Ионизированный газ является универсальным инструментом, который позволяет осуществлять высокоскоростные, высокотемпературные процессы на уровне атомов любых материалов. Все системы плазменной резки основываются на использовании контролируемой электрической дуги, обжатой потоком плазмы.
Плазменно дуговая резка основана на выполнении трех физических процессов:
- Поддержание электрической дуги необходимой температуры в патоке плазмообразующего газа.
- Получение полости в процессе выполнение точного плавления материала.
- Удаление (выдувание) расплавленного материала из зоны реза потоком горячего газа.
Задача плазменной резки — получение ровных перпендикулярных кромок точного реза металла, не поддающегося газовой резки. Кстати, плазменная резка в Туле находится по ссылке.
Общие сведения
Рабочая электрическая дуга, образующаяся в воздухе, самостоятельно достигает температуры до 5 000 °С. После подачи потока ионизирующего газа ее температура возрастает до 20 000 °С, что приводит к образованию высокотемпературного газового потока или низкотемпературной плазмы. Ионизация газа повышается при нагреве от электрической дуги, что, в свою очередь, повышает температуру рабочего потока газа до 30 000 °С. Сама воздушно-плазменная смесь начинает ярко светиться, имеет высокий уровень электропроводности и представляет типичную высокотемпературную плазму.
Для получения точного плавления металла вдоль линии реза необходимо подвести определенное количество теплоты. Эффективная тепловая мощность — минимальный числовой предел характеризующий диапазон выделяемой теплоты процесса необходимый для плавления.
Сопла для плазменных резок выбираются различного диаметра, что позволяет контролировать скорость плазменного потока при одинаковом расходе газа. Она резко увеличивается при меньшем диаметре сопла и может достигать 800 м/с. При этом контролируется и процесс выдувания расплавленного металла, скорость которого варьируется от 40 м/с .
Физика процесса резки
Плазменно дуговая резка — термический процесс, который происходит за счет плавления металла. Режущая дуга, несмотря на разные расходные материалы, имеет составные части, которые вводят не одинаковое количество теплоты в металл, не равномерно проплавляют его:
- столб разряда (верхняя часть реза) обеспечивает равномерное плавление и ровные кромки;
- факел (нижняя часть реза) приводит к получению сходящихся к низу кромок;
- активное пятно (расположение зависит от параметров дуги) наиболее активно передает тепловую энергию и обеспечивает самое высокое качество плазменной резки.
Форма сечения плазменной дуги так же влияет на качество реза. На ее профиль влияют:
- толщина и свойства металла;
- скорость резки;
- используемые расходные материалы;
- сила тока и рабочее напряжение;
- условия ширины реза.
Расходные материалы подбираются индивидуально для различных процессов получения реза, как это предусматривает инструкция конкретного оборудования.
Плазмотрон и различные режимы плазменной резки позволяют контролировать распространение той или иной зоны термического влияния, контролировать структуру образовавшихся кромок металла.
Принцип работы плазмотрона
Плазмотрон — оборудования для преобразования электрической энергии сварочной дуги в тепловую энергию потока плазмы.
Конструкция представляет собой устройство с цилиндрической дуговой камерой, которая имеет выходной клапан не большого диаметра — сопло. Он отвечает за форму и скорость, образовавшейся сжатой плазмы. На тыльной стороне камеры находится электрод.
Плазмотрон может работать по двум основным технологиям:
Дуга прямого действия (“катод — анод” — “электрод — изделие”)
Технология резки предполагает образование дуги между электродом и материалом с электрической проводимостью.
Принцип работы:
- Зажигается пилотная дуга между соплом и электродом.
- Дуговая камера наполняется газом, который начинает нагреваться от дуги.
- Нагретый газ ионизируется и происходит процесс теплового расширения.
- Открывается сопло и газ с большой скоростью (около 3 км/с) и высокой температурой вытекает на материал в виде плазменной дуги.
Данные системы плазменной резки имеют более высокий КПД, так как тепловая мощность складывается из мощности, выделяемой в анодной области и мощности работы струи плазмы.
Дуга косвенного действия (“катод — анод” — “электрод — сопло”)
Технология резки предполагает использование теплового эффекта от дуги с режущим газом.
Принцип работы
- Зажигается дуга между электродом и соплом, которое подключается к положительному полюсу источника энергии.
- Плазмотрон с дуговой камерой наполняется газом, который нагревается, ионизируется и расширяется.
- Открывается клапан сопла, и струя газа истекает из сопла.
- Часть плазмы сжимается и выносится за пределы плазмотрона.
Тепловая мощность (энергия плазмы) в данном случае складывается из кинетической энергии потока плазмы и потенциальной энергии заряженных частиц, поэтому она не является большой. Способ преимущественно используется в микроплазменных установках и для тонкого металла.
Виды плазменной резки
Конструкция применяемого плазменного резака, расходные материалы и инструкция выполнения технологических процессов определяют основные виды плазменной резки.
Выделяют:
- Стандартная (обычная) плазменная резка. Ручная резка, в которой используется только один газ (кислород, азот, аргон).
- С двумя газами. Один газ образует плазму, второй защищает материал для образования более гладких кромок реза.
- С водной защитой. В таких плазма режущих установках используются расходные материалы двух видов: газ и вместо второго газа — вода.
- С впрыскиванием воды. Источник плазменной резки для этого способа представляет собой плоский электрод и используется исключительно специальный плазмотрон.
Так же технология плазменной резки может быть выполнена и в условиях работы под водой, при повышенных температурах, в вакууме. В зависимости от конструкции станка принцип действия плазмы может быть направлен на получения высокоточного реза или на получения масштабного реза толстого материала в кротчайшие сроки.
Источник
