Режимы плазменной резки металла

Технология и выбор параметров режима плазменной резки

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

Материалы

Рабочие плазмообразующие среды должны обеспечивать:

  • эффективное формирование режущей дуги
  • получение высококачественных кромок реза
  • эффективную передачу разрезаемому металлу тепловой энергии, заимствованной в столбе дуги
  • длительную работу формирующих элементов плазмотрона
  • получение дополнительной энергии для резки за счет экзотермических реакций
  • экономичность и безопасность работы.

Рабочие среды наиболее широко используются в виде технических газов: азота, аргона, водорода, кислорода, сжатого воздуха и др.

Рабочую среду выбирают с учетом ее свойств (табл. 27.3) и свойств обрабатываемого материала. Инертные газы обеспечивают получение наиболее чистых поверхностей реза, что особенно важно для резки цветных металлов. Двухатомные газы улучшают передачу энергии дуги разрезаемому металлу за счет механизма диссоциации — рекомбинации. Кислородсодержащие среды повышают энергетическую эффективность резки металлов, экзотермически реагирующих с кислородом, что обеспечивает для них наиболее высокую производительность резки.

Наибольшее применение в РФ получила резка на основе использования плазмы кислородсодержащего сжатого воздуха (воздушно-плазменная резка). Области рационального использования сред указаны в табл. 27.4.

Перспективно использование интенсифицирующих плазмообразующих сред. При воздушно-плазменной резке обогащение воздуха кислородом обеспечивает повышение производительности резки сталей без увеличения затрат энергии и способствует улучшению качества металла на кромках. Подача воды в плазменную дугу также улучшает качество заготовок из сталей и способствует повышению скорости резки. Если к плазмообразующему воздуху добавлять углеводороды, заметно возрастает скорость резки меди и ее сплавов и существенно улучшается качество заготовок.

Выбор параметров режима

Технологический процесс плазменной резки включает в себя следующие операции: врезание (с кромки листа или, при необходимости, с пробивки исходного отверстия), резку прямолинейных и криволинейных участков заданного контура и завершение реза. Основной операцией является прямолинейная резка заготовок с вертикальными кромками.

В составе назначаемых режимов и условий резки указывают рабочую плазмообразующую среду, рабочий ток, диаметр и длину сопла, расход рабочей среды, расстояние от рабочего торца плазмотрона до поверхности металла, а также рабочее напряжение дуги и скорость резки.

Ток I, напряжение U, тепловой к. п. д. η дуги, удельный вес γ, толщина δ, энтальпия плавления S разрезаемого металла, ширина реза b определяют скорость резки:

W = 0,24IUη/γbδS. (27.2)

При резке стали δ=1 см, γ = 7,8 г/см 3 , S= 13,06 кДж/г током I=300 А при U = 180 В с η = 0,3 и b=0,4 см W=4 см/с, или 2,4 м/мин. При резке в окислительных средах реакция окисления повышает скорость. При заданном режиме скорость резки можно регулировать (рис. 27.2).

Максимально возможная скорость резки на прямолинейных участках ограничивается уровнем, выше которого не достигается сквозное прорезание металла (рис. 27.2, а). При скорости ниже этого уровня металл прорезается полностью (рис.27.2, б), но качество резки характеризуется большой неперпендикулярностью кромок, шероховатостью поверхностей, большой глубиной литого участка зоны термического влияния и т. д.

С ограничением скорости резки (рис. 27.2, в, г) качество заготовок повышается, хотя затраты энергии и материалов возрастают, производительность резки снижается. При скоростях резки ниже максимальных в 1,5—2,5 раза (рис. 27.2, д) кромки реза становятся параллельными между собой и перпендикулярными к поверхности листа, шероховатость становится минимальной и вырезаемая заготовка по большей части может быть использована без дополнительной механической обработки. При дальнейшем снижении скорости резки (рис. 27.2, е) процесс и качество заготовок теряют стабильность, что неприемлемо.

Ориентировочные режимы и условия резки (для машинной прямолинейной резки) приведены в табл. 27.5, 27.6. Скорость резки на криволинейных участках (с малыми радиусами кривизны) понижают на 30—50 % во избежание искажения формы кромок в результате отставания режущей струи (аналогично газопламенной кислородной резке). Аналогично снижают скорость резки при завершении реза с целью сквозного прорезания металла на концевом участке у нижних кромок.

Если резку начинают на поверхности листа, начальное отверстие в металле пробивают вне контура детали (на отходе). При механизированной резке пробивку производят в движении машины с приподниманием и последующим опусканием плазмотрона. Пробивка производится при скорости движения машины меньшей против заданной в 1,5—2 раза.

Врезание с кромки металла или начального отверстия при толщине металла 20—30 мм не требует специальных приемов и регулировки скорости. Контроль полноты прорезания можно вести наблюдая за отклонением от вертикали факела режущей струи на выходе из листа. Вначале врезания ось и передняя граница факела отклоняются в сторону, противоположную резке, но при правильно установленной скорости передняя граница факела вскоре занимает вертикальное положение или близкое к нему. Такое положение в процессе резки свидетельствует о рациональной скорости. При слишком малой скорости весь факел ориентируется по вертикали, а его передняя граница неустойчива и отклоняется в направлении движения резака.

