Применение технологии плазменной резки низколегированной высокопрочной стали

Application of Plasma Cutting Technology on Low Alloy High Strength Steel

Дайте определение высокопрочной стали с точки зрения плазменной резки и подробно расскажите о характеристиках применения технологии плазменной резки для высокопрочной стали. Процесс плазменной резки сравнивается с тремя другими широко используемыми процессами резки, и сравнивается влияние следующего процесса сварки на эти процессы резки. Проанализировать взаимосвязь между эффектом HAZ процесса воздушно-плазменной резки, качеством резки и стоимостью резки и описать требования к оборудованию для плазменной резки высокопрочной стали, мощность плазменной резки, регулировку высоты и систему числового программного управления с ЧПУ.

Концепция легированной высокопрочной стали

Низколегированная высокопрочная сталь (HSLA) или микролегированная сталь специально разработана для обеспечения лучших механических свойств и / или большей устойчивости к коррозии в окружающей среде, чем обычная углеродистая сталь при нормальных условиях, поскольку она разработана с учетом конкретных требований. Механические свойства требуют только нехимического состава. Содержание углерода в HSLA относительно низкое, W (C) = 0,05% ~ 0,25%. Цель состоит в том, чтобы обеспечить достаточную кузнечную способность и свариваемость. Содержание марганца не превышает 2,0%. Также присутствует небольшое количество компонентов хрома, никеля, молибдена, меди, азота, ванадия, ниобия, титана и циркония. Материалы HSLA часто используются в автомобилях, грузовиках, кранах, кораблях, мостах, американских горках и других конструкциях, которые специализируются на обработке больших нагрузок или требуют лучшего соотношения прочности к силе тяжести. При такой же прочности сталь HSLA обычно на 20-30% легче углеродистой стали.
HSLA можно разделить на следующие категории:
(1) Погодостойкая сталь. Он предназначен для демонстрации отличной устойчивости к коррозии в окружающей среде.
(2) Контролируемая прокатка стали. Процесс горячей прокатки выполняется в соответствии с заданным планом прокатки, и его цель состоит в том, чтобы разработать аустенитную структуру с высокой формуемостью, чтобы она могла быть преобразована в чрезвычайно мелкую равноосную ферритную структуру во время охлаждения.
3. Восстановление перлита в стали. Твердость повышается за счет мелкозернистого феррита и фазы дисперсионного твердения, но из-за очень низкого содержания углерода в микроструктуре практически отсутствует перлит.
(4) Микролегированная сталь. За счет добавления небольшого количества ниобия, ванадия и (или) титана размер частиц и (или) дисперсионное твердение улучшаются.
(5) Игольчатая ферритная сталь. Очень низкое содержание углерода обладает достаточной способностью к упрочнению и может быть преобразовано в очень тонкую высокопрочную игольчатую ферритную структуру во время процесса охлаждения вместо традиционной многоугольной ферритной структуры.
(6) Двухфазная сталь. После переработки в ферритную микроструктуру, содержащую высокоуглеродистый мартенсит, равномерно распределенный на небольших площадях, продукт имеет как низкий предел текучести, так и высокую скорость деформационного упрочнения, благодаря чему получается высокопрочная сталь с превосходной формуемостью.

cnc plasma oxy-fuel cutting machine

Как резать стальную пластину HSLA?

