Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt đến chất lượng sản phẩm khi cắt thép không rỉ bằng tia plasma

1 ` MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong năm gần đây, với phát triển nhanh chóng khoa học kỹ thuật thúc đẩy ngành công nghiệp phát triển Trong lĩnh vực khí chế tạo máy sản phẩm khí yêu cầu chất lượng ngày cao Để nâng cao chất lượng sản phẩm mặt người ta sử dụng ngày nhiều loại vật liệu có tính tốt, thép không gỉ thép chậm gỉ loại vật liệu Với thành phần bon hợp kim chủ yếu: 0.1- 0.4 %C , >13%Cr, loại thép dẻo, dễ uốn, dễ hàn, bền, chống ăn mòn tốt khoảng nhiệt độ rộng Nên loại vật liệu sử dụng rộng rãi thích hợp ngành hoá chất, dụng cụ mổ ngành y học, khuôn mẫu, đồ trang sức, loại ốc vít không gỉ, ổ bi chống ăn mòn, đồ gia dụng, bình chứa, ống công nghiệp, tàu thuyền công nghiệp, vỏ công trình xây dựng Mặt khác bên cạnh chọn vật liệu tốt người ta phải nâng cao độ xác chất lượng bề mặt gia công để nâng cao chất lượng sản phẩm Đối với thép không rỉ, để hoàn thiện sản phẩm cần qua nhiều công đoạn Trong công đoạn cắt quan trọng để tạo nên sản phẩm chất lượng Phương pháp cắt hồ quang plasma chủ yếu sử dụng để gia công vật liệu Cắt plasma công nghệ phức tạp đòi hỏi người thực phải có kiến thức lý thuyết vật lý, hóa học, khí, luyện kim, điện, điện tử, tự động hóa…, đồng thời yêu cầu cao tính sáng tạo kỹ nghề nghiệp Hiện nay, công nghệ cắt plasma ứng dụng nhiều ngành công nghiệp khác làm cho suất chất lượng sản phẩm tăng lên nhiều Tuy nhiên, việc lựa chọn chế độ cắt cho phù hợp nhằm nâng cao su ất đảm bảo chất lượng sản phẩm gặp nhiều bất cập chưa ` nghiên cứu kỹ lưỡng; Mối quan hệ chế độ cắt với chất lượng sản phẩm cắt chưa đánh giá đầy đủ; việc chọn chế độ cắt dựa vào kinh nghiệm thể bảng tra…Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt đến chất lượng sản phẩm cắt thép không rỉ tia plasma” cần thiết; tạo tiền đề cho việc nghiên cứu hoàn thiện nhằm mục đích xác định chế độ cắt hợp lý tiến tới tối ưu hoá chế độ cắt cắt thép không rỉ hồ quang plasma góp phần nâng cao hiệu khai thác, sử dụng máy cắt plasma sản xuất khí sở để nghiên cứu cho vật liệu khác, sở nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm tạo chế độ cắt cụ thể ứng với bề dày vật cắt cắt thép không rỉ Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu chế độ cắt plasma cắt thép không rỉ có bề dày h = mm ảnh hưởng đến vùng ảnh hưởng nhiệt phân phối bên thép Từ có khuyến cáo sử dụng công nghệ cắt thép không rỉ plasma với thép có chiều dày khác Đồng thời đề xuất chế độ cắt phù hợp với thép không rỉ áp dụng phương pháp cắt plasma Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Trong phạm vi thời gian thực đề tài này, thép không rỉ có bề dày 8mm lựa chọn để nghiên cứu chế độ cắt plasma không khí với qui trình cắt tự động Phạm vi ứng dụng cắt thép không rỉ mở rộng đến chiều dày khác (6 - 12) mm sử dụng rộng rãi công nghiệp