Плазмено рязане

Плазмено рязане

Обща нотация

PAC - Рязане с плазмена дъга - рязане с плазмена дъга

Технология на плазменото рязане

Плазмата е йонизиран газ с висока температура, способен да провежда електрически ток. Плазмената дъга се получава от обичайното в специално устройство - плазмена горелка - в резултат на нейното компресиране и инжектиране на плазмообразуващ газ в нея. Има две схеми:

• плазмено дъгообразно рязане и
• рязане с плазмена струя.

Фигура. Системи за плазмено рязане

при плазмена дъга Арката изгаря между неизползваемия електрод и метала, който се изрязва (дъга на директно действие). Дъговата колона се комбинира с високоскоростна плазмена струя, която се образува от входящия газ, дължащ се на нагряването и йонизацията му под действието на дъгата. За рязане се използва енергията на едно от почти електродните петна на дъгата, плазмата на колоната и получената горелка.

при плазмено струйно рязане изгаряния между електрод и формиращия връх на плазмената горелка и обектът, който се обработва, не е включен в електрическата верига (дъга на непрякото действие). Част от плазмената колона на дъгата се отстранява от плазмената горелка под формата на високоскоростна плазмена струя, чиято енергия се използва за рязане.

Плазмената дъга е по-ефективна и се използва широко за металообработка. Плазменото рязане се използва по-рядко и основно за обработка на неметални материали, тъй като не е необходимо да бъдат електрически проводящи.

По-подробна схема на плазмената горелка за плазмено рязане е показана на фигурата по-долу.

Фигура. Схема на рязане на плазмена горелка

В случая на плазмената горелка има цилиндрична дъгова камера с малък диаметър и изходен канал, който образува компресирана плазмена дъга. Електродът обикновено се намира в задната част на дъговата камера. Директното възбуждане на дъгата с плазмена дъга между електрод и метал, който се изрязва, по правило е трудно. Следователно, от самото начало се задейства дъга между електрода и върха на плазматрон. След това тя се издухва от дюзата и когато продуктът докосне с горелка, възниква работна дъга и дъгата на дежурството се изключва.

Дъговата колона запълва формиращия канал. Плазмообразуващият газ се подава в дъговата камера. То се загрява с дъга, йонизирано и чрез термично разширение се увеличава с 50-100 пъти обем, което я кара да изтича от дюзата на плазмената горелка със скорост от 2-3 km / s и повече. Температурата в плазмената дъга може да достигне 25,000-30000 ° C.

Електродите за плазмено рязане са изработени от мед, хафний, волфрам (активиран с итрий, лантан или торий) и други материали.

Количеството топлина, необходимо за разтопяване на рязането (ефективна топлинна мощност Qr), идва от колоната на плазмената дъга и се определя от израза:

qp = Vpmidd-Fmiddot-gamma-middot-cmiddot - [(Tm-T0) + q] middot-4.19,

където Vp - скорост на рязане (cm / s);
F - площта на напречното сечение на зоната на метала, който ще се стопи (cm2);
гама- - плътност на метала (g / cm3);
с - топлинен капацитет на метала, J / (gmiddot-° С);
т.т. - точка на топене на метала (° C);
T0 - температура на метала преди началото на рязането (° C);
р Латентна топлина на сливане (° C).

Работата Vrmiddot-Fmiddot-гама- определя масата на разтопения метал за единица време (g / s). За дадена дебелина на метала има определена цифрова стойност на ефективната топлинна мощност qp, под която процесът на рязане е невъзможен.

Скоростта на плазмения поток, която отстранява разтопения метал, се увеличава с нарастващия поток на плазмообразуващия газ и тока и намалява с нарастващия диаметър на дюзата на плазмената горелка. Тя може да достигне около 800 m / s с ток от 250А.