Методические рекомендации по подбору технологических параметров резки.

Рекомендации по подбору параметров резки

Кислородная резка

Кислородная резка основана на сгорании металла в струе технически чистого кислорода. Металл при резке нагревают пламенем, которое образуется при сгорании какого-либо горючего газа в кислороде. Кислород, сжигающий нагретый металл, называют режущим. В процессе резки струю режущего кислорода подают к месту реза отдельно от кислорода, идущего на образование горючей смеси для подогрева металла. Процесс сгорания разрезаемого металла распространяется на всю толщину, образующиеся окислы выдуваются из места реза струёй режущего кислорода.

Металл, подвергаемый резке кислородом, должен удовлетворять следующим требованиям: температура воспламенения металла в кислороде должна быть ниже температуры его плавления; окислы металла должны иметь температуру плавления ниже, чем температура плавления самого металла, и обладать хорошей жидкотекучестью; металл не должен иметь высокой теплопроводности. Хорошо поддаются резке низкоуглеродистые стали.

Для кислородной резки пригодны горючие газы и пары горючих жидкостей, дающие температуру пламени при сгорании в смеси с кислородом не менее 1800 гр. Цельсия. Особенно важную роль при резке имеет чистота кислорода. Для резки необходимо применять кислород с чистотой 98,5-99,5 %. С понижением чистоты кислорода очень сильно снижается производительность резки и увеличивается расход кислорода. Так при снижении чистоты с 99,5 до 97,5 % (т.е. на 2 %) — производительность снижается на 31 %, а расход кислорода увеличивается на 68,1 %.

Технология кислородной резки. При разделительной резке поверхность разрезаемого металла должна быть очищена от ржавчины, окалины, масла и других загрязнений. Разделительную резку обычно начинают с края листа. Вначале металл разогревают подогревающим пламенем, а затем пускают режущую струю кислорода и равномерно передвигают резак по контуру реза. От поверхности металла резак должен находиться на таком расстоянии, чтобы металл нагревался восстановительной зоной пламени, отстоящей от ядра на 1,5-2 мм, т.е. наиболее высокотемпературной точкой пламени подогрева. Для резки тонких листов (толщиной не более 8-10 мм) применяют пакетную резку. При этом листы плотно укладывают один на другой и сжимают струбцинами, однако, значительные воздушные зазоры между листами в пакете ухудшают резку.

На машинах МТР «Кристалл» применяется резак «Эффект-М». Особенность резака — наличие штуцера для сжатого воздуха, который, пройдя через внутреннюю полость кожуха, истекает через кольцевой зазор над мундштуком и создает колоколообразную завесу, что локализует распространение продуктов сгорания и защищает элементы конструкции машины от перегрева.

Параметры режимов резки низкоуглеродистой стали приведены ниже в таблице 1:

1. Толщина разрезаемого металла
5. Давление кислорода
6. Скорость резки
7. Расход кислорода
8. Расход пропана
9. Ширина реза
10. Расстояние до листа

Воздушно-плазменная резка

Процесс плазменной резки основан на использовании воздушно-плазменной дуги постоянного тока прямого действия (электрод-катод, разрезаемый металл — анод). Сущность процесса заключается в местном расплавлении и выдувании расплавленного металла с образованием полости реза при перемещении плазменного резака относительно разрезаемого металла.

Для возбуждения рабочей дуги (электрод — разрезаемый металл), с помощью осциллятора зажигается вспомогательная дуга между электродом и соплом — так называемая дежурная дуга, которая выдувается из сопла пусковым воздухом в виде факела длиной 20-40 мм. Ток дежурной дуги 25 или 40-60 А, в зависимости от источника плазменной дуги. При касании факела дежурной дуги металла возникает режущая дуга — рабочая, и включается повышенный расход воздуха; дежурная дуга при этом автоматически отключается.

Применение способа воздушно-плазменной резки, при котором в качестве плазмообразующего газа используется сжатый воздух, открывает широкие возможности при раскрое низкоуглеродистых и легированных сталей, а также цветных металлов и их сплавов

Преимущества воздушно-плазменной резки по сравнению с механизированной кислородной и плазменной резкой в инертных газах следующие: простота процесса резки; применение недорогого плазмообразующего газа — воздуха; высокая чистота реза (при обработке углеродистых и низколегированных сталей); пониженная степень деформации; более устойчивый процесс, чем резка в водородосодержащих смесях.


Рис. 1 Схема подключения плазмотрона к аппарату.


Рис. 2 Фазы образования рабочей дуги
а — зарождение дежурной дуги; б — выдувание дежурной дуги из сопла до касания с поверхностью разрезаемого листа;
в — появление рабочей (режущей) дуги и проникновение через рез металла.

Технология воздушно-плазменной резки. Для обеспечения нормального процесса необходим рациональный выбор параметров режима. Параметрами режима являются: диаметр сопла, сила тока, напряжение дуги, скорость резки, расстояние между торцом сопла и изделием и расход воздуха. Форма и размеры соплового канала обуславливают свойства и параметры дуги. С уменьшением диаметра и увеличением длины канала возрастают скорость потока плазмы, концентрация энергии в дуге, её напряжение и режущая способность. Срок службы сопла и катода зависят от интенсивности их охлаждения (водой или воздухом), рациональных энергетических, технологических параметров и величины расхода воздуха.

