Плазменная резка

Плазменная резка металла — высокоэффективный, произ­водительный и перспективный способ обработки металлопроката. Процесс плазменной резки основан на локальном расплавле­нии металла и выдувании жидкого металла потоком плазмооб­разующего газа. Расплавление металла осуществляется совместным воздействием электрической дуги, горящей между плазмотроном и обрабатываемой деталью, и потоком плазменного газа. І Ілазменная резка позволяет обрабатывать прокат черных и цветных металлов и сплавов толщиной до 60 мм. Она находит все более широкое применение при обработке нержавеющих с талей и цветных сплавов на основе меди, алюминия, титана. В производстве металлоконструкций плазменная резка позволяет получать точные детали, не нуждающиеся в дальнейшей обра­ботке.

Преимуществом плазменной резки, по сравнению с лазер­ной, являются значительно меньшие капитальные затраты. Это выражается в расходах на метр длины резки. На рис. 3 представлены данные по расходам на метр длины резки при лазерной, плазменной и ацетил єно кислородной обработке, причем в каждом случае используется по одному режущему инструменту на установку. Данные относительно хорошо совпадают с обстоятельными расчетами.

В табл. 1 показано сравнение технологий термического раскроя.

Сравнительная таблица технологий термического раскроя

Ха рактеристп ка

Кислородная резка

Плазменная резка

Лазерная резка

Качество резки

Хороший утол среза Большая юна нагрева Требуется обработка я’ія уда­ления окалины Не эффективна для речки не­ржавеющей стали и алюминия

Средние требования к техническому обслуживанию — обслужи­вание многих компонентов мо­жет проводиться собственными бригадами технического обслу­живания

Отличный угол среза Малая зона нагрева Практически без образования окалины Отличное или хорошее качество резки мелких элементов, узкий разрез

Производитель­

ность

Медленная скорость резки Долгим предварительный про­грев увеличивает время прожига

Длительный срок службы рас­ходных деталей, хорошая произ­водительность и отличное каче­ство ре? ки обеспечивают наименьшие удельные затраты но сравнению с другими технологиями

Очень большая скорость резки тонких материалов (менее 6 мм), медленная резка более толстых материалов Длительное время прожига толстых материалов

Эксплуатацион­ные расходы

Низкая производительность и необходимость обработки по­вышают удельные затраты на резку по сравнению с плазмен­ной технологией

Очень большая скорость резки при любом толщине Очень короткое время прожига Повышение производительности за счет быстрого отключения резака

Высокие удельные затраты вслед­ствие повышенного энергопо­требления, потребления газа вы­соких затрат па обслу/кивание и относительно низкой скорости резки толстых материалов

Обслуживание

Минимальные требования к техническому обслуживанию — может проводиться собствен­ными бригадами технического обслуживания

Отличный угол среза Малая зона нагрева Практически без образования окалины Отличное или хорошее качество резки мелких элементов

Сложные задачи технического обслуживания могут быть вы­полнены только квалифициро­ванными специалистами

Сущность процесса воздушно-плазменной раздели­тельной резки заключается в локальном интенсивном рас­плавлении разрезаемого металла в объеме полости реза теп­лотой, генерируемой сжатой дугой, и удалении жидкого ме­талла из полости высокоскоростным плазменным потоком, вытекающим из канала сопла плазмотрона.

В современной технике резки применяют две схемы плазмообразования (рис. 4).

Плазменная резка

Рис. 4. Схемы плазмообразования:

а- плазменная дуга; б — плазменная струя; 1 — подача газа; 2 — дуга; 3 — струя плазмы; 4 — обрабатываемый металл;

5 — наконечник; б — катод; 7 — изолятор; 8— катодный узел

В первом случае (рис. 4, а) используют дугу прямого действия, возбуждаемую на обрабатываемом металле, явля­ющемся одним из электродов разряда. При этом использует­ся энергия одного из приэлектродных пятен дуги и энергия
плазмы столба и вытекающего из него факела. Поэтому резку по такой схеме называют плазменно-дуговой.