Существует четыре практических процесса резки стальных листов HSLA.
(1) Плазменная резка
В процессе плазменной резки можно резать все проводящие материалы, такие как стальные пластины, пластины из нержавеющей стали, алюминиевые пластины и т. Д. Толщина углеродистой стали составляет 0,5-50 мм, а толщина нержавеющей стали может достигать 160 мм. В процессе плазменной резки можно использовать воздух, O2, N2, Ar / H2 или другие смешанные газы. Газ выдувается из режущего сопла с высокой скоростью, и на поверхности детали через электрод режущего сопла образуется дуга, и часть газа превращается в плазму. Плазменный газ с температурой до 30 000 ° C плавит разрезанный металл и быстро перемещается, чтобы выдуть воду из расплавленного металла из отверстия для резки.
(2) Газовая резка
В процессе газовой резки, в зависимости от газа, резак может нагреть до 3500 ℃, чтобы нагреть низкоуглеродистую сталь (другие металлы нельзя резать) до температуры плавления, а затем поток кислорода направляется на металл. сжечь металл до окисления. Материал вытекает из разреза в виде шлака.
(3) Лазерная резка
При лазерной резке используется световая энергия с длиной волны 488–10 600 нм и различные типы газов (например, N2, O2, воздух) для резки всех видов металлических материалов и неметаллических материалов, таких как дерево, стекло и волокна. Такие как углекислый лазер, твердотельный (YAG) лазер, волоконный лазер и полупроводниковый лазер.
Энергопотребление при лазерной резке примерно в два раза выше, чем при плазменной резке, а для резки цветных металлов требуется высокое давление и высокая производительность N2 (использование газа примерно в 35 раз больше, чем при плазменной резке), а стоимость режущего материала и толстые пластины высоки. Скорость лазерной резки тонких листов очень высока, но когда толщина листа больше 10 мм, скорость резки значительно снижается, а время перфорации увеличивается.
(4) гидроабразивная резка
Waterjet - это промышленный режущий инструмент, который может резать самые разные материалы. Он использует воду под очень высоким давлением для резки более мягких материалов, таких как дерево или резина, или использует смесь воды и абразивов для резки более твердых материалов, таких как металл или гранитный камень. Процесс гидроабразивной резки обычно используется при производстве механических деталей. Когда разрезаемый материал очень чувствителен к высоким температурам, возникающим при других процессах резки, струи воды являются лучшим методом резки. Гидроабразивная резка широко используется при операциях резки, формовки и развёртывания в различных отраслях промышленности, таких как горнодобывающая и аэрокосмическая.
Недостатком процесса гидроабразивной резки является то, что скорость резки металла очень мала, а абразивный материал необходимо постоянно добавлять в струю высокого давления, поэтому производительность низкая, стоимость абразива выше, а почасовая стоимость очень высока. Плазменная резка может обеспечить качество резки, аналогичное гидроабразивной резке, но скорость резки выше, а стоимость производства чрезвычайно низка. Поэтому во многих случаях это отличная альтернатива гидроабразивной резке.
В Таблице 1 представлена сводная информация о четырех вышеуказанных процессах резки.

Метод Качество резки Преимущества и недостатки Толщина / мм
Струя воды Высокое качество резки
Высокая точность
Средняя повторяемость обработки
Медленный
Средняя инвестиционная стоимость оборудования
Высокие эксплуатационные расходы
1~50
Кислородно-топливная Низкое качество резки
Низкая точность
Высокая способность к повторяющейся обработке
Медленный
Низкие инвестиционные затраты на оборудование
Высокие эксплуатационные расходы
30~300
Плазма Среднее качество резки
Средняя точность
Низкая повторяемость обработки
высокоскоростной
Низкие инвестиционные затраты на оборудование
Низкие эксплуатационные расходы
5~50
Лазер Высокое качество резки
Высокая точность
Высокая способность к повторяющейся обработке
высокоскоростной
Низкие инвестиционные затраты на оборудование
Высокие эксплуатационные расходы
1~12

Таблица 2 представляет собой сводный рейтинг производительности четырех процессов резки, один - лучший, а четыре - худший. Зона термического влияния (HAZ) является ключевым показателем при массовом применении HSLA, потому что HAZ необходимо устранять во многих случаях для достижения наилучшей паяемости. Хотя процесс гидроабразивной резки может обеспечить наилучшие характеристики в зоне термического влияния (без зоны термического влияния), его сверхмедленная скорость резки толстых листов, несомненно, ограничивает практическое использование этого процесса. Лазерная резка уступает только гидроабразивной резке и является предпочтительным процессом для резки тонких листов. Однако из-за высоких начальных вложений многие потенциальные пользователи не станут выбирать лазерную резку. Таким образом, процесс плазменной резки стал первым выбором для резки HSLA из-за его хорошей производительности и гибкости.

Проект Плазма Кислородно-топливная Лазер Струя воды
Зона теплового воздействия (HAZ) 3 4 2 1
Скорость резки (пластины толщиной до 6 мм) 2 3 1 4
Скорость резки (толщина доски более 6 мм) 1 3 2 4
Первоначальная инвестиционная стоимость 2 1 4 3
Стоимость резки 1 2 3 4
Точность 3 4 1 2
Толщина материала 2 1 4 3
cnc plasma oxy-fuel cutting machine 1

Системные требования для плазменной резки HSLA

Система плазменной резки состоит из источника питания, блока управления газом, резака и системы числового программного управления с ЧПУ.