Читайте также  Хромирование металла в домашних условиях

При воздушно-плазменной резке сталей диапазон разрезаемых толщин может быть разделён на два — до 50 мм и выше. В первом диапазоне, когда необходима надёжность процесса при небольших скоростях резки, рекомендуемый ток 200-250 А. Увеличение силы тока до 300 А и выше приводит к возрастанию скорости резки в 1,5-2 раза. Повышение силы тока до 400 А не даёт существенного прироста скоростей резки металла толщиной до 50 мм. При резке металла толщиной более 50 мм следует применять силу тока от 400 А и выше. С увеличением толщины разрезаемого металла скорость резки быстро падает. Максимальные скорости резки и сила тока для различных материалов и толщины, выполненные на 400 амперной установке приведены в таблице ниже.

Скорость воздушно-плазменной резки в зависимости от толщины металла: таблица 2

Режимы. таблица 3

Режимы воздушно-плазменной резки металлов. таблица 4


Рис. 3 Области оптимальных режимов резки металлов для плазмотрона с воздушным охлаждением (ток 40А и 60А)


Рис. 4 Области оптимальных режимов для плазмотрона с воздушным охлаждением (ток 90А).


Рис. 5 Зависимость выбора диаметра сопла от тока плазмы.


Рис. 6 Рекомендуемые токи для пробивки отверстия.

Скорость воздушно-плазменной резки, по сравнению с газокислородной, возрастает в 2-3 раза (см. Рис. 7).


Рис. 7 Скорость резки углеродистой стали в зависимости от толщины металла и мощности дуги.
Пологая нижняя линия — газокислородная резка.

При воздушно-плазменной резке меди рекомендуется применять силу тока 400 А и выше. Замечено, что при резке меди с использованием воздуха во всём диапазоне толщины и токов образуется легко удаляемый грат.

Хорошего качества реза при резке алюминия, с использованием воздуха в качестве плазмообразующего газа, удаётся достигнуть лишь для небольших толщин (до 30 мм) на токах 200 А. Удаление грата с листов большой толщины затруднительно. Воздушно-плазменная резка алюминия может быть рекомендована лишь как разделительная при заготовке деталей, требующих последующей механической обработки. Припуск на обработку допускается не менее 3 мм.

Режимы плазменной резки

На возможности плазменной резки, напрямую воздействует правильно выбранный режим. Он определяет не только производительность выполняемых процессов, но и качество реза. Влияет на угол скоса кромок и образование грата.

Выбор правильного режима

Правильная организация подачи тока играет важную роль. Она предопределяется техническими характеристиками плазмотрона и используемым режимом резки. Неправильно выбранный режим резки может привезти к двойному дугообразованию (когда дуга горит с электрода на сопло, а с сопла на металл). Это разрушает сопло и электрод, также деформирует края вырезаемой заготовки. Чтобы правильно выбрать режим, следует знать некоторые показатели. В первую очередь, его выбор зависит от:

  • типа разрезаемого материала;
  • диаметра сопла;
  • толщины разрезаемого листа;
  • средней ширины реза;
  • силы тока;
  • напряжения;
  • скорости резки.

Для ориентирования в выборе режима можно воспользоваться данными из нижеприведенной таблицы. В ней представлены средние параметры, на примере воздушно-плазменной резки.

Тип разрезаемого металла Толщина(мм) Диаметр сопла(мм) Сила тока А Скорость резки(м/мин) Средняя ширина реза(мм)
Сталь 1-10 0,9-1,1 40-60 2-0,2 1-1,3
10-15 1,4 60-90 1,8-0,3 1,5-1,8
15-20 2,7 90- 140 1,5-0,5 1,8-2,2
20-25 1,9 100-150 1,2-0,15 2-2,5
Алюминий 1-15 1,4 60-90 1,5-0,5 1,5-2
10-30 1,7 90-140 1,2-0,5 2-2,5
20-40 1,9 100-150 0,5-0,1 2,5
Медь 10 3 300 3 3
20 1,5 3,5
30 0,7 4
40 0,5 4,5
50 0,3 5,5
60 3,5 400 0,4 6,5

С учетом поставленных задач для плазменной резки, показатели могут быть изменены. После того, как необходимые параметры выставлены, следует проверить работу аппарата. Для этого надо сделать пробный надрез с завышенной силой тока. Так можно отрегулировать скорость раскроя и силу тока.

Эффективная резка различных металлов

При плазменной резке также следует обращать внимание на выбор газов, при помощи которых осуществляется обработка разных видов металла. Для резки алюминия и сплавов используется азот. А если ширина листа более 20 мм, то азотно-водородные смеси, свыше 100 мм аргоно-водородные. Для алюминия воздушно-плазменная резка применяется в качестве разделительной, для производства заготовок. Которые в дальнейшем подвергнутся механической обработке.

