зависимость амплитуды высокочастотных колебаний напряжения в вольтах от расхода водорода для реализации значений силы тока при газовой вихревой закрутке анодной области

Расход водорода, л/ч Сила тока, А

150 200 250

470 20,0 13,5 11,5

980 35,0 22,5 18,5

1480 45,0 28,0 26,0

2000 - 36,0 30,0

С увеличение расхода водорода амплитуда колебаний напряжения растёт быстрее, чем среднее значение напряжения на дуге. Частота высокочастотных колебаний напряжения не зависит от расхода водорода, она полностью определяется силой тока, линёйно возрастая пари увеличении последнего от 100 до 300 А, с 2500 до 4500 Гц. Средняя величина и амплитуда высокочастотных колебаний напряжения на дуге зависят не

только от состава и расхода плазмообразующей смеси, но и от способа закрутки анодной области. Переход при неизменном составе и расходе смеси от газовой вихревой к магнитной закрутке с напряженностью магнитного поля свыше 900 Э сопровождается снижением в 1,5-2 раза как среднего значения напряжения, так и амплитуды высокочастотных колебаний напряжения. Сравнение функционирования дуг с одинаковым химическим составом газовой атмосферы и одинаковым углом наклона вольтамперных характеристик, построенных по средним значениям тока и напряжения, но с различной амплитудой высокочастотных колебаний напряжения, позволил сделать следующий вывод: независимо от химического состава плазмообразующей газовой смеси при прочих равных условиях, устойчивость дуги определяется амплитудой колебаний напряжения. Следовательно, меняя тем или иным путём, в частности изменением способа закрутки анодной области в канале анода плазмотрона, амплитудой колебаний напряжения можно регулировать устойчивость дуги с газовой атмосферой постоянного химического состава. Увеличение амплитуды высокочастотных колебаний при неизменной крутизне вольт-амперных характеристик дуги, построенных по средним значениям тока и напряжения, вызывает, исходя из условия устойчивости дуги, необходимость увеличения угла наклона внешних статических характеристик источника питания. Минимальный угол наклона рабочих участков внешних статических характеристик источника питания аргонно-водородной дуги с газовой вихревой закруткой анодной области должен составлять 70-75°' хотя угол наклона вольт-амперных характеристик дуги построенных по средним значениям тока и напряжения не превышает 10°. Уменьшение амплитуды колебаний напряжения аргонно-водородной дуги с магнитной закруткой анодной области позволяет в 1,5-2 раза снизить необходимую по условиям устойчивости крутизну рабочих участков внешних статических характеристик источника питания при практически одинаковых углах наклона вольт-амперных характеристик дуги, построенных по средним значениям тока и напряжения. При магнитной закрутке анодной области высокочастотные колебания напряжения появляются и при горении дуги в одном аргоне при расходах аргона значительно меньших, чем при газовой вихревой закрутке анодной области. Появление высокочастотных колебаний со стабильными параметрами сопровождается увеличением напряжённости магнитного поля в Канале анода свыше 1400 Э независимо от расхода аргона. Сопоставление зависимостей параметров высокочастотных колебаний напряжения от расхода и состава плазмообразующей газовой смеси и от способа закрутки анодной области позволяет предположить, что эти колебания появляются при достаточно большой скорости вращения анодной области и столба дуги относительно стенок канала анода и более холодных слоёв газа; амплитуда же колебаний зависит от протяжённости столба дуги, возрастая с её увеличением.

В четвёртой главе исследована плазменная резка аустенитных толстолистовых сталей При создании установок, работающих в зоне

магнитных полей повышенной мощности, применяются узлы, изготовленные из немагнитной аустенитной стали марок 12XI8H10T, 20Х23Н18 и т. д. толщиной до 140-200 мм. Трудности механообработки указанных сталей и ограниченная мощность стандартных плазменных режущих установок обусловили необходимость создания специальной установки с повышенной мощностью плазменной дуги.

С этой целью на базе несущей автоматической установки для кислородной резки были созданы и установлены плазмотрон типа T-I2, источник питания для повышенного напряжения на плазменной дуге, состоящий из трех однофазных трансформаторов. Первичные обмотки при этом соединены треугольником, а вторичные - звездой, что дает напряжение холостого хода на выходе 300 В. Аппаратный шкаф установки ' состоит из блока выпрямителей и аппаратуры цепи управления. Блок

выпрямителей составляют двенадцать кремневых диодов типа ВНД-200, собранных по трехфазной мостовой схеме, где каждое плечо такого моста v имеет два последовательно включенных диода. Аппаратура цепи

управления предусматривает подачу водорода после возбуждения основной дуги и отключение его в конце процесса, выдержку времени перехода на рабочую скорость и автоматическое отключение установки от питающей сети при отсутствии воды в системе охлаждения головки.

Управление процессом дистанционное. Пульт управления вынесен из зоны воздействия газов, выделяющихся при резке и вредных для организма человека. Место оператора находится вне зоны высокого напряжения. Система подвода газа состоит из баллонов, стойки для их крепления, расходометров типа газовых клапанов и смесительной камеры.

В процессе внедрения установки и ее производственных испытаний производилась резка как нержавеющих сталей толщиной 40-200 мм, так и бронзы БрХ 50-80 мм, меди Ml диаметром 100 мм и т. д. Во всех случаях качество реза удовлетворительное.

Использование в качестве плазмообразующего газа водорода или азота обусловливается тем, что они являются хорошими теплоносителями. Однако длительная работа на этих газах приводит к разрушению сопла плазмотрона. Возможно применение аргона, при этом достигается максимальная долговечность сопла, но аргон является слабым теплоносителем. Наилучшие результаты дает бинарная система газов, когда аргон располагается по периферии дуги, защищая сопло от разрушения, а водород или азот • сконцентрирован около оси дуги и выполняет функции теплоносителя.

Поэтому при резке сравниваем результаты применения в качестве плазмообразующего газа аргон-азотной и аргон о водородной смесей. В качестве обжимающего плазму газа применяется как воздух, так и азот с расходом 6-10 мЗ/ч.

Подбор номинальной скорости резки имеет важное значение. Для стали 12Х18Н10Т толщиной свыше 120 мм применяются заниженные скорости резки, так как при оптимальных скоростях, ввиду колебания напряжения, в отдельные моменты факел не успевает установиться на всю длину, и в

дальнейшем металл не будет выплавляться полностью. Повторный рез производить значительно фуднее из-за зашлаковки зоны резки, при этом качество кромок ухудшается. На заниженных скоростях рез получается ровным, а не суженным в нижней части, отсутствуют наплывы по нижней кромке листа. При резке нержавеющих аустенитных сталей с применением аргоно-азотной смеси в качестве плазмообразующего газа на нижней плоскости образуются наплывы размером 3-5 мм. С применением аргоно - водородной смеси поверхность, реза значительно чище, наплывы отсутствуют. Рекомендуемые режимы плазменной резки приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Рекомендуемые режимы плазменной резки

Толщина металла Рабочий ток, А Напряжение, В Мощность кВт Скорость резки, м/ч Примечание

40 400 140 56 12 Плазмообразующа я смесь газа аргона и азота в соотношении 1:1; суммарный расход газа до 4мЗ/ч

60 80 400 140 56 9,0

100 450 160 72 6,2

120 _ 450 180 81 90 5,4

150 500 180 108 3,8

600 180 2,4

40 500 200 100 18 Плазмообразующи й газ смесь аргона и водорода в соотношении 1:3; суммарный расход газа до 3,5-4м3/ч

80 500 210 110 10

ПО 550 240 132 6,2

140 550 280 154 5,1

х200 600 300 180 2,2

В качестве катода применялся лантанированный вольфрам марки В Л10 диаметром 6 мм.

Резка начинается с подведения плазматрона с дежурной дугой гон к разрезаемому металлу, затем возбуждается основная дуга и, прежде чем начать резку детали, выдерживается порядка 10-20 с при толщине стали 12Х18Н10Т до 200 мм и 3—4 с при толщине не более 50 мм для полной ионизации дугового промежутка, удлинения факела на всю толщину металла и нагрева фронта оплавления до определенной температуры.

