+7 951 895 82 77Воздушно-плазменная резка - процесс обработки металлопроката, сущность которого заключается в локальном интенсивном расплавлении разрезаемого металла в объеме полости реза теплотой, генерируемой сжатой дугой, и удалении жидкого металла из полости высокоскоростным плазменным потоком, вытекающим из канала сопла плазмотрона.
Работы по совершенствованию плазменной резки с использованием сжатого воздуха проводились в начале 60-х годов в СССР, США, Японии, ГДР и Франции. Решалась задача благодаря применению воздуха уменьшить производственные затраты, связанные с высокой стоимостью аргона, водорода, гелия. При этом в случае использования воздуха большие значение придавалось отсутствию или незначительному появлению грата. Учитывая, что плазменная резка имеет высокие рабочие скорости, низкие энергозатраты и незначительную ширину реза, были созданы необходимые предпосылки для ее широкого распространения. При этом особенно важна возможность механизации и автоматизации процесса.
Возможность широкого применения воздуха и кислорода в чистом виде (а также в смеси с другими газами) появилась после разработки катодов из циркония и гафния, на поверхности которых в процессе резки в кислородосодержащих средах образуется окисная пленка. Температура плавления этой пленки выше, чем основного металла. Она предохраняет катод от быстрого разрушения.
Проникающая способность воздушной плазмы более высокая, чем у азота, так как содержащийся в составе воздуха кислород обладает высоким теплосодержанием и, кроме того, он (вследствие взаимодействия с расплавленным металлом и протекания термохимических реакций) окисляет металл с выделением значительной тепловой энергии. Продукты окисления и часть неокисленного металла выносятся из полости реза. Характерными при этом являются заметное сокращение ширины реза и уменьшение скоса кромок, что является высоким критерием оценки качества процесса резки.
Воздушно-плазменная резка имеет такой важнейший технико-экономический показатель, как производительность, которая определяется интенсивностью выплавления металла и зависит от совершенства применяемого оборудования, условий организации труда.
Если в ранние периоды развития плазменной резки технологические процессы приспосабливались к характеристикам электрических дуг, то в период широкого развития — технические параметры плазменной резки приспосабливают к технологическим процессам, т. е. создаются специализированные источники питания с заранее заданными характеристиками. Электрическая дуга превратилась в новый источник тепла с широким диапазоном изменения основных параметров.
Применение источников питания, обеспечивающих повышенное напряжение дуги, а также плазмотронов с вихревой стабилизацией газа позволило увеличить расход плазмообразующего газа и повысить мощность дугового разряда. Поскольку сжатый воздух — дешевый и используется прямо из магистрали цеха, то его расход ничем не лимитируется. За счет увеличения расхода воздуха рабочее напряжение столба плазменной дуги значительно возросло.
Повышение расхода газа с 0,67 до 1,3—2,0 л/с позволило резко увеличить рабочее напряжение дуги с 60—100 В до 140—250 В. Повышение мощности дуги при этом обеспечивается за счет возрастания напряжения. Это привело к уменьшению диаметров сопл и повысило концентрацию столба плазменной дуги. Если на существовавшем ранее оборудовании для силы тока 500 А и рабочего напряжения дуги 80 В (мощность 40кВ-А) необходимо было использовать сопло с диаметром канала 5 мм, то в новых условиях при напряжении 200 В и силе тока 300 350 А (мощность 60—70 кВ-А) оптимальный диаметр сопла составляет 3 мм, т. е. мощность дуги возросла более чем в 1,5 раза при уменьшении сечения канала сопла примерно в 2,5 раза. Проникающая способность дуги возросла, анодное пятно переместилось в глубь полости реза, увеличилась возможность резки металла больших толщин на повышенных скоростях.
При этих условиях особенно эффективным стал процесс резки в кислородосодержащих смесях с использованием воздуха (рис. 2.15).
При использовании технического воздуха появился и отрицательно влияющий на процесс плазменной резки фактор — это наличие влаги в составе воздуха. Присутствие влаги в катодном пространстве (в полости сопла) вызывает возникновение серии мелких замыканий электрод — сопло — разрезаемый металл, появление мелких дуговых разрядов, которые происходят чаще всего в момент возбуждения дуги при выходе на рабочий режим резки. При наличии влажного воздуха не всегда удается возбудить рабочую дугу с одного раза. При этом на наиболее близко расположенных друг к другу участках электрода и сопла происходит выплавление меди в виде эрозии и образование отдельных наплывов расплавленного металла, которые могут вызвать уменьшение гарантированного зазора между электродом и соплом и привести к полному разрушению последних, вследствие возникновения при уменьшенном зазоре между электродом и соплом мощной двойной дуги.
Если даже не произойдет полного разрушения электрода и сопла, то возникающая серия мелких электродуговых разрядов приводит к оплавлению нижнего торца сопла, изменению формы его канала, что безусловно отрицательно сказывается на качестве реза, возникновении грата на кромках и на снижении скорости плазменной резки.
Учитывая изложенное, сжатый воздух, поступающий на резку из магистрали цеха, должен быть осушен от влаги, не должен содержать масла и твердых частиц.
При обеспечении необходимого качества воздуха и надежной аппаратуры для плазменной резки возбуждение дуги и рабочий процесс резки при использовании воздуха не вызывают каких-либо трудностей. При силе тока до 300 А и напряжении 150 200 В гарантирована достаточно высокая стойкость электродов и сопл. Расход их при хорошем качество изготовления составляет примерно 2 шт. в смену.
В отличие от воздуха кислород в качестве плазмообразующего газа делает процесс резки менее стабильным, особенно при возбуждении дуги и в момент переходного режима на рабочие параметры резки. Двойням дуга возникает значительно чаще, чем при использовании сухого воздуха. Возникновение двойной дуги приводит к оплавлениям сопла, а иногда и к выгоранию всего катодно-соплового узла.
Стойкость электродов при использовании кислорода более низкая (в течение смены расходуется от трех до пяти электродов). Сгорание электрода очень часто приводит одновременно к повреждению и замене сопла. Для предупреждения полного разрушения электрода необходимо своевременно заменять его на новый.
Если в случае применения азота допустимо использование плазмотронов с аксиальной подачей газа, то при применении воздуха, и особенно кислорода, процесс плазменной резки указанными плазмотронами невозможен вследствие его нестабильности и неустойчивости. Для получения сконцентрированного столба дуги для воздушно- и кислородно-плазменной резки применяются плазмотроны с вихревой стабилизацией дуги. Завихренный плазмообразующий газ обеспечивает надежность работы плазмотрона, повышает стабильность процесса резки, стойкость электрода и сопла, а также улучшает качество кромок реза (безгратовая резка). Резка с использованием воздуха и кислорода осуществляется при давлениях 0,3—0,5 МПа. Давление газа зависит от сечений каналов завихрителя плазмотрона.
На процесс плазменной резки оказывает влияние большое количество различных технологических факторов, в том числе: расход плазмообразующей среды, скорость ее истечения из сопла, диаметр и длина канала сопла, сила тока и напряжение режущей дуги и другие. Большинство из них влияет на качественные показатели плазменной резки: ширину реза; величину скоса кромок; шероховатость кромок и наличие грата; величину тепловых деформаций, связанных с напряжениями в кромках реза; структурные и химические изменения металла; изменения механических свойств металла кромок.
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.ru или отправив сообщение через форму обратной связи.
