Плазморез: принцип действия, устройство, инструкция по применению

Точность плазменной резки металла посредством оборудования с ЧПУ

В технической документации при проверке точности реза можно увидеть, что есть небольшие отклонения фактического контура детали (обозначается сплошной линией) от номинального контура (обозначен пунктирной), заданного чертежом для программы станка с ЧПУ. Из чертежа понятно, что фактические размеры и формы могут не совпадать с заданными: АЛ, Дв, ДС, AD − отклонения в размерах по факту от задания в чертежах; Д/’лД/д, fc, А/0– отклонения от заданной формы кромок. Конкретно в этом случае можно говорить об отклонении от прямых линий или непрямолинейности. Также имеет место перекос кромки D, которое привело к изменению размера АЛ от заданной линии А.

Также отмечается, что, во-первых, произошел перекос кромок по отношению друг к другу; во-вторых, фактическое взаимное расположение кромок не соответствует заданным значениям; в-третьих, поверхность детали отклонена от плоскости, резец прошел под углом к поверхностям изделия; в-четвертых, поверхность реза отклоняется от плоскости. Кроме этого, имеется отклонение в размерах и форме фасок под сварку, в размерах и форме вырезов.

Допуски и отклонения регламентируются ГОСТ 14792–80 «Детали и заготовки, вырезаемые кислородной и плазменно-дуговой резкой. Точность, качество поверхности реза». Документ определяет стандарты на производство деталей, вырезаемых с помощью механической и плазменной резки из следующих видов металла: низкоуглеродистой стали, низколегированной стали, высоколегированной коррозионностойкой, жаростойкой, сюда же входит алюминий и его сплавы. Для кислородного метода подходят толщины от 5 до 100 мм, плазменную резку можно применять для листов толщиной от 5 до 60 мм. ГОСТ предусматривает разделение деталей одного размера по трем классам точности.

Лабораторные проверки требований к деталям первого и второго класса показали, что такую точность можно получить, используя портальные машины с ЧПУ, если соблюдать все условия, указанные в паспортах станков. Оборудование с фотоэлектронным ЧПУ может обеспечить выпуск деталей второго и третьего класса точности, если копирчертежи выполнены с точностью не меньше +/-1 мм. Третий класс точности допустим при плазменной резке переносными агрегатами.

Как устроен аппарат плазменной резки?

Главные элементы аппаратов плазменной резки металла – плазмотрон, источник электропитания и так называемый кабель-шланговый пакет для соединения с компрессором. В качестве источника питания могут быть использованы инвертор или трансформатор.

Плазмотрон

Это главная часть аппарата плазменной резки. В свою очередь, он состоит из сопла, электрода и изолятора. По своей форме это корпус с камерой цилиндрической формы и малым выходным каналом, в котором формируется дуга. Электрод находится с тыла камеры, его функция – возбуждение дуги.

Электроды

Это специальные расходники, сделанные именно для резки металла. Чаще их производят из циркония, тория или гафния. Самые распространенные – из гафния.

Все эти элементы отличаются тем, что на их поверхности формируются оксиды с тугоплавкими свойствами. Эти оксиды как раз и защищают электрод от разрушения.

Розжиг или возбуждение дуги напрямую между электродом и металлической заготовкой произвести сразу трудно. Поэтому первым делом разжигается промежуточная дуга между электродом и плазмотроном. Затем воздух под давлением проходит чрез дугу, ионизируясь и нагреваясь.

Схема устройства плазменного резака.

В итоге объем этого воздуха повышается в объеме во много раз, он превращается в поток плазмы. Плазма вырывается из суженого конца сопла с огромной скоростью и высочайшей температурой вплоть до 30000°С.

Такому потоку все по силам, в дополнение ко всему он обладает очень высокой теплопроводностью – практически такой же, как у металла заготовки, которую нужно резать.

Настоящая дуга – та самая, которая нужна, формируется при выходе плазмы из сопла плазмотрона. Теперь именно эта рабочая дуга является главным режущим фактором.

Сопло плазмотрона

Различается по диаметру, от которого будут зависеть функциональные возможности всего аппарата. Прежде всего эта зависимость касается объема ионизированного воздуха, выходящего из сопла: именно им обусловлены главные характеристики резака – скорости работы и охлаждения, ширина шага реза.