В основных результатах и выводах сформулированы основные научные положения и результаты диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Целью настоящей работы являлось экспериментальное исследование функционирования плазмотронов в бинарных плазмообразующих смесях на основе газов с высокой теплопроводностью с целью обеспечения стойкости электродов плазмотрона и устойчивости дуги. Полученные данные должны лечь в основу принципов разработки оборудования и конкретных технологических процессов плазменной обработки.

Анализ литературы показал, что введение в состав плазмообразующей смеси газов с высокой теплопроводностью приводит к существенному изменению всего процесса плазменной обработки. С одной стороны, обеспечивается максимальная эффективность использования плазмотрона как нагревателя благодаря повышению теплосодержания плазмообразующего газа. С другой стороны, ухудшаются условия функционирования плазмотрона в связи со снижением стойкости электродов плазмотрона и нарушением устойчивости дуги.

Одним из основных путей повышения стойкости электродов плазмотрона является применение бинарных плазмообразующих смесей, в которых наряду с газами, обладающими высокой теплопроводностью, применяются аргон или азот. Методом повышения устойчивости дуги является применение источников питания' с крутопадающими внешними статическими характеристиками.

Отсутствие систематических исследований не обеспечило создание и широкое применение плазмотронов, функционирующих в плазмообразующих смесях на основе газов с высокой теплопроводностью. Как правило, газ с высокой теплопроводностью вводится лишь как добавка к аргону или азоту.

В работе приведено описание экспериментальной установки и методики экспериментального исследования.

Экспериментальная установка включает в себя плазмотроны с газовой вихревой и магнитной закруткой анодной области, источник питания дуги, приборы для определения электрических параметров дуги и тепловых потоков в электроды плазмотрона.

Для сохранения устойчивости дуги в широком диапазоне расхода и состава плазмообразующей смеси и силы тока источник питания имеет крутопадающие рабочие участки внешних статических характеристик.

При разработке схемы электрических измерений учитывалась возможность появления колебаний напряжения и тока различных частот. Поэтому в процессе исследований проводилось определение не только средних, но и мгновенных значений электрических параметров дуги. Выбор типа осциллографа и измерительных вибраторов для исследований мгновенных значений тока и напряжения основывались на предварительных экспериментах, которые показали, что частота колебаний напряжения достигает нескольких килогерц при амплитуде от 1 до 25-30 В. Расчетным путем определено, что для регистрации колебаний с такими параметрами должны применяться вибраторы с собственной частотой колебаний не менее 10000 Гц, а скорость протяжки пленки должна быть не менее 5,0 м/сек.

Разработка схемы измерений тепловых потоков в электроды плазмотрона основывалась на анализе известных типов калориметров: на проточной воде и парового. Основными достоинствами калориметра на проточной воде являются простота работы с ним , возможность применения при исследовании плазмотронов любого типа и размера, возможность измерения больших тепловых потоков без опасности разрушения исследуемых электродов, малая длительность одного измерения. Недостатком калориметра на проточной воде является значительная погрешность измерения (не менее 7,5-10 %), практически не поддающаяся обсчету и переменная в процессе эксперимента. Паровой калориметр более сложен в изготовлении, велико время проведения одного измерения. При его использовании не удается обеспечить работу электрода без разрушения в условиях больших тепловых нагрузок. Основным достоинством парового калориметра является малая погрешность измерений (2,5-3,0 %), определяемая расчетным путем и неизменная в процессе исследований.

В настоящей работе калориметр на проточной воде применялся для исследования процессов, сопровождающихся значительным тепловыделением в электроды, и явился основным измерительным прибором.

Паровой калориметр применялся для уточнения полученных на калориметре с проточной водой данных при исследовании процессов, сопровождающихся малыми тепловыми потоками в электроды и перегибами в зависимостях тепловых потоков. В связи с тем, что анодная область исследуемой дуги нефиксированная, все результаты экспериментов относились к заданной геометрии электродов плазмотрона, неизменность которой в процессе исследований проверялась путем многократного повторения экспериментов.

Для сохранения неизменной геометрии электродов был разработан цикл формирования дуги при выводе ее на режим, который устанавливает определенную временную взаимосвязь основных варьируемых параметров процесса в наиболее напряженных, с точки зрения функционирования плазмотрона, переходных режимах.

Предварительные эксперименты показали, что мгновенные и средние значения исследуемых параметров дуги определяются не только соответствующими моменту измерения значениями варьируемых параметров, но и предшествовавшим этому моменту состояния дуги. Поэтому цикл исследований влияния какого-либо параметра на " режим функционирования плазмотрона проверялся при измерении с постоянной скоростью этого параметра от минимума до максимума и обратно без выключения дуги. По окончании каждого цикла измерений, общее число которых в зависимости от разброса полученных результатов составило 5-10, дуга выключилась. Обработка полученных результатов производилась путем определения средней величины исследуемого параметра и среднеквадратичной погрешности измерений.

Анализ точности измерения показал, что максимальные погрешности измерения тока и напряжения составляют ± 3 %,тепловых потоков ± 2,5 % при работе с паровым калориметром и не менее ± 10 % при работе с калориметром на проточной воде, расхода газов ± 2 %.

Получены результаты экспериментальных исследований, выполненных по разработанной методике, и приведен анализ этих результатов. Исследовался плазмотрон с вольфрамовым стержневым катодом и медным формирующим соплом - анодом. Плазмообразующей служила аргоно-водородная смесь.

Анализ распределения тепловых потоков показал, что с увеличением расхода водорода общая мощность дуги возрастает быстрее, чем тепловые потоки в электроды. Благодаря этому при больших расходах водорода увеличиваются тепловая энергия, запасенная в плазмообразующем газе, и к. п. д. плазмотрона. Тепловая энергия плазмообразующего газа, отнесенная к единице объема или массы плазмообразующего газа, при переходе от однокомпонентной аргоновой к аргоно-водородной дуге значительно возрастает. Благодаря этому повышается эффективность использования плазмотрона как нагревателя при плазменной обработке.

Введение водорода в состав плазмообразующей смеси оказывает различное влияние на величину тепловых потоков в электроды плазмотрона, тепловой поток в катод определяется силой тока и практически не зависит от расхода и состава плазмообразующей аргоно-водородной смеси.

Тепловой поток в анод зависит не только от силы тока, но также от расхода и состава плазмообразующей смеси. Введение водорода в состав газовой атмосферы дуги вызывает при неизменной величине тока увеличение теплового потока в анод. Однако само по себе это увеличение не является причиной возможного разрушения анода плазмотрона, функционирующего в водородосодержащей плазмообразующей смеси.

Анализ причин разрушения анода плазмотрона показал, что при введении в состав плазмообразующей смеси водорода удельные тепловые потоки в анодной области дуги превосходят допустимые для меди независимо от силы тока. Это позволяет сделать следующий вывод: возможность длительного функционирования плазмотрона в водородосодержащей плазмообразующей смеси при неподвижной анодной области без разрушения анода исключается. Следовательно, применительно к водородосодержащим дугам, анодная область которых располагается внутри плазмотрона, методом обеспечения длительного функционирования плазмотрона является перемещение анодной области

Были исследованы два способа принудительного перемещения анодной области в канале анода плазмотрона, функционирующего в аргоно-водородной плазмообразующей смеси: газовая вихревая и магнитная закрутка.

Исследования показали, что в зависимости от способа закрутки анодной области в канале анода изменяются характеристики плазмотрона и стойкость анода. При газовой вихревой закрутке тепловая энергия, запасенная в

плазмообразующем газе, и к. п. д. плазмотрона полностью определяются расходом водорода. Плотность же теплового потока в анод определяется расходом аргона, снижаясь с увеличением его. Условием обеспечения длительного функционирования анода плазмотрона без разрушения при газовой вихревой закрутке является значительный расход аргона.

