CONSIDERAłII ASUPRA TEHNOLOGIILOR MODERNE DE TĂIERE ...

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

Ing. Alexandru VAS TEZ DE DOCTORAT - 1 -

UNIVERSITATEA ,,TRANSILVANIA BRAOV

FACULTATEA DE TIINA I INGINERIA MATERIALELOR

Ing. Alexandru Livius VAS

CONSIDERAII ASUPRA TEHNOLOGIILOR MODERNE DE TIERE MECANIZAT CU

PLASM

CONSIDERATIONS ON MODERN TECHNOLOGY FOR

CUTTING MECHANIZED PLASMA

Rezumatul tezei de doctorat

Conductor tiinific

Prof. Dr. Ing. Radu IOVNA

BRAOV 2010

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

Ing. Alexandru VAS TEZ DE DOCTORAT

- 2 -

CUPRINS Introducere

Cap. 1. Consideraii privind stadiul actual al procedeelor de tiere

termic 1. Consideraii teoretice privind procedeele de

tiere termic 5 1.1. Clasificarea procedeelor de tiere termic 5 1.2. Direciile de devoltare a tierii termice cu plasm 6 1.3. Evoluia principiilor de funcionare ale

generatoarelor de tiere cu plasm 7 1.4. Variante constructive ale generatoarelor de

tiere cu plasm 13 1.5. Procedee de tiere cu plasm de nalt preciyie

i productivitate 15 1.6. Instalaii de tiere cu plasm de ultim generaie 15 1.7. Concluzii cu privire la caracteristicile constructive

i a performanelor generatoarelor cu plasm 16 Cap. 2. Obiectivele tezei de doctorat 2.1. Contextul tiinific 17 2.2. Delimitarea domeniului de cercetare 17 2.3. Obiectivele tezei de doctorat 18 Cap. 3. Consideraii de ordin tehnologic cu privire la alegerea

procedeului de tiere cu plasm 3.1. Parametrii regimurilor de tiere pentru diferite

materiale cu gaze de protecie diferite 19 3.2. Clasificarea performanelor generatoarelor de

plasm 19 3.3. Aspectul suprafeelor rezultate la tierea cu

plasm, analizarea defectelor i cauzele lor 21 3.4. Microstructuri ale probelor prelevate din

materialul de baz i din zona influienat termic a materialelor tiate 24

Concluzii 29



- 3 -

Cap.4. Cecetri experimentale privind determinarea duratei de via a electrozilor de tiere cu plasm i crearea unui echipament electronic de determinare a eroziunii electrodului

4.1. Obiective propuse i metodologia cercetrilor

experimentale 31 4.2. Cercetri i experimentri cu echipamentul

electronic de determinare a eroziunii electrodului 32 4.2.1. Cercetri privind variaia eroziunii h funcie de

numarul de aprinderi si ore de funcionare 33 4.2.2. Etalonarea numrtorului i cronometrului

electronic 37 4.2.3. Teste cu diferite tipuri de echipamente de tiere

cu plasm 46 Concluzii 53 Bibliografie selectiv 55 Lucrri tiinifice ,Contracte de cercetare 58 Curriculum vitae 63



- 4 -

INTRODUCERE

Dezvoltarea i extinderea progresului tiinei i tehnicii n toate ramurile economiei,creterea exigenei societaii n general, a condus la promovarea unor tehnici noi.Astfel cerinele actuale au impus implementarea n practica industriala a unor concepii noi in prelucrarea materialelor.

Apariia i dezvoltarea anumitelor domenii, a condus la naterea noiunilor de fiabilitate, mentenabilitate, disponibilitate care reflect ntr-o manier tiinific modul de comportare al produselor n faza de exploatare n raport cu timpul.

n acest context tierea termica cu plasma aduce o contribuie deosebita, in promovarea unor tehnici de vrf, dezvoltnd sursele de energie concentrata. Rezolvarea unor probleme fundamentale la generarea plasmei i aplicarea acestora la construcia generatoarelor de plasma din ara noastr, au contribuit la utilizarea plasmei pe plan mondial i n Romnia in mod special. Pentru sprijinul acordat de-a lungul ntregii perioade de realizare a lucrrii,adresez cu deosebit respect i consideraie cele mai sincere mulumiri Domnului Prof.dr.Ing.Radu Iovana n calitate de conductor tiinific. Mulumesc conducerii Universitii Transilvaniadin Braov, Facultailor de Inginerie Tehnologic i tiina i Ingineria Materialelor, Domnului Prof.dr.Ing.Teodor Machedon , Domnului Prof.dr.Ing. Mircea ierean precum i cadrelor didactice i personalului tehnic de la Catedra. Ingineria Materialelor si Sudarii , pentru sprijinul acordat pe tot parcursul realizrii lucrarii. Aduc cele mai profunde mulumiri si recunotiin domnului ing. Dorin Matei i ntregului colectiv de la SC CMMETAL SRL pentru tot sprijinul profesional i material pe care l-am primit pentru formarea i cariera mea profesional. Nu in ultimul rnd mulumesc familiei mele pentru sprijinul,rbdarea i ncrederea de care a dat dovad. Braov, februarie 2010



- 5 -

Cap. 1. Consideraii privind stadiul actual al procedeelor de tiere termic

Sub denumirea generic de tiere termic se neleg procedeele de tiere prin topire sau ardere cu ajutorul unei surse termice. n aceast grup intr procedeele de tiere cu flacr oxigaz, arc electric i laser. Teza de doctorat se refer n primul rnd la tierea cu arc electric trangulat de gazul plasmagen i duza, cunoscut ca tierea cu plasm .

1. Consideraii teoretice privind procedeele de tiere termic

Sunt cunoscute dezvoltrile spectaculoase din ultimii ani a procedeelor de tiere termic, datorit avantajelor de ordin tehnic i economic n comparaie cu prelucrrile mecanice clasice. La alegerea procedeului de tiere trebuie s se in seama de nivelul calitii tierii, a preciziei privind dimensiunile geometrice ale materialului prelucrat i nu n ultimul rnd cheltuielile specifice ale tieturii. Sub acest aspect pot fi luate n consideraie: tierea cu oxigen, tierea cu arc de plasm i tierea cu fascicul laser.

1.1.Clasificarea procedeelor de tiere termic Pentru a avea o imagine asupra utilizrii procedeelor de tiere termic ce se refer la oelul carbon, prezentm n figura 1.1 o clasificare ale acestor procedee.

Figura 1.1. Clasificarea procedeelor de tiere cu oxi-gaz, plasma de oxigen,plasma

de nalt precizie i laser pentru oel carbon



- 6 -

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

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

plasm i laser

1.2. Direciile de dezvoltare a tierii termice cu plasm Direciile de dezvoltare a tierii termice cu plasm sunt ndreptate spre gsirea

unor soluii prin care s creasc gradul de concentrare al arcului de plasm prin mrirea densitii de curent.

Instalaia prezentat n figura 1.6. conceput de compania HYPERTHERM este echipat tot cu un generator de plasm care utilizeaz dou gaze; unul plasmagen, al doilea drept gaz de protecie. Principiul de funcionare a generatorului Nertajet OCP 150, gaz plasmagen (1) azot, gaz secundar (2) azot n amestec cu oxigen, sau cu metan,este prezentat in figura 1.6



- 7 -

Figura 1.6 a. Generatorul Nertajet OCP 150, b. Principiul de funcionare a

generatorului Nertajet OCP 150

Parametrii regimului de tiere sunt prezentate n tabelul 1. 2. Tabelul 1.2. Parametrii regimului de tiere n funcie de calitatea materialului [5]

Material

Curent

A

Grosimea

mm

Viteza

de tiere mm/min.

Material

Curent

A

Grosimea

mm

Viteza

de

tiere mm/

min. 1 3555 1 5460 4 940 2 3935

30

6 635 2 5715

45

4 1520 2 8890 6 915 4 3050 8 710 6 1270

70

10 455 8 1140 6 3680

70

8 2795 6 1650

100

12 1850 8 1525 200 10 3175

100

12 1015 12 2515 10 2030 14 2055 12 1905 20 1650 15 1650

Oeluri slab aliate O2 plasm O2 + N2 gaz de protecie

25 890

Oeluri inoxidabile N2 plasm N2 gaz de protecie

200

20 1270



- 8 -

1.3. Evoluia pricipiilor de funcionare ale generatoarelor de tiere cu plasm

Evoluia principiilor de funcionare ale generatoarelor de tiere cu plasm i performanele din ultimii ani i pn n prezent sunt prezentate n tabelul 1.3. Tabelul 1.3. Evoluia principiilor procedeelor de tiere cu plasm

Nr. crt.

Procedee de tiere cu

arc de plasm i

gaze plasmagene

folosite

Locul unde s-a

dezvoltat

Perioada dezvoltrii

i domeniul

de utilizare

Domeniul curenilor de tiere

Principii constructive

ale generatorului

de plasm

Observaii

0 1 2 3 4 5 6 SUA i Europa 1957

Oeluri inoxidabile, aluminiu,

cupru max. 120 mm la inox si 150

mm la aluminiu

120 600A Electrod de Wolfram, rcire cu ap n circuit

nchis, injecie de gaz axial

1 Tiere cu plasm de argon sau amestec de

argon + hidrogen

Azot +hidrogen Argon + azot +

hidrogen

Japonia 1965 1975 120 mm

pentru inox, 150 mm Al

120 300 A Similar ca n Europa i SUA

2 Tiere cu plasm de azot

drept gaz plasmagen i cu

gaz secundar aer

Europa 1967, grosime 120 mm pt

inox, 150 mm pt. Al.

120 600 A Electrod din wolfram, rcire cu

ap, admisia de gaz turbionar n interior cu gaz plasmagen i n exterior cu gaz

secundar

n Romnia s-a dezvoltat n baza

brevetului romnesc 51256/ 1967 i acelai

brevet acceptat i n SUA, Anglia,

Germania, Austria .a. Titlul inveniei

romneti Generator de

plasm cu focalizare

magnetic i admisie de gaz suplimentar n

exteriorul ajutajului.

Europa i SUA 1968, oeluri slab aliate

pn la 30 mm grosime

50 100 A Electrod din Zirconiu sau

Hafniu. Admisie de gaz plasmagen

turbionar

Se folosete i n prezent

3 Tiere cu plasm de aer

sau oxigen

Japonia 1973 1993 oel naval 5-

40 mm grosime

80 250 A Similar ca n Europa i SUA

4 Tiere cu Japonia 1980 1983 15 80 A RCIRE Nu se folosete



- 9 -

Oeluri slab aliate i navale

(3-12 mm)

DIRECT CU AER. Nu s-a rspndit pt.

tierea mecanizat. Se

folosete numai la tierea manual.

plasm de azot sau aer, prin

contact direct ntre duz i tabla de tiat

Europa 1987 (3 6 mm)

15 40 A Similar ca n Japonia.