Чаще встречаются сопла с малым диаметром, не превышающим 3-х мм. Зато длина сопла больше – около 10-ти мм.

Защитные газы

Прежде всего эти газы образуют плазму, их даже называют плазмообразующими. Такие газы используются только в мощных промышленных аппаратах для резки толстых металлов. Чаще это гелий, аргон, азот и их различные смеси. Кстати, кислород сам по себе также является защитным и плазмообразующим газом. Он используется в резаках небольшой мощности для резки металлов не толще 50-ти мм.

В плазмотроне расходными материалами являются сопло и электроды. Их нужно менять в положенных сроки.

https://www.youtube.com/watch?v=grj5WCpW9c8

Сравнительные характеристики

Вырабатывает отрицательные и положительные ионы без образования магнитного поля.

Вырабатывает отрицательные ионы, чем освежает воздух, но при этом создает магнитное поле.

Позволяет обходиться минимальным набором фильтров, поскольку все вредные вещества удаляются с конденсатом.

Не очищает воздушные массы, поэтому кондиционер с таким устройством нуждается в дополнительных фильтрах.

Нейтрализует бактерии и устраняет неприятный запах за счет очистки ультрафиолетом проходящего через теплообменник воздуха.

Не имеет УФ-излучения.

Не вызывает распространение пыли в помещении, так как все частицы оседают на специальную поверхность кондиционера.

Способствует оседанию пыли на все поверхности за счет воздействия на нее отрицательных ионов.

В заключение стоит сказать, что оба варианта устройств ионизации призваны выполнять схожие функции, но «холодная плазма» является более совершенной технологией. Она не только обеспечивает насыщение воздуха в помещении активными ионами, но и очищает воздушные массы от вредных веществ. Условно говоря, ее можно считать следующей ступенью развития ионизатора, самой прогрессивной, функциональной и полезной.

Источник

Краткая характеристика плазмотрона:

Плазмотрон, именуемый также генератором плазмы – электротехническая конструкция, создающая плазму, используя высоковольтную дугу в разреженной газовой среде.

Практически любое вещество может находиться в твердом, жидком и газообразном агрегатном состоянии, в зависимости от воздействующей на него температуры. Даже твердые, в обычных условиях, предметы при сильном нагреве становятся жидкостью. Далее – газом, из атомов которого, при еще большем повышении температуры, начинают выпадать электроны, преобразуясь потом в ионы. Этой высокотемпературной газовой смеси дали название плазмы (четвертого состояния).

Первый опытный образец плазмотрона был создан в 50-х годах ХХ века, когда научились добывать тугоплавкие металлы. Для их обработки нужны были высокие температуры в ограниченных стесненных условиях, которые и смогли впоследствии воссоздать плазменные генераторы. А уменьшенным в разы вариантом разрядной камеры стала газовая горелка.

Полученным высокотемпературным потоком плазмы (15 000-30 000 0С и более) стали в основном обрабатывать и раскраивать материалы. Но у технологии появились и другие варианты применения. Например, плазмотроны начали выполнять функции мощных тепловых источников, помогающих получать ценные химические материалы.

Как выбрать кондиционер

Обеззараживание воздуха в помещении с помощью сплит-системы – возможность, несомненно, полезная, но не первоочередная для неё. Выбирая кондиционер, стоит ориентироваться не только на этот параметр. Чтобы работа климатической установки была максимально эффективной, а покупка вас полностью удовлетворяла, следует смотреть на:

Мощность агрегата

Прежде чем смотреть на этот показатель, нужно знать, чем различается мощность, которую вырабатывает кондиционер на обогрев и охлаждение, и мощность, которую он потребляет. Так, для выработки 3 кВт, которые позволят обогреть/остудить комнату, нужен всего 1 кВт электроэнергии.

Изучая характеристики сплит-системы, следует производить расчёт необходимой мощности, исходя из показателей киловатт на обогрев/охлаждение. Приблизительная формула, по которой вычисляется необходимый мощностный показатель, площадь помещения, разделённая на десять. То есть, чтобы кондиционировать комнату площадью 23 м 2 , нужна вырабатываемая мощность 2,3 кВт. При расчёте также учитывается:

1. Предполагаемая плотность людей на кондиционируемый метраж;
2. Расположение помещения относительно солнца.

