Воздушно плазменная резка металла

В самом простом понимании плазма - это четвертое состояние материи. Считается, что материя имеет три состояния: твердое, жидкое и газообразное. Материя переходит из одного состояния в другое под воздействием энергии, например, тепла.

По мере увеличения уровня тепла, газы (третье состояоние), составляющие пар, станут ионизированными и электропроводящими, превратившись в плазму. Плазменный резак использует этот электропроводящий газ для передачи энергии от источника питания к любому проводящему материалу, в результате чего процесс резки становится чище и быстрее, чем при использовании кислородного топлива.

Образование плазменной дуги начинается, когда газ, такой как кислород, азот, аргон или даже магазинный воздух, подается через небольшое отверстие сопла внутрь резака.
Затем в этот поток газа под высоким давлением подается электрическая дуга, генерируемая внешним источником питания, в результате чего образуется то, что обычно называют "плазменной струей". Плазменная струя мгновенно достигает температуры до 40 000° F, быстро пробивает заготовку и выдувает расплавленный материал.

1. Источник питания

Источник питания плазменной установки преобразует однофазное или трехфазное напряжение сети переменного тока в ровное, постоянное напряжение постоянного тока в диапазоне от 200 до 400 В постоянного тока. Это напряжение постоянного тока отвечает за поддержание плазменной дуги на протяжении всего процесса резки. Оно также регулирует выходной ток, необходимый в зависимости от типа и толщины обрабатываемого материала.

2. Консоль запуска дуги

Контур ASC вырабатывает переменное напряжение примерно 5000 вольт переменного тока при частоте 2 МГц, которое создает искру внутри плазменного резака для создания плазменной дуги.

3. Плазменная горелка

Функция плазменной горелки заключается в обеспечении надлежащего выравнивания и охлаждения расходных материалов. Основными расходными деталями, необходимыми для создания плазменной дуги, являются электрод, вихревое кольцо и сопло. Для дальнейшего улучшения качества резки может использоваться дополнительный экранирующий колпачок, а все детали удерживаются вместе внутренним и внешним фиксирующими колпачками.

Плазменная дуга может резать очень широкий спектр электропроводящих сплавов, включая простые углеродистые и нержавеющие стали, алюминий и его сплавы, никелевые сплавы и титан.

Первоначально этот метод был разработан для резки материалов, которые не могли быть удовлетворительно разрезаны кислородным методом. Обычно деталь или лист, подлежащий резке, остается неподвижным, а плазменная горелка перемещается.

Когда машина плазменной резки с ЧПУ разделена на несколько вспомогательных газов для резки, скорость резки различных газов для резки отличается. Если взять в качестве примера воздушно-плазменную дуговую резку, то при резке углеродистой стали ток резки составляет 230A.

Стандартно скорость резки листа углеродистой стали толщиной 6 мм может достигать 3300 мм/мин. При изменении толщины до 40 мм скорость резки ограничивается 500 мм/мин для обеспечения эффекта и качества резки.

Если вы перейдете на другие вспомогательные газы, например, на резку чистым кислородом, скорость резки снизится еще больше.

При одинаковом токе резки 230A, хотя скорость плазменной резки чистым кислородом может быть увеличена до 3700 мм/мин, для листа углеродистой стали толщиной 6 мм, скорость резки составляет всего 350 мм/мин для листа углеродистой стали толщиной 40 мм.

В качестве плазмообразующего газа обычно используется воздух из магазина, а форма плазменной дуги определяется, в основном, отверстием сопла. Примерная сила тока плазменной дуги этого типа составляет 12-20 тысяч ампер на квадратный дюйм.

Все ручные системы используют обычную плазму, и она все еще используется в некоторых механизированных приложениях, где допуски деталей более щадящие.

Разработаны и спроектированы для получения самых острых, высококачественных резов, которые достижимы с помощью плазмы. Горелки и расходные материалы имеют более сложную конструкцию, а также дополнительные элементы для дальнейшего сужения и формирования дуги.

Точная плазменная дуга составляет приблизительно 40-50 тысяч ампер на квадратный дюйм.

В типичной ручной плазменной системе электрод и расходные части сопла в выключенном состоянии находятся в контакте друг с другом внутри резака. При нажатии на кнопку включения источник питания вырабатывает постоянный ток, который проходит через это соединение, а также инициирует поток плазменного газа.

Когда плазменный газ (сжатый воздух) создает достаточное давление, электрод и сопло раздвигаются, что вызывает электрическую искру, которая преобразует воздух в плазменную струю. Затем поток постоянного тока переключается с электрода на сопло, на путь между электродом и деталью.

Плазменная резка (плазменно-дуговая резка) - это процесс плавления, при котором струя ионизированного газа при температуре выше 20 000°C используется для расплавления и удаления материала из разреза. Во время процесса между электродом (катодом) и заготовкой (анодом) возникает электрическая дуга. Электрод утоплен в газовом сопле с водяным или воздушным охлаждением, которое сужает дугу, вызывая образование узкой высокотемпературной и высокоскоростной плазменной струи.

Когда струя плазмы попадает на заготовку, происходит рекомбинация, и газ возвращается в свое нормальное состояние, выделяя при этом сильное тепло. Это тепло плавит металл, и поток газа выбрасывает его из разреза. Плазменные газы обычно представляют собой аргон, аргон/водород или азот.

Эти инертные газы можно заменить воздухом, но для этого требуется специальный электрод из гафния или циркония. Использование сжатого воздуха делает этот вариант плазменного процесса весьма конкурентоспособным по сравнению с кислородно-топливным процессом для резки углеродисто-марганцевых и нержавеющих сталей толщиной до 20 мм. Инертные газы предпочтительны для высококачественной резки реактивных сплавов.