Плазменная резка с использованием воды

Плазменная резка с использованием воды находит все большее применение. Вода имеет следующие преимущества: во-первых, улучшает гигиенические условия труда рабочих, во-вторых, обеспечивает повышение качества кромок вырезаемых деталей, в-третьих, при плазменной резке с использованием воды уменьшаются тепловые деформиции деталей. Кроме того, при определенных условиях применение воды для плазменной резки обеспечивает высокую концентрацию энергии и увеличение скорости резки.

В зависимости от поставленной цели плазменная резка с использованием воды подразделяетсяна три основных способа:

• 1) резка металла, погруженного или полупогруженного в водяную ванну;
• 2) использование воды в качестве плазмообразующей среды (водоэлектрическая резка);
• 3) подача небольшого количества воды в столб плазмы.

Плазменная резка металла с погружением разрезаемого листа в воду позволяет уменьшить до минимума вредные газы (озон, окислы азота), исключить полностью обильно выделяющийся дым и аэрозоли. Металл и шлак, выплавляемые из полости реза, попадают в воду и в виде мелких частичек и капель оседают на дно ванны. Разновидность этого способа заключается и создании дополнительного водяного экрана вокруг плазменной дуги. В этом случае разрезаемый лист обычно полупогружен в водяную ванну. Плотный водяной экран вокруг плазмы создается за счет специальной насадки, закрепленной на плазмотроне. При резке коррозионно-стойкой стали толщиной 12,7 мм дугой мощностью 65 кВт на расстоянии 1,83 м от плазмотрона при обычных условиях величина шума достигала 108 Дб. В случае экранизации защитными средствами (металлическим кожухом) шум уменьшился до 101 Дб. При экранизации за счет мощного водяного потока (расход воды до 1,2 л/с) шум уменьшился до 15 Дб, т. е стал значительно ниже установленных норм. При снижении расхода воды до 0, 6 л/с интенсивность шума значительно повысилась (до 93 Дб). С помощью системы (стол, заполненный водой) удается отвести 99,5 % выделяющихся газов. Грат и расплавленный металл при этом собирают в резервуар, наполненный проточной водой.

Плазменная резка со стабилизацией плазменной дуги водой (водоэлектрическая) применяется для резки различных металлов и сплавов. В плазмотроне с водяной стабилизацией дуги обеспечивается завихрение воды с помощью канала, ограниченного двумя соплами. При этом используется только вода, газ в плазмотрон не подается. Кромки сопла защищены от теплового воздействия дуги с помощью тонкой водяной пленки. Вода является наилучшей средой для резки цветных металлов и высоколегированных сталей больших толщин. Вода в дуге диссоциирует на кислород и водород, а затем на атомарный кислород и водород. Концентрация водорода и кислорода в столбе дуги оптимальная, т. е. такая, при которой получается наилучшее качество реза при высокой производительности резки.

Теплоизоляционные свойства воды более высокие, чем у газов, так как между столбом дуги и слоем воды, непосредственно прилегающим к внутренним стенкам сопла, образуется постоянно обновляемая паровая прослойка, на образование которой расходуется большая часть тепла дуги, отходящего в радиальных направлениях от столба дуги. В связи с этим, подобрав соответствующий расход воды, можно создать на внутренней стенке сопла водяную прослойку. Стабилизация столба дуги и его изоляция от стенок сопла осуществляются водой. Поэтому допустимые нагрузки для одного и того же диаметра сопла, ограничивающего столб плазменной дуги, в несколько раз выше, что можно проиллюстрировать следующими данными:

Применение сопла менее 3 мм невозможно ввиду того, что для зажигания водоэлектрической дуги используется алюминиевая проволока диаметром 1,5 мм и при меньших диаметрах сопла истечение воды нарушается н момент зажигания дуги.

Резы, выполненные плазменной резкой с использованием воды, отличаются высоким качеством кромок, которые имеют незначительный скос, металлический блеск, т. е. выгорания с поверхности кромок наиболее активных элементов разрезаемого металла не происходит. Металл сокра няет естественный, свойственный ему цвет. На кромках несколько увели чипы бороздки, но они имеют плавные переходы от гребешка к впадине.
 
Недостатком водоэлектрической резки является сложность возбуждения дуги и начала процесса. Применяется графитовый электрод, который быстро расходуется. В связи с этим необходимо для вертикального перемещения графитового электрода в направлении сопла в процессе резки дополнительное устройство. Все это делает процесс недостаточно технологичным и надежным. Его нельзя пока использовать на машинах с программным управлением. Процесс водоэлектрической резки при соответствующем усовершенствовании аппаратуры может найти более широкое применение.

Плазменная резка с подачей небольшого количества воды в плазму, чаще всего в азотную и воздушную, находит более широкое применение.

Зарубежными фирмами при этом способе резки в качестве основного газа чаще всего используется азот, в нашей стране — азот и воздух. Подвод воды в столб дуги осуществляют различными способами. Вода может направляться радиально в столб плазменной дуги ниже среза сопла. При этом расход, скоростной напор водяных струй, а также угол атаки радиально направленных струй воды могут быть разными. В этих условиях вода охлаждает и ограничивает столб плазмы, который при выходе из сопла стремится расшириться. Вода под действием высокой температуры не может продиссоциировать так полно и проявить свои свойства в том объеме, как при водоэлектрическом способе резки, при котором она подвергается термическому влиянию высокотемпературной дуги в замкнутом объеме полости и канала сопла.

Разработаны специальные конструкции плазмотронов, которые позволяют более полно использовать ценные свойства воды. Поскольку воду нельзя подать вместе с плазмообразующим газом в катодное пространство, так как это приводит к разрушению электрода и сопла, то ее подают отдельно: газ в полость сопла, а воду в канал сопла. В канале сопла под воздействием высоких температур происходит ее интенсивное испарение, т. е. диссоциация на водород и кислород. При испарении 1 см3 воды образуется около 1700 см3 водяного пара. Плазменная дуга уплотняется, удлиняется и стабилизируется. Кроме того, увеличивается движущая масса, которая обеспечивает лучший перенос энергии и служит для удаления расплавленного металла и шлака из полости реза.

Из многочисленных литературных данных известно, что применение воды для плазменной резки или добавка ее в небольших количествах к плазмообразующему газу в значительной степени улучшает качество кромок, уменьшает их скос, снижает тепловые деформации металла.

Остались вопросы? Вы можете получить информацию по интересующим вопросам, связавшись с менеджерами нашей компании по телефону +7 951 895 82 77, по электронной почте info@inmet16.ruили отправив сообщение через форму обратной связи.