Ошибка в расчётах чревата тем, что слишком большая мощность на кондиционируемую площадь заставит сплит-систему расходовать энергию вхолостую, а недостаток киловатт сделает процесс кондиционирования малоэффективным и приведёт к быстрому износу климатической установки. Поэтому прикидку необходимых коэффициентов лучше доверить профессионалу, так же, как и монтаж кондиционера.

Инвертирование и старт-стоп-система

Кондиционеры, которые предлагают обеззараживание воздуха в помещении, могут быть инверторными или оснащёнными старт-стоп-системой.

Компрессор инверторной сплит-системы при её запуске работает на повышенных оборотах, пока не добьётся заданного в настройках градуса. Как только оптимальная температура достигнута, кондиционер переходит в эконом-режим и частота вращений падает. Показатель растёт снова, когда температурная отметка отклоняется от необходимой на несколько градусов. Инвертирование позволяет сэкономить до 30-60% электроэнергии и продлить срок службы компрессора.

В кондиционерах без инвертора по достижении определённой температуры компрессор не замедляется, а просто выключается. Из-за постоянных пусковых процессов он быстрее выводится из строя, чем инверторная установка.

2 Разновидности сварки с использованием плазменной дуги

Такая сварка подразделяется на три вида, главное отличие которых друг от друга обусловлено разной силой тока:

• от 0,1 до 25 А – микроплазменная;
• более 150 А – большие токи;
• от 50 до 150 А – средние токи.

Сварка на средних токах – мощная и безопасная. Она очень похожа на аргоновую сварку с электродом из вольфрама, которая менее эффективна, нежели плазменная, из-за «размытой» площади нагрева и малой мощности дуги. По сути, плазменная дуга по своим возможностям уступает только лазерному либо электронному лучу, но значительно превосходит характеристики обычной дуги.

Кроме того, она давит на сварочную ванну намного сильнее обычной дуги, что позволяет улучшить передачу тепла вглубь металла, жидкая прослойка которого при обработке становится очень тонкой. Добавим, что процесс сварки на средних токах допускается выполнять без присадочной проволоки или с таковой.

Сварка на больших токах для некоторых видов поверхностей. В этом случае металл подвергается еще более мощному воздействию. При такой сварке детали как бы разрезаются, а затем вновь завариваются (в ванне образуется отверстие сквозного вида, обусловленное полным ее проплавлением). При этом силы поверхностного натяжения удерживают шов с обратной от сварочной стороны.

Рекомендована сварка на больших токах для изделий из меди, низкоуглеродистых сталей, титана, легированных сталей. Для таких материалов она демонстрирует не только высокий сварочный эффект, но и нередко гарантирует отличное качество швов, превосходную производительность и снижение затрат, имеющих отношение к разделке кромок.

Сварка микротоками (микроплазменная). Характеризуется малыми токами (если применяются электроды из вольфрама сечением от 1 до 2 миллиметров) и достаточным уровнем ионизации газов. Это обуславливает ее широкое распространение для случаев, когда необходимо сваривать небольшие (до 1,5 мм) по толщине изделия (ювелирные украшения, термопары, фольгу). Также она применяется для приварки к крупным деталям сильфонов и мембран, используется при изготовлении тонкостенных емкостей и труб.

Суть микроплазменного процесса такова:

• дежурная дуга, которая горит непрерывно между охлаждаемым водой медным соплом устройства и электродом, обеспечивается источником питания;
• основная дуга зажигается в тот момент, когда к изделию подводится плазмотрон;
• через сопло плазмотрона поступает газ, образующий пламя, а через керамическое сопло вдувается защитный газ;
• охлаждение горелки производится водой.

Зажигание же дуги в сварочном агрегате осуществляется осциллятором основной и дежурной дуги.

Если свариваются титановые изделия, к аргону, выполняющему роль защитного газа, обычно добавляют гелий, сталей с низким содержанием углерода – углекислый газ, других типов стали – водород. Подобные добавки, несмотря на свою незначительность (не более 10 %), существенно повышают эффективность сварочного процесса.

Добавим, что установки для проведения сварочных работ на микротоках, могут работать в различных режимах:

• обратной непрерывной полярности;
• прямой непрерывной полярности;
• разнополярных импульсов;
• прямой импульсной полярности.