Во второй схеме (рис. 4, б), соответствующей косвен­ной (независимой) дуге, объект обработки не включают в электрическую цепь. Вторым электродом сжатой дуги слу­жит формирующий наконечник плазмотрона. Поток плазмы, вытекая из сопла, образует свободную струю плазмы. Для резки используется только энергия плазменной струи (резка плазменной струей).

Плазменная резка

Рис. 5. Режущий плазмотрон:

/ — корпус; 2 — электрод (катод); 3 — формирующий нако­нечник; 4 — изолятор; 5 — разрезаемый металл; 6 — дуговая камера; 7 — столб дуги; 8 — подача охлаждающей воды; 9 — подача плазмообразующего газа; 10 — слив воды; / / — ис­точник тока; 12 — устройство зажигания дуги; Ур — направ­ление резки

Энергетическая оценка обеих схем по­казывает, что плазмен­но-дуговую резку ха­рактеризует наиболее высокая эффектив­ность, поскольку по­лезная мощность сжа­той дуги реализуется в частях разряда, выне­сенных за пределы наконечника. Поэтому для резки металлов, как правило, исполь­зуют схему плазменно­дуговой резки.

Плазменную струю применяют относительно редко, преимущественно для резки неметаллических материалов.

Основными элементами плазмотрона, предназначенно­го для плазменной резки, являются электрод (катод), сопло и изолятор между ними (рис. 5). Корпус режущего плазмотро­на содержит цилиндрическую дуговую камеру малого диа­метра с выходным каналом, формирующим сжатую (плаз­менную) дугу. Для возбуждения плазмогенерирующей дуги служит электрод, располагаемый обычно в тыльной стороне дуговой камеры. Столб дуги ориентируется по оси форми­рующего канала и заполняет практически все его сечение.

В дуговую камеру подается рабочий газ (плазмообра­зующая среда). Газ, поступая в столб дуги, заполняющий формирующий канал, превращается в плазму. Вытекающий из сопла поток плазмы стабилизирует дуговой разряд. Газ и жесткие стенки формирующего канала ограничивают сече­ние столба дуги (сжимают его), что приводит к повышению температуры плазмы до 15000 — 20000 °С.

В качестве электрода при воздушно-плазменной резке могут быть использованы бериллий, торий, гафний и цирко­ний. На их поверхности при определенных условиях образу­ются тугоплавкие оксиды, препятствующие разрушению электрода. Поскольку оксид тория радиоактивен, а оксид бе­риллия токсичен, эти металлы не применяются.

Для того, чтобы катодное пятно фиксировалось строго по центру катода, в современных плазмотронах применяют вихревую (тангенциальную) подачу плазмообразующего га­за. При нарушении четкой вихревой подачи плазмообразую­щего газа катодное пятно вместе со столбом дуги будет сме­щаться от центра катодной вставки, что приводит к неста­бильному горению сжатой дуги, двойному дугообразованию и выходу плазмотрона из строя. При воздушно-плазменной резке наиболее эффективно используется энергия в режущей дуге постоянного тока прямой полярности (анод на металле).

Резка при использовании дополнительной среды яв­ляется дальнейшим усовершенствованием в том отноше­нии, что с помощью этой среды ограничивается длина плазменной дуги. При толщине листа порядка 3 мм парал­лельность обработанных поверхностей при использовании кислорода в качестве режущего газа сопоставима с этим показателем при лазерной резке (с кислородом). Более то­го, возможно получение параллельных поверхностей при резке листов толщиной до 8 мм. Если в качестве режущего газа используется азот, обработанные поверхности полу­чаются очень гладкими, но несколько выпуклыми.