При магнитной закрутке анодной области обеспечивается минимальная плотность теплового потока в анод при расходах аргона, значительно меньших, чем при газовой вихревой закрутке анодной области. Однако при этом снижается тепловая энергия, запасенная в газе, и к. п. д. плазмотрона.

Сравнение характеристик плазмотронов с газовой вихревой и магнитной закруткой анодной области позволило определить рациональные области их применения.

В тех случаях, когда основным требованием процесса является высокая производительность и допустимо загрязнение конечных продуктов обработки до одного-полутора процентов материалом электродов, целесообразно применение плазмотронов с газовой вихревой закруткой анодной области.

Если же основным требованием процесса является минимальное (не более 0,1-0,5 %) загрязнение обрабатываемых изделий материалов электродов, то применяются плазмотроны с магнитной закруткой анодной области.

Исследование электрических параметров дуги показало, что введение водорода в состав плазмообразующей смеси сопровождается увеличением среднего значения напряжения и амплитуды высокочастотных колебаний напряжения. С увеличением расхода водорода амплитуда колебаний напряжения растет быстрее, чем среднее значение напряжения на дуге.

Средняя величина напряжения на дуге и амплитуда высокочастотных колебаний напряжения зависят не только от состава и расхода плазмообразующей смеси, но и от способа закрутки анодной области. Переход при неизменном составе и расходе плазмообразующей смеси от газовой вихревой к магнитной закрутке анодной области сопровождается снижением среднего значения напряжения и амплитуды высокочастотных колебаний напряжения.

Сравнение функционирования дуг с одинаковым химическим составом газовой атмосферы и с одинаковым углом наклона вольтамперных характеристик, построенных по средним значениям тока и напряжения, позволил сделать следующий вывод. Независимо от химического состава плазмообразующего газа устойчивость дуги зависит от амплитуды колебаний напряжения. Следовательно, меняя тем или иным способом, в частности, изменением метода закрутки анодной области, амплитуду колебаний напряжения можно регулировать устойчивостью дуги с газовой атмосферой постоянного химического состава.

С увеличением амплитуды колебаний напряжения при неизменной крутизне вольтамперных характеристик дуги, пропорционально возрастает и

угол наклона рабочих участков внешних статических характеристик источника питания, обеспечивающий устойчивость дуги.

Исходя из условия устойчивости, минимальный угол наклона рабочих участков внешних статических характеристик источника питания аргоно-водоровдной дуги с газовой вихревой закруткой анодной области должен составлять 70-75°, а аргоно-водородной дуги с магнитной закруткой анодной области - 40-45°.

Результаты проведенных исследований легли в основу принципов разработки оборудования и конкретных технологических процессов плазменной обработки.

Выводы:

1. При введении водорода в состав плазмообразующей смеси мощность дуги увеличивается быстрее, чем суммарные тепловые потоки в электроды.

2. Тепловой поток в катод плазматрона при неизменной величине тока практически не изменяется при переходе от аргоновой к аргонно-водородной дуге, независимо от концентрации водорода в составе плазмообразующей смеси.

3. Тепловой поток в анод плазмотрона с увеличением расхода водорода возрастает, асимпотинически приближаясь к величине, определяемой силой тока.

4. При введении в состав плазмообразующей смеси водорода удельные тепловые потоки в анодной области превосходят допустимые значения для меди независимо от величины тока. Поэтому возможность длительной работы плазмотрона в водородосодержащей плазмообразующей смеси при неподвижной анодной области исключается.

5. При газовой вихревой закрутке анодной области, стойкость анода в водородосодержащей плазмообразующей смеси обеспечивается при ограниченной величине тока и при значительных расходах плазмообразующей смеси.

6. При магнитной закрутке анодной области высокая стойкость анода в водородосодержащей плазмообразующей смеси обеспечивается при практически неограниченных значениях тока и при расходах плазмообразующего газа, значительно меньших, чем при газовой вихревой закрутке анодной области. Однако при увеличении напряжённости магнитного поля до величины, обеспечивающей высокую способность анода, снижаться мощностью дуги и КПД плазмотрона.

7. . При увеличении расхода водорода возрастает средняя величина напряжения на дуге и амплитуда характерных для стабилизированной дуги высокочастотных колебаний напряжения.

8. При магнитной закрутке анодной области амплитуда высокочастотных колебаний напряжения снижается при увеличении

напряжённости магнитного поля в канале анода до значений, обеспечивающих высокую стойкость анода.

9. При прочих равных условиях устойчивость дуги независимо от химического состава плазмообразующей газовой смеси определяется амплитудой колебаний напряжения. Если каким-либо путём, например изменением способа закрутки анодной области, при неизменном химическом составе плазмообразующей смеси снижается амплитуда колебаний напряжения, то при этом возрастает устойчивость дуги.

Ю.При увеличении амплитуды высокочастотных колебаний напряжения для обеспечения устойчивости дуги должен возрастать угол наклона рабочих участков внешних статических характеристик источника питания.

Основные результаты диссертационной работы отражены в публикациях.

1. Демченко А.И., Новосельцев Ю.Г., Холодов Д.А., Гарин E.H. Исследования особенностей применения технологии по автоматической сварке аустенентных сталей.// Вестник Красноярского государственного технического университета. Машиностроение// Выпуск № 36. - 2004. с. 3-8.

2. Гарин E.H., Новосельцев Ю.Г. Повышение устойчивости плазмы при обработке металлов.// Сборник научных трудов «Современные проблемы радиоэлектроники». Федеральное агентство по образованию, Красноярский государственный технический университет, Институт радиоэлектроники. -2005. с. 408-410

3. Гарин E.H., Новосельцев Ю.Г. Влияние режима горения плазменной дуги на величину теплового потока в катод.// Вестник университетского комплекса. Выпуск № 4 (18). - 2005. с. 82-86.

4. Гарин E.H., Новосельцев Ю.Г. Влияние режима горения плазменной дуги на величину теплового потока в анод.// Вестник университетского комплекса. Выпуск № 4( 18). - 2005. с. 86-91.

5. Гарин E.H., Новосельцев Ю.Г. Тепловой баланс аргоно-водородной дуги с газовой вихревой стабилизацией.// Вестник университетского комплекса. Выпуск № 4(18). - 2005. с. 91-99.

6. Гарин E.H., Новосельцев Ю.Г., Холодов Д.А. Плазменная резка аустенитных толстолистовых сталей.// Вестник Красноярского государственного технического университета. Машиностроение. Выпуск № 36.-2004. с. 12-14

7. Гарин E.H., Новосельцев Ю.Г. Сравнительные характеристики аргоновой и аргоно-водородной дуги с газовой стабилизацией.//

Вестник Красноярского государственного технического университета. Машиностроение. Выпуск № 38. - 2005. 2 листа.

8. Гарин E.H., Новосельцев Ю.Г. Исследования влияния магнитного поля на параметры аргоновой и аргоно-водородной дуги.// Вестник Красноярского государственного технического университета. Машиностроение. Выпуск № 38. - 2005.

9. Гарин E.H., Новосельцев Ю.Г. Электрические характеристики аргоновой дуги с газовой вихревой стабилизацией.// Вестник Красноярского государственного технического университета. Машиностроение. Выпуск № 38. - 2005. 3 листа.

Ю.Гарин E.H., Новосельцев Ю.Г. Электрические характеристики аргоно-водородной дуги с газовой стабилизацией // Вестник Красноярского государственного технического университета. Машиностроение. Выпуск № 38. - 2005. 4 листа. П.Гарин E.H., Методика исследования плазменной дуги.// Вестник Красноярского государственного технического университета. Машиностроение. Выпуск № 38. - 2005. 1 лист. 12.Гарин E.H., проблемы неустойчивости плазмы.// Вестник Красноярского государственного технического университета. Машиностроение. Выпуск № 36. - 2004. с. 37-41.

Соискатель:

E.H. Гарин

0 5-1 39 О О

РНБ Русский фонд

2006-4 10290

55£

Подписано в печать Формат бумаги 60x84 1/16 Усл. печ. л.1.2 Тираж 100 экз. Заказ пь

Отпечатано на ризографе КГТУ 660074 г. Красноярск ул. Киренского, 26

Введение.