ГЕНЕРА́ТОРЫ ПЛА́ЗМЫ

ГЕНЕРА́ТОРЫ ПЛА́ЗМЫ, уст­рой­ст­ва, соз­даю­щие из элек­три­че­ски ней­траль­ных ве­ществ по­то­ки низ­ко­тем­пе­ра­тур­ной плаз­мы, т. е. плаз­мы с ки­не­тич. энер­ги­ей час­тиц, при­мер­но рав­ной их энер­гии ио­ни­за­ции. Ино­гда тер­мин «Г. п.» при­ме­ня­ют и к др. ис­точ­ни­кам плаз­менных по­то­ков, напр. плаз­мен­ным ус­ко­ри­те­лям. Осн. ха­рак­те­ри­сти­ки Г. п.: сте­пень ио­ни­за­ции плаз­мы, ср. энер­гия час­тиц, энер­ге­тич. це­на ио­на, т. е. энер­гия, иду­щая на по­лу­че­ние од­но­го ио­на.

Функ­цио­наль­ную ос­но­ву Г. п. со­став­ля­ет га­зо­вый раз­ряд (ду­го­вой, тлею­щий, вы­со­ко­час­тот­ный, СВЧ-раз­ряд, ла­зер­ный, пуч­ко­во-плаз­мен­ный). Г. п., ра­бо­таю­щие на га­зах при дав­ле­ни­ях, срав­ни­мых с ат­мо­сфер­ным, обыч­но на­зы­ва­ют плаз­мо­тро­на­ми. Г. п., ра­бо­таю­щие на га­зах при низ­ких дав­ле­ни­ях, вхо­дят в со­став бо­лее круп­ных уст­ройств, напр. двух­сту­пен­ча­тых плаз­мен­ных ус­ко­ри­те­лей или ион­ных ис­точ­ни­ков. Боль­шое вни­ма­ние уде­ля­ют раз­ра­бот­ке Г. п., соз­даю­щих плаз­му не­по­сред­ст­вен­но из твёр­дых ве­ществ. Для этих це­лей ис­поль­зу­ют ва­ку­ум­ные ду­ги с хо­лод­ным ка­то­дом. Воз­ни­каю­щие на та­ких ка­то­дах «пят­на» с боль­шой плот­но­стью то­ка (по­ряд­ка 105 А/см2) вы­зы­ва­ют ин­тен­сив­ную эро­зию ма­те­риа­ла ка­то­да и ио­ни­за­цию про­дук­тов эро­зии. По­яв­ле­ние им­пульс­ных ла­зе­ров при­ве­ло к раз­ра­бот­ке Г. п., в ко­то­рых плаз­ма об­ра­зу­ет­ся в ре­зуль­та­те воз­дей­ст­вия мощ­ных ла­зер­ных им­пуль­сов на по­верх­ность твёр­до­го или жид­ко­го ве­ще­ст­ва. Та­кие Г. п. при­ме­ня­ют для оп­ре­де­ле­ния хи­мич. со­ста­ва этих ве­ществ. Не­пре­рыв­ное рас­ши­ре­ние об­лас­тей при­ло­же­ния плаз­мы сти­му­ли­ру­ет раз­ра­бот­ку но­вых раз­но­вид­но­стей Г. п. и со­вер­шен­ст­во­ва­ние имею­щих­ся.

Какой резак выбрать

Начнем с факта, известного любому сварщику, который распространяется и на плазменную резку: чем выше сила тока, тем выше скорость рабочего процесса. Есть и другие параметры, которые следует учитывать при выборе инструмента для своей работы.

Толщина и тип металла – один из главных критериев. В сети можно найти множество табличного материала с техническими характеристиками плазменных резаков в зависимости от них. К примеру, чтобы с успехом резать медный лист толщиной в 2 мм, вам понадобится устройство с допустимой силой тока в 12 А.

Важным правилом является обязательный «запас» силы тока: покупать резак помощнее, чем указывается в таблицах. Дело в том, что табличные параметры – это максимальные цифры, с этими значениями аппарат может работать лишь непродолжительное время.

Схема работы плазменного резака.

Грамотнее всего выбор по трем критериям: скорости рабочего процесса, времени резки и мощности.