5 Tiere cu plasm de azot

cu injecie exterioar de

ap

Europa 1965 - 1968 50 200 A Electrod din carbine. Admisie de gaz turbionar

Nu s-a rspndit

6 Tiere cu plasm de argon sau azot sub ap

pt. reducerea noxelor

Europa 1977, oeluri aliate i

nealiate (5-40 mm)

120 400 A Rcire cu ap. Electrod din Wolfram sau

Zirconiu

Nu s-a rspndit din cauza producerii

hidrogenului n ap prin disociere, cu pericol mare de

explozie. 7 Tiere cu

plasm de aer cu costuri

reduse

Japonia (Tanaka) i n

Europa din 1986

1983 1999. Oeluri carbon

(3-35 mm) 1986 1999 n Europa (5-

25 mm)

10 140 A Electrozidin Zr sau Hf, rcire cu

aer

Foarte rspndit n Japonia i n

prezent n Europa, mai ales la tiere

manual.

8 Tiere cu plasm de

oxigen sau azot sub ap i

injecie de ap cu dou duze

SUA HYPERTHERM

1983 Oel carbon

pn la 32 mm i aluminiu cu 760 A cu azot pn la 75 mm

Maximum 340 A pentru oxigen i 760 A pentru azot

Rcire cu ap. Electrod din

Hafniu. Generatorul este scufundat n ap, ceea ce asigur rcirea duzei.

Rspndit n SUA i Europa

9 Tiere cu plasm de

oxigen sau azot sub ap i

injecie de ap cu dou duze

(duza exterioar poate fi i din

ceramic)

SUA Hypertherm i LTEC ESAB

1990 Oeluri pentru

industria naval

260 A pt. 8-25 mm

340 A pt. 8-32 mm

260 A sau 340 A

Rcire cu ap. Electrod din

Hafniu cu inserie de Ag-Ni pentru a

mri rcirea i durata de via a electrodului. Se regleaz debitul

de gaz i curentul de taiere dup

program

Rspndit n SUA i Europa. Prin

opiune se poate echipa i cu

dispozitive pt. sanfrenare. Este prevzut i cu nsemnarea

reperelor prin vopsire sau gravare cu jet de plasm cu programarea CNC

10 Tiere cu plasm de

oxigen cu dou duze cu gaz de

protectie

Japonia KOMATSU, TANAKA i

KOIKE

1991 Oeluri pentru

industria naval 8-45 mm la 120

450 A

120 450 A Rcire cu ap. Electrod din Hf. Prin modificarea debitului gazului de protecie se

schimb unghiul de nclinare a

deeului. Partea activ rmne perpendicular

11 Tiere cu plasm de

oxigen de nalt precizie cu o

singur duz i

Japonia KOMATSU Co.

1989 Oeluri aliate i nealiate 0,5-8 mm la 5-40 A i 3-12 mm

5-40 A li

12-90 A

Rcire cu ap. Electrod din Hf.

Turbionare puternic a

gazului



- 10 -

gaz plasmagen n cmp magnetic

la 12-90 A plasmagen, suprapus n cmp

magnetic, care modific unghiul

de nclinare a feelor. Faa activ este

perpendicular, iar faa deeului

rmne nclinat. 12 Tierea cu

plasm de oxigen de nalt

precizie cu turbionare

puternic n interior realizat prin evacuarea unei pri din

gazul plasmagen n

exterior i introducerea ntre duze a

gazului suplimentar tot

turbionar

SUA HYPERTHERM

1991 Oeluri aliate i nealiate de

0,5 mm grosime la

15A i 15 mm pentru 100 A.

n 2002 2007

domeniul grosimilor

mari s-a extins la 75 mm

(tabelul II/ 9)

16 100 A

I5 260 A

Rcire cu ap Electrod in HF cu inserie de Ag-Ni. Reglarea debitelor

de gaze se realizeaz n

timpul procesului de tiere. Se

regleaz att gazul plasmagen prin

valoarea debitului de gaz plasmagen

evacuat n atmosfer, ct i

prin valoarea gazului

suplimentar introdus ntre

duze.

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

Figura 1.8.Costurile tierii cu laser si plasm



- 11 -

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

Figura 1.9 Variaia vitezei de tiere n funcie de grosime la tierea oelului carbon

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

Figura 1.11 Evoluia dezvoltrii generatoarelor de plasm folosind diferite gaze

Diferite moduri de realizare a injeciei de gaze i vrtejuri



- 12 -

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

turbionar + injecie de gaz de protecie

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

Figura 1.16 Electrod nou cu tiftul de hafniu presat n mantaua din cupru

Pata catodic care se formeaz dup aprindere datorit curentului se topete i n contact cu gazul plasmagen cu coninut de oxigen,se oxideaz formnd o pelicul foarte subire de oxid de zirconiu sau hafniu .

Figura 1.14 Injecii cu dou gaze

turbionare :gaz plasmagen pentru centrare i

protecie pentru rcire si tiere

Figura 1.15 Injecii cu dou gaze

turbionare : gaz plasmagen turbionar i

turbion de apa pentru protecie i

constrngere



- 13 -

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

Oxidul are o putere de emisie de electroni foarte bun i plutete pe un al doilea strat format din nitruri de zirconiu sub 0,1 mm.

n tabelul 1.4 se prezint problemele cu care se confrunt specialitii din domeniu atunci cnd trebuie s aleag sau s renune la un anumit procedeu. Tabelul 1.4 Avantaje i dezavantaje ale unor procedee de tiere termic

Procedeu Avantaje Dezavantaje

Tiere oxigaz

Grosimi mari (> 500 mm), investiie redus, cost redus de exploatare, tierea n orice poziie, arztoare multiple pe aceeai instalaie

Pot fi tiate numai oelurile carbon, vitez mic de tiere la grosimi mai mari de 30 mm, deformaii, ZIT mare, genereaz tensiuni i deformaii sub aciunea cldurii, calitatea este influenat de starea suprafeelor.

Tierea cu plasm

Vitez ridicat de tiere, precizie mare a tieturilor, lime mic a ZIT, investiie moderat, uor de utilizat.

Tieturi cu nclinaie pronunat a feelor la tierea clasic cu plasm

Tierea cu laser

Vitez mare de tiere a pieselor subiri, precizie mrit tieturi fine, care conduce la economie de material, ZIT redus, fr deformaii, form nelimitat a tieturilor.

Unele materiale nu pot fi tiate (cuprul de exemplu), investiii ridicate, randament sczut, cost de ntreinere ridicat, grosimi reduse



- 14 -

Tierea cu jet de ap

cldurii reduse, fr gaze sau fum toxic, forma geometric a tieturilor nelimitat.

uzura rapid a diuzei, zgomot foarte mare, cost ridicat al instalaiei.

1.4. Variante constructive ale generatoarelor de tiere cu plasm Tierea cu plasm de aer S-a utilizat la tierea oelurilor carbon ncepnd cu anul 1980. Principiul procedeului a fost prezentat in figura 1.20 .

Figura 1.20 Procedeul de tiere cu plasm de aer

La grosimi de 12 mm oel carbon pot fi atinse viteze de 2-2,5 m/ min ceea ce determina un pre de cost de cca. 20 de ori mai mic fa de tierea oxigaz. Tierea cu gaz de protectie (secundar)

n figura 1.21 s-a prezentat principiul tierii cu gaz secundar (gaz de protecie).

Figura 1.21 Principiul tierii cu gaz secundar

Tierea cu plasm de azot i vrtej de ap Procedeul este utilizat pentru tierea mecanizat a oelurilor. Apa sub form de

vrtej (vortex), permite o trangulare mrit a arcului, o rcire a prii inferioare a duzei, precum i o reducere a fumului i a deformaiilor piesei n timpul tierii figura 1.22.

Gaz plasmagen

Suport electrod

Diuz constrngere arc

Canale rcire cu ap

Vortex de gaz

Pastil de hafniu

(aer, oxigen)



- 15 -

Figura 1.22 Tierea cu plasm de azot i vrtej de ap

Tierea cu plasm de oxigen n jurul electrodului se creeaz un vrtej de gaz plasmagen pentru a crea o

depresiune n axa electrodului ceea ce menine arcul de plasm centrat pe plcua de hafniu i reduce uzura acestuia figura 1.23.

Figura 1.23 Tierea cu plasm de oxigen

1.5.Procedee de tiere cu plasm de nalta precizie i productivitate Caracteristicile principale ale procedeelor de tiere de inalt precizie i productivitate HTPAC

nainte de a ameliora calitatea tieturii i de a concura tierea laser, generatoarele de plasm au fost aduse n stadiul n care, se poate obine un arc foarte puternic constrns. Aceste sisteme poart numele de HTPAC.

(+)

(-)Electrod

material ceramic

Tabla

Plasma

Diuza exterioar din

Vortex de ap

Azot (gaz plasmagen)



- 16 -

Figura 1.24 Schema de principiu generator de plasm HTPAC

Concluzii Principalele caracteristici ale procedeelor de tiere de tip HTPAC sunt:

- calitatea tieturii se situeaz ntre tierea cu plasm clasic i tierea cu laser; - viteza de tiere este echivalent cu cea de la tierea cu laser; - cost inferior fa de tierea cu laser; - domeniul optim de grosimi este ntre 1,6 i 6,4 mm; - maina de debitat trebuie s fie de nalt precizie pentru a asigura stabilitatea

generatorului de plasm; - tierea d rezultate optime la aluminiu i oeluri carbon obinuite; - noxe reduse.

1.6. Instalaii de tiere cu plasm din ultima generaie

Printre nouti se poate aminti realizarea unui vrtej special de gaz adugnd azot n debitul de oxigen la nceputul tierii.

Figura 1.26 Generatorul de plasm de inalt performan HPR 130

Compania KOMATSU produce generatoare de tiere cu gaz plasmagen oxigen, geometria duzei, precum i configuraia canalelor (figura 1.30) ce creeaz vrtejul duce la obinerea unei viteze foarte mari de ieire a gazului plasmagen precum i obinerea unei plasme de oxigen foarte dens i stabil.



- 17 -

Figura 1.30 Generator de plasm Komatsu Dual Gas Swirl

Rotirea arcului de plasm pe suprafaa electrodului este rezultatul interaciunii cmpului magnetic cu particulele electrizate din arcul electric.Acest fenomen mrete stabilitatea arcului, iar vrtejul dublu de gaz face ca suprafaa activ a piesei tiate s nu fie nclinat (figura 1.31).

