Плазмени горелки за рязане

Плазмено рязане (плазмена горелка или плазмена горелка за рязане) - устройство за образуване на плазма по време на рязане, свързано с източник на ток.

Основните компоненти на плазмения нож:

• държач на електрода с електрод;
• дюза, образуваща плазмена дъга или плазмена струя;
• дъгова камера за образуване на плазма;
• изолатор, разделящ електродните и дюзовите възли;
• системи за доставка на газ и вода.

Много фрези също имат въртящ се модул, който осигурява вихрово (тангенциално) подаване на плазмообразуващ газ към дъгообразната камера за компресиране и стабилизиране на дъгата.

Фигура. Ръчен плазмен резач на устройството Multiplaz-15000

Фигура. Дизайнът на плазмената горелка TD-300 за механизирано рязане

Основните видове плазмени горелки

Дизайнът на плазмения нож и конструкцията на неговите елементи зависят от работната среда, начина, по който се подава в дъговата камера, запалването на дъгата и охладителната система. Основните видове плазмени горелки (горелки):

• за инертни (аргон, хелий) и редуциращи (азот, водород) газове;
• за оксидиращи газове - съдържащи кислород;
• двоен поток - за инертни, редуциращи и оксидиращи среди;
• с газово-течна стабилизация на дъгата.

Плазмените факли с вода и магнитната стабилизация на дъгата са получили ограничено приложение.

Най-простите са Плазмотрони за инертни (неутрални) и редуциращи се газове.

Фигура. Плазмена горелка за инертни и редуциращи газове с аксиална стабилизация на дъгата и водно охлаждане

Изолираните дюзови и катодни възли образуват дъгова камера с формовъчен канал. Крайната част на камера разположен волфрам катод, стабилни оксиди на лантан, итрий, торий или други примеси, които увеличават свойствата на емисиите на волфрам и устойчивост срещу смущения при високи температури с активни газове (кислород, въздух, и т.н.). Катодът се износва под въздействието на топлина, отделяна в катодната област на дъгата.

Волфрамовите катоди обикновено се изработват под формата на пръчки с диаметър 3-6 mm и дължина 50-150 mm или къси цилиндрични вложки с диаметър 2-3 mm и дължина 5-6 mm. При плазмените ножици с пръстен волфрамов катод, фиксиран в скоби или колчета, работната среда обикновено се подава коаксиално на катода. Работната част на катодния прът е заострена, за да фиксира катодното петно ​​на дъгата. Благодарение на коаксиалното подаване на газ, дъгата може да се опъне за по-голяма дължина с по-ниско работно напрежение, което е важно за ръчното плазмено рязане и рязане на дебел метал.

Машина и ръчно плазмено рязане с метални катоди.

Фигура. Плазмена горелка с катоден ръкав, вихрова стабилизация на дъгата и водно охлаждане

Вложката от огнеупорен материал се притиска в канала на държача на ръкава-катод, изработен от мед или друг топлопроводим метал. Дръжката на ръкава е интензивно охлаждана от въздух или вода, което подобрява условията на охлаждане на катода и удължава живота на катодната вложка. Краят на втулката катоди обикновено е плосък. Дъгата се стабилизира чрез въртящ се газов поток. Вортексът фиксира катодната област на дъгата в центъра на крайната повърхност на вложката. Активното място на дъгата носи вложката с образуването на постепенно задълбочаваща се кухина. Диаметърът и дълбочината на кухината зависят от интензитета на входящата топлина в катода и топлинния трансфер в охлаждащата среда.

Цилиндричните катоди се използват широко в плазмените ножове, като се използва сгъстен въздух като работна среда. вложка катод от огнеупорен метал - цирконий и хафний - при високи температури, за да образуват стабилна дъга в основата на огнеупорен слой от оксиди и нитриди, метална мрежа, която предпазва от изпаряване. Такива катоди се наричат филм или защитен филм. Наличието на катодно петно ​​се дължи на високата еластичност и ниското електрическо съпротивление на филма от оксиди и нитриди при високи температури. Редовна износване вложки катод се дължи на изпаряване на стопилка оксид-нитрид, като еднократна, по-съществено, - ако запалването на дъгата поради разрушаването на филма от термичен шок.

Плазмени горелки с филмови катоди също се използват за рязане в кислородна среда. Катодна съпротива е малко по-ниска.

За завихряне (тангенциално) подаване на плазмообразуващия газ в дъгообразната камера на плазмения нож, въртящи устройства. В най-простия случай функциите на вихрушката се изпълняват от плазматронното тяло и работещият газ навлиза в дъговата камера през канали, теглени по допирателната към стените му. Ефективно използване на вихрови пръстени или шайби от топлоустойчива керамика, поставени преди входа на дюзата. Техният недостатък е ниската якост на керамиката. Като вихър, самата дюза може да действа. Рационалният дизайн на вихъра, направен под формата на винтова резба върху външната повърхност на държача на електрода, който е плътно монтиран в гнездото на тялото на плазмения нож.