Các đối tượng quan tâm đến gồm: - Các dạng lượng tham gia vào trình cắt - Bề rộng mạch cắt vùng ảnh hưởng nhiệt Phƣơng pháp nghiên c ứu đề tài - Nghiên cứu lý thuyết để có kết phân tích, tính toán dựa vào lý ` thuyết truyền nhiệt - Nghiên cứu thực nghiệm đo nhiệt độ xác định vùng ảnh hưởng nhiệt - Thực nghiệm đo bề rộng rãnh cắt - So sánh kết đo kết tính để khẳng định độ tin cậy kết tính theo lý thuyết truyền nhiệt Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Xác định ảnh hưởng số thông số đến chất lượng sản phẩm cắt thép không gỉ plasma - Xác định bề rộng kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt thép sau cắt - Cho phép hạn chế công đoạn cắt thử nhiều lần thực tiễn làm tăng chi phí gia công - Cung cấp khuyến cáo, hướng dẫn sử dụng công nghệ cắt plasma để đạt hiệu cao thực tiễn sản xuất, chế tạo ` Chƣơng TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Các quy trình cắt kim loại nhiệt khí 1.1.1 Cắt ô-xy Quá trình cắt bắt đầu đốt nóng kim loại đến nhiệt độ cháy (ô-xy hóa mạnh liệt) nhờ lửa hàn sau cho dòng ô-xy thổi qua, để đốt nóng kim loại đến nhiệt độ cháy, đạt đến nhiệt độ cháy Cho dòng ô-xy kỹ thuật nguyên chất (98 ÷ 99,7% O2) vào rãnh mỏ cắt trực tiếp ô-xy hóa kim loại thành ô xít sắt thổi xỉ lỏng khỏi rãnh cắt Sự tạo thành nhiệt trình kim loại cháy ô-xy làm cho trình cắt liên tục kết thúc đường cắt Cắt ô-xy ứng dụng rộng rãi công nghiệp luyện kim gia công kim loại, đặc biệt ngành luyện kim đen, đóng tàu, chế tạo lò hơi, chế tạo đầu máy toa xe, xây dựng …Việt Nam Hiện cắt phương pháp thủ công ứng dụng rộng rãi để cắt thép tấm, mặt tròn chi tiết đơn giản hay phức tạp khác Cắt máy cắt ngày phát triển có xuất cao, độ xác lớn, mép cắt phẳng cắt ô-xy, axê-ty-len thực máy cát CNC 1.1.2 Cắt hồ quang ô-xy Phương pháp dùng để cắt, khoét rãnh cắt lỗ kim loại điện cực dạng que hàn, có sử dụng ô-xy Điện cực có vỏ bọc thuốc trợ dung, với chức ổn định hồ quang làm sản phẩm cháy trình cát trở nên lỏng Lõi điện cực lõi rỗng dạng ống qua ô-xy đưa trực tiếp vào vùng hồ quang nơi kim loại cắt Kìm cắt thiết kế đặc biệt để có khả dẫn điện đến điện cực ô-xy đến hồ quang ` Với phương pháp này, hồ quang đun nóng sơ trước, cắt kim loại thực tế thực dòng ô-xy thuốc trợ dung, nhờ phối hợp nung chảy, ô-xy hóa, hòa tan, tạo xỉ phun học Trong trường hợp vật liệu có tính chống ô-xy hóa cao, chẳng hạn thép không rỉ, nhôm hợp kim nhôm,… Quá trình cắt chủ yếu nóng chảy Trong tường hợp này, lớp vỏ bọc điện cực đẩy kim loại nóng chảy xa đường cắt tương tự tác dụng kim loại bột chất trợ dung quy trình cắt thép không rỉ ô-xy, a-xê-ty-len 1.1.3 Cắt hồ quang, kim loại tay Đây phương pháp cắt thô sử dụng điện hàn cực thông dụng điện cực thiết kế đặc biệt có đường kính từ 4mm đến 6mm với cường độ dòng điện cao so với hàn hồ quang tay 30-50% so với dòng điện hồ quang tương ứng Mặc dù dùng dòng điện xoay chiều, dòng chiều cực thuận ưu tiên sử dụng