Figura 1.31 Rotirea arcului de plasm pe suprafaa pastilei de hafniu

1.7. Concluzii cu privire la caracteristicile constructive i a performanelor generatoarelor de plasm

Din prezentarea facut rezult c generatoarele de plasm din ultima generaie rezolv taierea oelului carbon,inoxidabil i aluminiu,respectnd prescripiile actelor normative care privesc calitatea tieturilor;

Evoluia principiilor constructive a fcut posibil reducerea preului de cost specific, prin folosirea gazelor active n locul gazelor inerte i creterea productivitii ca urmare a creterii vitezei de tiere;

n baza studiilor comparative a rezultat c domeniul de grosimi a materialelor tiate cu plasm s se suprapun cu cele tiate cu laser,excepie fcnd grosimile sub 0,5 mm care nu pot fi tiate dect cu laser; Viteza mare de tiere cu plasm de oxigen a fcut posibil ca prelucrarea cu plasm s fie cu mult mai ieftin n comparaie cu prelucrarea cu laser.La acest lucru a avut o contribuie important costurile ce privesc investiiile legate de instalaie, care n cazul tehnologiei de tiere cu plasm sunt de cca 10 ori mai redus


Ing. Alexandru VAS TEZ DE DOCTORAT 18

CAPITOLUL 2

OBIECTIVELE TEZEI DE DOCTORAT

2.1. Contextul tiinific

La proiectarea proceselor tehnologice sau la analizarea celor existente se

pornete de la dou condiii principale: condiia tehnologic i condiia economic.

Condiia tehnologic se refer la faptul c procesul tehnologic proiectat pentru realizarea unui anumit produs s asigure obinerea acestuia cu respectarea tuturor cerinelor tehnice i de calitate, n condiiile unei baze materiale determinate.

Condiia economic pornete de la ideea c produsul s fie realizat n urma aplicrii unui proces tehnologic, care asigur un cost de fabricaie minim.

n domeniul tierii, obiectivul cel mai frecvent este proiectarea tehnologiilor astfel c tietura pieselor s corespund performanelor nscrise n documentaia de execuie sau caietul de sarcini. La acest obiectiv se adaug necesitatea de a economisi energie i materiale, de a realiza productivitate ridicat, mecanizare i robotizare.

Optimizarea unui sistem poate presupune multe probleme de rezolvat, de aceea se impune delimitarea domeniului de cercetare abordabil.

2.2. Delimitarea domeniului de cercetare

n cazul tierii cu plasm, optimizarea proceselor tehnologice se pot obine

pe dou ci, respectiv: optimizarea parametrilor n vederea stabilirii tehnologiilor pentru

obinerea unor tieri cu respectarea tuturor cerinelor tehnice i de calitate

optimizarea procesului de sudare prin organizarea produciei, astfel nct s se obin costuri minime de producie, timpi intermediari mici, consum redus de materiale, etc. Acest lucru presupune folosirea unor utilaje cu performane ridicate i acionarea ct mai mic de ctre personalul de deservire

n acest context, teza de doctorat se va axa asupra urmtoarelor dou



direcii independente: optimizarea parametrilor de tiere din punct de vedere calitativ i

din punct de vedere al costurilor

optimizarea consumului de piese consumabile cu implicare direct n procesul de tiere n vederea scderii consumului acestora i a creterii duratei de via, prin crearea unui echipament electronic de determinare a uzurii specifice ale acestora ce apar n timpul procesului de tiere, mai ales c din studiul teoretic rezult c nu exist o metod specific n acest sens.

2.3. Obiectivele i activitile de cercetare

Dup analiza stadiului actual al tierii termice, a contextului tiinific i a

delimitrii domeniului de cercetare descris s-au fixat urmtoarele obiective ale cercetrii:

1. Consideraii de ordin tehnologic cu privire la alegerea procedeului de tiere cu plasm

- prezentarea parametrilor regimurilor de tiere - prezentarea aspectului tieturii diverselor materiale; - prezentarea aspectului suprafeei tiate cu diferite viteze de tiere - prezentarea de microstructuri ale probelor prelevate din

materialul de baz, i din zona influenat termic a materialelor tiate;

- prezentarea defectelor i cauzelor se au rezultat n urma procesului de tiere

2. Cercetri experimentale privind determinarea duratei de via a electrozilor de tiere cu plasm i crearea unui echipament electronic de determinare a eroziunii electrodului

- tieri de diferite dimensiuni i grosimi, echipament de tiere cu plasm

- efectuarea msurtorilor eroziunilor pentru electrozii de tiere; - variaia eroziunii n funcie de numrul de aprinderi i ore de

funcionare; - secionarea electrozilor pentru a determina stadiile de uzur; - metod de apreciere a eroziunii electrozilor pe baz de calcul - alegerea dispozitivului de msurare a eroziunii electrozilor; - realizarea echipamentului electronic compus din traductorul de

curent, programatorul electronic, soft cu algoritm de calcul laptop;



CAPITOLUL 3

Cap. 3. Consideraii de ordin tehnologic cu privire la alegerea procedeului de tiere cu plasm

3.1. Parametrii regimurilor de tiere pentru diferite materiale cu gaze de protecie diferite n tabelul 3.1. se prezint din datele de catalog tipurile de generatoare HYPERTHERM de nalt definiie gazele de tiere corespunztoare, materialele ce pot fi tiate i grosimile aferente. Tabelul 3.1. Analiza performantelor tehnice

Sistemul de

tiere* Material Grosime

maxim de tiere

Tiere de calitate

Gaz plasmagen/

protecie

POWERMAX 1000 i 1250

Oel carbon Oel inoxidabil aluminiu

32 mm 10 mm Aer/ aer Aer, azot/ aer, azot Aer, azot/ aer azot

POWERMAX 1650

Oel carbon Oel inoxidabil Aluminiu

44 mm 12 mm

MAX 200 i HT 2000

Oel carbon Oel inoxidabil aluminiu

50 mm 25 mm Aer, O2, N2/ aer O/CO2 Aer, N2, H2/Aer CO2, N2 O2/ Aer

HT 4001 Oel carbon cu oxigen Oel carbon cu azot Oel inoxidabil

32 mm 75 mm 75 mm 75 mm

32 mm 32 mm 32 mm 32 mm

O2, N2/ H2O O2, N2/ H2O N2/ H2O N2/ H2O

HT 4400 Oel carbon Oel inoxidabil Aluminiu

50 mm

32 mm

O2/ Aer N2/ O2-N2

HPR 130 i HSD 130

Oel carbon Oel inoxidabil Aluminiu

38 mm 25 mm 25 mm

25 mm 20 mm 20 mm

O2/ Aer, O2 H35, N2, H35-N2, F5/ N2 H35, Aer, H35-N2/ N2

HPR 260 Oel carbon Oel inoxidabil Aluminiu

64 mm 50 mm 50 mm

32 mm 32 mm 25 mm

Idem ca la HPR 130

3.2. Clasificarea performanelor generatoarelor de plasm Materialele ce se pot tia cu procedeele laser i plasm care ar putea s fac

obiectul unui studiu economic sunt: oelul carbon, oelul inoxidabil i aluminiul.



Din punct de vedere tehnic cea mai sever problem este legat de viteza de tiere, respectiv de urmrire a conturului prin comand numeric a mainii de tiere. Aceast vitez trebuie s fie de 13-15 m/ minut conform valorilor de regim rezultate din tabelul 3.2. Tabelul 3.2 Parametrii regimurilor de tiere Sistemul de

tiere* Material Grosime minim de tiere/ vitez

maxim/ curent Grosime maxim de tiere/

vitez minim POWERMA

X 1000 Oel carbon

Oel inoxidabil Aluminiu

0,5 mm/ 8635 mm/ min./ 20 A 0,5mm/ 7370 mm/ min./ 20A 0,8 mm/ 5080 mm/min./ 20A

19mm/ 559 mm/ max./ 60A 19mm/ 456 mm/ max./ 60A

15,9mm/ 838 mm/ max./ 60A

POWERMAX 1650

Oel carbon Oel

inoxidabil Aluminiu

0,5 mm/ 16205 mm/ min./ 30 A 0,5 mm/ 16027 mm/ min./ 30 A 0,8 mm/ 15494mm/ min./ 30 A

32mm/ 482 mm/ max 100A 32mm/ 356 mm/ max 100A

25,4mm/ 838 mm/ max./ 100A

MAX 200 Oel carbon Oel

inoxidabil Aluminiu

6 mm/ 3400 mm/ min./ 200 A 5 mm/ 5600 mm/ min./ 200 A 5 mm/ 5600 mm/min./ 200 A

50mm/ 150 mm/ max./ 200A 38mm/ 250 mm/ max./ 200A 38mm/ 300 mm/ max./ 200A

HT 4001 Oel carbon Oel

inoxidabil Aluminiu

8 mm/ 3850 mm/ min./ 260 A 1 mm/ 11430 mm/ min./ 260A 1 mm/ 13700 mm/ min./ 260A

30mm/ 1280 mm/ max./340A 50mm/ 310 mm/ max 400A

50mm/ 400 mm/ max./ 400A

HT 4400 Oel carbon Oel

inoxidabil Aluminiu

3 mm/ 6462 mm/ min./ 100 A 6 mm/ 3226 mm/ min./ 200A 6 mm/ 4301 mm/min./ 200A

32 mm/ 1386 mm/ max 400A 32 mm/ 756 mm/ max./ 400A

30 mm/ 1085 mm/ max./ 400A

HPR 130 Oel carbon Oel

inoxidabil Aluminiu

0,5mm/ 5355 mm/ min./ 30A 1 mm/ 5740mm/ min./ 45 A 1,5mm/ 4420 mm/min./ 45A

38mm/ 255 mm/ max 200 A 25mm/ 260 mm/ max 130 A 25mm/ 540 mm/ max 130 A

HPR 260 Oel carbon Oel

inoxidabil Aluminiu

0,5 mm/ 5355 mm/ min./ 30 A 1 mm/ 5740 mm/ min./ 45A 1,5mm/ 4420 mm/min./ 45A

64mm/ 195 mm/ max 260A 50mm/ 270 mm/ max / 260A

50mm/ 390 mm/ max./ 260A

* Sistemul de tiere se refer la instalaiile HYPERTHERM. Din analiza tabelului 3.2 rezult urmtoarele concluzii pentru instalaiile de

tiere cu plasm de nalt definiie,precizie i durat mare de utilizare a electrozilor si duzelor:

a) Instalaia POWERMAX 1000 n domeniul grosimilor mici poate realiza tierea oelului carbon i a oelului inoxidabil la cea mai sczut grosime i anume 0,5 mm;

b) Viteza de tiere maxim pentru 0,5 mm are valoarea de 8635 mm/ min. la oelul carbon i 7370 mm/ min. la oelul inoxidabil;

c) Instalaia POWERMAX 1000 realizeaz tierea aluminiului de 0,8 mm grosime la o vitez de 5080 mm/ min., iar instalaiile HPR 130 pot tia oel carbon de 0,8 mm la 6500 mm/ min.;



d) Grosimea maxim de 75 mm pentru aluminiu, oel carbon i inoxidabil aparine instalaiei HT 4001. tierea se realizeaz cu vrtej de ap n exteriorul duzei i drept gaz plasmagen se folosete n toate cazurile azot, iar la oelul carbon azotul poate fi nlocuit cu oxigen;

e) Domeniul cel mai larg de reglare al curentului aparine instalaiei HPR 260 (45 260 A). La valorile maxime ale curentului instalaia poate tia oel carbon la 64 mm grosime, respectiv aluminiu i oel inoxidabil la 50 mm grosime;

f) n toate cazurile analizate problema cea mai grea const n realizarea unor viteze de deplasare foarte mari a grinzii mobile a mainii de tiere;

g) Din punct de vedere a perforrii directe cele mai bune rezultate se constat la: MAX 200 (32 mm) i HPR 130 (25 mm).

