№69 Плазменно-дуговая резка

Плазменно-дуговая резка.

Получение плазменной дуги.

Если в электрическую дугу направить газ (см. ур. 3), то столб дуги будет сжат, образуется плазма с температурой 5500 — 20 000°С. Газ, сжимающий столб дуги, называют плазмообразующим. В качестве плазмообразующих газов применяют либо одноатомные газы (например, аргон), либо двухатомные (водород, азот). Применяют также смеси двух или нескольких газов и воздух.

Двухатомные плазмообразующие газы создают плазменную дугу с большим выделением теплоты на аноде, чем одноатомные. Это объясняется тем, что двухатомные газы передают изделию больше теплоты из столба дуги в результате образования молекул газа с выделением дополнительной теплоты.

Сжатая дуга может быть аналогична сварочной дуге прямого и косвенного действия. В первом случае одним из электродов служит обрабатываемый металл, во втором — дуга возбуждается между независимыми электродами. Соответственно принято называть сжатую дугу, полученную по первой схеме, плазменной дугой, а по второй — плазменной струей.

Для разделительной резки металлов более целесообразно применять плазменную дугу, так как установлено, что она имеет более высокий КПД, а плазменная горелка менее подвержена износу.

Плазменно-дуговая резка широко применяется при обработке тех металлов и сплавов, которые не поддаются кислородной резке: высоколегированные стали, алюминий, титан, медь и их сплавы. При резке углеродистых сталей толщиной до 50мм ома экономичнее кислородной.

Плазменно-дуговая резка заключается в проплавлении металла на узком участке по линии реза и удалении расплавленного металла струей плазмы, образующейся в дуге.

Оборудование для плазменно-дуговой резки.

В комплект оборудования входит резак (плазматрон), пульт управления процессом, источник питания дуги электрическим током, баллоны с плазмообразующим газом и механизм для перемещения плазматрона вдоль линии реза.

Резак состоит из двух узлов: электродного и соплового. Различают плаз матроны с осевой и вихревой подачей плазмообразующего газа. Осевая подача плазмообразующего газа применяется в широких соплах. При вихревой подаче плазмообразующий газ вводят в зону катода и столба по каналам, расположенным по касательной к стенкам дуговой камеры плазматрона. При этом в камере создается вихревой поток газа со спиралеобразным движением. Вихревая подача плазмообразующего газа обеспечивает перемешивание газа в столбе дуги и равномерность газовой оболочки вокруг столба.

При осевой подаче конец электрода (вольфрамовый стержень диаметром от 2 до 6мм и длиной до 100—150мм) имеет форму заостренного стержня с углом 20 — 30°, а при вихревой — на конце электрода имеются сменные гильзовые катоды.

Для охлаждения плазматронов применяют воду, а в плазматронах небольшой мощности — сжатый воздух.

Вольфрамовый (или с примесью оксидов лантана, иттрия, тория) электрод применяется для работы в инертных газах, при резке в окислительных газах (кислород и др.) электрод в зоне катода необходимо защищать неактивным газом (аргоном и др.).

Значительное применение находят режущие плазматроны с пленочными катодами. Способностью образовать пленку на катоде обладают цирконий и гафний. При высоких температурах оксидно-нитридная пленка, обладающая электропроводностью, легче образуется на поверхности катода. Такой катод может продолжительное время работать в окислительной среде, например в сжатом воздухе.

Интенсивность износа катодных вставок и электродов зависит от рабочего тока. Чем больше ток, тем быстрее изнашивается вставка. Для машинных плазматронов с циркониевыми катодными вставками и проточной системой водяного охлаждения максимальный рабочий ток равен 250 — 300А. При этом продолжительность работы катода обычно не превышает 4 — 6ч.

Большое значение в плазматронах имеет конструкция сопла. Чем меньше диаметр сопла и больше его длина, тем выше концентрация энергии, напряжение дуги и больше скорость потока плазмы, дуга становится жесткой, ее режущая способность увеличивается. Однако диаметр и длина сопла обусловливаются рабочим током и расходом газа. Если диаметр сопла очень мал или длина его очень велика, может возникнуть так называемая двойная дуга (рис. 1): одна между катодом и внутренней частью сопла, а другая — между наружной поверхностью сопла и разрезаемым изделием.

Р ис. 88. Двойная дуга:

1 — катод, 2 — сопло, 3 - металл,

4, 5 — столб двойной дуги на участках сопло — металл

и катод — сопло.

Двойная дуга может вывести из строя сопло формирующего наконечника. Чаще всего двойная дуга возникает в момент возбуждения режущей дуги. Режущая дуга возбуждается с помощью осциллятора или конденсаторными устройствами. Для предотвращения двойной дуги при зажигании режущей необходимо плавно увеличивать рабочий ток. Это достигается магнитным, тиристорным и другими устройствами.

Для плазменно-дуговой резки применяют источники питания дуги постоянного тока, с крутопадающими внешними статическими характеристиками: типы ПД-501 (преобразователь дуговой, номинальный ток 500А, регистрационный номер 01), ВДУ-504 (выпрямитель дуговой универсальный, номинальный ток 500А, регистрационный номер 04),

ИПГ-500 и др. При резке больших толщин (больше 80мм) применяют только специальные источники питания с повышенным напряжением холостого хода, например типов ВПР-602,

ИПГ-500 и др.

Согласно ГОСТ 14935 —77Е, выпрямители для плазменно-дуговой резки должны иметь напряжение холостого хода 180 — 500В и ток 100—1250А.

Для плазменно-дуговой резки можно использовать также и стандартные источники питания сварочной дуги. Так как напряжение плазматронов, как правило, больше напряжения холостого хода этих источников, то надо два или три источника соединять между собой последовательно.

Машины для плазменно-дуговой резки по принципу работы и конструкции механического устройства не отличаются от машин для кислородной резки.

Согласно ГОСТ 12221—79, плазматроны подразделяют: для ручной резки ПЛР, ручной и машинной резки Плрм, машинной резки Плм и для машинной точной резки Плмт.

Ручная резка стали толщиной до 20мм при рабочем токе до 250А производится аппаратом

Плр-20/250.

Стационарными машинами для плазменно-дуговой резки являются «Кристалл-Пл», «Зенит-Пл» и др. Помимо машины для плазменной резки создано несколько типов установок для ручной плазменной резки (УПР-201, УГЭР-300 и др.).