При рязане в окисляващи среди, плазмотрони с кухи (кухи) цилиндрични катоди от мед, интензивно охладена вода. Плазмената горелка има система за вихрово стабилизиране на дъгата. Катодът се разпределя - под действието на вихъра, катодното петно ​​бързо се движи по вътрешната повърхност на цилиндричния катод, без да го унищожава.

Двупластови плазматрони са оборудвани с две коаксиални дюзи - вътрешни и външни (защитни капачки). Газът, навлизащ във вътрешната дюза, условно се нарича първичен, към външния - вторичен или допълнителен. Първичните и вторичните газове могат да имат различен състав, предназначение и консумация. Като електроди се използват както волфрамови, така и филмозащитни катоди.

плазмени горелки с двойна поток с прът волфрам катод първичен газ (азот или аргон) се подава във вътрешната дюза предпазва волфрамов електрод от окисляване. Във външната дюза се подава работен окислител, въздух или кислород. Работната част на катода може да бъде разположена в кухината под вътрешната дюза или между дюзите. Съгласно първата схема основно защитният газ се превръща в плазма, а оксидиращият газ се използва главно за стабилизиране на дъгата. Във втория случай е възможно да се получи плазмен поток с високо съдържание на кислород.

Фигура. Двупроводни плазматрони с волфрамови катоди - с местоположението на работната част на катода под вътрешната дюза (отляво) или между дюзите (вдясно)

Като фолио-защитни катоди се използват например в плазмените ножове Hypertherm (HSD, HT, HPR и др.). В този случай защитният (допълнителен) газ осигурява следните функции:

• защита на плазмения нож от пръски от разтопен метал при пробиване на отвори;
• пречка за формирането на "двойна" дъга;
• допълнителното компресиране на дъгата, което увеличава неговата специфична плътност на енергия, прави рязането по-фино и намалява сливането при остри ъгли;
• допринася за образуването на практически перпендикулярен срез с остър горен ръб без преформатиране и липсващ или незначителен долен ръб.

Фигура. Плазмено рязане Hypertherm с филмозащитен катод, предназначен за работа с плазмоформиращи и защитни газове

По-скоро обичайна плазмена горелка с газово-течна стабилизация на дъгата. Тяхната система образуване обикновено подобен inertno- или намаляване на газ, факли активен газ или плазма двойна поток, с тази разлика, че възелът на дюзата е снабдена със система канал за подаване на вода под налягане към колоната дъга. За да се стабилизира дъга също използва газ-течност поток две фаза, която за предпочитане се прилага съгласно схема двоен поток факел. Количеството стабилизираща вода се настройва така, че водата да се изпари напълно. При стабилизиране на дъгата с газ и течност енергийната концентрация в дъговата колона се увеличава и нейните свойства на рязане се увеличават. Благодарение на подаването на течност към формовъчната дюза, условията на охлаждане се подобряват. При рязане, използвайки стабилизиране на водата и въздуха, стоманените ръбове са по-малко наситени с азот, отколкото при въздушно плазмено рязане

В допълнение към плазмените горелки със стабилизация на газ-течност, се използва дъгата Плазмотрони с водна завеса и система за охлаждане на газ-течност. В резачите с водна завеса се оформя водна риза около колоната на дъгата, използваща системата от канални води. Водата охлажда ръбовете на обработения метал, което минимизира зоната на топлинно влияние. Нивото на шума, емисиите на аерозоли и радиацията по време на рязане са намалени.

дюза Плазменият нож е предназначен за оформяне на режеща дъга. Формата и размерите на канала на дюзата определят параметрите и свойствата на дъгата. При намаляване на диаметъра му и увеличаване на дължината се увеличава скоростта на плазмения поток, енергийната концентрация в дъгата, напрежението и капацитета на рязане. Колкото по-дълго формата и размерът на дюзата останат, толкова по-дълъг е продължителността на дюзата.

Дюзата е най-топлият елемент на плазмената горелка. Към канала на дюзата между стените и потока плазма в колона мощен дъга (температура 10000-20000 ° С и повече) представлява сравнително студен слой на газ, ток и газ скоростта на потока са избрани в съответствие с диаметър на дюзата и дължина. Най-добрият материал за изработване на дюзи е мед с висока чистота, който има висока топлопроводимост и относително ниска цена. В повечето случаи за охлаждане на дюзите се използва система от водни канали. При рязане с дъги с ниска мощност охлаждането на дюзата на горелката може да бъде газ.