Đôi làm ẩm điện cực, nước lớp bọc điện cực làm giảm nhiệt điện cực phân hủy hồ quang để xuyên thấu sâu Các dày không 10mm cắt dễ dàng cách dịch chuyển điện cực dọc theo đường cắt Đối với kim loại dày hơn, cần cắt từ phía kim loại xỉ nóng chảy dễ dàng thoát xuống Đường cắt mép tấm, cắt từ lõi công nghệ xuyên qua Để tạo điều kiện cho kim loại xỉ nóng thoát ngoài, chiều dài hồ quang cần ngắn, lúc đồng thời đẩy que hàn vào vũng kim loại nóng chảy chuyển động que hàn lên xuống theo hình lưỡi liềm Chuyển động lên cần nhanh, lúc chuyển động xuống cần tạo tác dụng đẩy kim loại xỉ nóng rãnh cắt Khi phương pháp tốt hơn, phương pháp sử dụng để khoét lỗ ống, tấm, để hàn phần nối thêm sau ` 1.1.4 Cắt điện cực bon khí nén Phương pháp dùng không khí nén để loại bỏ không khí nóng chảy hồ quang tạo nên Nó cho phép vát rãnh vật liệu kim loại Dòng khí nén tốc độ cao có hướng song song với điện cực Các bon vị trí hồ quang, có tác dụng thổi kim loại nóng chảy khỏi vùng Các ứng dụng chủ yếu phương pháp cắt kim loại, khoét bỏ đường hàn vùng hàn bị khuyết tật vát rãnh để chuẩn bị mép hàn Khác với cắt kim loại nguyên liệu khí ô-xy dựa ô-xy hóa loại bỏ xỉ nóng chảy thấp, cắt hồ quang không khí làm nóng chảy mà không ô xy hóa Quy trình có tính vật lý, dùng cho vật liệu kim loại kể loại có màng ô xít khó nóng chảy 1.1.5 Cắt hồ quang Plasma Plasma khí dẫn nhiệu bao gồm điện tử, ion, phân tử trung hòa Plasma cắt kim loại có nhiệt độ từ 50÷30.000K, hình thành thổi dòng khí tạo Plasma mà chất lỏng hỗn hợp khí chất lỏng qua hồ quang điện mỏ cắt Thiết bị cắt Plasma bao gồm nguồn điện, điều khiển, nhiều loại khí để có khí phun(qua lỗ) khí bảo vệ, mỏ cắt, thiết bị vận hành tay khí hóa Nguồn điện chiều với điện áp hở mạch khoảng 120-140V dòng điện 70-1000A Để cá thép có chiều dày 75mm nhôm có chiều dày 90mm cần điện áp hở mạch 400V dòng điện đến 500A Thiết bị cắt tay đảm bảo an toàn cho người sử dụng có điện áp hở mạch 120-200V, dòng điện 70-100A, tốc độ cắt tương đối thấp, chiều dày cắt so với thép Các bon 12.5mm hợp kim không chứa sắt đến 25mm ` Bộ điều khiển có van để điều khiển khí nước làm nguội theo yêu cầu, điều khiển lưu lượng khí cắt thông qua lưu lượng kế, có công tắc lưu lượng nước để dừng hoạt động thiết bị không đủ nước làm nguội máy cắt tự động công suất cao có tính điều khiển độ dốc dòng điện lưu lượng khí cắt Các mỏ cắt có nhiều kiểu kiểu có nhiều đầu phun với đường kính lỗ phun khác Dòng điện cao, lỗ phun phải có đường kính lớn Đầu phun tiết kế theo hệ thống cắt Plasma sử dụng vật liệu cắt Để đạt chất liệu cao, đầu phun nhiều cổng sử dụng, có cổng phụ xếp vòng tròn bao quang lỗ Trong thiết bị khí hóa, mỏ cắt hồ quang plasma lắp lên máy cắt định hình tương tự thiết bị khí hóa thông dụng, trình cắt điều khiển theo dõi quang điện, điều khiển số, điều khiển máy tính Với cắt hồ quang Plasma cắt hợp kim nhôm dày 150mm với tốc độ 3mm/s, thép không rỉ dày 100mm với