Плазмообразуващи газове

Технологичните възможности на процеса на плазмено рязане на метал (скорост, качество и др.), Както и характеристиките на основните възли на плазматроните се определят основно от плазмообразуващата среда. Ефект на състава на плазмообразуващата среда върху процеса на рязане:

• чрез промяна на състава на средата може да се регулира в широки граници на топлинна енергия, отделена от дъгата, тъй като при специфична геометрия на дюзата и даден ток състав на среда колона уточнява напрегнатостта на полето в и извън дъгата на дюзата;
• състава на плазма-образуващият среда има голямо влияние върху максимално допустимото текущата стойност на съотношението на диаметъра на дюзата, която позволява регулиране на плътността на тока в дъгата, степента на топлинния поток в кухината на рязане и по този начин определя ширината на рязане и рязане скорост;
• съставът на плазмообразуващата смес определя нейната топлинна проводимост, която определя ефективността на предаване на топлинната енергия, освободена в дъгата, към листа;
• в много случаи добавянето на топлинна енергия, освободена в резултат на химическото взаимодействие на плазмообразуващата среда с изрязания метал, е много значима (може да бъде съизмерима с електрическата мощност на дъгата);
• плазмообразуващата среда, взаимодействаща с метала, който трябва да се стопи, позволява да се променя неговият вискозитет, химически състав, повърхностно напрежение;
• избора на състава на плазма-образуващият среда, е възможно да се създадат най-добрите условия за отстраняване на разтопен метал от нарязани кухина и предотвратяване podplyvaya на долните ръбове на нарязани листа, или което ги прави лесно отделяща;
• състава на средата зависи от естеството на физикохимичните процеси по стените на разреза и дълбочината на газонаситения слой, следователно, за някои метали и сплави на някои плазмени образуване смес невалиден (например, съдържащ водород и азот в случай на титанов рязане) - границите на приемливите смеси също се стеснява с увеличаване на дебелината на рязане лист и топлопроводимостта на материала.

Съставът на плазмообразуващата среда зависи от характеристиките на оборудването:

• катод материал и катод (метод за закрепване на катода в плазмената горелка и интензивността на нейното охлаждане);
• конструкцията на системата за охлаждане на дюзите;
• източник на захранване, както и формата на неговите външни статични характеристики и динамични свойства;
• схемата за контрол на оборудването, тъй като съставът и скоростта на потока на плазмообразуващия газ напълно определят циклограмата на образуването на работната дъга.

При избора на плазмообразуваща среда е важно също така да се вземат предвид разходите за процеса и недостига на използваните материали.

Таблица. Най-често срещаните плазмообразуващи газове

Изрязва се с използване на въздух като плазмообразуваща среда въздушно-плазмено рязане.

Техника на рязане на плазмените метали

Плазменото рязане е икономически осъществимо за преработка:

• алуминий и неговите сплави до дебелина 120 мм;
• мед до дебелина 80 мм;
• легирани и въглеродни стомани с дебелина до 50 mm;
• чугун с дебелина до 90 мм.

Режещият инструмент се поставя възможно най-близо до ръба на метала, който се изрязва. След натискане на бутона на превключвателя на горелката, дъгата първо се запалва, а след това и режещата дъга и процесът на рязане започва. Разстоянието между повърхността на изрязания метал и края на върха на горелката трябва да остане постоянно. Дъгата трябва да бъде насочена надолу и обикновено под прав ъгъл спрямо повърхността на листа. Режещият механизъм бавно се придвижва покрай планираната линия на рязане. Скоростта на движение трябва да бъде регулирана, така че искри да се виждат от обратната страна на метала, който се нарязва. Ако те не са видими от задната страна, след това металът не се нарязва чрез, което може да се дължи на недостатъчно ток, прекалено висока скорост или движение на плазмения лъч не е ориентиран под прав ъгъл към повърхността на нарязани листа.

За чисто рязане (почти шлака без рязане на метал и напрежение), е важно да изберете правилната скорост за рязане и ток. Това може да стане на няколко парчета за изпитване по-висок ток, това намаляване, ако е необходимо, в зависимост от скоростта. На висок ток или ниска скорост на рязане е прегряване на същество нарязани метал, което може да доведе до образуването на котлен камък.

