Устройство плазмотрона для воздушно плазменной резки металлов

Металл режется посредством болгарки, газокислородного резака, электродуговой сваркой, рубится на гильотине. Современные способы — обработка лазером или плазмой. Последняя, представляет собой скоростной поток высокотемпературного газа. Раскрой металла ионизированным газом применяется в промышленности и для решения частных задач. В этом случае используется плазмотрон для ручной воздушно-плазменной резки.

Плазмотрон — что это

Устройство, в котором образуется плазма, называется плазмотроном. Или, другими словами, — плазмогенератор. Плазма — среда, состоящая из отрицательных и положительных радикалов, ионизированный газ. Имеет квазинейтральные свойства. То есть, в малом объёме, по сравнению с общей субстанцией, обладает нулевым зарядом.

Конструкция

Устройство плазмотрона для воздушно плазменной резки металловСуществуют два основных вида устройства плазмотрона:

  • прямого действия;
  • косвенного действия.

В первом виде, деталь является частью электрической сети. Катод — это головка плазмотрона, анод — заготовка. Между ними возникает электродуга и протекает плазменный разряд.

Во втором виде, дуга горит внутри плазмотрона. Обработка детали осуществляется только плазменной струёй.

  • стержневой вольфрамовый (графитовый) катод;
  • дуговая камера с вихреобразователем для создания плазмы;
  • сопло, — разгоняет поток ионизированного газа, формирует его толщину;
  • элементы подвода газа, охладителя (вода);
  • электрокабель.

Рабочим телом выступает воздух или различные газы. Пароводяной плазмотрон для охлаждения использует воду, которая, после регенерации, превращается в пар и направляется в вихревую камеру.

Принцип работы плазмотрона:

Устройство плазмотрона для воздушно плазменной резки металлов

  1. Газ (воздух) под высоким давлением, проходя вихреобразователь, попадает в дуговую камеру.
  2. Между электродом и соплом зажигается первичная (дежурная) дуга. Она необходима для создания основной, рабочего электроразряда. Дежурная дуга не касается стенок сопла из-за вихревого потока газов.
  3. За счёт выделенного тепла и высокой температуры образуется ионизированный газ (плазма).
  4. Скорость потоку придаёт сопло.

Электродуга разогревает металл, плавит его. Удаление расплава осуществляется высокоскоростным потоком ионизированного газа, или смеси водорода и кислорода, если используется пароводяной плазмотрон.

Резка металла осуществляется различными типами плазмотронов:

  • воздушно-плазменный;
  • газоплазменный;
  • индукционный (высокочастотный);
  • комбинированные;
  • пароводяной плазмотрон.

Воздушно-плазменный резак

Рабочая среда — подготовленный атмосферный воздух. Используется для резки чёрных металлов. Отличается наиболее простой конструкцией среди аналогов.

Плазмотрон для ручной воздушно-плазменной резки входит в состав агрегатов, работающих от сети 220V или 380V. Оснащается упором для обеспечения оптимального расстояния между резаком и поверхностью заготовки. Сделано это для того, чтобы не уставала рука оператора. В противном случае, линия реза получается неровной со значительной шероховатостью

Газоплазменный резак

Устройство плазмотрона для воздушно плазменной резки металловРабочее тело для образования плазмы — различные газы:

Пароводяной плазмотрон работает на воде (водяном паре).

Индукционный резак

Разновидность высокочастотного устройства. Используется принцип индуктивно-связанной плазмы. Для получения такого разряда используется переменное магнитное поле, создаваемое индукционной катушкой. Частота колебаний находится в диапазоне 1-100МГц.

Для прохождения высокочастотной мощности, головка плазмотрона выполняется из диэлектрика. Например, используется кварцевый материал (стекло) или керамика. Это позволяет в качестве рабочего тела применять не только воздух, но и кислород, азот, аргон, водяной пар.

Устройство плазмотрона для воздушно плазменной резки металловИндуктивно-связанная плазма характеризуется:

  • высокой плотностью электронов;
  • температурой

6000K, — любое вещество переходит в атомарное состояние.