tốc độ 3mm/s, thép Các bon dày 50mm với tốc độ 11mm/s Tuy nhiên cắt hồ quang Plasma cần ý số điểm, tạo hồ quang sáng, văng tóe, khói ồn càn phải có biện pháp bảo hộ làm việc Đặc biệt quan trọng phải kiểm soát khói tiếng ồn Một phương pháp kiểm soát khói đặt vật liệu lên bàn cắt có nước Dòng Plasma tạo khói với tốc độ cao, va đập với nước gây cuộn xoáy, giữ hạt khói nước 1.1.6 Cắt ăn mòn tia lửa điện Dựa sở “bắn phá điện cực” (chi tiết) để tách vật liệu chi tiết, có hai loại máy tồn với dụng cụ khác nhau: - Máy EDM dùng điện cực thỏi - Máy EDM dùng điện cực dây ` Với ứng dụng gia công cho vật liệu dẫn điện khó gia công thép tôi, thép hợp kim khó gia công Tạo hình chi tiết hệ lỗ có Profile phức tạp dạng thông suốt hay có đáy khoang hốc phức tạp khác Nguyên lý gia công tia lửa điện: gia công kim loại tia lửa điện dạng công phóng tia lửa điện để ăn mòn vật liệu gia công truyền lượng qua rãnh dẫn điện - Điện cực đóng vai trò dụng cụ cắt có độ cứng tháp nhiều so với điện cực phôi (chi tiết gia công) lấy mềm cắt cứng - Điện cực phôi phải dẫn điện - Khi gia công điện cực phôi phải nhúng ngập dung dịch không dẫn điện điều kiện định - Dòng điện chiều có điện áp 100-125V từ nguồn qua biến trở R nạp vào tụ C Khi hai điện cực tiến lại gần khe hở chúng đủ bé xuất tia lửa điện , chọc thủng lớp cách điện hai điện cực, tạo nên rãnh dẫn điện Nhiệt độ vùng lên đến hàng ngàn độ làm nóng chảy lỏng, đốt cháy phần kim loại bề mặt gia công (cực dương) tạo nên hình dạng cần thiết tùy theo hình dạng điện cực dụng cụ (cực âm) Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện điển hình trình bày hình 1.1 Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện ` 1.1.7 Cắt chùm tia điện tử Trong nguồn điện nhiệt sử dụng công nghiệp nói chung công nghệ cắt nói riêng chùm tia điện tử có khả cạnh tranh với nguồn nhiệt khác mức độ tập trung lượng lơn diện tích nhỏ Chùm tia điện tử dòng điện tử tốc có đỉnh nhọn Dòng điện tử Catốt phát tăng tốc chân không sau chiếu tiêu thành vết kích thước nhỏ (đường kính phần trăm milimet đến vài milimet) Khi điện tử tăng tốc bị hãm gần mặt kim loại động chúng chuyển thành nhiệt Mật độ công suất chỗ hãm lớn đốt nóng kim loại mạnh Sự phát trình phóng nhiệt điện tử, ứng dụng trường hợp tĩnh điện điện từ đối xứng dọc theo trục để chiếu tiêu tia điện tử, phát triển kỹ thuật chân không, tất mốc phát triển công nghệ hàn, hàn chùm tia điện tử năm 50 kỷ Tùy thuộc vào áp suất tăng tốc tính chất kim loại điện tử thấm sâu vào hàng chục micromet Sau va chạm nhiều lần điện tử lượng, thay đổi hướng tốc độ chuyển động Tốc độ điện tử sau va chạm tăng, tốc độ giảm, kết giai đoạn cuối hành trình điện tử tiêu tốn phần chủ yếu lượng Như đốt nóng điện tử xảy vật tử khác với nguồn điện khác ứng dụng hàn Sự tỏa nhiệt mạnh quan sát cuối hành trình tia điện tử Bằng phương pháp dùng chùm tia điện tử, phương pháp dựa chế bay vật liệu gia công dọc theo