1 Технологические особенности плазменной резки углеродистых и легированных сталей

1.1 Описание экспериментальной установки

1,2Методики исследований плазменной дуги.

Выводы по разделу 1.

2 Тепловые процессы при резке плазмой с использованием бинарных газовых систем

2.1 Влияние режима горения дуги на величину теплового потока в катод.

2.2 Тепловой баланс аргоновой дуги с газовой вихревой стабилизацией.

2.3 Тепловой баланс аргоно-водородной дуги с газовой вихревой стабилизацией.

Выводы по разделу 2.

3 Электрические процессы в дуге при плазменной резке

3.1 Электрические характеристики аргоновой дуги с газовой вихревой стабилизацией.

3.2 Электрические характеристики аргоно-водородной дуги с газовой вихревой стабилизацией.

3.3 Сравнительные характеристики аргоновой и аргоно-водородной дуги с газовой вихревой стабилизацией.

3.4 Исследование влияния магнитного поля на параметры аргоновой и аргоно-водородной дуги.

Выводы по разделу 3.

4 Технологические особенности плазменной резки углеродистых и легированных сталей

4.1 Методика исследования плазменной дуги при образовании пор в сварочных швах.

4.2 Плазменная резка аустенитных толстолистовых сталей.

Выводы по разделу 4.

В период интенсивного развития промышленности в конце XX и начале XXI веков электрическая дуга нашла широкое применение, в основном, как элемент электрической цепи, предназначенной для преобразования электрической энергии в тепловую. На основании изобретения Бенардосом и Славяновым электрической дуги сварки, получения Габером азота при разложении воздуха в электрической дуге, разработки дуговой металлизации были заложены основы технологии электродуговой обработки разнообразных материалов. [1]

Новые, более широкие возможности открылись в электродуговой технологии в результате появления устройств-плазматронов, генерирующих стабилизированные дуги. Стабилизация электрической дуги, осуществляемая внешним магнитным полем, газовым или водяным потоком, обеспечивает более интенсивный ввод тепла в обрабатываемые дугой объекты и позволяет в широких пределах регулировать плотность энергии в различных участках столба дуги и нагретого в столбе потока газа. В стабилизированной дуге резко ограничивается возможность ее пространственного перемещения, в том числе и при электродных зонах, что позволяет строго локализовать область максимального выделения ее энергии и обеспечить высокую стабильность параметров дуги в течение длительного времени. [1,2]

Результатом появления стабилизированных электрических дуг явилось расширение области применения электродуговой технологии и появление новых технологических процессов. Это химический синтез, резка, сварка, получение чистых тугоплавких металлов, нанесение металлических и неметаллических покрытий, сфероидизация порошкообразных материалов, выращивание кристаллов, высокотемпературные исследования и т.д. [1]

Широкая практика промышленного применения плазматронов показывает, что введение газов с высокой теплопроводностью, в первую очередь водорода, в состав плазмообразующей газовой смеси приводит к существенному изменению всего процесса плазменной обработки.

С одной стороны, обеспечивается максимальная эффективность использования плазматрона, как нагревателя, за счет повышения теплосодержания газа, прошедшего через дугу, и улучшения условий теплопередачи к нагреваемым дугой объектам. С другой стороны, ухудшаются условия функционирования плазматрона в результате снижения стойкости электродов плазматрона и нарушения устойчивости системы: «источник питания - дуга». [2]

Следовательно, основной задачей, является определение факторов, обеспечивающих стойкость электродов плазматрона и устойчивость дуги при применении плазмообразующих газов с высокой теплопроводностью для обоснования промышленного использования плазматронов. [1,2]

Указанная задача в настоящее время решена применительно к плазменной резке, одному из наиболее распространенных процессов плазменной обработки. В этом случае стойкость электродов обеспечивается в результате введения в состав плазмообразующей смеси, наряду с водородом,- аргона со строго определенным расходом. Устойчивость дуги обеспечивается в результате применения источников питания с крутопадающими внешними статическими характеристиками. Так была внедрена плазменная резка в водородосодержащих смесях, ставшая в результате этого универсальным методом раскроя металлов. [3]

Другими перспективными областями применения плазменной обработки, получающими все более широкое распространение, являются нагрев порошкообразных материалов при нанесении покрытий и сфероидизации, а также сварка и переплав металлов. Условия функционирования плазматрона в этих процессах более тяжелое, чем при плазменной резке в связи с увеличением тепловых потоков в электроды. При плазменной сварке и переплаве это увеличение обусловлено снижением расхода плазмообразующего газа в соответствии с технологическими требованиями процесса. При плазменной же резке расход плазмообразующего газа практически не ограничивается.

При плазменном напылении и сфероидизации тепловые потоки в электроды возрастают в связи с тем, что анодная область дуги располагается внутри плазматрона, тогда как при плазменной резке анодная область находится вне плазматрона, на разрезаемом изделии.

Требования же к стойкости электродов плазматрона при плазменной сварке, переплаве и нагреве порошкообразных материалов более высокие, чем при плазменной резке, в связи с недопустимостью загрязнения обрабатываемых материалов продуктами эроззии электродов. [3,4]

По этим причинам попытки ряда исследователей произвести простой перенос методов сохранения стойкости электродов плазматрона и устойчивости дуги, горящей в бинарной водородосодержащей газовой смеси, разработанных для плазменной резки, на процессы плазменной сварки, переплава, напыления и сфероидизации- не дали результата. Поэтому в настоящей работе проводится экспериментальное исследование причин снижения стойкости электродов плазматрона и устойчивости дуги, горящей в бинарной газовой смеси на основе газов с высокой теплопроводностью, и определение методов улучшения условий функционирования плазматрона.

При резке алюминия и его сплавов необходимо учитывать следующие обстоятельства. Пленка окиси алюминия, покрывающая поверхность металла, имеет высокую температуру плавления, в 3 раза превышающая температуру плавления самого металла. [4]

В связи с этим для резки необходим мощный концентрированный источник тепла, способный расплавить пленку тугоплавкой окиси.

Общая характеристика диссертационной работы

Актуальность работы. Переход на новые современные виды вооружений, которые по своим тактико-техническим характеристикам превосходят старый парк вооружения, приводит к необходимости утилизации большого количества техники, имеющей большие габариты и выполненной из толстолистовой стали и различных сплавов. Одним из наиболее экономичных способов утилизации крупногабаритных корпусов ракет, танков и т. д. является их резка при помощи современных плазматронов. Но основной проблемой применения плазматронов является невозможность разделки толстолистовых стальных (до 200 мм.), бронзовых (до 80 мм.) и медных (до 100 мм.) конструкций. Решение этой проблемы возможно при применении в плазматронах бинарной плазмообразующей смеси высокой теплопроводности (водород и аргон), используя принудительную закрутку анодной области (газово-вихревую, магнитную), что позволяет решить проблему сохранения стойкости электродов плазматрона катода и сопла при утилизации крупногабаритных толстолистовых корпусов (ракет, самолетов, бронированной техники, кораблей, подводных лодок и т. д.).

Цель диссертационной работы. Разработка технологий и технологических режимов резки крупногабаритных конструкций с повышенными толщинами и физико-механическими свойствами материалов плазменной дугой с увеличенной концентрацией аргоно - водородной плазмообразующей смеси.

Задачи диссертационного исследования: 1 Обосновать возможность использования в плазматроне бинарной плазмообразующей смеси газов с повышенной концентрацией водорода для резки крупногабаритных конструкций из специальных материалов с повышенными физико-механическими свойствами и толщинами.

2 Теоретически обосновать и экспериментально подтвердить способы создания плазменной дуги с магнитной и газово-вихревой закруткой анодной области для обеспечения необходимых режимов резки и сохранения стойкости сопла и катода.

3 Определить уровень амплитуды напряжения и частоту колебаний, которые должен обеспечивать источник питания для сохранения устойчивости технологического процесса резки.