Плазмено рязане на алуминий и неговите сплави дебелина 5-20 mm обикновено се извършва в азотна атмосфера, с дебелина от 20 до 100 мм - в азот-водородни смеси (65-68 Азот 32-35 и водород) от 100 mm - в смеси аргон-водород (35-50 водород) и с използването на плазматрони с допълнително стабилизиране на дъгата чрез сгъстен въздух. При ръчно рязане на аргон-водородна смес, за да се осигури стабилно изгаряне на дъгата, съдържанието на водород трябва да бъде не повече от 20.

Air-плазмено рязане алуминий обикновено се използва като заготовката през разделителните части за последваща обработка. Доброто качество на рязане обикновено се постига само за дебелини до 30 мм при токова мощност от 200 A.

Плазмено рязане на мед може да се проведе в азот (с дебелина 5-15 мм), сгъстен въздух (за малки и средни дебелини), смес от аргон-водород. Тъй като медта има висока топлопроводимост и топлинна мощност, за нейната обработка се изисква по-мощна дъга, отколкото за рязане на стомана. При въздушно-плазмено рязане на мед в ръбовете се образуват лесно отстраняващи се излишъци от метал (решетка). Рязането на месинг се извършва при по-висока скорост (с 20-25), като се използват същите плазмообразуващи газове, както при медта.

Плазмено рязане на високолегирани стомани ефективен само за дебелини до 100 мм (при големи дебелини се използва разрязване на кислородния поток). При дебелина до 50-60 мм може да се използва въздушно плазмено рязане и ръчно рязане в азот с дебелина над 50-60 мм - смеси азот-кислород.

Рязане на неръждаеми стомани дебелина до 20 mm може да се извърши в азот с дебелина 20-50 mm в смес азот-водород (50 азот и 50 водородни атома). Също така е възможно да се използва сгъстен въздух.

Плазмено рязане на нисковъглеродни стомани най-ефективен в сгъстения въздух (особено за дебелини до 40 мм). За дебелини над 20 мм, рязането може да се извърши в азотни и азотно-водородни смеси.

за рязане на въглеродни стомани използвайте сгъстен въздух (обикновено с дебелина до 40-50 мм), смеси от кислород и азот-кислород.

Таблица. Приблизителни режими на въздушно-плазмено рязане на метал

Предимства на плазменото рязане в сравнение с методите за рязане на газ

• много по-висока скорост на метално рязане с малка и средна дебелина;
• универсалност на приложение - плазмено рязане се използва за обработка на стомани, алуминий и неговите сплави, мед и сплави, чугун и други материали;
• прецизни и висококачествени разфасовки, докато в по-голямата част от случаите последващата обработка е изключена или значително намалена;
• Ефективност на въздушно-плазменото рязане - няма нужда от скъпи газове (ацетилен, кислород, пропан-бутан);
• способността да изрежете детайли от сложни форми;
• много кратко време на изгаряне (с кислородно рязане е необходимо продължително подгряване);
• тъй като няма експлозивни газови бутилки;
• ниско ниво на замърсяване на околната среда.

Фигура. Скоростта на въздушно-плазмено рязане на въглеродна стомана в зависимост от неговата дебелина и електрическа мощност.

Недостатъци на плазменото рязане в сравнение с методите за газово рязане:

• максималната дебелина на рязането обикновено е 80-100 мм (кислородът може да обработва чугун и някои стомани с дебелина до 500 мм);
• по-скъпо и сложно оборудване;
• повишени изисквания за поддръжка;
• ъгълът на отклонение от перпендикулярността на рязането не трябва да надвишава 10-50 метра - в зависимост от дебелината на частта (в противен случай рязането значително се разширява, което води до бързо износване на консумативи);
• практически няма възможност за използване на два ръчни ножа, свързани към една машина;
• увеличен шум, дължащ се на изтичането на газ от плазматрон с трансонни скорости;
• вредни азотни емисии (когато се използва азот) - за да се намали разрязания продукт, се потапя във вода.