3.3. Aspectul suprafeelor rezultate la tierea cu plasm, defectele i cauzele lor n cele ce urmeaz se prezint cteva din rezultatele experimentale realizate:

a) cu instalaia HPR 130 s-a tiat oel de 10 mm grosime la un curent de tiere de 130 A. n figura 3.1 se prezint suprafaa tieturii cu parametri prescrii cu viteza de 580 mm/ min. Se observ stratul de zgur mai puin aderent i rizurile de tiere neregulate cu adncime redus.

Figura 3.1. Aspectul suprafeei tiate cu vitez prescris, Figura 3.2 Aspectul

suprafeei tiate cu vitez mrit

b) Mrindu-se viteza de tiere la 630 mm/ min, suprafaa tieturii are aspectul prezentat n figura 3.2. Se observ apariia rizurilor de tiere curbate ce atest rmnerea n urm a jetului plasmagen precum i apariia unor caviti centrale acoperite cu un strat subire de zgur.

c) Micornd viteza de tiere la 380 mm/ min. s-a nrutit aspectul suprafeei rezultate aa cum este prezentat n figura 3.3. Suprafaa prezint caviti pe muchia superioar, rizuri pronunate uor nclinate fa de direcia de tiere, poriuni reduse acoperite de zgur.



Figura 3.3 Aspectul suprafeei tiate cu vitez sczut, Figura 3.4 Aspectul

suprafeei tiate cu 130 A folosind H35, cu protecie de N2, la vitez optim de

260 mm/ min.

d) Cu instalaia HPR 130 s-au executat tieri cu 130 A oel avnd grosimea de

25 mm. n figura 3.4 se prezint aspectul suprafeei rezultate. Mrind viteza de la 260 mm/ min. la 400 mm/ min. au aprut striuri ce au evideniat rmnerea n urm a jetului de plasm care a prsit tietura. n figura 3.5 se prezint aspectul suprafeei tiate cu vitez mrit.

Figura 3.5 Aspectul suprafetei taiate cu viteza mrit de la 260 la 400 mm/min

Scopul elaborrii tehnologiilor de tiere cu plasm are la baz o serie de experimentri folosind diferite regimuri de tiere pe diverse instalaii,dar mai ales alegerea generatoarelor de plasm funcie de materialul de tiat si grosimea acestuia.Studiind aspectul tieturilor realizate si incadrarea lor in criteriile de calitate,au rezultat in afara tieturilor acceptate din punct de vedere calitativ si o serie de defecte.Din analiza macrostructurilor bune i a celor care prezentau defecte s-au putut evidenia i cauzele care le-au produs. n toate cazurile analizate, defectele au aprut din cauza unor programri la care nu a existat o corelaie ntre diferii parametrii ai regimului de tiere.Conform parametrilor care definesc sistemul de tiere pentru un anumit generator de plasm exist urmtorii parametrii de verificat:



- sistemul de tiere (tipul generatorului de plasm); - materialul de tiat (oel carbon,oel inoxidabil,aluminiu); - grosimea maxim/minim; - curentul de tiere; - viteza de tiere (maxim/minim); - natura gazului plasmagen/gaz de protecie

(aer/aer;N2/aer;O2/aer;N2/CO2;H35/N2 ,etc); - debitele gazelor la pornire, plasmagen/protecie (mc/ora); - debitele gazelor n timpul tierii,plasmagen/protecie; - presiunea gazelor, la pornire/n timpul tierii (bar); - distana diuza-piesa etc.

Verificarea permanent a strii electrodului si a diuzei,prin msurarea adncimii eroziunii stiftului de hafniu sau de zirconiu si concentricitatea diuzei.Aceast operaie dei este cea mai important din punct de vedere funcional,este foarte dificil de realizat.Dificultatea const din aceia c producatorul autorizat pentru comercializarea pieselor de uzur ofer prea puine informatii in legatur cu timpul de utilizare a electrozilor,respectiv a diuzelor.n general n cartea tehnic se specific numrul orelor de utilizare i un numr maxim de aprinderi ale arcului pilot.Unii productori mai specific i adncimea maxim admis a eroziunii tiftului de hafniu sau zirconiu dup care trebuie nlocuit electrodul.n cazul folosirii aerului comprimat drept gaz plasmagen,toate datele ce privesc durata de utilizare a electrozilor este condiionat de calitatea aerului (umiditatea relativ,grad de puritate,lipsa suspensiilor de ulei etc.).Pentru aceste condiii prescrise, nu se specific metodele de msurare i aparatura necesar,n schimb se ofer: filtre, usctoare de aer,etc. n scopul rezolvrii acestor probleme lucrarea prezint rezultatele unor cercetri experimentale n baza crora au fost emise metodele de msurare indirect a adncimii de eroziune a electrozilor independent de tipul generatorului de plasm.Metoda face o distincie ntre verificarea datelor primite de la productor n legatur cu timpul de utilizare a electrozilor si determinarea pe baz de masurtori de lot, al acestui timp.Determinrile se fac direct pe instalaia utilizatorului in condiiile de lucru concrete ( puritatea aerului, regimul tehnologic,numrul de aprinderi etc.). ntre regimurile de tiere, aspectul suprafeelor tiate i verificarea lor n conformitate cu actele normative ce privesc calitatea tieturilor i defectele constatate exist anumite corelaii. Pentru a verifica natura defectului i a cauzei care l-a generat s-au executat analize structurale prin microstructuri din probele rezultate dintr-un anumit regim de tiere. Concluziile la care s-au ajuns, arat c orice defeciune ce provine din geometria tieturii i din aspect, are un corespondent n analiza metalografic a microstructurii probei respective.Aceast concluzie intrete justeea ntre prevederile actelor normative legate de calitatea tieturilor i regimul optim de



tiere.Se poate afirma c respectnd regimul optim de tiere,n mod implicit sunt ndeplinite condiiile de calitate impuse i condiiile ce privesc analiza structural a probelor.Exist totui situaii n care este obligatoriu s fie cunoscute i rezultatele analizelor structurale (Registrul naval,construcii aerospaiale,autorutiere s.a.).n cazul n care aceste analize nu corespund,obligatoriu trebuie s se elaboreze alte tehnologii. 3.4. Microstructuri ale probelor prelevate din materialul de baz i din zona influienat termic a materialelor tiate

Din materialele tiate au fost prelevate probe ce conin zona influenat termic, ct i materialul neafectat de temperatura ridicat a jetului de plasm. Probele au fost lefuite i atacate cu reactiv Kaling apoi au fost supuse examinrii la microscop cu ordinul de mrire X100, realizndu-se poze ale structurii cristaline. Microstructurile evideniaz componentele structurale din zona influenat termic i din materialul neafectat de cmpul termic. Structura materialului de baz al probei nr. 1 este martensitic cu austenit acicular i este prezentat n figura 3.6 (oel inoxidabil grosime 10 mm).

Figura 3.6 Structura materialului de baz: martensitic, cu austenit acicular

Figura 3.7 Structura zonei influenate termic: martensitic cu austenit fin

globulizat

Structura zonei influenate termic a probei nr. 1 este martensitic, fin globulizat i este prezentat n figura 3.7 Structura materialului de baz al probei nr. 2 este martensitic cu austenit acicular si este prezentat in figura 3.8 .

Structura zonei influenate termic a probei nr. 2 este martensitic, fin globulizat i este prezentat n figura 3.9.

Structura materialului de baz al probei nr. 3 este martensitic cu austenit acicular i este prezentat n figura 3.10 (Tierile s-au realizat . cu 130 A i viteza 580 mm/min )



Figura 3.8 Structura materialului de baz: martensitic cu austenit acicular


globulizat

Figura 3.10 Structura materialului de baz: martensitic cu austenit

acicular


globulizat

Structura zonei influenate termic a probei nr. 3 este martensitic, fin globulizat i este prezentat n figura 3.11.

Structura materialului de baz al probei nr. 4 este martensitic cu austenit acicular i este prezentat n figura 3.12. (Probele s-au realizat cu curent = 130 A, viteza = 360 mm/ min ).

Figura 3.12 Structura materialului de baz: martensitic cu austenit acicular

Figura 3.13. Structura zonei influenat termic: martensitic cu austenit fin

globulizat

Structura zonei influenate termic a probei nr. 4 este martensitic, fin globulizat i este prezentat n figura 3.13. Structura materialului de baz al probei nr. 5 este austenito-fenitic n benzi i este prezentat n figura 3.14 (curent de tiere 130 A, grosime 25 mm, vitez 260 mm/ min.)



Figura 3.14 Structura materialului de baz: austenito-feritic n benzi.

Figura 3.15. Structura zonei influenate termic: structur austenito-feritic de

solidificare cu constitueni orientai n direcia eliminrii fluxului termic.

nr. 5 este o structur austenito-feritic de solidificare cu constitueni orientai n direcia eliminrii fluxului termic (figura 3.15).

a) Pentru primele patru probe din oel inoxidabil, marca W4306 valorile duritilor nregistrate pe materialul de baz sunt cele mai sczute min. 190, max. 232 HV, cele msurate n zona de trecere au valori ceva mai ridicate min. 210, max. 312 HV, iar n zona influenat termic sunt valorile cele mai mari justificate de structura martensitic rezultat dup tiere. Aceste valori sunt cuprinse ntre 290 i 462 HV. Proba 4 tiat oxigaz cu pulbere de fier prezint valorile cele mai ridicate ale duritii n zona de trecere i n zona influenat termic. b) Pentru probele 5-6 din oel marca X3-CrNiMo 13/ 4 valorile minime ale duritii se nregistreaz pe materialul de baz neafectat termic 152 168 HV, iar maximele n zona de trecere, 186 188 HV. Zona influenat termic sufer o scdere a duritii, ea avnd valori cuprinse ntre 169 i 176 HV. Aceast scdere a duritii se poate explica prin creterea cantitii de ferit n structura ferito-austenitic a zonei supus topirii de jetul de plasm.

c) Variaia limii zonei influenate termic Limea zonei influenat termic variaz pentru fiecare grosime de material n funcie i de parametrii reglai pentru regimul de tiere. De asemenea, se remarc diferene ale limii zonei influenate termic pe suprafaa de intrare a jetului de plasm fa de partea opus. Aceast zon dac din punct de vedere tehnologic trebuie s fie redus sau s nu existe deloc (de ex.n aeronautic,aerospaiale,s.a.), prelucrarea prin tiere termic cu plasm trebuie nlocuit cu alte procedee (laser,sau prelucrare mecanic). Valorile msurate n cadrul cercetrilor experimentale au fost executate pe probe din oel carbon sau inoxidabil i sunt prezentate ntr-o form centralizat n tabelul 3.4, menionandu-se i procedeul de tiere utilizat.

