Главная → Статьи

Плазменно-дуговая резка

Процесс плазменно-дуговой резки заключается в расплавлении металла плазменной дугой с интенсивным удалением расплава потоком плазмы. Плазменную дугу получают путем принудительной продувки газа через сжатый столб электрической дуги. Газ, проходя под давлением через дуговой разряд, нагревается, ионизируется и переходит в плазменное состояние. Образующаяся плазменная дуга представляет собой концентрированный источник тепла с высокой температурой, достигающей 30 000 °С.

Газ, необходимый для образования плазмы, называется плаз-мообразующим, а устройство, в котором происходит генерирование плазменной дуги,— плазмотроном.

Высокая температура плазменной дуги позволяет резать металлы, не поддающиеся обычной кислородной резке (высоколегированные стали, алюминий, медь, латунь, бронза и их сплавы).

Плазменная дуга может быть прямого и косвенного действия. В первом случае дуга горит между электродом плазмотрона и разрезаемым металлом. Во втором — между электродом и изолированным от электрода соплом плазмотрона, при этом разрезаемый металл в цепь питания плазменной душ не включается.

Плазмотроны, работающие на дуге прямого действия, имеют максимальный КПД и получили широкое распространение в промышленности для резки металла. Способ такой резки называется резкой плазменной дугой (плазменно-дуговая резка).

Плазмотроны, работающие на дуге косвенного действия, применяются, в основном, для резки неметаллических материалов (стекло, керамика) и тонколистового металла толщиной до 5 мм. Способ такой резки называется резка плазменной струей.

В качестве плазмообразующих газов применяют одноатомные газы (аргон, гелий) или двухатомные (водород, азот, кислород). В последнее время широко используются смеси двух или нескольких газов, а также воздух. Плазмообразующий газ необходим для образования плазменной дуги. Состав газа сильно влияет на технологические параметры процесса — производительность и качество резки, а также на стойкость электродного и соплового узлов плазмотрона.

На первой стадии развития плазменной резки в качестве плазмообразующего газа использовали аргон, который, как инертный газ, обеспечивал высокую стойкость вольфрамового электрода, легкость зажигания дуги и низкое напряжение при ее горении. Аргон — химически нейтрален, не вступает в реакцию с разрезаемым металлом. Однако аргон, как одноатомный газ, обладает низкой теплоемкостью. Для достижения больших скоростей резки требуется его повышенный расход, что не всегда целесообразно при высокой дефицитности и стоимости аргона. Поэтому он находит применение в установках для ручной плазменной резки, где расход его незначителен.

Гелий обладает более подходящими свойствами по сравнению с аргоном, но из-за большой дефицитности и стоимости не нашел практического применения.

Значительно эффективнее для плазменной резки двухатомные газы, они создают плазменную дугу с большим выделением тепла на аноде, чем одноатомные. При нагреве таких газов плазменной дугой происходит расщепление каждой молекулы на два свободных атома. Выделяющееся при этом тепло дополнительно нагревает металл и ускоряет процесс резки.

Кислород, кроме теплоносителя, способен окислять железо при плазменной резке сталей как и при кислородной. Тем не менее, применение двухатомных газов нежелательно из-за низкой стойкости электрода и сопла плазмотрона.

Недостатки, присущие как одноатомным, так и двухатомным газам, вызвали необходимость использования смесей этих газов и применения экономичных плазмотронов, работающих отдельно на защитных и рабочих газах. В таких плазмотронах подаются Два независимых потока газа: один для защиты электрода от окисления (защитный), другой—для образования плазмы (рабочий).

В качестве защитного газа в основном применяется аргон. Рабочим газом могут быть различные многокомпонентные медный водоохлаждаемый электрод с катодной циркониевой вставкой 2. Для возбуждения рабочей дуги при помощи осциллятора зажигается вспомогательная дуга между электродом н соплом плазмотрона, которая выдувается из сопла в виде плазменного факела длиной 10— 30 мм. При касании факела вспомогательной дуги металла возникает рабочая дуга между электродом и металлом. Вспомогательная дуга при этом автоматически отключается. С зажиганием рабочей дуги возможно образование тан называемой двойной дуги, которая возникает одновременно между катодом и внутренней поверхностью сопла и между наружной поверхностью сопла и разрезаемым металлом. Двойная дуга может оплавить формирующее сопло плазмотрона и вывести его из строя.

