Ю. А. Дементьев Краевое государственное образовательное учреждение начального профессионального образования « Профессиональное училище 46»

Плазма представляет собой ионизированный газ, содержащий положительно заряженные ионы, электроны, нейтральные и возбужденные атомы и молекулы. Плазма является четвертым состоянием вещества (1 твердое, 2 жидкое, 3 газообразное ). В электрической дуге происходит образование плазмы под действием электрического разряда и высокой температуры. Однако температура дуги при атмосферном давлении не превышает ° С, поэтому газовая оболочка дуги не полностью ионизирована Если же сжать дугу давлением газа, температура в центральной части дуги возрастет до ° С, так как газ плазмы почти полностью ионизируется. Сжатие дуги давлением струи плазмообразующего газа и стенок сопла с образованием плазменной дуги производится в плазмотроне специальной горелке для резки и сварки. Различаются плазменные дуги прямого и косвенного действия.

Сущность процесса заключается в локальном интенсивном расплавлении разрезаемого металла в объеме полости реза теплотой, генерируемой сжатой дугой, и удалении жидкого металла из полости высокоскоростным плазменным потоком, вытекающим из канала сопла плазматрона. При использовании дуги прямого действия используется энергия одного из при электродных пятен дуги и энергия плазмы столба и вытекающего из него факела. Поэтому резку по такой схеме называют плазменно - дуговой ( применяют для резки металлов ). При использовании косвенной ( независимой ) дуги, объект обработки не включают в электрическую цепь. Вторым электродом сжатой дуги служит формирующий наконечник плазматрона. Поток плазмы, вытекая из сопла, образует свободную струю плазмы. Для резки используется только энергия плазменной струи ( резка плазменной струей ). Применяют для обработки металла небольшой толщины и неэлектропроводных материалов.

а ) - плазменная дуга ; б ) - плазменная струя ; 1 - Подача газа ; 2 - Дуга ; 3 - Струя плазмы ; 4 - Обрабатываемый металл ; 5 - Наконечник ; 6 - Катод ; 7 - Изолятор ; 8 - Катодный узел

состоит из баллонов со сжиженным газом, газовых шлангов ( рукавов ), магистрали подачи воды, пульта управления или коллектора, кабель - шлангового пакета, плазмотрона, изделия, электрических кабелей от источника питания к коллектору В баллонах может находиться один или два плазмообразующих газа : аргон, азот, их смеси с водородом или сжатый воздух

1 - Корпус ; 2 - Электрод ( катод ); 3 - Формирующий наконечник ; 4 - Изолятор ; 5 - Разрезаемый металл ; 6 - Дуговая камера ; 7 - Столб дуги ; 8 - Подача охлаждающей воды ; 9 - Подача плазмообразующего газа ; 10 - Слив воды ; 11 - Источник тока ; 12 - Устройство зажигания дуги ;

Корпус режущего плазматрона содержит цилиндрическую дуговую камеру малого диаметра с выходным каналом, формирующим сжатую ( плазменную ) дугу. Для возбуждения плазмогенерирующей дуги служит электрод, располагаемый обычно в тыльной стороне дуговой камеры. В дуговую камеру подается рабочий газ ( плазмообразующая среда ). Газ, поступая в столб дуги, заполняющий формирующий канал, превращается в плазму. Вытекающий из сопла поток плазмы стабилизирует дуговой разряд. Газ и жесткие стенки формирующего канала ограничивают сечение столба дуги ( сжимают его ), что приводит к повышению температуры плазмы до С.. Скорость плазмы в струе, истекающей из сопла режущего плазматрона, может превышать 2-3 км / с. При воздушно - плазменной резке наиболее эффективно используется энергия в режущей дуге постоянного тока прямой полярности ( анод на металле ). В качестве рабочей плазмообразующей среды при воздушно - плазменной резке используется воздух.

Для того чтобы осуществить плазменную разделительную резку металла, необходимо расплавить определенный объем материала вдоль предполагаемой линии реза и удалить его из полости реза скоростным потоком плазмы. При уменьшении скорости резки и с увеличением силы тока общая ширина реза увеличивается, особенно в нижней его части, поверхности реза становятся почти параллельными относительно друг друга, при очень малых скоростях в нижней части расширяется. При увеличении расхода газа уменьшаются общая ширина реза и непараллельность его поверхностей. Подъем режущего сопла над металлом сопровождается уширением реза, особенно в верхней его части, и увеличением непараллельности кромок. Форма сечения реза зависит от толщины разрезаемого металла и от рабочего напряжения режущей дуги.