Высокая концентрация электронов и положительных ионов даёт преимущество при поверхностной обработке металлов, например, травлении. Индуктивная катушка находится вне активной зоны горения. Такое разделение позволило использовать для охлаждения воздух.

Индукционный плазмотрон — специфическое оборудование, применяемое для решения узких задач. С его помощью получают чистые порошковые металлы.

Комбинированные аппараты

Представляют собой симбиоз электрической дуги и токов высокой частоты. Магнитное поле используется для сжатия электрического разряда.

По стабилизации электродуги плазмотроны подразделяются на типы:

Функция стабилизации влияет на сжатие электродуги, направление вдоль оси электрода и в отверстии сопла.

Газовые устройства

Одна из самых простых и распространённых схем. Принцип основан на сжатии столба дуги плазмообразующим газом. Кроме этого, реализуется охлаждение стенок. Головка плазмотрона работает в щадящих условиях.

Водяные устройства

Пароводяной плазмотрон использует в качестве рабочего тела паровой газ. Водяная система, с учётом регенерации пара, позволила добиться высокой степени сжатия столба электродуги. Температура достигла 50000°C. В конструкции применён графитовый электрод, подающийся в зону горения автоматически. Ускоренному сгоранию углерода способствует наличие высокотемпературного водяного пара.

Устройство плазмотрона для воздушно плазменной резки металлов

Несмотря на усложнение конструкции, паровой плазменный резак, является одним из самых востребованных устройств.

Водоохлаждаемая головка резака — вторая конструкция (после воздушной), применяемая умельцами при конструировании своими руками модели плазменного резака.

Магнитные резаки

Магнитная система менее эффективна, по сравнению с предыдущими. Но, преимущество — это регулировка сжатия электродуги без потери рабочего тела (газа).

Наряду с обычными сварочными аппаратами и газокислородной резкой, несмотря на существенную цену, всё большее количество умельцев осваивает сборку плазмотрона. Мы будем признательны, если вы поделитесь своим опытом, расскажете о своих самоделках. Для этого на сайте есть блок для комментариев.

Плазменная резка – одна из наиболее современных эффективных технологий, позволяющая работать с металлом, а также с некоторыми материалами, не проводящими ток, в том числе древесиной, пластиком и камнем.

Читайте также:  Как разобрать пистолет для монтажной пены видео

Неудивительно, что метод пользуется спросом и активно применяется в различных сферах деятельности, в ЖКХ, в строительстве, промышленности. Главным устройством во всем процессе является плазморез, продуцирующий дугу, сформированную плазмой огромной температуры.

Дуга позволяет вести работу с высокой точностью, проводить раскрой не только по прямым линиям, но и формировать сложные фигуры.

Устройство плазмотрона для воздушно плазменной резки металлов

Чтобы разобраться в тонкостях всего процесса, рассмотрим подробнее конструкцию устройства, а также основные принципы, на которых построено его функционирование.

Конструкция

Плазморезка сформирована следующими элементами:

1. Элемент питания, который отвечает за подачу тока той или иной силы. В качестве элемента применяют либо трансформаторы, либо инверторы.

Устройство плазмотрона для воздушно плазменной резки металлов

Первый вариант характеризуется значительной массой, зато почти неуязвим для колебаний напряжения, а также дает возможность осуществлять рез металлических заготовок огромной толщины.

Инвертор – хороший выбор в том случае, если манипуляции ведутся с не слишком толстыми заготовками. Они экономичны в отношении потребления энергии, характеризуются высоким КПД и рекомендуются для использования в частном хозяйстве.

2. Плазмотрон. Основной элемент, посредством которого и ведется рез.

Корпус детали скрывает электрод, отвечающий за формирование мощной дуги. Сделан электрод из тугоплавкого металла, благодаря чему исключены его деформации и разрушения вследствие высокотемпературных нагрузок. Как правило, используется гафний, как наиболее прочный и безопасный материал.

Устройство плазмотрона для воздушно плазменной резки металлов

На конце находится сопло, формирующее струю плазмы, с легкостью разрезающую заготовку.

Производительность и мощность устройства, во многом, определяется именно диаметром сопла. Чем шире сопло, тем больше воздуха оно пропускает за единицу времени, а увеличение объемов воздуха непосредственно увеличивает производительность. Наиболее распространенный диаметр – 3 миллиметра.