• Нужная рабочая мощность определяется с учетом толщины планируемого металла и его вида. К примеру, мощность в 90А позволит резать металл толщиной до 30-ти мм.
• Если металл толще, нужно выбирать резак с мощностью в диапазоне 80 – 180А.
• Диаметр сопла и выбор типа потока всегда зависит от типа разрезаемого металла.
• Важными параметрами выбора станка плазменного резака являются также номинальное первичное напряжение и сила тока.
• Нужно решить, какой тип аппарата вам нужен – универсальный или специального назначения.
• Проверка адекватности аппарата к электрической сети обязательна: можно ли его подключать к общей сети или нужна профессиональная с другим напряжением. Аппараты попроще работают только при 220 или 380В, фазы питания могут быть одно- и трехфазными.
• Скорость резки металла измеряется в см/мин.
• Еще один важный и показательный критерий – способность резака работать непрерывно в течение долгого времени, иными словами – продолжительность работы без перерыва. Если она указана как 50%, это значит, что аппарат после 5-ти минут непрерывной резки должен быть выключенным также 5 минут.

Структура плазмореза

Плазморезом называют аппарат, которым осуществляется резка металлических изделий различными способами. В устройство агрегата входят элементы:

• источник электрического питания;
• компрессор;
• плазмотрон;
• кабель-шланги.

Конструкция плазменного резака

В качестве источников питания выступают несколько устройств:

• инвертор;
• трансформатор.

Достоинство плазменной резки

Каждое из устройств имеет ряд достоинств и недостатков. К достоинствам инвертора относятся:

• дешевизна;
• стабильность горения дуги;
• удобство при применении в участках с затрудненным доступом;
• небольшой вес;
• высокий КПД, превышающий аналогичный показатель для трансформатора на 30%;
• экономичность.

Виды станков

Итак, станки для плазменной резки можно условно разделить на несколько категорий:

Ручные варианты – это мобильное маломощное оборудование, идеально адаптированное для мелких производств. Его выбирают мастера различного уровня, а также небольшие цеха с ограниченным бюджетом. На такой станок плазменной резки цена одна из самых недорогих, однако на практике он может показать вполне достойные результаты в плане точности и неплохого КПД.

Портальные станки плазменной резки – самые габаритные устройства. Они оснащаются большим рабочим столом, куда укладывается металл, предназначенный для обработки. Установка имеет реечный привод, который перемещает лист железа и плазмотрон для достижения максимальной точности и хорошей скорости. Подойдут для больших производств, металлопрокатных цехов, а также предприятий, занимающихся серийным выпуском металлоизделий.

Портативные (компактные) модели покупают многие производственные предприятия, так как они, как и портальные, обладают неплохой производительностью. Представляют собой продольную раму с рейками, по которым перемещается каретка с плазмотроном. С помощью ЧПУ процесс максимально автоматизируется, упрощая работу со сложным оборудованием. Конструкция является быстроразборной, что позволяет перемещать их с места на место.

Какой выбрать станок для плазменной резки, могут подсказать только тщательное изучение рынка, проработка вида деятельности предприятия, анализ необходимых мощностей. Роль играет бюджет, а также вероятность расширения производства. Скорее всего, выбор встанет между портальными станками для газовой и плазменной резки и портативными вариантами. Но решающим фактором для многих становится именно цена оборудования.

Особенности и назначение плазменного резака

Инвертор плазменной резки используется для выполнения работ как в домашних, так и в промышленных условиях. Существует несколько видов плазморезов для работы с различными типами металлов.

Различают:

1. Плазморезы, работающие в среде инертных газов, например, аргона, гелия или азота.
2. Инструменты, работающие в среде окислителей, например, кислорода.
3. Аппаратура, предназначенная для работы со смешанными атмосферами.
4. Резаки, работающие в газожидкостных стабилизаторах.
5. Устройства, работающие с водной или магнитной стабилизацией. Это самый редкий вид резаков, который практически невозможно найти в свободной продаже.

Плазменный резак или плазматрон – это основная часть плазменной резки, отвечающая за непосредственную нарезку металла.

Плазменный резак в разборе. Большинство инверторных плазменных резаков состоят из:

• форсунки;
• электрода;
• защитного колпачка;
• сопла;
• шланга;
• головки резака;
• ручки;
• роликового упора.

