Современное производство невозможно без резки металла. Но как разрезать медные, алюминиевые листы, или детали из высоколегированной стали? Решение было найдено в XX веке. Для этого используется плазма.
Плазмой называют высокотемпературный и сильно ионизированный газ. Ее генераторы носят названия плазмотроны. Идея устройства проста: плазмообразующий газ, проходя под давлением через электрическую дугу, ионизируется и нагревается до высоких температур. На выходе из направляющего сопла плазмотрона он имеет скорость порядка нескольких километров в секунду, и температуру порядка десятков тысяч ℃.
Технология использования плазмы
Существуют две схемы реализации плазменной резки:
Дуговой. При резки электрическая дуга возбуждается между изделием и электродом плазмотрона. В эту зону подается и образующий плазму газ. За счет совместного действия энергии приэлектродного пятна и потока плазмы происходит разрезание металла. Этот метод, как технически более простой и экономически выгодный используется на всех промышленных установках.
Струйный. Плазменный поток формируется с помощью электрической дуги, горящей между электродом и наконечником. Изделие не подключено к цепи, поэтому резка происходит только за счет энергии плазмы. Это дает возможность резать неметаллические изделия.
Рассмотрим принцип работы аппарата для плазменно-дуговой резки. Ток подается к вольфрамовому электроду, который совмещен с соплом для формирования потока газа. Вся эта конструкция принудительно охлаждается, чаще всего водой. В момент поджигания промежуток между электродом и изделием ионизируется с помощью осциллятора, который выдает высокочастотный ток с большим напряжением. Поток газа ионизируется и происходит зажигание духи и генерация плазмы.
Для резки плазменной струей используются те же принципы, но при этом плазмотрон становится сложным устройством, в котором плазмогенерирующая дуга горит в узком пространстве между электродом и соплом. Это предопределило высокую стоимость материалов, используемых для производства данных установок.
Главным компонентом резки плазмой является газовая смесь. Ее состав определяет возможность изменения следующих технологических параметров процесса:
- температурного поля в зоне резки и в окружающем металле, что сильно влияет на механические характеристики изделия в некоторых случаях;
- количества тепловой энергии, переносимой газом;
- характера химических процессов в насыщенной газом зоне металла;
- условий вынесения металла из зоны реза;
- защиты от появления дефектов на некоторых металлах.
Из-за зависимости практически всех конструкционных параметров и характеристик источника питания менять состав плазмообразующего газа в широких пределах невозможно. Его цена является немаленькой частью эксплуатационных издержек при плазменной резке.
Преимущества и недостатки резки плазмой
Такой тип обработки металла имеет свои плюсы и минусы, которые обусловлены особенностями поведения плазмы.
Можно выделить следующие плюсы:
- работа практически со всеми известными металлами;
- высокая скорость изделий средней и малой толщины;
- высокое качество;
- меньшее загрязнение воздуха;
- малое время контакта плазмы с металлом, окружающим линию реза, позволяет не выполнять предварительный подогрев металла;
- отсутствует необходимость использовать потенциально взрывоопасные баллоны с газом.
Недостатки также стоит учесть при рассмотрении этого способа резки:
- сложность, а значит высокая стоимость установки;
- ограничение по толщине детали, до 10 см;
- уровень шума при работе установка, т.к. газ вылетает с высокой скоростью;
- большие требования к квалификации и техническому обслуживанию;
- зависимость качества обработки от угла реза.
Для обработки многих типов материалов в условиях большого производства резка плазмой является отличным решением, также благодаря возможности достижения высокой степени автоматизации.