4 Разработать технологические режимы плазменной резки корпусов крупногабаритных изделий с разными толщинами и физико-механическими свойствами материалов.

Объектом исследования являются технологические процессы плазменной резки крупногабаритных конструкций вооружения и военной техники (ракеты, самолеты, подводные лодки, надводные корабли, танки и

ДР-)

Предметом исследования выступают способы сохранения стойкости электродов и устойчивости дуги при работе плазматронов в бинарных плазмообразующих смесях на основе газов с высокой теплопроводностью.

Теоретической и методологической основой исследования послужили труды отечественных и зарубежных ученых в области плазменной резки и плазменной сварки; магнитных полей; тепловых балансов, электрических характеристик аргоно - водородной дуги с вихревой газовой стабилизацией и др. В качестве исходной информации использовались результаты исследований промышленного применения плазматронов с введением газов (в т.ч. с высокой теплопроводностью), материалы отраслевых научно - исследовательских институтов, опубликованные монографии, специализированные статьи и др.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту:

1 Предложено использовать для плазматронов бинарную смесь газов с соотношением 60% водорода и 40% аргона, что позволяет создать плазменную дугу, способную увеличить толщину разрезаемой специальной толстолистовой крупногабаритной конструкции со 100мм до 200мм, бронзы с 30мм до 80мм, меди с 40мм до 100мм.

2 Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены способы создания плазменной дуги, основанные на магнитной и газовой закрутке смеси газового потока (водород и аргон), который формируется таким образом, что в соплах по центру концентрируется плазменная дуга с максимальной температурой (водород), а в зонах, удаленных от центра температура снижается за счет кольцевой газовой оболочки инертного газа аргона, что позволяет обеспечить более высокие температуру, давление газов и их скорость на выходе, а также стойкость сопла и катода.

3 Определены уровни амплитуды напряжений и частоты колебаний, которые должен обеспечить источник питания плазматрона с крутопадающими внешними статическими характеристиками (70°-75°), для создания устойчивой плазменной дуги при изменении соотношений концентраций в бинарной смеси газов при резке крупногабаритных изделий корпусов из материалов, имеющих различные специальные физико-механические свойства и повышенную толщину.

4 Разработаны технологические режимы резки корпусов крупногабаритных изделий, основанные на создании необходимой плазменной дуги в зависимости от геометрических характеристик и свойств материалов.

Достоверность исследования. Достоверность теоретических положений, выводов и результатов, сформулированных в диссертации, подтверждается результатами экспериментальных исследований и практического применения.

Практическая значимость полученных результатов. Получены экспериментальные данные о влиянии плазмообразующего газа, в том числе с высокой теплопроводностью на стойкость электродов плазматрона и устойчивости дуги, позволяющие разрабатывать системы обеспечения устойчивости дуги, а также способы ее повышения в условиях промышленного производства. Разработана технология плазменной резки крупногабаритных конструкций с применением бинарной системы газов, используемой при утилизации военной техники.

Апробация работы. Результаты работы были доложены и обсуждены на научно-технических семинарах по специальности 05.03.06. «Технологии и машины сварочного производства» при Красноярском государственном техническом университете» в 2002 - 2005 гг., а также на Всероссийской с международным участием научно-технической конференции молодых ученых, посвященной 110-годовщине Дня радио, состоявшейся в городе Красноярске 5-6 мая 2005 года. Все разработки прошли апробацию и внедрение на ФГУП ПО «Электрохимический завод», г. Зеленогорск (ЗАТО) Красноярского края, в воинских частях №03059 (г. Красноярск) и №25920 (г. Зеленогорск).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ. Из них статей -11, докладов -1, общим объемом 44 страницы.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, выводов, списка используемых литературных источников. Общий объём диссертации-144 страницы, включающих 73 рисунка, 3 таблицы. Список литературы содержит - 84 наименования.

Общие выводы:

1. При введении водорода в состав плазмообразующей смеси мощность дуги увеличивается быстрее, чем суммарные тепловые потоки в электроды.

2. Тепловой поток в катод плазматрона при неизменной величине тока практически не изменяется при переходе от аргоновой к аргонно-водородной дуге, независимо от концентрации водорода в составе плазмообразующей смеси.

3. Тепловой поток в анод плазмотрона с увеличением расхода водорода возрастает, асимпотинически приближаясь к величине, определяемой силой тока.

4. При введении в состав плазмообразующей смеси водорода удельные тепловые потоки в анодной области превосходят допустимые значения для меди независимо от величины тока. Поэтому возможность длительной работы плазмотрона в водородосодержащей плазмообразующей смеси при неподвижной анодной области исключается.

5. При газовой вихревой закрутке анодной области, стойкость анода в водородосодержащей плазмообразующей смеси обеспечивается при ограниченной величине тока и при значительных расходах плазмообразующей смеси.

6. При магнитной закрутке анодной области высокая стойкость анода в водородосодержащей плазмообразующей смеси обеспечивается при практически неограниченных значениях тока и при расходах плазмообразующего газа, значительно меньших, чем при газовой вихревой закрутке анодной области. Однако при увеличении напряжённости магнитного поля до величины, обеспечивающей высокую способность анода, снижаться мощностью дуги и КПД плазмотрона.

7. При увеличении расхода водорода возрастает средняя величина напряжения на дуге и амплитуда характерных для стабилизированной дуги высокочастотных колебаний напряжения.

8. При магнитной закрутке анодной области амплитуда высокочастотных колебаний напряжения снижается при увеличении напряжённости магнитного поля в канале анода до значений, обеспечивающих высокую стойкость анода.

9. При прочих равных условиях устойчивость дуги независимо от химического состава плазмообразующей газовой смеси определяется амплитудой колебаний напряжения. Если каким-либо путём, например изменением способа закрутки анодной области, при неизменном химическом составе плазмообразующей смеси снижается амплитуда колебаний напряжения, то при этом возрастает устойчивость дуги.

Ю.При увеличении амплитуды высокочастотных колебаний напряжения для обеспечения устойчивости дуги должен возрастать угол наклона рабочих участков внешних статических характеристик источника питания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью настоящей работы являлось экспериментальное исследование функционирования плазматронов в бинарных плазмообразующих смесях на основе газов с высокой теплопроводностью с целью обеспечения стойкости электродов плазматрона и устойчивости дуги. Полученные данные должны лечь в основу принципов разработки оборудования и конкретных технологических процессов плазменной обработки.

Анализ литературы показал, что введение в состав плазмообразующей смеси газов с высокой теплопроводностью приводит к существенному изменению всего процесса плазменной обработки. С одной стороны, обеспечивается максимальная эффективность использования плазматрона как нагревателя благодаря повышению теплосодержания плазмообразующего газа. С другой стороны, ухудшаются условия функционирования плазматрона в связи со снижением стойкости электродов плазматрона и нарушением устойчивости дуги.

Одним из основных путей повышения стойкости электродов плазматрона является применение бинарных плазмообразующих смесей, в которых наряду с газами, обладающими высокой теплопроводностью, применяется аргон. Методом повышения устойчивости дуги является применение источников питания с крутопадающими внешними статическими характеристиками.

Отсутствие систематических исследований не обеспечило создание и широкое применение плазматронов, функционирующих в плазмообразующих смесях на основе газов с высокой теплопроводностью. Как правило, газ с высокой теплопроводностью вводится лишь как добавка к аргону.

В работе приведено описание экспериментальной установки и методики экспериментального исследования.

Экспериментальная установка включает в себя плазматроны с газовой вихревой и магнитной закруткой анодной области, источник питания дуги, приборы для определения электрических параметров дуги и тепловых потоков в электроды плазматрона.

Для сохранения устойчивости дуги в широком диапазоне расхода и состава плазмообразующей смеси и силы тока источник питания имеет крутопадающие рабочие участки внешних статических характеристик.