Резка меди может проводиться в: азоте, аргоно-водородной смеси и сжатом воздухе. Для обработки меди требуется мощная дуга, так как она обладает теплопроводностью. Что касаемо плазменной резки высоколегированных сталей, то для толщины 60 мм эффективно применять ручную в азоте и воздушно-плазменную. Свыше 60 мм – азотно-кислородные смеси. Нержавеющие стали обрабатываются: до 20 мм – в азоте, свыше – в азотно-водородной смеси. Возможно применение сжатого воздуха. Его используют и для резки углеродистых сталей.

Установки плазменной резки металла, плазмотроны.

Санкт-
Петербург

Технологические советы по выбору режимов воздушно-плазменной резки.

  • Правильный выбор технологического режима является необходимым условием эффективного использования возможностей процесса плазменной резки.

  • При заданной толщине разрезаемого металла основные показатели процесса &#151 скорость резки и качество поверхности определяются:
    • Током дуги;
    • Расходом плазмообразующего газа;
    • Техническими характеристиками используемого оборудования.

    Очень важна организация потока газа, которая определяется конструкцией плазмотрона и выбранным режимом резки. Ошибки в выборе режима резки могут привести к образованию «двойной дуги» &#151 дуги, горящей с электрода на сопло и с сопла на обрабатываемый лист металла. Двойное дугообразование разрушает электрод и сопло, а так же нарушает форму вырезаемой детали.

    Скорость плазменной резки определяет не только производительность процесса, но и качество поверхности реза, угол скоса кромок и количество грата.
    При скорости перемещения меньше оптимальной рез становится более широким внизу, чем сверху, на его поверхности наблюдаются неровности, на нижней кромке изделия образуются наплывы &#151 грат. Внешне такой режим характеризуется тем, что факел раскаленных газов, выходящих за нижнюю плоскость разрезаемого изделия, вертикален. Впереди по лини реза металл начинает плавиться раньше, чем его коснулась дуга. При этом нарушается стабильность процесса, увеличивается вероятность двойного дугообразования. При скорости больше оптимальной, рез сужается снизу, выходящий факел раскаленных газов прижимается к нижней плоскости листа; может прекратиться прорезание, увеличивается вероятность двойного дугообразования.
    При оптимальной скорости резки разница в ширине реза между его верхними и нижними участками минимальна. Факел, выходящий за нижнюю плоскость изделия, отклоняется от вертикальной оси на угол не более 15-20 &#176.
    Уменьшение скорости резки при прочих равных условиях, т.е. при неизменном токе и расходе воздуха, приводит к увеличению напряжения на дуге.

    Основной задачей выбора технологического процесса является получение заготовки или детали, соответствующей требованиям чертежа с максимальным качеством поверхности реза по ГОСТ 14792.

  • Качество поверхности реза определяется по следующим показателям:
    • отклонению плоскости реза от перпендикулярности;
    • шероховатостью поверхности;
    • радиусом на верхней кромке;
    • величиной зоны термического влияния.

    Получение качественной поверхности реза требует тщательной отработки режима.

    Ток режущей дуги должен быть минимальным, обеспечивающим необходимую производительность. Это позволяет произвести работу с минимальным расходом электродов, сопел и электроэнергии.

    Опыт показывает, что часто выбор тока определяет организация оплаты труда на предприятии. Если при оплате учитывается качество, расход электродов и сопел, экономия электроэнергии, то оператор старается использовать технологический режим, обеспечивающий резку на оптимальном токе. Если же оплата учитывает только количество изготовленных деталей, то, выбрав максимально возможные ток и скорость, оператор при кажущемся увеличении производительности расходует не только больше электродов и сопел, но и больше электроэнергии, и времени на смену деталей плазмотрона. Следует иметь в виду, что стойкость электрода резко снижается при увеличении тока свыше 350 А. Частые замены электродов и сопел приводят к снижению производительности и износу электрододержателя плазмотрона. Поэтому даже при резке больших толщин не рекомендуется превышать это значение тока.

    В таблице приведены ориентировочные соотношения тока дуги и диаметра сопла для плазмотронов
    ПВР-402М, ПВР-412 и ПВР-180.

    Тип плазмотрона Ток режущей дуги, А Диаметр отверстия сопла, мм Высота канала сопла, мм
    ПВР-180 50 1,1
    ПВР-180 100 1,4
    ПВР-180 150 1,7
    ПВР-412 200 2,5 4
    ПВР-412 300 3,0 5
    ПВР-402М, ПВР-412 400 4,0 6

    Следует учитывать, что высота канала сопла определяет падение напряжения в плазмотроне. При низком напряжении холостого хода источника питания большая высота канала сопла может ограничить прорезаемую толщину металла. Резку металла толщиной более 80 мм рекомендуется производить соплами с высотой канала на 1-2 мм меньше, чем указано в таблице.

  • Расход подаваемого в плазмотрон воздуха определяется двумя циклами горения дуги:
    • Зажиганием и горением дежурной дуги,
    • Горением основной (режущей) дуги на металл.

  • Расход воздуха при горении дежурной дуги должен обеспечивать надежное зажигание и выдувание факела из сопла плазмотрона. При увеличении расхода воздуха снижается надежность зажигания, а при меньшем расходе факел дуги может не выдуваться из сопла.

    Расход воздуха при горении основной (режущей) дуги должен обеспечивать стабилизацию дуги в сопле плазмотрона и максимальное удаление расплавленного металла из полости реза.