Плазменная резка при использовании дополнитель­ной среды может применяться не только в атмосфере (су­хая резка), но и под водой. Если в качестве дополнитель­ной среды используется газ, осуществляется обычная сухая резка. Такой подход широко применяется в настоящее время, особенно на тех предприятиях, где получают про­фильные поверхности почти любых размеров (без ограни­чений, которые налагает ванна с водой). Кроме того, вода, которая попадает между плазмой и экранирующим соплом, может использоваться как дополнительная среда. В случае резки высоколегированных сталей и алюминия предпочи­тают использовать в качестве дополнительной среды воду.

Плазменная резка при инжекции воды применяется также при обработке мягких и низколегированных сталей. Тангенциальная инжекция воды образует водяной колокол, и давление пара служит дополнительным ограничением плазменной дуги, так же как при использовании дополни­тельного газа. Процесс плазменной резки при инжекции воды часто применяется при резке под водой.

Увеличенные плотности тока получаются при ис­пользовании специальных резаков, когда вращение газа

еще больше ограничивает плазменную дугу. Это рассмат­ривается как плазменная резка с увеличенным ограничени­ем. Принцип вращения газа и применение многоступенча­тых резаков при парциальном нагнетании газа оказались эффективными при резке листов примерно до 30 мм. В этом случае одна обработанная поверхность почти отвеча­ет требованиям перпендикулярности относительно другой (как при лазерной резке) без необходимости поворота ре­жущей головки.

При плазменной резке, когда обрабатываются мягкие и низколегированные стали, предпочтительным режущим газом является кислород. При этом расплавленное железо имеет пониженную вязкость, благодаря чему разжиженный материал легче удаляется из прорези. В результате обра­зуются кромки почти без заусенцев. Более того, преиму­ществом использования кислорода является исключение повышенного содержания азота в обработанных кромках.

Азот также используется как режущий газ. При этом, с одной стороны, при равной толщине листа резка выпол­няется при меньшей силе электрического тока и благодаря этому при меньших термических нагрузках па электрод, срок службы которого увеличивается. С другой стороны, листы большей толщины могут разрезаться и в том случае, когда нагрузка не уменьшается. Однако следует иметь в виду, что в этом случае возможно увеличение содержания азота в обработанной кромке, что может отрицательно ска­заться при выполнении последующей обработки.

Как дешевый плазменный газ используется воздух, но по сравнению с использованием кислорода он имеет ряд недостатков, в том числе уменьшение сроков службы элек­тродов и сопел и повышение содержания азота на обрабо­танных кромках.

При выборе режима ручной резки руководствуются характеристикой плазмотрона. Например, при работе плазмотроном КДП-2 величина тока может быть не бо­лее 250 А, а при работе на установке УПР-201 — не более 200 А и т. д. Давление (расход) газа устанавливают так­же в соответствии с паспортной характеристикой плаз­мотрона. Эффективность резки во многом зависит от напряжения, которое в свою очередь растет с увеличени­ем расхода газа и уменьшением диаметра канала сопла. Однако этот рост ограничен источником, у которого напряжение холостого хода не может быть больше 180 В. Особенностью режима плазменной резки является неизменность режима для металла различной толщины; в пределах толщин установленных для данного плазмот­рона, меняется только скорость резки. Например, при чрезмерном увеличении давления плазмообразующего газа происходит уменьшение скорости резки.

Перед резкой необходимо проверить правильность подсоединения аппаратуры (источника тока, газа, воды) к коллектору и плазмотрону и отрегулировать ток, рас­ход газа и воды. После этого произвести пробное зажи­гание дуги зажигалкой, с помощью осциллятора или де­журной дуги.

Износ сопел и электродов не очень зависит от ре­жимов резки, а определяется в основном числом резов и потребляемой мощностью. При нормальной работе до того, как качество резов изменяется настолько, что необ­ходимо заменять сопло, выполняют примерно 400…600 резов. Как правило, срок службы электродов, используе­мых в настоящее время, вдвое превышает срок службы сопел.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий

plazmorez.com