Плазморез: устройство и принцип действия

Плазменная резка широко распространена в различных отраслях, от машино- и судостроения, до аграриев и коммунальщиков. Пользуются данной технологией и в бытовых условиях. А почему бы и нет, если с ее помощью можно быстро разрезать не только любой металл, но даже некоторые другие материалы, такие как дерево, камень или пластмассу. Кромка получается чистой, линию реза можно сделать фигурной.

Устройство

Плазморез состоит из следующих элементов:

• Источник питания (ИП).
• Компрессор.
• Плазмотрон.
• Массовый зажим.
• Кабель-шланговый пакет.

В качестве ИП можно поставить трансформатор либо инвертор. Преимущества первого заключаются в том, что с ним можно резать толстые листы металла. На перепады напряжения в сети он не реагирует. Зато тяжелый, громоздкий, с невысоким КПД. Второй аппарат на значительную толщину заготовок не рассчитан. С другой стороны, у него КПД на 30% выше, а дуга - стабильная. Инвертор, к тому же, более легкий, компактный, экономичный. Современные модели стоят относительно недорого.

Плазмотрон (резак) состоит из электрода, сопла и наружного колпачка. В промежуток между первым и вторым подается сжатый воздух, а между вторым и третьим – охладитель. Электрод нужен для образования дуги. Его делают из гафния. Другие материалы (торий, бериллий, цирконий), тоже образующие на поверхности тугоплавкие оксиды, из-за которых стержень не разрушается, применяются намного реже, т.к. они небезопасны для здоровья человека.

Сопло формирует струю плазмы. Обычно его диаметр равен 3 мм. От данного параметра зависит, какое количество воздуха может пройти через резак в единицу времени. И, следовательно, скорость работы установки, интенсивность охлаждения и ширина реза. Чем сопло длиннее, тем рез будет качественнее и аккуратнее. Но, если оно слишком длинное, то может быстро разрушиться.

Компрессор может быть отдельным устройством или выполненным в одном блоке с ИП. В последнем случае, установка получается более компактной и мобильной.

Кабель-шланговый пакет необходим для того, чтобы соединить плазменный резак с ИП и компрессором.

Принцип действия

После нажатия на кнопку «Старт» (кнопка розжига), ИП подает высокочастотные токи на плазмотрон, а точнее, на электрод и сопло. Между ними образуется первичная электрическая дуга. Ее температура лежит в пределах 6-8 тысяч градусов Цельсия.

Сразу после этого, компрессор начинает подавать в плазмотрон сжатый воздух. Проходя через первичную дугу, он нагревается до 20-30 тысяч градусов Цельсия, увеличивается в объеме в 50-100 раз и ионизируется. Его молекулы распадаются на положительные и отрицательные ионы, вследствие чего электрически нейтральный воздух превращается в токопроводящую плазму. Первичная дуга, после образования плазмы, гаснет.

Благодаря характерной форме сопла и наличию на его конце отверстия, образовавшаяся плазма вырывается из резака узким потоком в направлении обрабатываемого металла. Она, к тому же, еще и притягивается к заготовке, потому что электрод соединен с минусовой клеммой, а разрезаемый лист – с плюсовой (с «массой»). Т.о., между электродом и разрезаемым металлом возникает рабочая электрическая дуга, столб которой совмещен со струей плазмы.

Рабочая дуга с потоком плазмы попадает на металл и локально разогревает его в месте реза до температуры плавления. Капли металла, попадающие на поверхность листа, сдуваются тем же потоком.

Чтобы рабочая дуга горела стабильно, катодное пятно обязано располагаться точно по центру кончика электрода. Для этого применяется тангенциальная (вихревая) подача воздуха. В противном случае, возможны сбои в работе, вплоть до одновременного образования двух дуг и даже поломки плазмотрона.

При силе тока 250 А, плазма вырывается из сопла со скоростью около 800-1500 м/с. При повышении скорости движения воздушного потока, увеличивается и скорость плазменной струи. Возрастает скорость резки (производительность процесса). Если же поставить сопло с более крупным диаметром, то ширина реза увеличится, а скорость уменьшится. Чем больше скорость реза, тем тоньше будет сделанная в металле канавка. Если же увеличить силу тока, ширина реза тоже вырастет.

Плазменным резаком можно работать с любым металлом толщиной до 220 мм. Для оптимизации процесса, работают на постоянном токе, подключение – прямая полярность.

Способы и виды плазменной резки

Существует два способа плазменной резки:

• Плазменно-дуговая. Данная технология, при которой столб дуги совпадает с потоком плазмы, описана выше. Применяется для работы с металлами.
• Плазменная струя. В этом случае, первичная дуга не гаснет, а остается в пространстве между соплом и электродом. Обрабатываемый материал в электрическую цепь не включается. Заготовка режется только струей плазмы. Метод используется для материалов-диэлектриков.

Виды плазменной резки различают, в зависимости от среды. Первый случай – простой. Защиты нет, применяются только электрический ток (для дуги) и воздух (для плазмы и охлаждения). Такие аппараты работают на токе до 200 А, могут резать листы толщиной до 50 мм. Следующий вариант, промышленный, предусматривает использование, кроме тока, еще и двух газов. Первый нужен для образования плазмы. Второй – защитный. Применяются азот, водород, кислород, аргон, гелий или их смеси. Качество реза повышается за счет того, что окружающая среда не влияет на рабочую зону. В третьей технологии, вместо защитного газа, подается вода. Она выполняет аналогичные функции. Плюс, дополнительно, абсорбирует вредные выделения и охлаждает резак.

Если на производстве приходится часто сталкиваться с резкой металлов, то плазморез будет очень кстати. С его помощью работа получается эффективной и комфортной. В быту подобный аппарат можно использовать не только для личных нужд, но и для работы по заказам.