    Следует иметь в виду, что излишне высокий расход плазмообразующего газа приводит к снижению стойкости катодов плазмотрона в 2 &#151 3 раза.

    При резке металлов толщиной 80-100 мм и более большое значение имеет прорезание листа с края на всю его толщину. Для этого рекомендуется первоначально образовать на кромке листа вертикальную канавку глубиной 5-10мм. Канавка может быть получена снижением скорости резки или даже вертикальным перемещением плазмотрона, наклоненного под углом вдоль торца листа. В дальнейшем дуга стабилизируется кромками реза. После образования канавки и начала прорезания листа можно увеличить скорость резки.
    Для прорезания листов толщиной более 100 мм рекомендуется уменьшить обжатие дуги, что должно предотвратить обрыв дуги и позволить анодному пятну перемещаться по боковым поверхностям реза на большую глубину. С этой целью необходимо уменьшить на 1-2 мм длину канала сопла плазмотрона, увеличить на 1–2 мм диаметр отверстия сопла и на 20-30% уменьшить расход плазмообразующего газа.

    Читайте также  Тефлоновая краска для металла
  • Пробивка отверстий для вырезки замкнутого контура на толщинах более 10-15 мм требует особого внимания оператора. Для предотвращения попадания на плазмотрон капель расплавленного металла, выдуваемых из образуемого дугой кратера, необходимо увеличить расстояние между соплом и металлом сразу же после перехода дуги на металл (так называемый «подскок» предусмотрен на многих машинах для термической резки). После образования сквозного отверстия плазмотрон следует опустить.
    На машинах, оснащенных механизмом подъема и опускания плазмотрона, возможна пробивка толщин до 60 – 80 мм. Плазмотрон после возбуждения основной дуги должен подняться на высоту 15-25мм над поверхностью листа и, постепенно опускаясь, перемещаться вдоль линии реза. Тогда капли выплавленного металла по образующейся канавке удаляются в сторону, не попадая на плазмотрон.
  • ПЛАЗМЕННАЯ РЕЗКА:

    СУЩНОСТЬ СПОСОБА

    Плазма — ионизированный газ, содержащий электрически заряженные частицы и способный проводить ток. Ионизация газа происходит при его нагреве. Степень ионизации тем выше, чем выше температура газа. В центральной части сварочной дуги газ нагрет до температур 5000 . 30 000 °С, имеет высокую электропроводность, ярко светится и представляет собой типичную плазму. Плазменную струю, используемую для сварки и резки, получают в специальных плазмотронах, в которых нагревание газа и его ионизация осуществляются дуговым разрядом в специальных камерах.

    Процесс плазменной резки основан на использовании воздушно-плазменной дуги постоянного тока прямого действия (электрод-катод, разрезаемый металл — анод). Сущность процесса заключается в местном расплавлении и выдувании расплавленного металла с образованием полости реза при перемещении плазменного резака относительно разрезаемого металла.

    Для возбуждения рабочей дуги (электрод — разрезаемый металл), с помощью осциллятора зажигается вспомогательная дуга между электродом и соплом — так называемая дежурная дуга, которая выдувается из сопла пусковым воздухом в виде факела длиной 20-40 мм. Ток дежурной дуги 25 или 40-60 А, в зависимости от источника плазменной дуги. При касании факела дежурной дуги металла возникает режущая дуга — рабочая, и включается повышенный расход воздуха; дежурная дуга при этом автоматически отключается.

    Применение способа воздушно-плазменной резки, при котором в качестве плазмообразующего газа используется сжатый воздух, открывает широкие возможности при раскрое низкоуглеродистых и легированных сталей, а также цветных металлов и их сплавов.

    Преимущества воздушно-плазменной резки по сравнению с механизированной кислородной и плазменной резкой в инертных газах следующие:
    — простота процесса резки; применение недорогого плазмообразующего газа — воздуха;
    — высокая чистота реза (при обработке углеродистых и низколегированных сталей);
    — пониженная степень деформации;
    — более устойчивый процесс, чем резка в водородосодержащих смесях.

    Рис. 1
    Конструкция плазмотронов с аксиальной (а) (прямого действия) и тангенциальной (б) (косвенного действия) подачей газа

    Вдуваемый в камеру газ (рис. 1), сжимая столб дуги в канале сопла плазмотрона и охлаждая его поверхностные слои, повышает температуру столба. В результате струя проходящего газа, нагреваясь до высоких температур, ионизируется и приобретает свойства плазмы. Увеличение при нагреве объема газа в 50 . 100 и более раз приводит к истечению плазмы с высокими околозвуковыми скоростями. Плазменная струя легко расплавляет любой металл.

    На практике находят применение два основных способа включения плазменных горелок (см. рис. 1). В первом — дуговой разряд существует между стержневым катодом, размещенным внутри горелки по ее оси и нагреваемым изделием (плазменная струя прямого действия). Такие плазмотроны имеют кпд выше, так как мощность, затрачиваемая на нагрев металла, складывается из мощности, выделяющейся в анодной области, и мощности, передаваемой аноду струей плазмы.