đường cắt chân không chùm tia 10 ` điện tử, dùng laser, cắt vật liệu kim loại lẫn vật liệu phi kim loại, đảm bảo suất, độ rộng vết cắt vùng ảnh hưởng nhiệt (Vùng AHN) nhỏ, chất lượng cắt cao, gia công đường viền phức tạp so với laser phương pháp cắt nhiệt khác phương pháp dùng chùm tia điện tử phải sử dụng thiết bị phức tạp không tiện lợi cho khai thác Chẳng hạn phải đưa chi tiết gia công vào buồng chân không để thực quy trình đồng thời phải có thiết bị bảo vệ đặc biệt để ngăn ngừa xạ rơnghen cho người thao tác 1.1.8 Cắt laser Laser nguồn phát chùm tia cực mạnh bước sóng định, hội tụ lại khoảng cách Nó có khả tạo bề mặt gia công mật độ luồng ánh sáng cao Vai trò laser nguồn sáng làm việc liên tục xung, đảm bảo bề mặt vật liệu gia công mật độ công suất cao, đủ để đun nóng, làm nóng chảy, làm bay vật liệu- sở công nghệ laser Hình 1.2 Trình bày sơ đồ cắt laser kèm theo khí thổi vào vùng tương tác 1-Nguồn phát tia laser 4-Cửa sổ 2-Gương phẳng 5-Tiêu điểm 3-Thấu kính 6-Chi tiết 57 ` 2500 I = 60A I = 70A 2000 I = 80A I = 90A T(0K) 1500 1000 500 0 Y(mm) Hình 4.2 Thay đổi nhiệt độ đường vuông góc rãnh cắt v = 0,8m/min 2500 I = 60A 2000 I = 70A I = 80A I = 90A T(0K) 1500 1000 500 0 Y(mm) 58 ` Hình 4.3 Thay đổi nhiệt độ đường vuông góc rãnh cắt v = 1m/min 3000 I = 60A 2500 I = 70A I = 80A 2000 T(0K) I = 90A 1500 1000 500 0 Y(mm) Hình 4.4 Thay đổi nhiệt độ đường vuông góc rãnh cắt v = 1,2m/min 3000 I = 60A Nhiệt độ T (0K) 2500 I = 70A I = 80A 2000 I = 90A 1500 1000 500 0 Khoảng cách tâm Y (mm) 59 ` Hình 4.5 Thay đổi nhiệt độ đường vuông góc rãnh cắt v = 1,4m/min Kết bảng từ 4.1 -4.2 mô tả hình 4.1 đến hình 4.5, cho thấy rằng: - Khi cắt cường độ dòng điện lớn có vùng ảnh hưởng nhiệt lớn nhiệt độ cao cho dù ta tăng t ốc độ cắt Đây điều lợi cắt tăng chi phí gia công ều kiện an toàn vận hành - Khi cắt tốc độ cắt thấp v=0.8 m/min , vùng ảnh hưởng nhiệt rộng , bề rộng mạch cắt tăng đáng kể làm chậm trình gia công tăng giá thành sản phẩm Ngược lại cắt tốc độ nhanh V=4.1m/min thực tế rãnh cắt không kịp hình thành dòng điện thấp.Từ tính toán khảo sát thực tế , tiến hành thực nghiệm tiến hành khảo sát hai chế độ vận tốc cắt V=1m/min V=1.2m/min với mức dòng điện I=6090 (A) 4.3 Khảo sát thực nghiệm bề rộng mạch cắt vùng ảnh hƣởng nhiệt cắt thép không rỉ tia plasma 4.3.1 Mục đích thực nghiệm Thực nghiệm công việc quan trọng, nguyên t ắc để kiểm nghiệm mặt lý thuyết toán học chất hồ quang plasma Cơ sở thử nghiệm cần thiết cho việc giải thích tương quan sở toán học với thực tế Sự phân bố nhiệt đo cách sử dụng thiết bị đo hồng ngoại, bề rộng mạch cắt đo thước lá.Kết so sánh với dự đoán xuất phát từ phương trình ban đầu Độ lệch quan sát so với mô hình tính toán s ẽ thảo luận Trong thí nghiệm cho thấy tính đặc biệt trình cụ thể, đồng thời cho phép đúc kết lý thuyết nói chung góp ph ần vào việc xây dựng kiến thức trình cắt plasma Cả hai cần thiết để cải thiện mô trình