При разработке схемы электрических измерений учитывалась возможность появления колебаний напряжения и тока различных частот. Поэтому в процессе исследований проводилось определение не только средних, но и мгновенных значений электрических параметров дуги. Выбор типа осциллографа и измерительных вибраторов для исследований мгновенных значений тока и напряжения основывались на предварительных экспериментах, которые показали, что частота колебаний напряжения достигает нескольких килогерц при амплитуде от 1 до 25-30 В. Расчетным путем определено, что для регистрации колебаний с такими параметрами должны применяться вибраторы с собственной частотой колебаний не менее 10000 Гц, а скорость протяжки пленки должна быть не менее 5,0 м/сек.

Разработка схемы измерений тепловых потоков в электроды плазматрона основывалась на анализе известных типов калориметров: на проточной воде и парового. Основными достоинствами калориметра на проточной воде являются простота работы с ним , возможность применения при исследовании плазматронов любого типа и размера, возможность измерения больших тепловых потоков без опасности разрушения исследуемых электродов, малая длительность одного измерения. Недостатком калориметра на проточной воде является значительная погрешность измерения (не менее 7,5-10 %), практически не поддающаяся обсчету и переменная в процессе эксперимента. Паровой калориметр более сложен в изготовлении, велико время проведения одного измерения. При его использовании не удается обеспечить работу электрода без разрушения в условиях больших тепловых нагрузок. Основным достоинством парового калориметра является малая погрешность измерений (2,5-3,0 %), определяемая расчетным путем и неизменная в процессе исследований.

В настоящей работе калориметр на проточной воде применялся для исследования процессов, сопровождающихся значительным тепловыделением в электроды, и явился основным измерительным прибором.

Паровой калориметр применялся для уточнения данных, полученных при исследовании процессов на калориметре с проточной водой, сопровождающихся малыми тепловыми потоками в электроды и перегибами в зависимостях тепловых потоков. В связи с тем, что анодная область исследуемой дуги нефиксированная, все результаты экспериментов относились к заданной геометрии электродов плазматрона, неизменность которой в процессе исследований проверялась путем многократного повторения экспериментов.

Для сохранения неизменной геометрии электродов был разработан цикл формирования дуги при выводе ее на режим, который устанавливает определенную временную взаимосвязь основных варьируемых параметров процесса в наиболее напряженных, с точки зрения функционирования плазматрона, переходных режимах.

Предварительные эксперименты показали, что мгновенные и средние значения исследуемых параметров дуги определяются не только соответствующими моменту измерения значениями варьируемых параметров, но и предшествовавшим этому моменту состояния дуги. Поэтому цикл исследований какого-либо параметра на "режим функционирования плазматрона и проверялся при измерении с постоянной скоростью этого параметра от минимума до максимума и обратно без выключения дуги. По окончании каждого цикла измерений, общее число которых в зависимости от разброса полученных результатов составило 5-10, дуга выключилась. Обработка полученных результатов производилась путем определения средней величины исследуемого параметра и среднеквадратичной погрешности измерений.

Анализ точности измерения показал, что максимальные погрешности измерения тока и напряжения составляют ± 3 %,тепловых потоков ± 2,5 % при работе с паровым калориметром и не менее ± 10 % при работе с калориметром на проточной воде, расхода газов ± 2 %.

Получены результаты экспериментальных исследований, выполненных по разработанной методике, и приведен анализ этих результатов. Исследовался плазматрон с вольфрамовым стержневым катодом и медным формирующим соплом - анодом. Плазмообразующей служила аргоно-водородная смесь.

Анализ распределения тепловых потоков показал, что с увеличением расхода водорода общая мощность дуги возрастает быстрее, чем тепловые потоки в электроды. Благодаря этому при больших расходах водорода увеличиваются тепловая энергия, запасенная в плазмообразующем газе, КПД плазматрона. Тепловая энергия плазмообразующего газа, отнесенная к единице объема или массы плазмообразующего газа, при переходе от однокомпонентной аргоновой к аргоно-водородной дуге значительно возрастает. Благодаря этому повышается эффективность использования плазматрона как нагревателя при плазменной обработке.

Введение водорода в состав плазмообразующей смеси оказывает различное влияние на величину тепловых потоков в электроды плазматрона, тепловой поток в катод определяется силой тока и практически не зависит от расхода и состава плазмообразующей аргоно-водородной смеси.

Тепловой поток в анод зависит не только от силы тока, но также от расхода и состава плазмообразующей смеси. Введение водорода в состав газовой атмосферы дуги вызывает при неизменной величине тока увеличение теплового потока в анод. Однако, само по себе это увеличение не является причиной возможного разрушения анода плазматрона, функционирующего в водородосодержащей плазмообразующей смеси.

Анализ причин разрушения анода плазматрона показал, что при введении в состав плазмообразующей смеси водорода удельные тепловые потоки в анодной области дуги превосходят допустимые значения для меди, независимо от силы тока. Это позволяет сделать следующий вывод: возможность длительного функционирования плазматрона в водородосодержащей плазмообразующей смеси при неподвижной анодной области без разрушения анода исключается. Следовательно, применительно к водородосодержащим дугам, анодная область которых располагается внутри плазматрона, методом обеспечения длительного функционирования плазматрона является перемещение анодной области.

Были исследованы два способа принудительного перемещения анодной области в канале анода плазматрона, функционирующего в аргоно-водородной плазмообразующей смеси: газовая вихревая и магнитная закрутка. [71]

Исследования показали, что в зависимости от способа закрутки анодной области в канале анода изменяются характеристики плазматрона и стойкость анода. При газовой вихревой закрутке тепловая энергия, запасенная в плазмообразующем газе, и КПД плазматрона полностью определяются расходом водорода. Плотность же теплового потока в анод полностью определяется расходом аргона, снижаясь с увеличением его. Условием обеспечения длительного функционирования анода плазматрона без разрушения при газовой вихревой закрутке является значительный расход аргона.

При магнитной закрутке анодной области обеспечивается минимальная плотность теплового потока в анод при расходах аргона, значительно меньших, чем при газовой вихревой закрутке анодной области. Однако при этом снижается тепловая энергия, запасенная в газе, и КПД плазматрона.

Сравнение характеристик плазматронов с газовой вихревой и магнитной закруткой анодной области позволило определить рациональные области их применения.

В тех случаях, когда основным требованием процесса является высокая производительность и допустимо загрязнение конечных продуктов обработки до одного-полутора процентов материалом электродов, целесообразно применение плазматронов с газовой вихревой закруткой анодной области.

Если же основным требованием процесса является минимальное (не более 0,1-0,5 %) загрязнение обрабатываемых изделий материалов электродов, то применение плазматронов с магнитной закруткой анодной области. [72,73,74]

Исследование электрических параметров дуги показало, что введение водорода в состав плазмообразующей смеси сопровождается увеличением среднего значения напряжения и амплитуды высокочастотных колебаний напряжения. С увеличением расхода водорода амплитуда колебаний напряжения растет быстрее, чем среднее значение напряжения на дуге.

Средняя величина напряжения на дуге и амплитуда высокочастотных колебаний напряжения зависят не только от состава и расхода плазмообразующей смеси, но и от способа закрутки анодной области. Переход при неизменном составе и расходе плазмообразующей смеси от газовой вихревой к магнитной закрутке анодной области сопровождается снижением среднего значения напряжения и амплитуды высокочастотных колебаний напряжения.

Сравнение функционирования дуг с одинаковым химическим составом газовой атмосферы и с одинаковым углом наклона вольтамперных характеристик, построенных по средним значениям тока и напряжения, позволил сделать следующий вывод. Независимо от химического состава плазмообразующего газа устойчивость дуги зависит от амплитуды колебаний напряжения. Следовательно, меняя тем или иным способом, в частности, изменением метода закрутки анодной области, амплитуду колебаний напряжения можно регулировать устойчивостью дуги с газовой атмосферой постоянного химического состава. [75,76]

С увеличением амплитуды колебаний напряжения при неизменной крутизне вольт-амперных характеристик дуги, пропорционально возрастает и угол наклона рабочих участков внешних статических характеристик источника питания, обеспечивающий устойчивость дуги.