Рис. 40. Схема плазмотрона для воздушно-плазменной резки металла

Оборудование для плазменно-дуговой резки. Аппаратура для плазменно-дуговой резки металлов (ГОСТ 12221—79) выпускается следующих типов: ПлР — для ручной резки, ПлП—для полуавтоматической резки и ПлА — для автоматической резки.

Для плазменной резки применяются источники тока с крутопадающими внешними статическими характеристиками и высоким напряжением холостого хода. Правила безопасности ограничивают напряжение холостого хода в аппаратах ручной резки—до 180 В, в полуавтоматах — до 300 Вив аппаратах автоматической резки — до 500 В.

При резке алюминия и других цветных металлов в качестве плазмообразующей среды применяются инертные и нейтральные газы (аргон, гелий, азот) и их смеси с водородом, при резке углеродистой стали и других черных металлов применяются активные газы (воздух, кислород, углекислый газ) и их смеси с другими газами. Основные параметры аппаратуры для плазменно-дуговой резки приведены в табл. 37.

Для автоматической воздушно-плазменной резки заводы автогенного машиностроения выпускают стационарные машины, которые во многом унифицированы с аналогичными машинами для кислородной резки. Машины комплектуются аппаратами Института электросварки им. Е. О. Патона и установками ВНИИЭСО. Техническая характеристика стационарных машин для воздушно-плазменной резки приведена в табл. 38.

Барнаульский аппаратурно-механический завод выпускает полуавтоматы ПРП-2 для плазменно-дуговой резки и ПВП-1, ПВП-В для воздушно-плазменной резки металлов. Полуавтоматы состоят из трех сваречных преобразователей, пульта управления и контроля процесса резки, переносного пульта дистанционного управления процессом резки, однорезаковой переносной машины, ручного резака и резака для механизированной резки.

На полуавтоматах можно выполнять резку ручным резаком (по любому контуру), прямолинейную резку машинным резаком, установленным на переносной машине (по направляющему угол-КУ), а также резку по окружности диаметром от 180 до 1500 мм с помощью циркульного устройства.

Машина для перемещения резака имеет две ступени регулирования скоростей в пределах 0,04—4 м/мин. Плавное регулирование скорости в пределах каждой ступени осуществляется через тиристорный преобразователь с дистанционного выносного пульта управления.

Максимальная толщина разрезаемого металла (по алюминию) при ручной резке составляет: 80 мм для полуавтомата ПРП-2, 20 мм для ПВП-1, ’25 мм для ПВП-В; при машинной резке 12 мм для ПРП-2, 60 мм для ПВП-1, 30 мм для ПВП-В.

В качестве источников питания в полуавтоматах ПРП-2 и ПВП-1 используются три преобразователя ПД-305.

Кироваканокий завод «Автогенмаш» выпускает универсальные комплекты аппаратуры КДП-1 и КДП-2, предназначенной для ручной плазменно-дуговой резки коррозионно-стойких и высоколегированных сталей и цветных металлов. Резка выполняется дугой постоянного тока прямой полярности в среде аргона, азота или их смесей с водородом. В комплект аппаратуры КДП-1 входит резак РДП-1 водяного охлаждения с кабель-шланговым пакетом, коллектор и зажигалка. В аппаратуре КДП-2 применяется резак РДП-2 с воздушным охлаждением.

—

Плазменно-дуговая резка (рис. 55) или, как ее еще называют, резка проникающей дугой заключается в глубоком проплавлении металла по линии реза дуговым разрядом, который направляется потоком высокотемпературного ионизированного газа, называемого плазмой. Эта же газовая струя удаляет расплавленный металл из места реза.

