Воздушно-плазменная резка металлов: технология и возможности

15-06-2021, 06:07
Воздушно-плазменная резка металлов: технология и возможности

Плазменный поток (или дуга) представляет собой высококонцентрированный тепловой источник энергии в виде ионов и позитивно заряженных электронов. Если сжать плазменную дугу (например, воздухом) и затем пропустить с высокой скоростью через узкое отверстие, то такой поток способен мгновенно расплавить практически любой, даже тугоплавкий металл.


Основные компоненты технологической системы

Для реализации процесса потребуется:

  • Источник питания технологическим током, который конвертирует исходное переменное напряжение в постоянное напряжение значением от 220 до 400 В. В результате эксплуатационные показатели плазменной дуги стабилизируются, и поддерживаются на требуемом уровне вплоть до окончания разделения металла. Источник питания отвечает также за необходимую выходную мощность, которая определяется материалом и толщиной разрезаемой заготовки;

  • Пусковая консоль плазменного столба, которая предназначена для генерирования напряжения переменного тока частотой около 2000 кГц. Напряжение необходимо для того, чтобы инициировать искру с последующим поджигом плазменной дуги;

  • Плазменная горелка, основная функция которой заключается в обеспечении минимального износа и понижения температуры электрода, вихревого кольца и медного сопла. Качество процесса резки может быть улучшено использованием дополнительного колпачка, защищающего электрод от непосредственного воздействия плазмы.

Все части устройства надёжно скрепляются между собой корпусом, куда (при ручной резке) выведены органы управления процессом резки.


Роль поперечного газового потока в процессе резки

Кроме повышения объёмной плотности тепловой мощности плазменной дуги (и, следовательно, увеличения производительности процесса), воздух способствует улучшению качества кромки, сдувая потоком образующиеся частицы грата.


Кроме воздуха, в технологии плазменной резки используют и другие газы:

  • Кислород, дополнительно повышающий температуру внутри столба дуги;

  • Азот, снижающий окисление металла заготовки;

  • Смесь аргона с водородом, применяемая для резки нержавеющих сталей.

Обычно для резки мало – и среднеуглеродистых сталей используется воздух как наименее дефицитный компонент процесса. Кроме того, содержащийся в воздухе азот повышает пожаробезопасность, а высокая производительность резки поддерживается стабильностью существования газовой плазмы.


Металлы, используемые в конструкции воздушно-плазменного резака

Сам электрод обычно изготавливается из меди, но с металлической вставкой в месте образования плазменной дуги. Поскольку при этом непосредственный контакт меди с дугой исчезает, то тепловая деформация и оплавление электрода отсутствует.


В компактных воздушно-плазменных резаках, которые можно купить здесь, вместо меди используют тугоплавкие вольфрамовые электроды с заострённым наконечником. Стойкость таких электродов намного выше, а точность – больше, чем в устройствах с медным электродом. Вольфрамовые электроды не применяют в процессах плазменно-кислородной резки, поскольку температура в зоне разделения заметно увеличивается и достигает значений, при которых вольфрам плавится.


При особо высоких требованиях к точности резки электроды производят из гафния. Этот металл в присутствии кислорода обнаруживает наибольшую стойкость (особенно при частых запусках дуги), однако используется ограниченно из-за высокой стоимости.

Точность воздушно-плазменной резки


Все имеющиеся устройства подразделяют на резаки с обычной и повышенной точностью. Первые в качестве плазмообразующего газа используют цеховой воздух, а форма плазменной дуги определяется только отверстием сопла. Плотность тепловой мощности в таких резаках не превышает 20…25 кВт/см2, но этих значений достаточно для удовлетворительного состояния разделённых кромок.


Прецизионные установки воздушно-плазменной резки генерируют повышенные значения тепловой мощности тока в столбе дуги, которая может достигать 40…45 кВт/см2. Для того, чтобы снизить тепловой износ электрода, его контактные поверхности не касаются поверхности сопла, а разделяются кольцом, снабжённым по всему периметру вентиляционными отверстиями малого диаметра. Там прямолинейное движение плазменного газа преобразуется в вихревое.