Точность работы зависит от конфигурации сопла, для проведения наиболее тонкой работы следует подбирать удлиненный элемент.

3. Компрессор. Его главная задача – нагнетание воздуха, без которого плазменный резак по металлу просто не может функционировать. Процесс построен на использовании газа для формирования плазменной струи и защиты.

Если сила тока устройства ограничена 200А, то необходим просто сжатый воздух, его достаточно и для отвода лишнего тепла, и для формирования струи. Такая модель – оптимальное решение в случаях, когда режутся заготовки не толще 5 сантиметров.

Устройство плазмотрона для воздушно плазменной резки металлов

Установки промышленного типа используют не обычный сжатый воздух, а концентрированные газовые смеси на основе гелия, водорода, азота.

4. Комплекс кабелей и шлангов соединяет все модули между собой. Шланги транспортируют сжатый воздух, кабеля передают электрический ток.

Смотрите полезное видео, устройство и как работает плазменная резка:

Рабочий принцип

Теперь изучим непосредственно принцип работы устройства.

Когда оператор нажимает на клавишу розжига, элемент питания подает ток на плазмотрон. Это приводит к формированию первичной дуги огромной температуры, которая составляет от 6 до 8 тысяч градусов.

Формирование дуги между наконечником электрода и сопла происходит из-за того, что крайне трудно добиться такого результата непосредственно между заготовкой и электродом. Более того, если работа ведется с материалом, характеризующимся изолирующими свойствами, это просто невозможно.

Когда сформирована первичная дуга, к ней подается воздушная смесь. Данный воздух контактирует с ней, его температура растет, а объем – увеличивается, причем увеличение может быть даже стократным. Вдобавок к этому, воздух теряет свои диэлектрические свойства, ионизируется.

За счет того, что сопло имеет сужение к своему окончанию, воздушный поток разгоняется до 2-3 метров в секунду и вырывается наружу, имея температуру почти в 30 тысяч градусов. Из-за высокой степени ионизации и огромной температуры воздух называется плазмой, показатель электрической проводимости которой равняется этому параметру у обрабатываемого металла.

Устройство плазмотрона для воздушно плазменной резки металлов

В момент соприкосновения с обрабатываемой поверхностью первичная дуга угасает, а дальнейшая работа ведется уже за счет вновь образованной режущей дуги. Именно она плавит или прожигает материал. Рез получается ровным, так как мощный воздушный поток сдувает с поверхности все появляющиеся частички.

Такое описание того, как работает система, является наиболее простым и распространенным.

Области применения

Теперь рассмотрим, что им можно делать:

  • Оперативный рез больших объемов материалов.
  • Изготовление листовых деталей, характеризующихся сложностью геометрии, вплоть до ювелирной и приборостроительной отрасли, где требуется максимальное соответствие исходным чертежам.

Штамповка в такой ситуации не применяется, так как данная технология, хоть и дешево, не обеспечивает достаточной точности. Плазморез же, несмотря на огромную температуру струи, нагревает обрабатываемый элемент точечно, что полностью исключает вероятность температурной деформации.

Устройство плазмотрона для воздушно плазменной резки металлов

  • Монтаж металлических конструкций. Плазморез исключает нужду в применении баллонов со сжатым кислородом и ацетиленом, что повышает степень безопасности и удобства, в особенности, если дело касается осуществления операций на высоте.
  • Рез сталей высокой степени легирования. Механические способы в данном случае не подходят, так как прочность сталей огромна, инструмент, способный эффективно резать листы на их основе, будет стоить очень дорого, а изнашиваться – очень быстро.

Получается, что сферы использования разнообразны. Выполнение в металлических листах отверстий любой конфигурации, резка труб, уголков и заготовок другого сечения, обработка кромок кованых изделий с целью “спаивания” металла и закрытия его структуры – для всего этого плазморез подходит оптимально.