Дуга 2 возбуждается между разрезаемым металлом 3 и иеплавящимся вольфрамовым электродом с добавлением лантана (BJ1-15), расположенного внутри головки резака 1 с водяным или воздушным охлаждением. Добавление небольших долей лантана позволяет дуге гореть более устойчиво, дуга ие блуждает относительно заостренного конца вольфрамового электрода.

В основном резку производят на постоянном токе прямой полярности.

Проходящий через сопловую часть головки резака газ охлаждает вольфрамовый электрод и обжимает дугу с образованием плазмы, придавая плазме проникающие свойства. При образовании плазмы температура ее достигает 10 000—20 000 ° С с высокой скоростью^’ истечения, позволяющей свободно выдувать расплавленный металл.

Плазменно-дуговую резку рекомендуется применять для вырезки деталей и отверстий различной конфигурации, а также деталей, не требующих последующей механической обработки; для резки труб профилей; для подготовки кромок под сварку на заводах монтажных заготовок, базах и монтажных площадках, а также непосредственно на монтаже. Плазменно-дуговая резка в отличие от кислородной позволяет производить резку различных металлов на одном и том же оборудовании с минимальной деформацией, высокой скоростью и производительностью резки.

При плазменно-дуговой резке требуется: более сложное оборудование и обслуживание; применение водяного или воздушного охлаждения; более высокая квалификация резчика.

Ниже приведены ориентировочные данные по резке различных металлов в зависимости от величины напряжения.

Скорость процесса при ручной резке 2 м/мин. В качестве источников питания используют сварочные преобразователи ПСО-500, ПС-500 на 500 а, сварочные выпрямители ВКС-500-1 на 500 а с небольшой доработкой электрической схемы выпрямителя, источники питания ИПГ-500 на 500 а; выпрямители ВГД-501 на 500 а и др.

В качестве электродов можно применять вольфрамовые прутки BJ1-15 и как исключение ВТ-15 с добавкой тория. Расход вольфрамовых электродов при резке в аргоно-водородной смеси равен 0,01 г/мин, а в смесях с содержанием небольших количеств кислорода этот расход будет равен 0,05 г!мин.

При плазменно-дуговой резке применяют аргон состава А (ГОСТ 10157—62); технический азот 1-го сорта (ГОСТ 9293—59); смесь аргона с водородом 1-го сорта (ГОСТ 3022—70); реже применяют гелий и аммиак.

С помощью тележки ХХТ-1-58 удобно производить прямолинейную плазменно-дуго-вую резку. Тележка снабжена реостатом для регулировки скорости передвижения в пределах 118—8000 мм!мин.

Механизированную резку можно производить на машинах АСШ-2 и СГУ-61, специально переоборудованных для плазменно-дуговой резки.

Для газорезательных работ применяют плазменно-дуговьте резаки УДР, РПД-2-65, АСШ-2, РПД-1-64 и Т-12.

На рис. 56 изображен машинный резак РПД-1-64 для резки металла средней и большой толщины. Резак состоит из цангового и соплового узла, защищенных относительно друг друга изоляционной втулкой. Корпус с находящейся в нем разрезной цангой для крепления вольфрамового электрода, изолированной от корпуса латунной втулкой с отверстиями для подачи газа, к которой крепится вспомогательная насадка, охлаждается водой.

Рис. 56. Резак РПД-1-64 для машинной плазмен-но-дуговой резки

Корпус головки и наконечник входят в сопловой узел, прикрепленный к корпусу накидной гайкой. Вольфрамовый электрод защищается азотом, подаваемым между электродом и вспомогательной насадкой. Рабочий газ поступает в дуговую камеру через сопловое кольцо. Зажигание дуги без применения аргона обеспечивает вспомогательная насадка.

С помощью резака РПД-1-64 можно производить резку меди и ее сплавов толщиной до 150 мм, нержавеющей стали — до 200 мм и алюминия и его сплавав — до 200 мм. Напряжение холостого хода для этих толщин должно быть в пределах 350—500 в, а ток — от 400 до 900 а.

Режимы плазменно-дуговой резки рекомендуется подбирать практическим путем в соответствии с конкретными условиями.

Рис. 57. Схема плазменной резки

Ваш отзыв