    Во втором — дуга горит между катодом и соплом, которое подключается к положительному полюсу источника питания (плазменная струя косвенного действия). Струей газа, истекающей из сопла, часть плазмы столба дуги сжимается и выносится за пределы плазмотрона. Тепловая энергия этой плазмы, складывающаяся из кинетической и потенциальной энергий ее частиц, используется для нагрева и плавления обрабатываемых изделий. В большинстве случаев общая и удельная тепловые энергии невелики, поэтому такие плазмотроны используют для сварки тонких изделий в микроплазменных установках для пайки и обработки неметаллов, так как изделие не обязательно должно быть электропроводным.

    Для надежной стабилизации дуги и оттеснения ее от стенок сопла применяют осевую или тангенциальную подачу газа (см. рис. 1). Для устранения турбулентностей в осесимметричных потоках их формируют с помощью специальных конструкций сопл и вкладышей.

    В дуговых процессах с неплавящимся электродом изменение силы тока при изменении напряжения дуги приводит к неравномерности глубины проплавления металла и нарушению стабильности процесса. Поэтому при плазменно-дуговой сварке оптимальными внешними характеристиками источника питания являются крутопадающие или даже вертикальные характеристики, позволяющие значительно изменять напряжение при постоянстве силы тока. Источники питания с вертикальными характеристиками появились сравнительно недавно, применительно к плазменно-дуговым процессам.

    Существует специальное оборудование для ручной и механизированной плазменно-дуговой сварки, наплавки и резки. Оно отличается от ранее описанных сварочных устройств конструкцией горелки-плазмотрона. Существует множество горелок, отличающихся конструкцией катода (стержневой, полый, дисковый), способом охлаждения (водой, воздухом), способом стабилизации дуги (газом, водой, магнитным полем), родом тока, составом плазмообразующей среды и т.д.

    С увеличением скорости истечения плазменной струи нарушается ламинарность потока. Кроме того в засопловом участке степень обжатия столба дуги уменьшается. В связи с этим в последние годы получают все большее распространение горелки с вторичным фокусирующим и защитным потоком газа (рис. 2). Газ подается под углом к оси горелки и как бы омывает столб дуги, интенсивно охлаждая его, благодаря чему при удалении от сопла несколько уменьшается диаметр столба дуги. При этом высокая концентрация плазменного потока достигается при сравнительно малой скорости истечения. Такие горелки, называемые иглоплазменными или микроплазменными, позволяют получить остроконечную плазменную дугу в области малых токов (0,5 . 30 А).

    Дуговая плазменная струя — интенсивный источник теплоты с широким диапазоном технологических свойств. Ее можно использовать для нагрева, сварки или резки как электропроводных металлов, так и неэлектропроводных материалов, таких как стекло, керамика и др.

    Тепловая эффективность дуговой плазменной струи зависит от силы сварочного тока и напряжения, состава, расхода и скорости истечения плазмообразующего газа, расстояния от сопла до поверхности изделия, скорости перемещения горелки (скорости сварки или резки) и т.д. Геометрическая форма струи может быть также различной (квадратной, круглой и т.д.) и определяться формой выходного отверстия сопла.

    ТЕХНИКА СВАРКИ

    Питание дуги, как правило, осуществляется переменным или постоянным током прямой полярности (минус на электроде). Возбуждают дугу с помощью осциллятора. Для облегчения возбуждения дуги прямого действия используют дежурную дугу, горящую между электродом и соплом горелки. Для питания плазмообразующей дуги используются источники сварочного тока с рабочим напряжением до 120 В, а в которых случаях и более высоким; для питания плазмотрона, используемого для резки, оптимально напряжение холостого хода источника питания до 300 В.

    Плазменной струей можно сваривать практически все металлы в нижнем и вертикальном положениях. В качестве плазмообразующих газов используют аргон, азот, смесь аргона с азотом и водородом, углекислый газ и воздух (в основном для резки). В качестве электрода применяют вольфрамовые стержни или специальные медные со вставками из гафния или циркония.

    К преимуществам плазменной сварки относятся высокая производительность, малая чувствительность к колебаниям длины дуги, устранение включений вольфрама в металле шва. Без скоса кромок можно сваривать металл толщиной до 15 мм с образованием провара специфической формы. Это объясняется образованием сквозного отверстия в основном металле, через которое плазменная струя выходит на обратную сторону изделия. Расплавляемый в передней части сварочной ванны металл давлением плазмы перемещается вдоль стенок сварочной ванны в ее хвостовую часть, где кристаллизуется, образуя шов. По существу, процесс представляет собой прорезание изделия с заваркой места резки.

    Плазменной струей можно сваривать стыковые и угловые швы. Стыковые соединения на металле толщиной до 2 мм можно сваривать с отбортовкой кромок, при толщине свыше 10 мм рекомендуется делать скос кромок. В случае необходимости используют дополнительный металл. Для сварки металла толщиной до 1 мм успешно используют микроплазменную сварку струей косвенного действия, в которой сила сварочного тока равна 0,1 . 10 А.

    Резка плазменной струей основана на расплавлении металла в месте реза и его выдувании потоком плазмы. Плазменную струю используют для резки металла толщиной от долей до десятков миллиметров. Для резки металла малой толщины используют плазменную струю косвенного действия. При повышенной толщине металла лучшие результаты достигаются при плазменной струе прямого действия. При резке даже углеродистых сталей во многих случаях она более экономична, чем газокислородная, ввиду высокой скорости и лучшего качества реза.