Tabel 3.4 Variaia limii zonei influenate termic ZIT Numrul probei Grosimea

[mm] Limea ZIT pe

suprafaa de intrare a jetului

Limea ZIT pe suprafaa de

ieire a jetului

Procedeul de tiere



de plasm [mm]

de plasm [mm]

1 10 0,6 0,6 Plasm (Tabel 6/Il)

2 12 0,8 0,6 Plasm(Tabel 6/II)

3 15 1,5 1,2 Plasm (Tabel 8/II)

4* 20 7,5** 6 Oxigaz cu pulbere de fier

5 25 2,5 1,7 Plasm (tabel 8/II)

6 30 2,7 2,2 Plasm (Tabel 8/ II)

*S-a tiat cu oxigen i pulbere de fier ** Valoarea ZIT foarte mare Variaia limii zonei influenate termic pe cele dou suprafee cea de intrare (superioar) a jetului de plasm, respectiv cea de ieire (inferioar) are drept cauz principal, scderea energiei termice a jetului de plasm, pe msur ce crete distana de la duz, la suprafaa opus a componentelor de tiat.

Defectele tieturilor rezultate n urma procesului de tiere cu plasm, au fost cauzate de reglarea incorect a parametrilor regimului de tiere.

Au rezultat urmtoarele tipuri de defecte: - defecte ale muchiei tieturii; - defecte ale suprafeei tieturii; - depuneri de zgur; - fisuri; - alte tipuri de defecte.

Din prima categorie fac parte abateri ale muchiei tieturii: rotunjiri, stropi, crestturi, etc.

Grupa defectelor suprafeei tieturii cuprinde: neuniformitile sau denivelrile reprezentate de scobituri ale muchiei,

concavitatea profilului, abateri unghiulare i neuniformiti ale rostului de tiere;

rizuri de diverse forme i profunzimi; cratere, capete netiate; suprafee ondulate n plan longitudinal.

Depunerile de zgur pe muchia inferioar (bavur) sau pe suprafaa tieturii (crust) sunt defecte, ce se ndeprteaz cu dificultate.

Pe suprafaa tiat pot s apar micro i macrofisuri sau n zona influenat termic.

Calitatea tieturii este caracterizat prin forma, netezimea suprafeelor i a muchiilor rezultate n urma procesului de tiere.

Distana generator-pies nu poate fi redus sub o anumit limit, dependent



de puterea Pe absorbit n arc. Limitarea apare datorit formrii arcului secundar, a aciunii radiaiilor termice asupra generatorului, etc.

S-a constatat c unghiul de nclinaie a marginilor crete odat cu mrirea vitezei de tiere Vp. Unghiul devine negativ dac viteza de tiere scade sub o anumit limit, sau cnd coninutul de hidrogen din amestecul gazului plasmagen H35 este prea mare. Prin creterea puterii electrice absorbite Pe sau a debitului de gaz plasmagen, unghiul scade iar odat cu creterea distanei generator plac, unghiul crete.

Rotunjirea muchiilor a fost cauzat de o puternic insuficien, de viteza de lucru prea mare sau o distan excesiv ntre generator i plac. Prin reducerea vitezei de tiere s-a obinut o ameliorare.

Gradul de neuniformitate privind rugozitatea suprafeelor tiate n general este mai mare pe una din laturi, datorit efectului de turbionare. Dac nu se include hidrogen n amestecul plasmagen (H35), suprafeele tieturilor vor prezenta striuri.

Bavuri i mprocri n cazul folosirii unei viteze de tiere prea mari, metalul topit s-a adunat pe partea inferioar a canalului tieturii, unde s-a sudat. Acest fapt impune prelucrri mecanice ulterioare, care mresc considerabil preul de cost. Pentru a elimina acest neajuns, viteza de tiere trebuie redus la valoarea Vp. La o distan prea mare ntre generator i pies sau a turbionrii prea puternice a gazului, crestturile i mprocrile de metal topit au aprut i pe faa superioar a tieturii. n tabelul 3.5 sunt centralizate defectele rezultate n urma tierii probelor din oel inoxidabil.

Tabelul 3.18 Defectele ce au rezultat n urma procesului de tiere Defectul Oel inoxidabil

Muchie rotunjit n partea superioar - vitez de tiere prea mare; - distan prea mare.

Bavur superioar - distant prea mare. Rugozitate local n partea superioar - alegerea greit a vitezei si a

distanei. nclinaie pozitiv - distan prea mare;

- vitez de tiere prea mare. nclinaie negativ - vitez de tiere prea mic Cavitate local n partea superioar - coninut prea mare de N2.

Cavitate local n partea inferioar - neglijabil; Suprafa concav - coninut prea mare de N2.

Suprafa convex - vitez de tiere prea mare. Muchie rotunjit n partea inferioar - rar; Bavur inferioar - vitez de tiere prea mic,

coninut insuficient de N2;

Rugozitate local n partea inferioar - rar.



Procedeele de tiere termic prezint n general dezavantajul c modific

structura i compoziia metalului n vecintatea marginilor tiate. Zona influenat termic poate fi redus prin creterea vitezei de tiere, dar acest lucru poate provoca tensiuni interne relativ mari, care pot s produc n unele cazuri fisurri la cald. n cazul oelurilor inoxidabile austenitice (de exemplu CrNI 18/ 8) n urma tierii cu plasm, pe suprafeele tiate rmne un strat de metal topit avnd o grosime de 0,01 - 0,02 mm. n cazul tierii cu oxigen i pulbere de fier, acest strat crete pn la 0,3 mm. Prin utilizarea hidrogenului, zona influenat termic se reduce de la 1,5 mm la numai 0,2 mm. La tierea oelurilor feritice, cu coninut ridicat de crom, se obine o zon influenat termic mult mai mare dect n cazul oelurilor inoxidabile. n urma tierii cu plasm se produce o clire a marginilor pn la 3 mm adncime.

Din analizele fcute i concluziile ce se refer la calitatea tieturilor cu plasm de nalt performan rezult c soluia ideal din punct de vedere a calitii dac nu s-ar ine seama de costuri ar fi prelucrrile mecanice.n majoritatea cazurilor exigena calitii reglementat de norme face posibil ca i tierea termic s poat fi practicat n anumite limite.Dac aceste norme sunt respectate rezultatele economice sunt spectaculoase.Aceiai pies prelucrat prin tiere termic ajunge s coste de 100 de ori mai puin fa de prelucrarea mecanic.Aceste economii au stat la baza dezvoltrii tierii cu plasm n general i de nalt definiie n special.Aceleiai deziderate au stat i la baza dezvoltrii tierii cu fascicul laser care n domeniul grosimilor mici (sub 0,5 mm) este la nivelul prelucrrilor mecanice,dar cu mult mai ieftin. La ora actual, n domeniul grosimilor foarte mici (sub 0,5 mm) nu se poate vorbi din cauza condiiilor de

calitate dect de prelucrarea cu laser. CONCLUZII

Ca urmare a gradului foarte ridicat de automatizare a procesului de tiere cu plasm pe instalaiile de tiere cu comand numeric se remarc urmtoarele: cresc vitezele de tiere; crete calitatea tieturii; scade limea de tiere i mrimea zonei influenate termic. Stabilirea regimului de tiere presupune determinarea urmtorilor parametri:

- curentul arcului de plasm, Ip; - tensiunea arcului de plasm, Up; - viteza de tiere vt; - natura i debitul gazului plasmagen, Dgp.

Alegerea parametrilor se face n funcie de instalaia utilizat, natura materialului ce urmeaz s fie tiat i de grosimea materialului. Natura materialului influeneaz viteza de tiere; astfel la aceeai grosime i aceeai putere a arcului de plasm cuprul se taie cu viteza cea mai mic, oelurile cu viteza medie, iar aluminiul se taie cu cea mai mare vitez.



Mrirea vitezei de tiere se poate realiza prin: - creterea tensiunii arcului care se poate realiza prin folosirea amestecurilor

de gaze biatomice azot, hidrogen, oxigen, etc. - creterea curentului de tiere, respectiv a densitii de curent prin mrirea

gradului de concentrare a arcului de plasm; - reducerea limii tieturii, prin creterea concentrrii arcului; - creterea randamentului arcului de plasm prin reducerea pierderilor i folosirea unor medii exoterme ceea ce duce la creterea puterii. - curentul Ip i tensiunea Up determin mpreun puterea arcului de plasm Pp. Creterea puterii se poate obine prin mrirea unuia sau a ambilor parametrii. - creterea gradului de trangulare al arcului de plasm este limitat de varianta constructiv a generatorului de plasm,precum i de procesul fizic care are loc n fanta de tiere.

- valoarea tensiunii Ua este mai mare la gazele biatomice dect la cele monoatomice. Dac debitul de gaz plasmagen crete, va crete i tensiunea Ua,iar odata cu mrirea grosimii materialului se alungeste coloana arcului, ceea ce are ca efect creterea valorii lui Ua. - n cazul grosimilor mari, creterea puterii arcului trebuie s se realizeze att pe seama creterii lungimii arcului, ct i prin creterea curentului de tiere Ip. La viteze de tiere prea mici, calitatea suprafeelor tiate se nrutete, mrindu-se totodat i limea ZIT .

Calitatea corespunztoare a tieturilor presupune asigurarea unui paralelism ct mai perfect al feelor tieturii.

Odat cu creterea vitezei de tiere pata anodic se plaseaz tot mai aproape de faa superioar a tablei i deci are loc o alungire a coloanei arcului n lungul tieturii. Prin mrirea n continuare a vitezei, tabla va fi complet tiat. Se obine o form n V a tieturii, iar ameliorarea acesteia se poate face numai prin msuri constructive ale generatorului de plasm.

La viteze reduse, crete limea tieturii precum i cantitatea de material topit. Se formeaz picturi mari de metal care ader pe faa inferioara a tieturii, iar ndeprtarea se poate realiza foarte greu. Prin creterea vitezei de tiere, limea de tiere scade, iar picturile de metal topit devin mai fine. n acest fel se reduc bavurile pe partea inferioar a piesei. Este deosebit de dificil ndeplinirea simultan a condiiilor: paralelismul feelor, lipsa bavurilor, rugozitate redus i vitez mrit.

n cazul unei viteze de tiere prea mari, pe partea inferioar a tieturii apare o zon n care metalul topit se solidific i impune prelucrri ulterioare ceea ce mrete preul de cost. Apariia bavurilor se poate produce i din cauza creterii concentraiei de hidrogen.