cắt plasma Vì vậy, thông tin bề rộng 60 ` mạch cắt vùng ảnh hưởng nhiệt liên quan đến vị trí điều kiện cắt phải ghi lại 4.3.2 Dụng cụ đo 4.3.2.1 Dụng cụ đo nhiệt Máy đo nhiệt độ hồng ngoại: TFI 650 M Tính kỹ thuật: đo tia hồng ngoại: Khoảng đo: -60 +15000C Độ xác: + 2% v.MW / +2 0C Độ phân giải: 0.10C 0.10F Thời gian đáp ứng (90%) ~ giây Hệ số phát nhiệt: 0.1 đến 1.0 Khoảng cách tới điểm 50 : Nhiệt độ hoạt động: 00C…+500C Nhiệt độ bảo quản: -200C…+650 Hình 4.6 Máy đo nhiệt độ hồng ngoại: TFI 650 M 4.3.2.2 Thước Hình 4.7 Thước 61 ` 4.3.3 Bố trí thực nghiệm 4.3.3.1 Thực nghiệm đo bề rộng rãnh cắt Chúng tiến hành đo bề rộng rãnh cắt áp suất khí thổi Pôxy= 5at , I=60-90 (A), v=0.8-1.4 (m/min).Ứng với mổi trường hợp cắt thử lần , ghi lại kết tìm Ltb Hình 4.8 Chuẩn bị mẫu cắt thử Hình 4.9 Mẫu cắt đo bề rộng trung bình 62 ` Kết đo sau: Bảng 4.3 Kết đo bề rộng rãnh cắt sau lần cắt thử Lần cắt Max Min Ltb Kết đo (v=0.8 m/min) I(A) I = 60A 2.09 2.10 2.10 2.15 2.12 2.15 2.09 2.11 I = 70A 2.55 2.57 2.56 2.58 2.57 2.58 2.55 2.57 I = 80A 3.00 3.00 3.10 3.10 3.10 3.10 3.00 3.06 I = 90A 3.50 3.52 3.53 3.53 3.54 3.54 3.50 3.52 Lần cắt Kết đo (v=1 m/min) I(A) Max Min Ltb I = 60A 1.95 2.00 1.98 1.88 1.98 2.00 1.88 1.96 I = 70A 2.37 2.40 2.38 2.35 2.39 2.40 2.35 2.38 I = 80A 2.80 2.85 2.85 2.83 2.82 2.85 2.80 2.83 I = 90A 3.32 3.25 3.35 3.24 3.27 3.35 3.29 3.29 Lần cắt Kết đo (v=1.2 m/min) I(A) Max Min Ltb I = 60A 1.80 1.87 1.84 1.82 1.83 1.87 1.80 1.83 I = 70A 2.20 2.25 2.24 2.23 2.25 2.25 2.20 2.23 I = 80A 2.60 2.63 2.64 2.63 2.64 2.64 2.60 2.63 I = 90A 3.15 3.07 3.06 3.07 3.05 3.15 3.05 3.08 Lần cắt Max Min Ltb Kết đo (v=1.4 m/min) I(A) I = 60A 1.74 1.75 1.76 1.74 1.75 1.76 1.74 1.75 I = 70A 2.10 2.09 2.11 2.12 2.12 2.12 2.09 2.11 I = 80A 2.52 2.50 2.51 2.49 2.52 2.52 2.49 2.51 I = 90A 2.90 2.91 2.90 2.92 2.92 2.92 2.90 2.91 63 ` Dựa bảng số liệu 3.5 ta tìm bề rộng trung bình rãnh cắt sau lần cắt thử sau: Bảng 4.4 Kết đo bề rộng trung bình rãnh cắt v(m/min) 0.8 1.2 1.4 Ltb(mm) I = 60A 2.11 1.96 1.83 1.75 I = 70A 2.57 2.38 2.23 2.11 I = 80A 3.06 2.83 2.63 2.51 I = 90A 3.52 3.29 3.08 2.91 4.000 Bề rộng rãnh cắt Ltb(mm) 3.500 3.000 I = 60A 2.500 I = 70A I = 80A 2.000 I = 90A 1.500 1.000 500 000 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 Vận tốc cắt V(m/min) Hình 4.10 Kết đo quan hệ vận tốc cắt, dòng điện đến bề rộng rãnh cắt 64 ` Tính Đo Hình 4.11 Thay đổi bề rộng rãnh cắt tính theo lý thuyết kết đo Căn vào bảng (3.2-3.5) hình 3.9 ta thấy kết tính bề rộng trung bình rãnh cắt theo công thức (2.13) kết đo xác (sai lệch lớn 1%) Điều lần khẳng định bề rộng trung bình rãnh cắt phụ thuộc vào cường độ dòng điện tốc độ cắt Đồng thời dùng công thức (3.13) để xác định bề rộng trung bình rãnh cắt 4.3.3.2 Thực nghiệm đo nhiệt độ vùng (AHN) Để đo nhiệt độ T(x,y,z,t) thời điểm t cho vị trí định (x,y,z) tương ứng với tốc độ cắt, vị trí đo vạch dấu thép vị