Затем, ток, идущий через ионизированный газ, разрезает металл путем локального плавления. После этого струя плазмы снимает остатки расплавленного металла и получается аккуратный срез.

По виду воздействия на металл различают такие виды плазматронов:

1. Аппараты косвенного действия. Данный вид плазматронов не пропускает через себя ток и пригоден лишь в одном случае – для резки неметаллических изделий.
2. Плазменная резка прямого действия. Применяется для разрезки металлов путем образования плазменной струи.

Конструкция плазменного резака и рекомендации по работе с ним серьезно разнятся в зависимости от типа устройства.

Достоинства и недостатки плазменной резки

Обработка металлов аппаратами или станками плазменной резки дает в работе целый ряд преимуществ.

1. По сравнению с кислородной горелкой, плазморез обладает более высокой мощностью, и соответственно, производительностью, и по данному параметру уступает только лазерным установкам промышленного масштаба.
2. Плазменная резка выгодна с экономической точки зрения при толщине металла до 60 мм. Для резки материалов с толщиной более 60 мм рекомендуется использовать кислородную резку.
3. Современные плазморезы отличаются высокоточной и качественной обработкой металлов. Срез получается «чистый», с минимальной шириной, благодаря чему, практически не требует дополнительной шлифовки.
4. Также, плазменно-дуговая обработка характеризуется универсальностью применения, безопасностью и низким уровнем загрязнения окружающей среды.

Как устроен плазморез

Этот аппарат состоит из следующих элементов:

• источник питания;
• воздушный компрессор;
• плазменный резак или плазмотрон;
• кабель-шланговый пакет.

Источник питания для аппарата плазменной резки осуществляет подачу на плазмотрон определенной силы тока. Представляет собой инвертор или трансформатор.

Компрессор требуется для подачи воздуха. 

Кабель-шланговый пакет используется для соединения компрессора, источника питания и плазмотрона. По электрическому кабелю от инвертора или трансформатора начинает поступать ток для возбуждения электрической дуги, а по шлангу осуществляется подача сжатого воздуха, который требуется для возникновения внутри плазмотрона плазмы.

Плазменный генератор — плазмотрон

Если твёрдое вещество сильно нагреть, оно превратится в жидкость. Если поднять температуру ещё выше — жидкость испарится и превратится в газ.

Но что произойдёт, если продолжать увеличивать температуру? Атомы вещества начнут терять свои электроны, превращаясь в положительные ионы. Вместо газа образуется газообразная смесь, состоящая из свободно движущихся электронов, ионов и нейтральных атомов. Она называется плазмой.

В наше время плазма находит широкое применение в самых разных областях науки и техники: для термической обработки металлов, нанесение на них различных покрытий, плавки и других металлургических операций. В последнее время плазму стали широко использовать химики. Они выяснили, что в струе плазмы сильно увеличивается скорость и эффективность многих химических реакций. Например, вводя в струю водородной плазмы метан, можно превратить его в очень ценный ацетилен. Или расположить пары нефти на ряд органических соединений — этилен, пропилен и другие, которые служат в дальнейшем важным сырьём для получения различных полимерных материалов.

Схема плазменного генератора — плазмотрона

1 — плазменная струя;

3 — дуговой разряд;

4 — каналы «закрутки» газа;

5 — катод из тугоплавкого металла;

6 — плазмообразующий газ;

7 — державка электрода;

8 — разрядная камера;

9 — соленоид;

10 — медный анод.

Как создать плазму? Для этой цели и служит плазмотрон, или плазменный генератор.

Если поместить в сосуд с газом металлические электроды и приложить к ним высокое напряжение, произойдёт электрический разряд. В газе всегда имеются свободные электроны. Под действием электрического тока они разгоняют и, сталкиваясь с нейтральными атомами газа, выбивают из них электроны и образуют электрически заряженные частицы — ионы, т.е. ионизируют атомы. Освободившиеся электроны тоже ускоряются электрическим полем и ионизируют новые атомы, ещё увеличивая количество свободных электронов и ионов. Процесс развивается лавинообразно, атомы вещества очень быстро ионизируются и вещество превращается в плазму.