Existenta unei turbionri prea puternice a gazului plasmagen, sau a distanei prea mari ntre generator i tabl, produce crestturi i mprocri de material topit



pe faa superioar a suprafeelor tiate. Unghiul de nclinare a marginilor crete odat cu mrirea vitezei de tiere.

Unghiul devine negativ dac viteza de tiere scade sub o anumit limit sau cnd coninutul de hidrogen din gazul plasmagen este prea mare. Prin creterea puterii electrice absorbite Pe, sau a debitului de gaz plasmagen, unghiul de nclinare scade.

Natura gazului plasmagen determin implicit creterea vitezei de tiere. Concentrarea energetic mrit se poate obine prin folosirea hidrogenului n amestec cu argonul. Hidrogenul absoarbe o cantitate nsemnat de energie pentru ionizare, ceea ce are un efect de rcire asupra coloanei arcului de plasm. Arcul se contract i energia specific crete. Dac crete puterea absorbit de arc, concentrarea de energie scade iar tierea unor grosimi mari de material este imposibil. Rugozitatea suprafeelor tiate n majoritatea cazurilor este mai mare pe una din laturi.

Distana generator pies, nu trebuie s fie redus sub o anumit limit considerat critic. La micorarea excesiv a distanei, apare pericolul amorsrii arcelor electrice secundare i topirea sau arderea diuzei generatorului de plasm. Rezultatele experimentale prezentate n capitolul II pun n eviden n cazul debitrii unor probe de diferite grosimi, felul n care parametrii principali ai regimului de tiere, influeneaz calitatea i structura suprafeelor rezultate dup tiere.

CAPITOLUL 4

Cap. 4. Cercetri experimentale privind determinarea duratei de via a electrozilor de tiere cu plasm si crearea unui echipament electronic de

determinare a eroziunii electrodului

4.1. Obiective propuse i metodologia cercetrilor experimentale Realizarea obiectivelor din prezenta tez de doctorat s-a realizat datorita bazei

materiale proprii existente in cadrul laboratoarele catedrei I.M.S., Facultatea S.I.M. din cadrul Universitii Transilvania din Braov i n colaborare cu societi comerciale care utilizeaz procedeul de tiere cu plasm, n cadrul creia s-au realizat cercetrile i experimentrile legate de testarea diferitelor tipuri de electrozi si instalaii.

A fost utilizat o baz de date realizat prin eforturi proprii, precum i informaii recente din literatura de specialitate i de pe internet.

Ca i metodologie de cercetare, s-au utilizat table de oel carbon de grosime 2,5 3 , 4 , 5 , 8 , 10 ,12, 25, mm , evi din oel de grosime 8 si 12 mm , table de oel inox de grosime 10 , 15 , 25 mm , care s-au tiat cu diferite regimuri de tiere ,utiliznd tipuri de electrozi de tiere diferii,la care s-a masurat uzura respectiv eroziunea tiftului de hafniu sau zirconiu.



4.2. Cercetri i experimentri cu echipamentul electronic de determinare a eroziunii electrodului

n cazul utilizrii gazelor plasmagene cu coninut de oxigen,cercetrile au artat c metalele refractare ca: zirconiul, hafniul i beriliul absorb oxigenul i azotul, formnd straturi de oxizi i nitruri n zona de emisie a electronilor.Aceste straturi se caracterizeaz printr-o mare capacitate de termoemisie i o rezisten electric sczuta.Cnd temperatura crete de la 1000K la 2300K rezistena specific scade de la 0,0008 ohm/cm la 0,0000004 ohm/cm.Ca urmare,cldura dezvoltat n electrod prin trecerea curentului de tiere l-ar putea distruge. Pentru a se evita acest fenomen nedorit,catozii din zirconiu sau hafniu se execut sub forma unor stifturi presate n corpul de cupru al electrodului.Rezultate bune s-au obinut n ultimul timp prin nvelirea stiftului din zirconiu sau hafniu cu un strat de argint care marete cedarea cldurii.Pata catodic poate fi privit ca o surs termic concentrat sub aciunea creia apare un cmp termic.Conductibilitatea redus a zirconiului determin un gradient de temperatur relativ mare,motiv pentru care poriunea topit la captul de lucru al catodului este redus.Cercetri efectuate au aratat c pelicula de pe suprafaa frontal a stiftului din zirconiu este format din dou straturi.Primul strat aflat n spre exterior este format din oxid de zirconiu ( ZrO2) i asigur existena petei catodice,datorit lucrului mecanic de ieire sczut.Cel de al doilea strat conine o cantitate nsemnat de nitruri i dac curentul nu depete 85-90 A,grosimea acestuia este redus (sub 0.1 mm).Cnd curentul atinge 100A,pelicula interioar se topete,iar metalul se combin cu oxigenul din aer,n felul acesta se formeaz o adncitur sub forma unui crater.Diametrul i adncimea acestuia depind de intensitatea curentului, de centrarea craterului n axa generatorului de plasm,numrul de aprinderi i timpul total de folosire. Cercetrile experimentale efectuate n cadrul prezentei lucrri au evideniat faptul c durata de viaa a electrodului depinde de factorii enumerai mai sus la care se mai adaug i calitatea aerului plasmagen care trebuie s fie lipsit de umiditate i ulei.Toi aceti factori determin n final n anumite condiii date timpul de viaa a electrodului Te. Firmele productoare de electrozi i diuze nu comunic un timp real de utilizare pentru electrozi.n cataloage se specific numai condiiile i foarte rar se menioneaz n cartea tehnic timpii dup care este obligatoriu schimbarea electrozilor.Deoarece odat ce eroziunea stiftului depaete anumite limite centrarea arcului nu se mai poate realiza,urmeaz imediat i distrugerea diuzei.Dac electrodul erodat a fost schimbat la timp,diuza se mai poate utiliza nc un interval de timp.In cadrul cercetrilor experimentale s-a pus accentul pe determinarea intervalului de timp pentru schimbarea obligatorie a electrodului (Te) i de schimbare a diuzei (Td).Dac electrodul nu se schimb la depirea duratei Te, urmeaz distrugerea diuzei i n condiiile tierii cu maini automate,este compromis tietura. n cadrul lucrrii s-a conceput un dispozitiv pentru msurarea adncimii craterului (h) n tiftul de hafniu sau zirconiu n anumite intervale de timp.Odat



cu msurarea adncimii craterului sunt nregistrate i urmtoarele mrimi: curentul de tiere,numrul de aprinderi i calitatea gazului plasmagen. n scopul reducerii numrului de determinri,s-a lucrat cu un curent de tiere constant, curentul maxim al generatorului. Pentru nregistrarea timpului s-a folosit un cronometru electronic.Numrul de aprinderi s-a nregistrat cu un numrtor electronic. Atat cronometrul cat i numrtorul fac parte dintr-un programator de timp. S-a meninut constant numrul de aprinderi la valorile 100,200,300 i 600 de aprinderi.Cu cronometrul s-au msurat intervalele de timp:1,2,3,4,5 i 6 ore. Pentru exemplificare redm n continuare cteva din rezultate: s-au realizat 100 de aprinderi i dupa 1 or s-a oprit procesul de tiere, iar cu comparatorul s-a msurat adncimea erodat a electrodului. Pentru cazul discutat s-a msurat h=0,05 mm. Meninand curentul de tiere constant la valoarea de 200A s-a tiat timp de 6 ore tot cu 100 aprinderi/or msurnd o adncime de 0,35 mm. Dac s-a mrit numrul de aprinderi la 300,n prima or, adncimea msurat a fost de 0,15 mm,iar dupa 6 ore s-a msurat 1,075 mm. Rezultatele msuratorilor s-au trecut n tabelul 4.1 . 4.2.1 Cercetri privind variaia eroziunii h funcie de numrul de aprinderi i ore de funcionare

Pentru a testa dispozitivul de msurare a eroziunii i viteza de eroziune funcie de numrul de aprinderi i timpul de funcionare, s-au construit diagrame care reprezint dependena funcional ntre fenomenul de eroziune i factorii care-l influeneaz. Tabelul 4.1 Timpul de funcionare (ore)

Nr.aprind.

1 2 3 4 5 6 7 Curba

100 0,05 0,107 0,165 0,225 0,29 0,35 0,425 1 200 0,10 0,214 0,33 0,45 0,58 0.717 0,85 2 300 0,15 0.32 0,495 0,675 0,87 1,075 1,275 3 600 0,30 0,599 0,924 1,26 4 Calculnd derivata functiei h = f(t) i dnd diferite valori pentru timpul de funcionare t se obine h/dt = const. Constanta depinde de numrul de aprinderi. Pentru curbele reprezentate n figura 4.3 efectund h/t se obine pentru fiecare din curbele 1,2,3 i 4 cate o valoare, care ramne constant.Se obin valorile: {h/t}la 100 aprinderi = 0,05 ; {h/t}la 200 aprinderi = 0,10 ; {h/t}la 300 aprinderi = 0,15 ; {h/t}la 600 aprinderi = 0,30 ; Asimilnd adncimea eroziunii h cu spaiul parcurs la o micare uniform h/t la t = 0 ,coeficientul unghiular reprezint viteza cu care se deplaseaz un punct mobil.n cazul nostru avem de a face cu viteza de eroziune a stiftului din zirconiu sau hafniu. Aceast vitez crete dac se mrete numrul de aprinderi,deci crete proporional i adncimea eroziunii.Variaia lui k = h/t funcie de numrul de aprinderi este reprezentat n figura 4.2



Din alura caracteristicilor 1,2,3 i 4 se constat c n intervalul de timp t = 0.2 ore creterea n timp a lui h este practic liniar.Pentru a etalona traductorul cu numrul de aprinderi i viteza de erodare k,s-a reprezentat n figura 4.2 funcia k = f(nr.aprinderi). Aceast funcie corespunde pentru un generator original HYPERTHERM tip HPR-260,iar electrodul testat constituie modelul de referina. Pentru a se evita situaiile n care n cazul folosiririi aerului comprimat,acesta nu ar ndeplini condiiile impuse (uscat i fr ulei),s-a utilizat un amestec format din 19% oxigen si 21% azot, similar cu cel al aerului. Metoda i aparatura descris poate fi folosit pentru determinarea variaiei uzurii h a stiftului din hafniu sau zirconiu a electrozilor, pentru orice generator de plasm ce folosete drept gaz plasmagen aer,oxigen,sau amestec de gaze cu coninut de oxigen,respectnd parametrii regimului de tiere date de ctre productorul instalaiei.Se poate determina uzura electrodului n urmtoarele situaii:

a) calitatea aerului ; b) calitatea materialului electrozilor (hafniu,zirconiu); c) comparaie ntre electrozii provenii de la diferii productori; d) comparaie ntre soluiile constructive ale generatoarelor de plasm

destinate tierii cu aer,sau oxigen.