Основные инструкции

Несколько правил, позволяющие понять, как резать плазморезом эффективно и безопасно:

  1. Необходимо контролировать расположение катодного пятна, оно должно соответствовать центру электрода. Достигается такая точность вихревой подачей воздуха. Отклонения в подаче приводят к тому, что происходит смещение плазменной дуги, она теряет стабильность горения. В некоторых случаях формируется вторая дуга, а в самой сложной ситуации устройство просто ломается.
  2. Контроль над воздушным расходом дает возможность корректировать скорость потока плазмы, варьировать производительность.
  3. Скорость реза напрямую влияет на толщину. Чем выше скорость, тем тоньше рез, ее уменьшение увеличивает ширину. Аналогичных результатов, большей ширины, можно достичь и увеличением силы тока.
Читайте также:  Аккумулятор для шуруповерта срок службы

Смотрите видео-урок работы плазморезом:

Заключение

Итак, мы разобрались, что такое плазморез.

Можно сделать вывод, что в ситуации, когда вам регулярно приходится работать с металлическими элементами, резать арматуру, трубы или другие детали, его помощь окажется полезной. Так что расходы на его покупку будут полностью компенсированы удобством и эффективностью дальнейшей работы.

Устройство плазмотрона для воздушно плазменной резки металловПлазменная резка металлических заготовок нашла широкое применение в разных сферах человеческой деятельности. Сегодня технологию используют в судостроении и машиностроении, коммунальной сфере, а также на любых металлообрабатывающих предприятиях, где происходит изготовление металлоконструкций. Кроме этого, многие специалисты приобретают плазменное оборудование для частных мастерских, ведь возможность быстро и качественно разрезать любые материалы, проводящие ток, и ряд не токопроводящих материалов (дерево, камень, пластик) выглядит весьма заманчиво.

Особенности плазменной резки металла

Плазменная обработка металла предназначается для эффективного разрезания листового металла и труб, выполнения фигурных резов и изготовления крошечных деталей. Работу выполняют под воздействием высоких температур, которые создаются посредством плазменной дуги. Достичь таких показателей можно лишь с помощью источника электрического тока, воздуха или резака. Чтобы избежать возможных сложностей и обучиться базовым тонкостям такой резки, необходимо выяснить, каким образом устроен плазморез, как с ним работать и ряд других моментов.

Итак, прибор, устроенный на основе плазменной технологии, состоит из следующих элементов:

  • Источник электрического питания.
  • Воздушный компрессор.
  • Плазмотрон или плазморез.
  • Кабель-шланговый пакет.

Устройство плазмотрона для воздушно плазменной резки металловС помощью источника питания осуществляется подача определенной силы тока на резак. В качестве этого узла используется инвертор или трансформатор.

Что касается инверторных моделей, то они характеризуются лёгкостью в плане габаритов и экономностью в плане энергопотребления, при этом их стоимость совсем невысокая. Однако для разрезания толстостенных заготовок такие варианты не эффективны, поэтому их можно использовать только для частных мастерских и на небольших производствах. Инверторные плазморезы обладают хорошим КПД, который на 30% превышает показатели трансформаторных моделей, поэтому их часто эксплуатируют для выполнения задач в труднодоступных местах. Связано это с более эффективным горением дуги.

Что касается трансформаторов, то они гораздо громаднее и увесистее, нуждаются в значительном энергопотреблении, но нормально переносят перепады напряжения. Эффективны при обработке заготовок с большой толщиной.

Ключевым элементом любого плазмореза является резак, который состоит из:

  • Сопла.
  • Охладителя/изолятора.
  • Канала, который осуществляет подачу сжатого воздуха.
  • Электрода.

Устройство плазмотрона для воздушно плазменной резки металловПредназначение компрессора заключается в подаче воздуха, а принцип действия заключается в использовании защитных и других газов, способствующих выработке плазмы. Аппараты с допустимой силой тока до 200 А работают только на сжатом воздухе, причём как для охлаждения, так и для создания плазмообразующих газов. С их помощью можно разрезать толстые заготовки толщиной в 50 мм.