Этот процесс происходит в дуговом плазмотроне. Высокое напряжение создаётся в нём между катодом и анодом, в качестве которого может служить, например, металл, который нужно обработать с помощью плазмы. В пространство разрядной камеры подаётся плазмообразующее вещество чаще всего газ — воздух, азот, аргон, водород, метан, кислород и т.д. Под действием высокого напряжения в газе возникает разряд, и между катодом и анодом образуется плазменная дуга. Чтобы избежать перегрева стенок разрядной камеры, их охлаждают водой. Устройства такого типа называют плазмотронами с внешней плазменной дугой. Применяются они для резки, сварки, расплавления металлов и др.

Несколько иначе устроен плазмотрон для создания плазменной струи. Плазмообразующий газ с большой скоростью продувается через систему спиральных каналов и «поджигается» в пространстве между катодом и стенками разрядной камеры, которые являются анодом. Плазма, закрученная благодаря спиральным каналам в плотную струю, выбрасывается из сопла, причём её скорость может достигать от 1 до 10000 м/с. «Отжать» плазму от стенок камеры и сделать её струю более плотной помогает магнитное поле, которое создаётся катушкой индуктивности. Температура струи плазмы на выходе из сопла — от 3000 до 25000 К.

Вглядитесь ещё раз в этот рисунок. Не напоминает ли он вам что-то хорошо известное?

Конечно, это реактивный двигатель. Силу тяги в реактивном двигателе создаёт струя горячих газов, выбрасываемых с большой скоростью из сопла. Чем больше скорость, тем больше сила тяги. А чем хуже плазма? Скорость у струи вполне подходящая — до 10 км/с. А с помощью специальных электрических полей плазму можно ускорить ещё больше — до 100 км/с. Это примерно в 100 раз больше скорости газов в существующих реактивных двигателях. Значит, и тяга у плазменных или электрореактивных двигателей может быть больше, и расход топлива можно будет намного уменьшить. Первые образцы плазменных двигателей уже испытаны в космосе.

Стоимость плазморезов

Цена оборудования для раскроя существенно разнится в зависимости от объема и характера
выполняемых операций:

• Бюджетные. Максимальная толщина обрабатываемого металла — 20 мм.
  Производитель гарантирует среднее качество реза и кромки. Не получится в час раскраивать листы под 100 автомобилей или тракторов. Средняя стоимость не превышает 500 тысяч рублей.
• Общепромышленные. Максимальная толщина металла ограничена 100 мм. Есть
  возможность проводить узкоспециальные операции при хорошем качестве реза и кромки. За станок данного типа придется заплатить до 1,5 млн. российских рублей.
• Профессиональные. Эта группа объединяет все плазморезы универсального типа с практически неограниченным функционалом. Отличаются высокой производительностью. На деталях не остается облой (кромка). Есть возможность настраивать на изготовление деталей сложной формы со
  сверхмалыми отверстиями.
  Минимальная цена — от 3 млн. рублей.

Виды оборудования

Стандартная установка для плазменной резки практически не требует участия человека-оператора в работе. Все операции выполняются автоматически в соответствии с заданной программой. От специалиста требуется только составление программы и загрузка ее в блок управления.
В зависимости от способа применения плазморезы относят к одной из следующих групп:

• стационарный станок портального типа;
• стационарные машины портально-консольного типа;
• стационарные УВПР шарнирного типа;
• мобильные установки. Их размещают непосредственно на листе металла, подлежащем раскрою.

В зависимости от возможностей блока управления установки и типа перемещения делятся на следующие виды:

• линейные;
• с функцией фотокопирования;
• магнитно-копировальные;
• с ЧПУ.

Дополнительно установки делятся на несколько подвидов в зависимости от количества операций, выполняемых в каждый момент времени.

Основные элементы

Друг от друга станки отличаются предназначением, устройством, способом размещения обрабатываемого листа и способом управления. Управляется станок компьютерной программой, которая автоматически контролирует необходимые параметры:

• мощность;
• угол наклона резака;
• напряжение на выходе и др.

Современное оборудование высокопроизводительно, а конструкция при этом не особо сложная. Основные элементы машин следующие:

• плазмотрон с системой подачи газа;
• рабочий стол;
• система управления высотой горелки;
• система ЧПУ.

Иногда используется один плазмотрон, иногда — несколько.