Figura 4.2 Graficul de etalonare

Pentru fiecare caz va exista o funcie k = f (nr.aprinderi) cu coeficienii unghiulari identici sau diferii fat de graficul prezentat n figura 4.3 . Cu ct coeficientul unghiular este mai mare,viteza de uzur crete i odat cu aceasta, crete i consumul de electrozi i duze.

Determinarea indirect a eroziunii maxime msurnd timpul de utilizare cu numrul de aprinderi, att ca procedeu,ct i prin aparatura folosit, are elemente de noutate pe plan tehnic i tiinific. Aplicnd procedeul pentru determinarea adncimii de eroziune a electrozilor, se elimin oprirea permanent a instalaiei de



tiere pentru a se demonta electrodul n vederea msurrii eroziunii. Este suficient o singur msurtoare pentru a determina valoarea vitezei de eroziune k funcie de numrul de aprinderi pentru un electrod dat.Se introduc n memoria programatorului valorile lui k, care dup trecerea unui timp egal cu Te corespunztor unei adncimi de eroziune limita va emite un semnal de avertizare n vederea schimbrii electrodului.

Figura 4.3 Dependena dintre eroziune i timpul de funcionare

n baza rezultatelor experimentale obinute s-au reprezentat grafic funciile ce reprezint dependena ntre eroziunea (h) i timpul de fucionare (t). n figura 4.3 s-au reprezentat cele 4 funcii h=f(t) pentru 4 cazuri ce depind de numrul de aprinderi (100,200,300 si 600 de aprinderi). Era important s se determine grafic i analitic variaia eroziunii stiftului din hafniu sau zirconiu, tiind c dac adncimea eroziunii depete 1 -1,2 mm arcul de plasm numai arde stabil,se stric centrarea faa de axa descrcrii i n cteva fraciuni de secund se formeaz un arc secundar care are drept efect distrugerea instantanee a diuzei i tierea este compromis.n cazul tierii automate cu maini CNC acest fenomen trebuie prentmpinat, deoarece piesa care a fost supus operaiei de tiere numai corespunde cerinelor de calitate i este rebutat. Din acest motiv fabricanii de generatoare de plasm prevd n carile tehnice ale mainii, valoarea maxim a eroziunii stiftului de hafniu,care dup unii autori nu trebuie s depeasc 1 mm, dup alii 1,2-1,5 mm.Singurul mijloc care poate asigura aceast condiie impus este msurarea indirect a adncimii craterului. Cu dispozitivul de msurare prezentat s-au executat msurtorile cuprinse n tabelul 4.1 i diagrama din figura 4.3.Cu ajutorul numrtorului electronic din programator se msoara n tot intervalul, timpul i concomitent numrul de aprinderi care se cumuleaz.Determinnd i expresia analitic a funciei exponeniale h = k.t exp.1,1,unde coeficientul unghiular k (la t = 03 ore) primete valorile:k = 0,05 la 100 aprinderi;k = 0,1 la 200 de aprinderi;k = 0,15 la



300 aprinderi i k = 0,28 la 600 aprinderi,n orice moment, msurat cu cronometrul electronic din programator, se poate determina valoarea eroziunii (h). Numrtorul electronic conceput introduce numrul de aprinderi,calculeaz valoarea lui k i inmulete cu t exp 1,1.Deoarece din alura curbelor 1,2,3 i 4 se poate constata c pentru primele valori ale timpului (0-6 ore) variaia lui k este lineara,calculul eroziunii h poate fi asemnat cu variaia spaiului parcurs la o micare uniform cu o vitez k.n orice moment valoarea lui k se modific funcie de numrul de aprinderi. Pentru exemplificare vom prezenta 3 cazuri:

a) se taie timp de 1 ora cu 200 de aprinderi,rezult din tabele h200 = 0,1mm,n continuare se taie 1 ora cu 100 aprinderi,rezult h100 = 0,05 mm,deci dupa 2 ore eroziunea total va fi ht = 0,1 + 0,05 = 0,15 mm.Dac se continu tierea cu nca 1 ora cu 300 aprinderi rezult h300 = 0,15 mm deci eroziunea total dup 3 ore va fi ht = 0,1 + 0,05 + 0,15 = 0,30 mm.Deoarece eroziunea total este sub 1 mm se poate continua procesul de tiere;

b) se taie timp de 2 ore cu 300 aprinderi,rezult h300 = 0,32 mm.Procesul de tiere continu cu nc 3 ore cu 600 aprinderi.Rezult h600 = 0,924 mm .n total eroziunea dupa 5 ore va fi ht = 0,32 + 0,924 = 1,244 mm. n aceast situaie dispozitivul electronic trebuie s avertizeze oprirea procesului pentru schimbarea electrodului,deoarece eroziunea total depete limita admis de 1-1,2 mm dat de productor;

c) se taie timp de 2 ore cu 200 aprinderi.Din tabele rezult h200 = 0,214 mm.Se continu procesul de tiere timp de 2 ore cu 100 aprinderi,rezultnd h100 = 0,107 mm.Dac se continu procesul de tiere timp de 2 ore cu 300 aprinderi rezult h300 = 0,32mm .Continund procesul de tiere timp de 1 or cu 600 aprinderi,rezult h600=0,28 mm.Eroziunea totala va fi ht = 0,214 + 0,107 + 0,32 + 0,28 = 0,921 mm.n aceast situaie dispozitivele electronice i cronometrul trebuie s avertizeze oprirea instalaiei pentru schimbarea electrodului,deoarece eroziunea total este foarte aproape de limita admis.

Prin cunoaterea funciilor h = f(t) s-a gsit o metod de msurare pe cale electric a unei mrimi neelectrice i anume a eroziunii electrozilor n timpul funcionrii, evitnd n felul acesta producerea unor avarii i rebutarea pieselor de tiat.

In figura 4.4 reprezentm variaia eroziunii (h) a stiftului din hafniu sau zirconiu pentru cazurile a),b) i c) prezentate mai sus. Se poate observa ca n cazul b) adncimea eroziunii a depit limita maxim admis de productor,iar n cazul c) eroziunea a fost la limit.



Figura 4.4 Variaia eroziunii

4.2.2 Etalonarea numrtorului i cronometrului electronic Pentru a testa calitatea unui electrod n condiii normale de funcionare,s-a utilizat drept gaz plasmagen un amestec de 19 % oxigen i 21 % azot, fiecare dintr-o butelie de gaz separat, avnd cte un reductor de presiune,amestecator de gaz (6,3 bar,100 l/minut pentru fiecare gaz . n cazul unui test rapid (cca 10 minute),numrtorul se va programa pentru un regim de 100 aprinderi/or. Fiecare aprindere reprezint un impuls,ceea ce nseam ca n 10 minute 0,166 ore ( 10 minute = 1/6 ore) se vor produce 100 x 0,166 = 16 ,66 aprinderi (rotunjit 16 -17 aprinderi) Dup ce s-a executat tierea la curentul nominal a electrodului (n timpul celor 10 minute, realizndu-se cele 16 17 ntreruperi respectiv reaprinderi), se msoar cu dispozitivul din figura 4.1 adncimea eroziunii h. Rezultatele sunt cuprinse n tabelul 4.2

Tabelul 4.2 Msurarea adncimii craterului pentru diferii electrozi Electrod h (mm)

masurat Timp t masurat efectiv (ore)

k= h / t

h calculat la t=2 ore h=k x t

A 0,0083 0,166 0,050 0,100

B 0,0139 0,166 0,084 0,168 C 0,0180 0,166 0,108 0,216 D 0,0120 0,166 0,072 0,144

Pentru verificarea linearitii s-a executat cte o msurtoare la 100 aprinderi dup 4 ore de funcionare.Rezultatele msurtorilor s-au trecut n tabelul 4.

Tabelul 4.3 Verificarea liniaritii la 100 de aprinderi Electrod h masurat

(mm) Timp t masurat

K = h / t



(ore) A 0,198 4 0,0495 B 0,328 4 0,082 C 0,43 4 0,1075 D 0,28 4 0,07

ntre msurtorile de scurt durat i cele de 4 ore, erorile pentru valoarea lui k au fost:

(0,050-0,0495)/0,050 x 100 =1%; (0,084-0,082)/0,084 x 100 = 2,3%;

(0,108-0,1075)/0,108 x 100 = 0,46%; (0,072-007)/0,072 x 100 = 2,7%

Eroarea maxim fiind de 2,7% ne permite ca pentru a semnala timpul de funcionare critic s folosim o msurtoare scurt de 10 minute pentru a testa valoarea lui k,deci a vitezei de eroziune. Folosind noua metod de msurare a adncimii eroziunii pentru electrozii A,B,C i D am introdus 300 de aprinderi respectiv stingeri la un current constant reglat la 200A,timp de 10 minute. Numrul de 300 aprinderi corespunde cu 30 de aprinderi/minut. Rezultatele msurtorilor s-au prezentat n tabelul 4.4

Tabelul 4.4 Verificarea liniaritii la 100 de aprinderi Electrod h masurat (mm) timp masurat t

(ore) K=h/t

A 0,025 0,166 0,15 B 0,042 0,166 0,25 C 0,053 0,166 0,32 D 0,035 0,166 0,21

Cu valorile msurate a adncimii erodate i a timpului ct a durat eroziunea pentru fiecare electrod (conform tabelului 4.4),s-a construit diagrama prezentat n figura 4.5

Figura 4.5 Diagrama vitezei de eroziune pentru diferii electrozi



Din analiza diagramelor prezentate n figura 4.5 rezult ca valorile lui k pentru cei 3 electrozi testati B,C i D sunt cu mult mai mari faa de electrodul A ales drept model de referina.Viteza de eroziune k la un numr de 300 de aprinderi la electrodul C, este de 2,13 ori mai mare faa de modelul de referina. Eroziunea h va atinge valoarea de 1,0 1,2 mm la 300 aprinderi n cazul electrodului C ntr-un timp de Te=1/0,32 = 3,125 ore, respectiv pentru o eroziune admis de 1,2 mm adncime,rezult Te = 1,2/0,32 = 3,75 ore. n funcie de valorile vitezei de eroziune k pentru electrozii A,B,Ci D rezult la 300 aprinderi urmtoarele valori: TeA=1/0,15 = 6,66 ore; TeB=1/0,25 = 4,00 ore ; TeC= 1/0,32= 3,125 ore; TeD= 1/0,21= 4,76 ore In cazul n care adncimea maxim admis pentru eroziunea h este de 1,2 mm,valorile timpului de utilizare cresc cu 20%,respectiv: TA= 7,992 ore; TB = 4,80 ore; TC= 3,75 ore; TD = 5,712 ore. Pentru a verifica metoda propus n legtur cu programarea timpului de utilizare a electrodului prin metoda indirect,s-a folosit un electrod de la un generator HPR 130 tot din sistemul HYPERTHERM. S-au efectuat probe de tiere pe oel carbon de 25 mm grosime folosind parametrii conform regimurilor de tiere la un current de 200 A.Drept gaz plasmagen s-a folosit oxigen i de protecie aer. Rezultatele msurtorilor s-au trecut n tabelul 4.5. Tabelul 4.5 Variaia vitezei de erodare k funcie de un numr diferit de aprinderi

n intervale de timp egale Intervale de timp

de 1 ora,nr.apr.