trí cách tâm rãnh cắt: 1,2,3,4,5 mm Kho ảng cách đo từ máy đo hồng ngoại đến điểm đo 1mét, nhiệt độ môi trường xác định 3030K Chúng tiến hành đo nhiệt độ áp suất khí thổi Pôxy= 5at với hai trường hợp sau: - Thứ y = 1-5 mm với vận tốc v = 1m/min thay đổi dòng điện I=60-90 (A).Các vị trí đo thay đổi theo phương Oy: 1, 2, 3,4,5 nhiệt độ ghi lại điểm đo - Thứ hai y = 1-5 mm với vận tốc v = 1m/min thay đổi dòng 65 ` điện I=60-90 (A).Các vị trí đo thay đổi theo phương Oy: 1, 2, 3,4,5 nhiệt độ ghi lại điểm đo Bảng 4.5 Kết đo nhiệt độ theo trục y cắt với v=1(m/min) y(mm) I (A) T(0K) (khi: v = 1m/min) I = 60A 1179 756 615 545 502 I = 70A 1614 974 760 653 589 I = 80A 1852 1092 839 713 637 I = 90A 2102 1218 923 775 687 V=(1m/min) 2500 I = 60A 2000 I = 70A I = 80A 1500 T(0K) I = 90A 1000 500 0 Y(mm) Hình 4.12 Kết đo nhiệt độ theo trục y cắt với v=1(m/min) 66 ` Bảng 4.6 Kết đo nhiệt độ theo trục y cắt với v=1.2(m/min) y(mm) I (A) T(0K) (khi: v = 1.2 m/min) I = 60A 1.179 756 615 545 502 I = 70A 1.877 1108 852 723 647 I = 80A 2.164 1253 949 798 706 I = 90A 2.486 1425 1071 894 788 V=1.2 (m/min) 3000 I = 60A 2500 I = 70A T(0K) 2000 I = 80A I = 90A 1500 1000 500 0 Y(mm) Hình 4.13 Kết đo nhiệt độ theo trục y cắt với v=1.2(m/min) 67 ` Kết tính Kết đo Hình 4.14 Kết tính nhiệt độ kết đo V=1 m/min Hình 4.15 Kết tính nhiệt độ kết đo V=1.2 m/min Căn vào hình (4.12) bảng từ (3.2) đến (3.5) ta thấy chênh lệch nhiệt độ đo nhiệt độ theo tính toán có chênh lệch đáng kể (2,4 %) Điều giải thích sau: - Với giả định lượng tryền toàn chiều cao ổn định thời gian cắt, dẫn đến thay đổi nhiệt độ theo bề 68 ` dày hoàn toàn không hợp lý - Trong trình tính nguồn nhiệt xem tập trung điểm thực tế sức nóng lửa cắt phân bổ khu vực hữu hạn 69 ` KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Khi cường độ dòng điện tăng cao nhiệt độ bên tấm, bề rộng rãnh cắt tăng theo làm ảnh hưởng đến tính cấu trúc vật liệu biến dạng chi tiết sau cắt Nếu cắt dòng điện cao, điện cực tạo plasma nhanh hỏng, hiệu suất làm việc giảm làm tăng chi phí vận hành Tăng tốc độ cắt tăng hiệu suất làm việc, bề rộng rãnh cắt, nhiệt độ bên giảm cắt tốc độ cao ta phải tăng cường độ dòng điện theo không rãnh cắt mặt không hình thành, kim loại nóng chảy không thoát gây hư hỏng mỏ cắt, điện cực, không an toàn trình làm vi ệc đặc biệt thép không tách rời sau cắt (mạch cắt không đứt rời) Một mô hình tính dựa lý thuyết toán học phân phối nhiệt trình hàn cắt Rosenthal phân tích Martin Birk-Sørensen, Giard Laurence, S Ramakrishnan cộng cho phép xác định khoảng nhiệt độ phân phối vùng ảnh hưởng nhiệt Điều quan trọng gia công hàn hay cắt kim loại người ta có xu hướng giảm thiểu đến múc tối đa ảnh hưởng nhiệt độ đến kim loại Tính nhiệt độ dẫn nhiệt, so với nhiệt độ đo thiết bị đo nhiệt hồng ngoại xác giúp cho người vận hành nắm thông tin cần thiết vật liệu sử dụng để có kế hoạch sử lý nhiệt cho công đoạn gia công đặc biệt