Прогнозування результатів гібридного лазерно-плазмового різання вуглецевої сталі

Автор(и)

  • Volodymyr Korzhyk Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії наук України вул. Казимира Малевича, 11, м. Київ, Україна, 03150, Україна https://orcid.org/0000-0001-9106-8593
  • Vladyslav Khaskin Китайско-український інститут зварювання ім. Є. O. Патона вул. Чангксінг, Тіанхе, 363, м. Гуанчжоу, КНР, 510650, Китай https://orcid.org/0000-0003-3072-6761
  • Andrii Perepichay Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-8156-4515
  • Yevhenii Illiashenko Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії наук України вул. Казимира Малевича, 11, м. Київ, Україна, 03150, Україна https://orcid.org/0000-0001-9876-0320
  • Sviatoslav Peleshenko Китайско-український інститут зварювання ім. Є. O. Патона вул. Чангксінг, 363, Тіанхе, м. Гуанчжоу, КНР, 510650, Україна https://orcid.org/0000-0001-6828-2110

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.199830

Ключові слова:

гібридне лазерно-плазмове різання, інтегрований плазмотрон, вуглецева конструкційна сталь, термічний цикл, зона термічного впливу(ЗТВ), параметри режиму

Анотація

Обґрунтовано перспективність гібридного лазерно-плазмового різання металів, запропоновано конструкцію інтегрованого плазмотрона для гібридної різання, а також спрогнозовано результати лазерно-плазмового різання листових вуглецевих конструкційних сталей з використанням такого інтегрованого плазмотрона. Показано, що для мінімізації втрат лазерного випромінювання і отримання максимального проплавлення інтегрований плазмотрон доцільно компонувати за коаксіальною схемою з осьовим розташуванням лазерного випромінювання і мінімальним нахилом неплавких електродів (одного або більше), відстань від робочого кінця яких до осі лазерного пучка повинна лежати в інтервалі 2...3 мм Діаметр плазмоутворюючого сопла повинен лежати в межах 2–5 мм, а заглиблення фокуса під поверхню листа, що розрізається, при гібридному різанні становити 1–2 мм. Для моделювання процесів лазерного, плазмового та гібридного різання застосовували програмний комплекс SYSWELD, що стало можливим завдяки врахуванню характерного для різання ефекту видалення ділянок розплавленого матеріалу в зоні різання, яке виконувалося шляхом заміни в ході їх розрахунку максимальної температури перегріву на початкову (20°С). Встановлені основні параметри режимів лазерно-плазмового різання, що дозволяють отримати мінімальний розмір ЗТВ при якості різу, яка наближається до лазерної. При цьому для гібридного різання потрібно енерговкладення приблизно вдвічі менше, ніж для повітряно-плазмового. Підвищення швидкості гібридного різання за рахунок збільшення тиску і витрати робочих газів дозволяє його енерговкладанню зрівнятися з аналогічним показником газолазерного різання при більш ніж трикратному підвищенню продуктивності процесу

Біографії авторів

Volodymyr Korzhyk, Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії наук України вул. Казимира Малевича, 11, м. Київ, Україна, 03150

Доктор технічних наук, керівник департаменту

Департамент електротермічних процесів обробки матеріалів

Vladyslav Khaskin, Китайско-український інститут зварювання ім. Є. O. Патона вул. Чангксінг, Тіанхе, 363, м. Гуанчжоу, КНР, 510650

Доктор технічних наук, ведучий науковий сотрудник

Департамент лазерного зварювання

Andrii Perepichay, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра зварювального виробництва

Yevhenii Illiashenko, Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Національної академії наук України вул. Казимира Малевича, 11, м. Київ, Україна, 03150

Інженер І категорії

Департамент електротермічних процесів обробки матеріалів

Sviatoslav Peleshenko, Китайско-український інститут зварювання ім. Є. O. Патона вул. Чангксінг, 363, Тіанхе, м. Гуанчжоу, КНР, 510650