Исходя из условия устойчивости, минимальный угол наклона рабочих участков внешних статических характеристик источника питания аргоноводородной дуги с газовой вихревой закруткой анодной области должен составлять 70-75°, а аргоно-водородной дуги с магнитной закруткой анодной области - 40-45°. [77]

Результаты проведенных исследований легли в основу принципов разработки оборудования и конкретных технологических процессов плазменной обработки.

1. Синельков, К.Д. Лекции по физике плазмы / К.Д. Синельков, Б.Н. Рутиевич. Харьков: Харьковский ордена трудового Красного знамени государственный универсистет, 1964. - 234 с.

2. Тезисы докладов пятой Всесоюзной конференции по генераторам низкотемпературной плазмы. / ред. Коллегия. Болотов А.В., Гнездин Л.П., Жеенбаев Ж., Жуков М.Ф., Колонина Л.И., Поповин И.Г., Урюков Б.А., Ясько О.И. Новосибирск. 1972. - 440 с.

3. Гарин, Е.Н. Проблемы неустойчивости плазмы / Е.Н. Гарин // Вестник Красноярского государственного технического университета «Машиностроение». Красноярск. 2004. - № 36. - С. 37 - 41.

4. Быховский, Д.Г. Плазменная резка / Д.Г. Быховский. Ленинград «Машиностроение»., 1972. - 348 с.

5. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки: Учебник для вузов / Сост. А.И. Акулов, В.П. Алехин, С.И. Ермаков др.; Машиностроение. Москва, 2003. 437 с.

6. Куликов, В.П. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки / В.П. Куликов. Минск Эноперспектива., 2003. -311 с.

7. Медведев, А.Я. Установки плазменной резки / nvertec PC 40, 60, 100 / А.Я. Медведев // Сварочное производство. 1994. - №4. - С. 39-41.

8. Быховский, Д.Г. Электрические параметры водородосодержащей протяженной пространственно ограниченной дуги / Д.Г. Быховский, М.Г. Фридлянд, Ленинград: «Энергия», 1965 - 573 с.

9. Быховский, Д.Г. Газоэлектрическая резка металлов в судостроении / Д.Г. Быховский. Ленинград: «Судостроение»., 1964 - 337 с.

10. Ю.Трейстер, Р. Сорок четыре источника электропитания / Р. Трейстер, Дж. Мейо. Москва: Энергоатомиздат, 1990. 231 с.

11. Норманн, Д. Измерительные приборы для домашней лаборатории /

12. Д.Нюрман. Москва: «Энергоатомиздат», 1991 - 162 с. 12.Электротехника и электроника, учебное пособие / Сост. М.К. Бегева, И.Д. Златнев, П.Н. Новиков, Е.В. Шапкин; Высшая школа, - Москва, 1991 - 224 с.

13. И.Кутателидзе, С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление /

14. С.С. Кутателидзе. Москва: Энергоатомиздат., 1990. - 367 с. М.Васильев, К.В. Распределение тепловой энергии при воздушно-плазменной резке / К.В. Васильев // Тр ВНИИАВТОГЕНМАШа. - Москва. - 1982.-№12-С. 48-55.

15. Быховский, Д.Г. Исследования электрических параметров протяженной пространственно ограниченной дуги, горящей в среде аргона / Д.Г. Быховский, М.Г. Фридлянд, Ленинград: «Энергия», 1964 - 453 с.

16. Васильев, К.В. О некоторых свойствах проникающей режущей дуги / К.В. Васильев // Москва. Машгиз. 1960 - №7. - С. 67 - 86.

17. Васильев, К.В. Плазменнодуговая резка в машиностроении / К.В. Васильев. Москва: ЦИНТИМХИМНЕФТЕМАШ., 1967. - 380 с.

18. Васильев, К.В. О поведении режущей дуги при плазменно-дуговой резке металлов / К.В. Васильев. Москва: ЦИНТИМХИМНЕФТЕМАШ., 1976. -№21.-С. 51 -60.

19. Гарин, Е.Н. Влияние режима горения плазменной дуги на величину теплового потока в катод / Е.Н. Гарин, Ю.Г. Новосельцев // Вестник университетского комплекса. Красноярск. 2005. - № 4 (18). - С. 82 - 86.

20. Васильев, К.В. О нагреве плазменной в сврочных процессах / К.В. Васильев, А.А. Исадченко // Москва. Машгиз. 1960 - №6. - С. 147 - 150.

21. Ширшов И.Г. Плазменная резка / И.Г. Ширшов, В.Н. Котиков. -Ленинград: «Машиностроение», 1987. 192 с.

22. Руссо, В.Л. Дуговая сварка в инертных газах / В.Л. Руссо. Ленинград.: «Судостроение»., - 1984. - 318 с.

23. Баядьянов, Б.И. Расчет температур по длине вольфрамого электрода при аргонодуговой сварке / Б.Н. Бадьянов, В.А. Давыдов, А.В. Пантюхин // Сварочное производство. 1994. - №1. - С. 34 — 35.

24. Чемпен, С. Математическая теория неоднородных газов / С. Чемпен, Т.Кулич. Москва: Машгиз., 1960. - 245 с.

25. Гарин, Е.Н. Влияние режима горения плазменной дуги на величину теплового потока в атод / Е.Н. Гарин, Ю.Г. Новосельцев // Вестник университетского комплекса. Красноярск. 2005. - № 4 (18). - С. 86 -91.

26. Васильев, К.В. Плазменно-дуговая резка перспективный способ термической резки / К.В. Васильев // Сварочное производство. - 2002 -№9. - С. 26 - 28.

27. Васильев, В.К. Расчет глубины и зоны термического влияния при плазменно-дуговой при плазменно-дуговой резке / К.В. Васильев // Автоматическая сварка. — 1971. № 11. С. 29- 31.

28. Романов, Б.П. Теплообмен плазмы дуги с керамическим соплом аргоновой горелки. / Б.П. Романов, В.Ю. Евтюшкин, А.Н. Березтн // Сварочное производство. 2004. - №3. - С. 9 - 11.

29. Васильев, К.В. Скорости потоков плазмы и расплава при плазменной резке / К.В. Васильев // Тр ВНИИАВТОГЕНМАШа. Москва. - 1980. - С. 9-19.

30. Гарин, Е.Н. Тепловой баланс аргоно-водородной дуги с газовой вихревой стабилизацией / Е.Н. Гарин, Ю.Г. Новосельцев // Вестник университетского комплекса. Красноярск. 2005. - № 4 (18). - С. 91 - 99.

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

32. Шицин Ю.Г. Влияние полярности на тепловые нагрузки плазмотрона / Ю.Г. Шицин, О.А. Носолаков // Сварочное производство. 1997. - №3. -С. 23-25.

33. Васильев, К.В. Исследование теплового К.П.О. плазменно дуговой резки / К.В. Васильев // Тр ВНИИАВТОГЕНМАШа. Воронеж. - 1976. - №20. -С.З- 16.

34. Васильев, К.В. Исследование кислородно-дуговой резки сталей / К.В. Васильев // Москва. Машгиз. 1960. - №6. С. 49 - 79.

35. Головченко, B.C. Тепловая резка металлов в судостроении / B.C. Головченко. Ленинград: Судостроение., 1975. 417 с.

36. Чернышев, Г.Г. Сварочное дело: Сварка и резка металлов: Учебник для нач. проф. образования / Г.Г. Чернышев. Москва: И РПО; Проф. обр. издат., 2002-338 с.

37. Шоек П.А. Исследование баланса энергии на аноде сильнотечных дуг, горящих в атмосфере / П.А. Шоек. Москва: «Энергия» Современные проблемы теплообмена, - 1966. - 272 с.

38. Васильев, К.В. Исследование теплопередачи в металл при плазменно-дуговой резке / К.В. Васильев// Тр ВНИИАВТОГЕНМАШа. Москва. -1970.-№17-С. 74-85.