При резке металла небольшой ( мм ) толщины резы имеют, как правило, сходящиеся кромки. Если резать металл такой толщины жесткой режущей дугой ( рабочее напряжение В и более ), то формы поверхностей реза близки к плоским формам и их непараллельность незначительна. При резке металла большой ( мм и более ) толщины наряду со сходящимся книзу сечением реза наблюдается уширение в средней его части ( бочкообразный рез ).

применяют при необходимости вырезки отверстий, раскроя листов, обрезки профилей и для других мелкосерийных работ по термической резке цветных металлов и сплавов, высоколегированных нержавеющих сталей, к которым неприменима газокислородная или керосинокислородная резка Резку производят постоянным током прямой полярности. Источники питания должны иметь круто ­ падающую вольтамперную характеристику. В качестве рабочего плазмообразующею газа рекомендуется применять : - для резки низколегированных, легированных и углеродистых сталей воздух ; - для резки высо ­ колегированных, коррозионно - стойких сталей азот, азотно - водородную смесь, воздух ; - для резки алюминия, меди и их сплавов азот, азотно - водородную смесь, аргон, аргоноводородную смесь.

Перед резкой необходимо проверить правильность подсоединения аппаратуры ( источника тока, газа, воды ) к коллектору и плазмотрону и отрегулировать ток, расход газа и воды. После этого произвести пробное зажигание дуги зажигалкой, с помощью осциллятора или дежурной дуги. В начале резки или в ее перерывах и возобновлении, когда еще не установился режим резки, наблюдаются так называемые « броски » тока, т. е. ток нарастает не постепенно, а резко увеличивается до режимной величины, что сопровождается разбрызгиванием металла и образованием неровностей на разрезаемых кромках. Это характерно для плазменной резки, поэтому при ручной резке резчик после возникновения режущей дуги немедленно приподнимает сопло плазмотрона до 25 мм от металла, а затем опускает его на расстояние 310 мм и производит резку.

воздушно - плазменную резку черных и цветных металлов все чаще используют вследствие простоты получения плазмообразующего газа воздуха и достаточно высокой производительности и качества резки. Для воздушно - плазменной резки применяют дугу прямого действия и стабилизацию дуги путем вихревой системы подачи плазмообразующего газа. Ориентировочный режим воздушно - плазменной резки углеродистых и легированных сталей толщиной 1025 мм следующий : сила тока А, напряжение на дуге В, скорость резки 1,52 м / мин, расход воздуха 4050 л / мин. Для алюминия толщиной 1030 мм сила тока А, напряжение на дуге В, скорость резки 12 м / мин, расход воздуха 4050 л / мин.

Другие газы широко применяют для обработки алюминия, меди и их сплавов, а также углеродистых, низколегированных и коррозионностойких сталей При использовании аргона в качестве рабочего газа выделение вредных газов при резке резко снижается, и дуга горит устойчиво при сравнительно невысоком напряжении и применении наиболее простой конструкции плазмотрона с аксиальной подачей газа Добавка к аргону 20 % водорода значительно улучшает качество и производительность резки, однако его применение из - за взрывоопасности связано со строгим соблюдением мер безопасности При резке с использованием азота необходимо обеспечить вентиляцию и отсос продуктов резки, выделяющихся в виде бурого дыма и вредных газов оксидов азота

При плазменной разделительной резке кроме отклонений от заданных размеров и форм кромок вырезаемых деталей происходят видимые и невидимые изменения качества поверхностей реза. После резки кромки могут быть гладкими и шероховатыми, матовыми и блестящими, темными и светлыми. У нижних кромок реза часто образуются наплывы, которые имеют форму небольшого валика вдоль нижних кромок реза, цепочки застывших натеков в виде капель металла (" бороды "), приварившегося к кромкам грата ( многочисленные нитеобразные натеки различной длины ) На поверхностях реза появляются различные микронеровности ; на боковых поверхностях - риски, соответствующие мгновенным положениям режущей дуги, по которым можно измерить отставание дуги во время резки Наличие указанных дефектов, а также неровностей, появившихся в результате удаления наплывов на нижних кромках, может сделать вырезанную деталь непригодной для работы в условиях динамических нагрузок и трения или для использования в декоративных целях