Плазма — это газ, но ионизированный

В нем среди молекул попадаются заряженные ионы, т. е. «осколки» атомов с нарушенными электронными орбитами. Есть и свободные электроны. Ионы и электроны — носители электрических зарядов, а это значит, что плазма электропроводна.

Но чтобы получить плазму, необходимо посильнее нагреть газ. С повышением температуры молекулы газа движутся все быстрее, они часто и сильно сталкиваются между собой. Наступает момент, когда молекулы постепенно распадаются на атомы. Но газ пока тока не проводит. Продолжаем его нагревать!

Вот термометр показал 4000°. Атомы приобрели высокую энергию. Их скорости огромны, а отдельные столкновения заканчиваются «катастрофически»: электронные оболочки атомов нарушаются. Это нам и нужно — теперь в газе есть ионы и электроны — появилась плазма.

Нагреть газ до 4000° — нелегкое дело. Лучшие сорта угля , нефти и природных газов дают при сгорании куда более низкую температуру. Как быть?

Ученые справились и с этой трудностью. Выручил калий — дешевый и распространенный щелочной металл. Оказалось, что в присутствии калия ионизация многих газов начинается гораздо раньше. Стоит добавить всего один процент калия к обычным топочным газам — продуктам сгорания угля и нефти, как ионизация в них начинается при 3000° и даже чуть ниже.

Из топки, где рождаются горячие газы, их отводят в патрубок, куда непрерывно подается тоненькой струйкой поташ — углекислый калий. Происходит слабая, но все же достаточная ионизация. Патрубок затем плавно расширяется, образуя сопло.

Свойства расширяющегося сопла таковы, что при движении по нему газ набирает высокую скорость, теряя давление. Скорость газов, вырывающихся из сопла, может соперничать со скоростями современных самолетов — она достигает 3200 км/час.

Плазмотрон — что это

Устройство, в котором образуется плазма, называется плазмотроном. Или, другими словами, — плазмогенератор. Плазма — среда, состоящая из отрицательных и положительных радикалов, ионизированный газ. Имеет квазинейтральные свойства. То есть, в малом объёме, по сравнению с общей субстанцией, обладает нулевым зарядом.

Конструкция

Существуют два основных вида устройства плазмотрона:

• прямого действия;
• косвенного действия.

В первом виде, деталь является частью электрической сети. Катод — это головка плазмотрона, анод — заготовка. Между ними возникает электродуга и протекает плазменный разряд.

Во втором виде, дуга горит внутри плазмотрона. Обработка детали осуществляется только плазменной струёй.

Общее устройство:

• стержневой вольфрамовый (графитовый) катод;
• дуговая камера с вихреобразователем для создания плазмы;
• сопло, — разгоняет поток ионизированного газа, формирует его толщину;
• элементы подвода газа, охладителя (вода);
• электрокабель.

Рабочим телом выступает воздух или различные газы. Пароводяной плазмотрон для охлаждения использует воду, которая, после регенерации, превращается в пар и направляется в вихревую камеру.

Принцип работы плазмотрона:

1. Газ (воздух) под высоким давлением, проходя вихреобразователь, попадает в дуговую камеру.
2.  Между электродом и соплом зажигается первичная (дежурная) дуга. Она необходима для создания основной, рабочего электроразряда. Дежурная дуга не касается стенок сопла из-за вихревого потока газов.
3. За счёт выделенного тепла и высокой температуры образуется ионизированный газ (плазма).
4. Скорость потоку придаёт сопло.

Электродуга разогревает металл, плавит его. Удаление расплава осуществляется высокоскоростным потоком ионизированного газа, или смеси водорода и кислорода, если используется пароводяной плазмотрон.

Резка металла осуществляется различными типами плазмотронов:

• воздушно-плазменный;
• газоплазменный;
• индукционный (высокочастотный);
• комбинированные;
• пароводяной плазмотрон.

Похожие записи:

Какой провод лучше использовать для проводки в квартире и в частном деревянном доме? Деревянные опоры лэп Делаем диммер для домашнего освещения своими руками Понятие допустимой мощности электроэнергии для квартиры и способы ее повышения Не горят стоп сигналы на ваз 2115 причины и как провести ремонт Рейтинг производителей ручного электроинструмента