Принцип действия плазменного резака

Принцип работы устройства довольно прост. Создаётся поток высокотемпературного ионизированного воздуха с электропроводностью, равной электропроводности разрезаемой заготовки (т.е. воздух больше не выполняет роль изолятора и превращается в проводника электротока). Таким образом происходит формирование электрической дуги, которая локальным путём разогревает обрабатываемую заготовку и вызывает плавление металла. В результате появляется характерный рез. При такой обработке плазма разогревается до 25−30 тысяч градусов Цельсия, а появляющиеся частички расплавленного металла сдуваются с заготовки посредством воздуха из сопла.

С помощью таких приборов можно обрабатывать практически все металлические конструкции толщиной до 220 мм.

Технология вступает в действие после загорания плазмообразующего газа из-за образования искры в контуре электродуги (между наконечником форсунки и неплавящимся электродом). Образованная искра становится проводником потока газа, который вскоре ионизируется и приобретает форму управляемой плазмы (скорость выхода держится в диапазоне 800−1500 метров в секунду).

Устройство плазмотрона для воздушно плазменной резки металловУскорение потока носителя плазмы происходит в выходном отверстии из-за сужения. Высокие показатели скорости плазменной струи позволяют добиться температурных показателей около 20 000 градусов Цельсия. За счёт узкой направленности такая струя практически проплавляет материал в конкретном месте, позволяя достичь ожидаемых результатов, при этом нагрев вокруг обрабатываемого места совсем незначительный.

Что касается плазменно-дугового способа, то он построен на замыкании обрабатываемой поверхности в специальных контур, проводящий ток.

Другая технология работает с помощью подачи плазменной струи при наличии косвенного образования высокотемпературного компонента. Нарезаемое изделие не входит в проводящий контур. Использование плазменной струи актуально при обработке токонепроводящих материалов. В таком случае дуга горит между формирующим наконечником и электродом, а сам разрезаемый объект не берет участие в электрической цепи.

Плазменно-дуговой способ

Устройство плазмотрона для воздушно плазменной резки металловПринцип работы плазмореза с применением дуги достаточно простой. С помощью такой технологии можно резать материалы, проводящие электрический ток. В таком случае дуга начинает гореть между разрезаемой заготовкой и электродом, а её столб совмещается со струей плазмы, которая образуется из-за поступления газа, его дальнейшего нагрева и ионизации.

Продуваемый через сопло газ вызывает обжатие дуги и придаёт ей ряд проникающих свойств, обеспечивая интенсивное плазмообразование. Из-за высокой температуры газа обеспечивается высочайшая скорость истечения и рост активного воздействия плазмы на плавящееся сырье. Газ способен выдувать из зоны реза металлические капли, что немаловажно.

Читайте также:  Какой ибп лучше для циркуляционного насоса

Чтобы активизировать процесс, применяется дуга постоянного тока прямой полярности.

Плазменно-дуговая резка эффективна при:

  • Создании конструкций, у которых прямолинейная и фигурная форма.
  • Вырезании отверстий или проемов в металлических заготовках.
  • Изготовлении сварочных заготовок и штамповки.
  • Обрабатывании кромок поковок.
  • Вырезании труб, полос, прутиков и профилей.

Разновидности плазменной резки

В настоящее время широко распространены три разновидности плазменной резки:

  1. Простая. В данном случае используется только воздух (или азот), а также источник электрического тока.
  2. Усовершенствованная, работающая совместно с защитным газом. Сегодня существует две разновидности газов: плазмообразующий и защитный, сохраняющий зону реза от воздействий окружающей среды. Это приводит к повышению качества реза.
  3. С водой. Здесь жидкость работает по аналогичному принципу, как защитный газ. Кроме того, она охлаждает компоненты плазмотрона и поглощает вредные выделения.

Построенная на вышеупомянутом принципе плазменная резка позволяет добиться не только высокопроизводительного производства, но и совершенной пожаробезопасности. Используемое в процессе обработки сырье не огнеопасно.

Воздушно-плазменная резка

Среди популярных разновидностей резки следует выделить и воздушную. В этом случае плазма представляет собой разогретый, электропроводный газ, который также называют ионизованным. Плазма генерируется посредством дугового элемента.

Обычную дугу сжимает плазмотрон, а ионизованный газ вдувается в неё, что вызывает генерирование горячего воздуха. Таким образом, созданная плазма может производить обработку с помощью высокой температуры. После взаимодействия с веществом металл разрезается или плавится.