    Читайте также  Крашенный металлический лист

    В зависимости от металла в качестве плазмообразующих газов можно использовать азот, водород, аргоно-водородные, аргоно-азотные, азото-водородные смеси. Использование для резки смесей газов, содержащих двухатомные газы, энергетически более эффективно. Диссоциируя, двухатомный газ поглощает много теплоты, которая выделяется на холодной поверхности реза при объединении свободных атомов в молекулу. В последнее время, когда появилась возможность использовать водоохлаждаемые циркониевые и гафниевые электроды, в качестве режущего газа стали использовать и воздух. Сварку и резку можно выполнять вручную и автоматически.

    Скорость воздушно-плазменной резки в зависимости от толщины металла.

    Максимальная скорость резки (м/мин) металла в зависимости от его толщины, мм

    Технология плазменной резки

    • Акции
    • Новости
    • Статьи
    • Оплата и доставка

    Сущность способа. Плазма — ионизированный газ, содержащий электрически заряженные частицы и способный проводить ток. Ионизация газа происходит при его нагреве. Степень ионизации тем выше, чем выше температура газа. В центральной части сварочной дуги газ нагрет до температур 5000 . 30 000 °С, имеет высокую электропроводность, ярко светится и представляет собой типичную плазму. Плазменную струю, используемую для сварки и резки, получают в специальных плазмотронах, в которых нагревание газа и его ионизация осуществляются дуговым разрядом в специальных камерах.

    Процесс плазменной резки металла основан на использовании воздушно-плазменной дуги постоянного тока прямого действия (электрод-катод, разрезаемый металл — анод). Сущность процесса заключается в местном расплавлении и выдувании расплавленного металла с образованием полости реза при перемещении плазменного резака относительно разрезаемого металла.

    Для возбуждения рабочей дуги (электрод — разрезаемый металл), с помощью осциллятора зажигается вспомогательная дуга между электродом и соплом — так называемая дежурная дуга, которая выдувается из сопла пусковым воздухом в виде факела длиной 20-40 мм. Ток дежурной дуги 25 или 40-60 А, в зависимости от источника плазменной дуги. При касании факела дежурной дуги металла возникает режущая дуга — рабочая, и включается повышенный расход воздуха; дежурная дуга при этом автоматически отключается.

    Применение способа воздушно-плазменной резки, при котором в качестве плазмообразующего газа используется сжатый воздух, открывает широкие возможности при раскрое низкоуглеродистых и легированных сталей, а также цветных металлов и их сплавов.

    Преимущества воздушно-плазменной резки по сравнению с механизированной кислородной и плазменной резкой в инертных газах следующие: простота процесса резки; применение недорогого плазмообразующего газа — воздуха; высокая чистота реза (при обработке углеродистых и низколегированных сталей); пониженная степень деформации; более устойчивый процесс, чем резка в водородосодержащих смесях.

    Вдуваемый в камеру газ (рис. 1), сжимая столб дуги в канале сопла плазмотрона и охлаждая его поверхностные слои, повышает температуру столба. В результате струя проходящего газа, нагреваясь до высоких температур, ионизируется и приобретает свойства плазмы. Увеличение при нагреве объема газа в 50 . 100 и более раз приводит к истечению плазмы с высокими околозвуковыми скоростями. Плазменная струя легко расплавляет любой металл. На практике находят применение два основных способа включения плазменных горелок (см. рис. 1). В первом — дуговой разряд существует между стержневым катодом, размещенным внутри горелки по ее оси и нагреваемым изделием (плазменная струя прямого действия). Такие плазмотроны имеют кпд выше, так как мощность, затрачиваемая на нагрев металла, складывается из мощности, выделяющейся в анодной области, и мощности, передаваемой аноду струей плазмы.

    Рис. 1 Конструкция плазмотронов с аксиальной (а) (прямого действия)и тангенциальной (б) (косвенного действия) подачей газа

    Во втором — дуга горит между катодом и соплом, которое подключается к положительному полюсу источника питания (плазменная струя косвенного действия). Струей газа, истекающей из сопла, часть плазмы столба дуги сжимается и выносится за пределы плазмотрона. Тепловая энергия этой плазмы, складывающаяся из кинетической и потенциальной энергий ее частиц, используется для нагрева и плавления обрабатываемых изделий. В большинстве случаев общая и удельная тепловые энергии невелики, поэтому такие плазмотроны используют для сварки тонких изделий в микроплазменных установках для пайки и обработки неметаллов, так как изделие не обязательно должно быть электропроводным.

    Для надежной стабилизации дуги и оттеснения ее от стенок сопла применяют осевую или тангенциальную подачу газа (см. рис. 1). Для устранения турбулентностей в осесимметричных потоках их формируют с помощью специальных конструкций сопл и вкладышей.

    В дуговых процессах с неплавящимся электродом изменение силы тока при изменении напряжения дуги приводит к неравномерности глубины проплавления металла и нарушению стабильности процесса. Поэтому при плазменно-дуговой сварке оптимальными внешними характеристиками источника питания являются крутопадающие или даже вертикальные характеристики, позволяющие значительно изменять напряжение при постоянстве силы тока. Источники питания с вертикальными характеристиками появились сравнительно недавно, применительно к плазменно-дуговым процессам.

