Плазменная резка металлов
Плазма представляет собой ионизированный газ, содержащий положительно заряженные ионы, электроны, нейтральные и возбужденные атомы и молекулы.
Плазма является четвертым состоянием вещества (1 - твердое, 2 - жидкое, 3 - газообразное). В электрической дуге происходит образование плазмы под действием электрического разряда и высокой температуры. Однако температура дуги при атмосферном давлении не превышает 5000-5600 °С, поэтому газовая оболочка дуги не полностью ионизирована Если же сжать дугу давлением газа, температура в центральной части дуги возрастет до 10 000 - 50 000 °С, так как газ плазмы почти полностью ионизируется. Сжатие дуги давлением струи плазмообразующего газа и стенок сопла с образованием плазменной дуги производится в плазмотроне - специальной горелке для резки и сварки. Различаются плазменные дуги прямого и косвенного действия.
Рис. 23.1. Дуга прямого действия: а - закрытый участок; б - сжатый, в -открытый, г -рабочий, д - факел плазмы, 1 - плазмообразующий газ, 2 - сопло, 3 - электрод, 4 - изделие
Дуга прямого действия
Дуга прямого действия (рис. 23.1) горит между неплавящимся электродом и изделием. Так как для резки используют постоянный ток прямой полярности, на изделии образуется анодное пятно высокой температуры, способствующее процессу плазменной резки. Плазмообразующий газ подается под давлением в сопло. Внутренние слои газа, прилегающие к дуге, превращаются в плазму, а наружные, прилегающие к соплу и более холодные, являются тепловым и электрическим изолятором сопла. Плазма совмещается с дугой по всей длине; тепло вводится в металл струей плазмы, столбом дуги и электронным потоком, бомбардирующим анодное пятно. Диаметр канала сопла имеет большое значение для резки металла. С уменьшением диаметра сопла растет сжатие столба дуги, давление плазмообразующего газа и напряжение дуги до 140 -
250 В, что требует применения специальных источников питания. Эффективный КПД дуги прямого действия 70-80 % Этой дугой можно обрабатывать материалы, проводящие электрический ток, в частности для резки металлов.
Рис. 23.2. Дуга косвенного действия: а - закрытый участок, б - сжатый; в - плазменная струя, г - факел плазмы, 1 - сопло, 2 - дуга, 3 - электрод, 4 - газ
Дуга косвенного действия
Дуга косвенного действия (рис. 23.2) горит между катодом-электродом и анодом-соплом Столб дуги расположен внутри сопла, формирующего плазму Под действием подаваемой через трубку и камеру струи плазмообразующего газа столб дуги удлиняется, анодное пятно останавливается на краю сопла у выходного отверстия, а факел газа выходит из сопла. Резка происходит только под воздействием тепла и давления плазменной струи без участия столба дуги Эффективный КПД этой дуги значительно меньше и составляет 30-40 %. Дугу косвенного действия используют для обработки металла небольшой толщины и неэлектропроводных материалов При плазменной резке может быть осевая (аксиальная) подача газа, при которой газ поступает вдоль оси электрода, конец которого заостряют и устанавливают точно по оси канала сопла. При вихревой подаче улучшается фиксация столба дуги с осью канала сопла, а сама подача достигается расположением газовых каналов по касательной к газовой камере При такой подаче стойкость сопла увеличивается.