Обработка металла может осуществляться как с помощью плазменной дуги, так и струи. Первый вариант подразумевает применение прямого воздействия на заготовку, а второй — косвенного. В большинстве случаев применяется именно первый метод, а при использовании токонепроводящих материалов (как правило, неметаллических конструкций) гораздо разумнее задействовать непрямое влияние. Любой вариант исключает потерю агрегатного состоянию и выраженную деформацию разрезаемой конструкции.

Принцип работы плазмотрона

Устройство плазмотрона для воздушно плазменной резки металловПлазмотрон представляет собой технический процесс, который способствует образованию электрического разряда между катодом и поверхностью изделия (анодом). Такое действие происходит в потоке газа, образующего плазму.

Для охлаждения нагретых частей применяется вода или газ, а для получения плазмы — плазмообразующий газ. Входящий в камеру с газом поток нагревается до предельных температур, после чего происходит его ионизация и приобретение свойств плазмы.

Плазмообразующий и охлаждающий газ попадает в разные каналы плазмотрона, а при подаче электрического питания создаётся вспомогательный разряд. На практике это выглядит, как небольшой факел.

Образование основной (рабочей) дуги происходит посредством касания второстепенного разряда обрабатываемой поверхности, выполняющей роль анода (плюса). Для стабилизации разряда используется магнитное поле, вода или газ, как правило, стабилизирующий. Затем можно приступать к резке сырья, нанесению покрытий, сварке, наплавке и даже добыче полезных ископаемых путем разрушения горной породы.

Конструктивные особенности

Конструкция плазмотрона состоит из следующих узлов:

  • Изолирующий элемент.
  • Электрод.
  • Сопло.
  • Механизм подачи плазмообразующего газа.
  • Камера дуги.

Принцип работы автоматических станков

В настоящее время широко распространены станки, которые функционируют в автоматическом режиме. Они оборудованы:

  • Пультом автоматического управления.
  • Плазмотроном.
  • Рабочим столом для заготовок.

Устройство плазмотрона для воздушно плазменной резки металловС помощью пульта управления можно менять и корректировать предварительно установленное программное обеспечение. Даже если резка выполняется без соблюдения базовых параметров, достаточно выбрать оптимальный режим работы и поменять их.

На рабочем столе присутствует специальный лист, по которому подаётся разряд. Между листовой поверхностью и резаком пробегает первичная электродуга, где сжатый воздух нагревается до такой температуры, что он превращается в плазменное состояние.

Первичная дуга прячется в раскаленной ионизированной струе, которая используется для резки.

Резку начинают с середины или края. Чем чаще прерывается дуга и зажигается новая искра, тем меньше становится ресурс сопла и катода. Обученный специалист, обладающий определенными навыками в такой сфере, может правильно подобрать режим резания, соблюдая таблицу и отталкиваясь от существующих условий в виде толщины металла и диаметра сопла. В таком случае удаётся достичь сокращения расходов. По завершении операции устройство автоматически оповещает оператора, а затем выключает и отводит плазмотрон от материала.

Разновидности используемых газов

Как уже говорилось в описании плазменной резки, такой процесс представляет собой проплавление и удаление расплавов за счёт теплового воздействия, которое создаётся плазмообразующей средой. Кроме этого, она воздействует и на глубину насыщенного газом слоя и характер физико-химических процессов на кромках среза. Обрабатывая алюминий, медь и сплавы на их основе, принято использовать такие газы:

  • Сжатый воздух.
  • Кислород.
  • Азотно-кислородную смесь.
  • Чистый азот.
  • Аргоно-водородную смесь.

Все существующие газы разделяются на защитные и плазмообразующие.

Для бытового применения, с толщиной до 50 мм и силой тока меньше 200 А, принято использовать сжатый воздух, который может выполнять роль защитного и плазмообразующего газа. При обработке в более сложных условиях промышленного назначения используют другие газовые смеси, содержащие кислород, азот, аргон, гелий или водород.

Ознакомившись с ключевыми тонкостями плазменной резки металлов, можно приступать к работе в домашней мастерской.