39. Минич, К.П.Угловые коэффициенты излуения между торцевой плоской стенной и внешней поверхности плоскости, образованной поаксиальными целиндрами / К.П. Минич // Ракетная техника и космонавтика. 1979. №12. С. 123- 125.

40. Гарин, Е.Н. Электрические характеристики аргоно-водородной дуги с газовой стабилизацией / Е.Н. Гарин, Ю.Г. Новосельцев // Вестник Красноярского государственного технического университета «Машиностроение». Красноярск. 2005. - № 38. - С. 83 - 85.

41. Васильев, К.В. О процессе резки сосредоточенной дугой / К.В. Васильев. -Москва: НТО Машпром, 1958. 328 с.

42. Васильев, К.В. Смесевые технологии — прогрессивное направление развития воздушно плазменной резки / К.В. Васильев // Москва: ЦИНТИМХИМНЕФТЕМАШ. - 1991. - С. 45 - 53.

43. Пикин, Ю.А. Шумовой фактор при плазменной резке металла / Ю.А. Пинин, О.И. Стеклов // Сварочное производство. 2002. - №9. - С. 51 -53.

44. Микроплазменная сварка / под редакцией Б. Е. Потона;Наукова думка. -Киев, 1979-245 с.

45. Severance, W. How plasma Arc Cuting cases / W. Severance, D Adeerson // Schweisste chnik. 1972. -№12. S. 555 - 558.

46. Седов, E.A. мир Электрошин / E.A. Седов. Москва: Молодая гвардия., -1990.-444 с.

47. Наука и человечество. / Сост. А.А. Логунов, А.П. Александров, Н.Г. Басов, Н.Н. Блохин, Б.В. Гнеденко и др.; «Знание». Москва, 1980 - 372 с.

48. Аквельт, М.Ю. Электротехника / М.Ю. Аквельт, Ю.Х. Пухляков, М.А. Ушаков. Москва: «Просвещение», 1964. - 534 с.

49. Франк Каменский, Д.А. Плазма - четвертое состояние вещества / Д.А. Франк - Каменский - Мостква: «Атомиздат»., 1975. - 152 с.

50. Арцимович, Л.А. Элементарная физика плазмы / Л.А. Аруимович. -Москва: «Просвещение»., 1986. 121 с.

51. Васильев, К. В. Газоэлектрическая резка металлов / К. В. Васильев. -Москва.: Государственное научно техническое издательство машиностроительной литературы., 1963. - 142 с.

52. Гарин, Е.Н. Методика исследования плазменной дуги / Е.Н. Гарин // Вестник Красноярского государственного технического университета «Машиностроение». Красноярск. 2005. - № 38. - С. 74 - 77.

53. Григорьев, JI.H. Расчет выхода оксидов азота при сварке / JI.H. Григорьев // технология судостроения. 1991. - №6. - С. 58 - 61.

54. Вальская, Э.Н. Образования окислов азота при плазменной резке металлов и их контроль / Э.Н. Вальская, JI.H. Григорьев, Ю.П. Губаков // Технология судостроения. 1984. - №8 - С. 76 - 79.

55. Васильев, К.В. К проблеме пор в сварочных швах после воздушно-плазменной резке / К.В. Васильев, JI.O. Нохлинян // 2 международный симпозиум общества сварщиков Японии. 1975. - С. 591 - 596.

56. Григорьев, JI.H. Сокращение выбросов оксидов азота при плазменной резке металлов / JI.H. Григорьев, И.Д. Иванов, JI.M. Матвеев // Технология судостроения. 1990 - №5. - С. 53 - 56.

57. Фролов, В.В. Физико-химические процессы в сварочной дуге / В.В. Фролов. Москва: Машгиз.,1954. - 327 с.

58. Григорьев, JI.H. Выбор способа очистки и обезвреживания выбросов в атмосферу / JI.H. Григорьев, M.JI. Молочников // технология судостроеия. -1991-№6.-С. 56-58.

59. Походня, И.К. Газы в сварных швах / И.К. Походня., Москва: «Машиностроение»., 1972 - 202 с.

60. Горбач, В.Д Снижение вредных выделений и отходов при плазменной резке металлов / В.Д. Горбач, Ю.А. Евдокимов, JI.H. Григорьев, JI.M. Исяков // «Сварочное производство». 2004 - №2. С. 47-53.

61. Поляков, В.А. Электротехника / В.А. Поляков. Москва: «Просвещение»., 1986.-421 с.

62. Петухов, Б.С. Теплообмен и сопротивление при ламинированном течении жидкости в трубах / Б.С. Петухов. Москва: «Энергия»., 1967. - 411 с.

63. Гарин, Е.Н. Электрические характеристики аргоновой дуги с газовой вихревой стабилизацией / Е.Н. Гарин, Ю.Г. Новосельцев // Вестник Красноярского государственного технического университета «Машиностроение». Красноярск. 2005. - № 38. - С. 54 - 57.

64. Повышение устойчивости плазмы при обработке металлов: «Современные проблемы радиоэлектроники». / Гл. ред. Громыко А.И.; Красноярский государственный технический университет, институт радиоэлектроники. -Красноярск, 2005. 408 с.

65. Эсибян, Э.М. Плазменно-дуговая аппаратура / Э.М. Эсибян. Киев: «Техники», 1971. - 164 с.

66. Шницин, В.Ю. Влияние полярности на тепловложение в сопло плазмотрона / В.Ю. Шницин, В.М. Язовских // Сварочное производство. -2002. -№1. -С. 17- 19.

67. Васильев, К.В. Воздушно-плазменная резка / К.В. Васильев // Москва: Машиностроение, 1976. 482 с.

68. Васильев, К.В. Промышленное примение высокоэффективного процесса супервоздушно-плазменной резки / К.В. Васильев, В.И. Кожевников, JI.O. Кохлинян // Сварочное производство. 1982. - №6. С. 13-14.

69. Корнелюк, Ю. М. Сварка меди под флюсом / Ю. М. Корнелюк. Москва: Машиностроение, 1967. - 368 с.

70. Васильев, К.В. Современные задачи и перспективы развития плазменно-дуговой резки / К.В. Васильев // Международная конференция ЭЛТЕХ2001. С.Петербург. - 2001. -С. 27 - 29.

71. Гузов, С.Г. Исследование влияния частоты кислорода на производительность и качество разделительной кислородной резки / С.Г. Гузов // Кислородной резка, сварка. Напыление пластмасс. ВНИИАВТОГЕНМАШ. 1954. - №4. С. 34 - 49.

72. Васильев, К.В. Плазменно-дуговая резка сталей / К.В. Васильев, А.А. Исаченко// Тр ВНИИАВТОГЕНМАШа. Москва. - 1967. - №14. - С. 37 -53.

73. Васильев, К.В. Применение кислородно-плазменной дуги для резки металлов / К.В. Васильев // Москва. Стройдор коммуникации. 1967. -№7.-С. 17-26.

74. Григорьев, Л.Н. Основные направления аспирационных выбрасов / Л.Н. Григорьев, Ю.А. Евдокимов, Л.М. Исяков // Охрана окружающей среды от загрязнений промышленными выбрасоми ЦБПП ПТА. 1981. - №9. - С. 149-152.

75. Рубцов, Н.А. Геометрические инварианты излучения / Н.А. Рубцов, В.А. Лебедев. Новосибирск: И.Т.СОАН СССР., - 1989 - 243 с.

76. Излучательные свойства твердых материалов. / Справочник под редакцией Л.Е. Шейдлина; «Энергия», МоскваО 1974. - 471 с.

77. Дюрренс, У.Х. Гиперзвуковые течения вязкого газа / У.Х. Дюрренс. -Москва: Мир, 1966. 443 с.

78. Арцимович, Л.А. Элементарная физика плазмы / Л.А. Аруимович. -Москва: «Атомиздат»., 1969. 188 с.

79. Новожилов, Н.М. Основы металлургии дуговой сварки в газах / Н.М. Новожилов. Москва: «Машиностроение»., 1979. - 324 с.

80. Думов, С.И. Технология электрической сварки плавлением / С.И. Думов,159