    Существует специальное оборудование для ручной и механизированной плазменно-дуговой сварки, наплавки и резки. Оно отличается от ранее описанных сварочных устройств конструкцией горелки-плазмотрона. Существует множество горелок, отличающихся конструкцией катода (стержневой, полый, дисковый), способом охлаждения (водой, воздухом), способом стабилизации дуги (газом, водой, магнитным полем), родом тока, составом плазмообразующей среды и т.д.

    Рис. 2 Схема микроплазменной горелки для сварки плазменной дугой:1 — рабочий газ;2 — фокусирующий газ

    С увеличением скорости истечения плазменной струи нарушается ламинарность потока. Кроме того в засопловом участке степень обжатия столба дуги уменьшается. В связи с этим в последние годы получают все большее распространение горелки с вторичным фокусирующим и защитным потоком газа (рис. 2). Газ подается под углом к оси горелки и как бы омывает столб дуги, интенсивно охлаждая его, благодаря чему при удалении от сопла несколько уменьшается диаметр столба дуги. При этом высокая концентрация плазменного потока достигается при сравнительно малой скорости истечения. Такие горелки, называемые иглоплазменными или микроплазменными, позволяют получить остроконечную плазменную дугу в области малых токов (0,5 . 30 А).

    Дуговая плазменная струя — интенсивный источник теплоты с широким диапазоном технологических свойств. Ее можно использовать для нагрева, сварки или резки как электропроводных металлов (см. рис. 1, а, б), так и неэлектропроводных материалов, таких как стекло, керамика и др. (см. рис. 1, б).

    Тепловая эффективность дуговой плазменной струи зависит от силы сварочного тока и напряжения, состава, расхода и скорости истечения плазмообразующего газа, расстояния от сопла до поверхности изделия, скорости перемещения горелки (скорости сварки или резки) и т.д. Геометрическая форма струи может быть также различной (квадратной, круглой и т.д.) и определяться формой выходного отверстия сопла.

    Техника сварки. Питание дуги, как правило, осуществляется переменным или постоянным током прямой полярности (минус на электроде). Возбуждают дугу с помощью осциллятора. Для облегчения возбуждения дуги прямого действия используют дежурную дугу, горящую между электродом и соплом горелки. Для питания плазмообразующей дуги используются источники сварочного тока с рабочим напряжением до 120 В, а в которых случаях и более высоким; для питания плазмотрона, используемого для резки, оптимально напряжение холостого хода источника питания до 300 В.

    Плазменной струей можно сваривать практически все металлы в нижнем и вертикальном положениях. В качестве плазмообразующих газов используют аргон, азот, смесь аргона с азотом и водородом, углекислый газ и воздух (в основном для резки). В качестве электрода применяют вольфрамовые стержни или специальные медные со вставками из гафния или циркония.

    К преимуществам плазменной сварки относятся высокая производительность, малая чувствительность к колебаниям длины дуги, устранение включений вольфрама в металле шва. Без скоса кромок можно сваривать металл толщиной до 15 мм с образованием провара специфической формы. Это объясняется образованием сквозного отверстия в основном металле, через которое плазменная струя выходит на обратную сторону изделия. Расплавляемый в передней части сварочной ванны металл давлением плазмы перемещается вдоль стенок сварочной ванны в ее хвостовую часть, где кристаллизуется, образуя шов. По существу, процесс представляет собой прорезание изделия с заваркой места резки.

    Плазменной струей можно сваривать стыковые и угловые швы. Стыковые соединения на металле толщиной до 2 мм можно сваривать с отбортовкой кромок, при толщине свыше 10 мм рекомендуется делать скос кромок. В случае необходимости используют дополнительный металл. Для сварки металла толщиной до 1 мм успешно используют микроплазменную сварку струей косвенного действия, в которой сила сварочного тока равна 0,1 . 10 А.

    Резка плазменной струей основана на расплавлении металла в месте реза и его выдувании потоком плазмы. Плазменную струю используют для резки металла толщиной от долей до десятков миллиметров. Для резки металла малой толщины используют плазменную струю косвенного действия. При повышенной толщине металла лучшие результаты достигаются при плазменной струе прямого действия. При резке даже углеродистых сталей во многих случаях она более экономична, чем газокислородная, ввиду высокой скорости и лучшего качества реза.

    В зависимости от металла в качестве плазмообразующих газов можно использовать азот, водород, аргоно-водородные, аргоно-азотные, азото-водородные смеси. Использование для резки смесей газов, содержащих двухатомные газы, энергетически более эффективно. Диссоциируя, двухатомный газ поглощает много теплоты, которая выделяется на холодной поверхности реза при объединении свободных атомов в молекулу. В последнее время, когда появилась возможность использовать водоохлаждаемые циркониевые и гафниевые электроды, в качестве режущего газа стали использовать и воздух. Сварку и резку можно выполнять вручную и автоматически.

    Скорость воздушно-плазменной резки в зависимости от толщины металла.

    Разрезаемый материал

    Сила тока А

    Максимальная скорость резки (м/мин) металла в зависимости от его толщины, мм