Інженер

Департамент лазерного зварювання

Посилання

  1. Lee, M.-H., Yang, W., Chae, N., Choi, S. (2019). Aerodynamic diameter distribution of aerosols from plasma arc cutting for steels at different cutting power levels. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 323 (1), 613–624. doi: https://doi.org/10.1007/s10967-019-06967-y
  2. Asmael, M., Cinar, Z., Zeeshan, Q. (2018). Developments in Plasma Arc Cutting (PAC) of Steel Alloys: A Review. Jurnal Kejuruteraan, 30 (1), 7–16. doi: https://doi.org/10.17576/jkukm-2018-30(1)-02
  3. Pramanik, D., Kuar, A. S., Sarkar, S., Mitra, S. (2020). Effects of Cutting Angle on Multiple Quality Characteristics for the Microcutting of Thin 316L Stainless Steel Using a Low Power Fiber Laser. Lasers in Engineering, 45 (1-3), 109–131.
  4. Sheng, Z., Guo, X., Prahl, U., Bleck, W. (2020). Shear and laser cutting effects on hydrogen embrittlement of a high-Mn TWIP steel. Engineering Failure Analysis, 108, 104243. doi: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.104243
  5. Skoczylas, A., Zaleski, K. (2019). Effect of Centrifugal Shot Peening on the Surface Properties of Laser-Cut C45 Steel Parts. Materials, 12 (21), 3635. doi: https://doi.org/10.3390/ma12213635
  6. Jović, S., Radović, A., Šarkoćević, Ž., Petković, D., Alizamir, M. (2016). Estimation of the laser cutting operating cost by support vector regression methodology. Applied Physics A, 122 (9). doi: https://doi.org/10.1007/s00339-016-0287-1
  7. Ghosh, S. K., Beitialarrangoitia, J. C., Douglas, S. S. (1993). An automatic process-planning strategy applied to a flexible two-dimensional cutting facility. Journal of Materials Processing Technology, 37 (1-4), 61–81. doi: https://doi.org/10.1016/0924-0136(93)90081-g
  8. Petunin, A. (2019). General Model of Tool Path Problem for the CNC Sheet Cutting Machines. IFAC-PapersOnLine, 52 (13), 2662–2667. doi: https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2019.11.609
  9. Khaskin, V., Korzhyk, V., Bernatsky, A. et. al. (2018). Analysis of features of technological schemes of processes of laser-plasma cutting and welding. Austria-science, 20, 34–43.
  10. Krivtsun, I., Khaskin, V., Korzhyk, V. et. al. (2019). Analysis of the main mechanisms and regularities of the synergistic effect in hybrid laser-arc processes. Сolloquium-journal, 18 (42), 10–20. doi: https://doi.org/10.24411/2520-6990-2019-10596
  11. Masoudi, S., Mirabdolahi, M., Dayyani, M., Jafarian, F., Vafadar, A., Dorali, M. R. (2018). Development of an intelligent model to optimize heat-affected zone, kerf, and roughness in 309 stainless steel plasma cutting by using experimental results. Materials and Manufacturing Processes, 34 (3), 345–356. doi: https://doi.org/10.1080/10426914.2018.1532579
  12. Gadallah, M. H., Abdu, H. M. (2015). Modeling and optimization of laser cutting operations. Manufacturing Review, 2, 20. doi: https://doi.org/10.1051/mfreview/2015020
  13. Gvozdetskiy, V. S., Krivtsun, I. V., Svirgun, A. A., Chizhenko, M. I. (1990). Raschetnaya otsenka vliyaniya lazernogo izlucheniya na harakteristiki plazmy stolba dugi v kanale sopla. Avtomaticheskaya svarka, 8, 8–14.
  14. Rayzer, Yu. P. (1974). Lazernaya iskra i rasprostranenie razryadov. Moscow: Nauka, 308.
  15. Krivtsun, I. V. Gibridnye lazerno-dugovye protsessy svarki i obrabotki materialov (obzor). Available at: https://studfile.net/preview/428483/
  16. Steen, W. M. (1980). Arc augmented laser processing of materials. Journal of Applied Physics, 51 (11), 5636–5641. doi: https://doi.org/10.1063/1.327560
  17. Utsumi, A., Matsuda, J., Yoneda, M., Katsumura, M. (2002). Effect of base metal travelling direction on TIG arc behaviour. Study of high‐speed surface treatment by combined use of laser and arc welding (Report 4). Welding International, 16 (7), 530–536. doi: https://doi.org/10.1080/09507110209549571
  18. Cho, W.-I., Na, S.-J. (2007). A Study on the Process of Hybrid Welding Using Pulsed Nd:YAG Laser and Dip-transfer DC GMA Heat Sources. Journal of Welding and Joining, 25 (6), 71–77. doi: https://doi.org/10.5781/kwjs.2007.25.6.071
  19. Goldak, J. A., Akhlaghi, M. (2005). Computational welding mechanics. Boston. doi: https://doi.org/10.1007/b101137
  20. Bofang, Z. (2018). The Finite Element Method: Fundamentals and Applications in Civil, Hydraulic, Mechanical and Aeronautical Engineering. John Wiley & Sons Singapore Pte. Ltd. doi: https://doi.org/10.1002/9781119107323

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-04-30

Як цитувати

Korzhyk, V., Khaskin, V., Perepichay, A., Illiashenko, Y., & Peleshenko, S. (2020). Прогнозування результатів гібридного лазерно-плазмового різання вуглецевої сталі. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(1 (104), 6–15. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.199830

Номер

Том 2 № 1 (104) (2020): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Volodymyr Korzhyk, Vladyslav Khaskin, Andrii Perepichay, Yevhenii Illiashenko, Sviatoslav Peleshenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.