t (ore) Viteza de

erodare k

(mm/ora)x

1/1000

Adancimea

erodata h (mm)x

1/1000

Eroare (x1/1000)

0 1;

nr.apr.=50;

1 25 h1 = 25 4,75

1 2:nr.apr.=20 1 10 h2 =10 1,90 2 - 3;nr apr.=300 1 150 h3 =150 2,85 3 4;nr.apr.=100 1 50 h4 = 50 9,50 4 5;nr.apr.=50 1 25 H5 = 25 4,75

5 - 6 ;nr.apr = 30 1 15 H6 =15 2,85 6 7;nr.apr.=50 1 25 h7 = 25 4,75 7 8;nr.apr.= 40 1 20 h8 = 20 3,80 8 9;nr.apr.=10 1 5 h9 = 5 0,95

9 10;nr.apr.=20 1 10 h10 =10 1,90

t =10 ore;nr.apr.= 670

Total 335/1000 = 0,335

63,65/1000 = 0,06365 6,36%



n baza rezultatelor cuprinse n tabelul 4.5 s-a trasat diagrama prezentat n figura 4.6. Din analiza acestei diagrame se poate constata c n cazul n care cronometrul electronic emite cte un semnal n intervale regulate de timp (n cazul de fa n fiecare or) dup care se msoar adncimea erodat h, se ajunge dup 10 ore s se obin h1,h2,h3,.h9 i h10 adncimi de eroziune.Fiecare din aceste eroziuni s-a produs din cauza timpului de funcionare i a numrului de aprinderi care a avut loc n intervalul de timp respectiv. nsumnd intervalele de timp: t = t1 + t2 + t3 +..t9 + t10 =1 0 ore,respectiv eroziunile aferente: h1 + h2 + h3 +..h9 + h10, se obine eroziunea total htotal = hi.n cazul nostru nsumnd msurtorile pariale hi, se obine valoarea final htotal = 0,335mm. n triunghiul dreptunghic format se observ c htotal = t x tg, unde tg este coeficientul unghiular al dreptei 0-h10 (colorat n rou).Fiind vorba de o relaie spaiu-timp,respectiv adncimea eroziunii i timpul total t n care a avut loc aceast eroziune,se poate afirma c: eroziunea totala hi = htotal ,se mai poate obine din produsul t x viteza medie de eroziune,adic htotal = t x kmed. Valoarea lui kmed se citete din diagrama K=f(nr.apr) reprezentat n figura 4.2. Numrul de aprinderi se cunoate din impulsurile date de instalaie la fiecare aprindere.mprind deci timpul total de funcionare n intervale de timp egale ti i numrtorul de aprinderi fcnd suma aprinderilor aferente intervalului de timp ti se determin valoarea lui ki med.Pentru fiecare interval de timp se calculeaz produsul Ki med x t obinndu-se astfel valoarea lui hi .Deoarece valoarea lui t este aceiai (5 -10 min.),numrtorul de aprinderi poate fi etalonat direct la valoarea lui Ki med .Aceast valoare se nmulete cu constanta t ( 1/12 sau 1/6 dintr-o or) adic cu 0,083 sau 0,166 i astfel se obine hi .Adic hi=Kimed x 0,083 (sau 0,166). Fcnd suma hi se obine: Htotal = hi = nore 0,083(0,166) x {K1 +K2 + .............+Kn} (1) Dar K1 =f1(N1 apr.) ; K2 = f 2(N2 apr.) ; .........Kn = f n(Nn apr.) (conform figurii 3.2) Deci { K1+K2+......Kn }= f(N1 apr) +f( N2 apr) +........f(Nn apr) Rezulta ca Htotal = nore x 0,083 x { f1 +f2 +.........fn} (2) Dac pentru un anumit electrod se cunoate Htotal adic eroziunea maxim permis din relaia (1) se determin nore. Acesta va fi nore =Htotal/0,083(0,166)x{ f1+f2+.....fn} (3) Din relaia (3) se poate calcula numrul de ore de funcionare dup care trebuie s se emit semnalul de oprire,n vederea schimbrii electrodului. De exemplu:dac Htotal = 1,2 mm i au fost nregistrate n de aprinderi,valoarea lui nore va fi:nore = 1,2/0,08 {f1+ f2 + .....fn} (4).Dac programatorul pentru exemplul dat a nsumat pentru fiecare interval valorile: f1 = f2 = 0,05mm/or; f3 = 0,1mm/or; f4 = 0,2mm/or; f5 = f6 = f7 = 0,2mm/or s.a.m.d. n total se obine suma fn. n cazul exemplului dat, programatorul a nsumat pentru fn valoarea fn= 3,3 mm/or.Astfel valoarea lui nore va fi :



nore = 14,4/3,3= 4,36 ore Astfel cronometrul electronic din programator va emite un semnal de avertizare asupra faptului c trebuie s se schimbe electrodul, dup un timp de 4,36 ore. Din cercetrile experimentale s-a ajuns la concluzia c este suficient ca pentru electrodul supus testrii s se construiasc o diagram reprezentnd funcia k=f(Nr.aprind.) similar cu cea reprezentat n figura 4.5, fcndu-se numai 2 msurtori timp de cte 5 minute.S-a folosit procedeul ce este descris n continuare.

Se stabilete o baza de timp t egala de exemplu cu 5 minute adic 0,083 ore.Se regleaz curentul de tiere la valoarea curentului nominal al electrodului,i n primul interval de timp se execut 50 de aprinderi (10 aprinderi/minut),n cel de al doilea interval t se mai execut 100 de aprinderi (20 aprinderi/minut).Considernd funcia k=f(nr.aprinderi) liniar, sunt determinate coordonatele pentru 3 puncte ale funciei h (primul punct se poate considera originea axelor de coordonate).Se construiete diagrama k=f(nr.aprinderi). Cu valorile citite de pe diagram se etaloneaz numrtorul de impulsuri,considernd fiecare impuls drept o aprindere. Cronometrul electronic care face parte dintr-un programator,realizeaz contactul cu numrtorul,la sfritul fiecrui interval.n acest fel pentru fiecare interval de timp t s-a nregistrat numrul de aprinderi. Cu ajutorul diagramei k=f(nr.aprinderi),sau printr-o etalonare direct,se marcheaz pentru fiecare interval de timp t valoarea eroziunii h. n diagrama h=f(t) se traseaz dreapta corespunztoare lui H=h max.admis,de exemplu 1,2 mm i astfel se determin timpul Te prin intersecia dreptei H cu diagrama h=f(t). Programatorul este astfel reglat ca s emit un semnal la atingerea valorii lui H=hmax pentru a nlocui electrodul uzat care n urma funcionrii are eroziunea maxim.Timpul dup care cronometrul n corelaie cu numrtorul din programator emite acest semnal corespunde cu durata de utilizare Te a electrodului. Exist i momente cnd instalaia nu funcioneaz. De exemplu, la schimbarea tablelor tiate i nlocuirea lor cu alte table noi.n aceste intervale de timp cnd sesizorul de curent de tiere nu emite semnal,cronometrul st n repaus. Redm mai jos n tabelul 4.6 valorile msurate pe cale experimental pentru determinarea vitezei de erodare k (mm/or) funcie de numrul de aprinderi. Tabelul 4.6 Nr.aprind. t1 = 0,083 ore t2 = 0,083 ore 50 aprinderi h1 =0,002mm (masurati)

K1 = h1/t1 K1= 0,002/0,083 K1=0,024mm/ora

100 aprinderi h2= 0,00415mm (masurati)

K2=h2/t K2=0,00415/0,083 K2=0,05 mm/ora

Pentru a putea construi diagrama k = f(nr.aprind.), ne folosim de relaia;



K = nr.aprind. x {k2 k1}/ {n2 n1}; (5) Fcnd pe nr.aprind.= 600 obinem pentru k valoarea K3 = 600 x {0,05 0,025}/100 50 ; K3 = 0,3 mm/or (la 600 de aprinderi) Cu valorile K1,K2 i K3 se traseaz funcia k = f(Nr.apr). Pentru cazul studiat, diagrama corespunde cu cea prezentat n figura 4.2. n baza cunoaterii vitezelor de eroziune k, funcie de numrul de aprinderi,s-a testat electrodul considerat drept mode

CONSIDERAłII ASUPRA TEHNOLOGIILOR MODERNE DE TĂIERE ...

Documents

Transcript of CONSIDERAłII ASUPRA TEHNOLOGIILOR MODERNE DE TĂIERE ...

Slide Cap1 TEHNOLOGIILOR INFORMAŢIONALE

RAPORT DE EVALUARE A TEHNOLOGIILOR MEDICALE …

Generatiile curente si viitoare POn, privire de ansamblu asupra tehnologiilor PON.

Impactul tehnologiilor mobile asupra turismului

Powermax30 AIR - echipamentsudura.ro · Powermax30 ® AIR. Sistem profesional de tăiere cu plasmă dotat cu compresor intern de aer . pentru o portabilitate ridicată şi tăiere

Bazelele Tehnologiilor de Fabricare

Infografic - Influența tehnologiilor digitale asupra angajaților din Europa

Concepte moderne privind utilizarea tehnologiilor ...

Rolul tehnologiilor informaționale

ELABORAREA TEHNOLOGIILOR ÎN TRANSPORTUL FEROVIAR

IMPACTUL CRIZEI FINANCIARE MONDIALE ASUPRA ... - oaji.netoaji.net/articles/2016/3365-1467891949.pdf · referitor la avantajele asupra mediului, ale tehnologiilor de producere a biocarburanţilor

Managementul Tehnologiilor Medicale Mastrat-2.pdf

2. Alexandru_grimut_thesis[1] Mg Tehnologiilor Informationale

Optimizarea tehnologiilor de întretinere si

ImbInam tehnologIa, Wir verbinden Technik, CalItatea sI ... · Tăiere prin perforare pentru tuburi, cauciuc expandat, profile de etanşare, tăiere prin forfecare pentru cabluri

Implementarea tehnologiilor informationale si sistemelor de ...

Optimizarea activităţilor prin folosirea tehnologiilor RFID

MANUAL DE AUDIT AL TEHNOLOGIILOR INFORMAŢIONALE

RAPORT PRIVIND EVALUAREA IMPACTULUI ASUPRA MEDIULUI · aprobat pentru ȚarĂ) Și/ sau alternativele tehnologiilor Și motivele pentru alegerea fĂcutĂ pentru cercetare, avÂnd În

Dezvoltarea produselor si tehnologiilor High-Tech