gia nhiệt trước hàn Với kết tính toán theo lý thuyết thực nghiệm đo trên, cho phép kết luận sau: - Với chế độ cắt I=60(A) ,v=0.8 -1.2 (m/min), vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ , bề rộng mạch cắt nhỏ thực tế lượng không cung cấp đủ cho 70 ` trình cắt nên không thề hình thành rãnh cắt - Với chế độ cắt I=90(A) V=0.8 (m/min) , trình cắt chậm so với trình cung cấp nhiệt Vì rãnh cắt rộng , vùng ảnh hưởng nhiệt rộng có nhiệt độ cao Điều bất lợi cho trình cắt sử lý nhiệt sau cắt - Với chế độ cắt I=70(A) ;V=1(m/min) I=80(A) ;v=1.2 (m/min) có tương quan nhiệt độ tốc độ chuyển phù hợp với trình cắt thép không rỉ Vùng ảnh hưởng nhiệt phạm vi cho phép, bề rộng rãnh cắt trung bình Ltb=2.4 -2.7 (mm) - Sự chênh lệch kết theo tính toán kết đo cao 2,4 % (đối với nhiệt độ) % (đối với Ltb) Sai lệch chấp nhận Nghĩa từ giả định đưa chương để lập biểu thức tính toán nhiệt độ theo lý thuyết, kết cho phép ta áp dụng công thức để tính toán nhiệt độ cắt thép có chiều dày nhỏ khoảng (6 ≤ h < 12mm) Trong phạm vi thông số chế độ cắt khảo nghiệm, kết cho thấy yếu tố: cường độ dòng điện tốc độ cắt ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm cắt.Tuy nhiên yếu tố mà chủ quan đưa khảo nghiệm, yếu tố khác như: chiều cao mỏ cắt, cấu tạo mỏ cắt… nên chưa đánh giá hết mức độ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cắt thép không rỉ tia plasma Đây mặt hạn chế đề tài Trong phạm vi nghiên cứu thực đề tài, xác định bề rộng rãnh cắt khoảng nhiệt độ vùng ảnh hưởng nhiệt cắt thép tia plasma mà chưa đánh giá tác hại dẫn đến Kiến nghị Với kết nghiên cứu luận văn này, số vấn đề hạn 71 ` chế thời gian chưa quan tâm đến để ngỏ sau: - Nghiên cứu khả áp dụng công thức 2.23 để xác định nhiệt độ điểm vùng ảnh hưởng nhiệt kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt cho cắt thép có chiều dày (6 ≤ h < 12mm) Dựa kết tính nhiệt độ ta tiến hành nghiên cứu công đoạn như: xác định ứng suất biến dạng thép không rỉ sau cắt, phương pháp nhiệt độ gia nhiệt cho thép không rỉ sau cắt trước hàn Từ đó, so sánh kết lý thuyết thực nghiệm để tính chọn chế độ cắt phù hợp - Cần nghiên cứu ứng suất biến dạng thép cắt tia plasma để có sở chọn nhiệt độ thời gian gia nhiệt cho thép không rỉ cách phù hợp nhằm tăng hiệu trình cắt plasma ... ứng với bề dày vật cắt cắt thép không rỉ Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu chế độ cắt plasma cắt thép không rỉ có bề dày h = mm ảnh hưởng đến vùng ảnh hưởng nhiệt phân phối bên thép Từ có khuyến... độ cắt đến chất lượng sản phẩm cắt thép không rỉ tia plasma cần thiết; tạo tiền đề cho việc nghiên cứu hoàn thiện nhằm mục đích xác định chế độ cắt hợp lý tiến tới tối ưu hoá chế độ cắt cắt thép. .. ` nghiên cứu kỹ lưỡng; Mối quan hệ chế độ cắt với chất lượng sản phẩm cắt chưa đánh giá đầy đủ; việc chọn chế độ cắt dựa vào kinh nghiệm thể bảng tra…Vì vậy, đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