1. Плазменная система питания

Источник питания плазмы разработан по принципу генерации плазменной дуги. В источнике питания для плазменной резки в качестве рабочего газа используется сжатый воздух, а в качестве источника тепла - высокотемпературная и высокоскоростная плазменная дуга для частичного плавления разрезаемого металла и одновременного выдувания расплавленного металла высокоскоростным потоком воздуха. сформировать узкую щель для достижения цели резки. В конструкции источника питания плазмы используется инновационная инверторная технология, технология последовательного подключения входных / выходных сигналов для достижения неограниченной связи между источником питания плазмы, системой управления ЧПУ и газовым управлением, а общая эффективность системы значительно повышена. Оборудование, управляемое микропроцессором, может предоставлять подробную рабочую информацию в режиме реального времени. В высокоинтегрированной системе плазменной резки эту информацию можно напрямую отобразить в системе управления ЧПУ, чтобы пользователи могли точно понять текущие условия работы системы в режиме реального времени.

2. Резак и изнашиваемые детали

Резак является ключевым элементом для создания плазменной дуги и резки. В электроде горелки обычно используется вольфрамовый электрод с непрямым водяным охлаждением. Рабочий газ может быть O2, N2, воздухом или смесью Ar / H2, а защитный газ может быть O2, N2, Ar или водой. Современные резаки обладают большей способностью прожигания, а дуга высокой плотности значительно улучшает качество резки, достигая эффекта небольших прорезей, плоских разрезов и небольшой деформации материала. Новая технология быстрого держателя карты делает замену быстроизнашивающихся деталей удобной и позволяет сократить время в истории, значительно сокращая время простоя, вызванное заменой изношенных деталей.

Arc voltage height regulator

3. Регулировка высоты

Управление регулировкой высоты заключается в использовании основных характеристик постоянного тока источника питания плазменной резки для измерения изменения высоты резака в процессе плазменной резки путем обнаружения изменения напряжения плазменной дуги и реализации управления высотой резака. Базовые функции обычно включают в себя начальное автоматическое позиционирование, пусковые функции пробивки и отключения дуги, предотвращение столкновений резака, контроль отображения заданного и фактического напряжения дуги, ручное и автоматическое управление и т. Д.

4. Система управления ЧПУ

Чтобы добиться высокоскоростной и высокоточной чистовой обработки контура поверхности, необходимо улучшить возможности интерпретации и обработки крошечных сегментов контурной линии, а также производительность сервопривода. Система ЧПУ должна иметь достаточно высокую скорость обработки данных, чтобы точно контролировать траекторию шагания режущего стола, чтобы гарантировать высокую точность, повторяемость, скорость и ускорение, чтобы достичь наилучшего качества резки стального листа HSLA.
В процессе плазменной резки в качестве плазменного газа для резки углеродистой стали можно использовать O2 или воздух. Хотя воздух дешевле O2, у него есть очевидные недостатки по сравнению с использованием O2. При использовании воздуха в качестве плазменного газа концентрация нитратов на поверхности резки очень высока, поэтому требуется вторичная обработка перед сваркой, что увеличивает рабочую нагрузку и стоимость. Если используется O2, в большинстве случаев вторичная обработка не требуется. При резке листов HSLA в большинстве случаев необходимо удалить зону термического влияния.
Еще одно преимущество высокоточной системы плазменной резки состоит в том, что плазменная дуга с сильными ограничениями приводит к меньшей ширине щели и меньшему уклону поверхности резки, что приводит к меньшей зоне термического влияния. Оснащенный профессиональным контроллером высоты и системой числового программного управления с ЧПУ, можно добиться наилучшего эффекта резки. Регулировка высоты является ключевым элементом, позволяющим избежать повреждения расходных деталей плазменного резака во время зажигания дуги, особенно при резке высокопрочной стали и баллистической стали. Регулировка высоты может реализовывать такие функции, как перфорация, втягивание и задержка подъема для оптимизации производительности перфорации. Если система числового программного управления с ЧПУ полностью интегрирована в систему плазменной резки, производительность резки может быть дополнительно улучшена за счет улучшения входа и выхода шага и оптимизации качества резки отверстий.

В целом, интегрированная система плазменной резки - лучший выбор для резки HSLA (низколегированной высокопрочной стали) с точки зрения производительности, стоимости резки и удобства использования. Хотя другие процессы резки могут обеспечить лучшую производительность резки, они имеют другие недостатки, такие как низкая гибкость, низкая скорость резки или высокие начальные инвестиционные затраты.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Пролистать наверх