Станки с плазменной резкой: строение и принцип работы

Устройство

Самому названию уже понятно, что процесс резки металла выполняется благодаря плазме, причем последняя представляет собой ионизированный газ с высокой проводимостью электротока. Чем выше будет температура газа, тем выше будет проводимость, а сила разрезания увеличится в значительной мере. Для процесса резки металла используют также  воздушно-плазменную дугу. Учтите, что в данном случае ток уже будет иметь непосредственное воздействие на поверхности из металла.

Получается, что принцип действия устройства такой:

• Металл расплавляют.
• Его жидкое состояние выдувают из зоны среза.

Ручной плазморез состоит из:

• Блока питания – это может быть инвертор или сварочный трансформатор.
• Шлангов.
• Резака, который изредка называют плазмотроном.
• Компрессора.

Не будет лишним разобраться, чтобы понять конструктивные особенности резака. Внутри устройства находится установленный электрод, который сделан из редкого металла, например, из гафния, бериллия, циркония и прочего. Почему именно эти металлы?  Дело в том, что при нагревании на поверхности данного электрода образуются тугоплавкие виды оксидов. Она являются своеобразной защитой электрода, которая будет обеспечивать целостность материала, т.е. не разрушать. Чаще всего в плазменных резаках устанавливают гафниевые электроды, потому что данный металл не является  токсичным и радиоактивным, как, к примеру, бериллий.

Сравнительные характеристики

Вырабатывает отрицательные и положительные ионы без образования магнитного поля.

Вырабатывает отрицательные ионы, чем освежает воздух, но при этом создает магнитное поле.

Позволяет обходиться минимальным набором фильтров, поскольку все вредные вещества удаляются с конденсатом.

Не очищает воздушные массы, поэтому кондиционер с таким устройством нуждается в дополнительных фильтрах.

Нейтрализует бактерии и устраняет неприятный запах за счет очистки ультрафиолетом проходящего через теплообменник воздуха.

Не имеет УФ-излучения.

Не вызывает распространение пыли в помещении, так как все частицы оседают на специальную поверхность кондиционера.

Способствует оседанию пыли на все поверхности за счет воздействия на нее отрицательных ионов.

В заключение стоит сказать, что оба варианта устройств ионизации призваны выполнять схожие функции, но «холодная плазма» является более совершенной технологией. Она не только обеспечивает насыщение воздуха в помещении активными ионами, но и очищает воздушные массы от вредных веществ. Условно говоря, ее можно считать следующей ступенью развития ионизатора, самой прогрессивной, функциональной и полезной.

Источник

Деталировка агрегата

Рабочий орган аппарата имеет сложное внутреннее устройство. В отличие от кислородно-ацетиленового резака, в случае плазменной сварки, он получил особое название – плазмотрон.

Устройство плазматрона

В его корпусе находятся следующие узлы:

• сопло;
• электрод;
• изолятор;
• узел приема сжатого воздуха.

Возбудителем электрической дуги является электрод. Материалами его изготовления, чаще всего, являются гафний, цирконий и бериллий. Эти редкие металлы имеют свойство образовывать тугоплавкие оксидные пленки, которые защищают электрод от разрушения под воздействием высоких температур. Однако, по своим экологическим характеристикам, гафний превосходит другие металлы, ввиду меньшей радиоактивности и применяется чаще остальных.

Сопло плазменного резака выполняет функцию создания высокоскоростного потока плазмы. Геометрическая конфигурация сопла определяет скорость работы и мощность плазмореза, а также качество получаемой кромки реза. Последний параметр зависит от длины сопла.

Воздушный компрессор нужен для получения сжатого воздуха требуемого давления.

Устройство воздушного компрессора

Помимо этого, он применяется еще и для охлаждения рабочих элементов плазмореза.

Источник питания, плазмотрон, и воздушный компрессор соединяет между собой комплекс кабелей и шлангов.

В зависимости от типа контакта с разрезаемым материалом, плазморезы подразделяются на следующие виды: контактные и бесконтактные. Настроенный плазморез контактного типа дает возможность разрезать материалы толщиной до 18 мм.

Ручные плазморезы обладают малой мощностью. Они работают от сети переменного тока с напряжением 220 вольт. Мощные промышленные установки плазменной резки работают от трехфазной сети постоянного тока.

https://youtube.com/watch?v=ZW2g_Y_H-7s

Что представляет собой аппарат

Устройство аппарата

Плазморез достаточно сложный аппарат, состоящий из нескольких основных узлов:

Элементы плазмореза

Далее подробно рассмотрим устройство плазмореза.

Плазмотрон

Этот элемент представляет собой плазменный резак, по сути, основной элемент аппарата, который образует плазму. Плазмотрон соединяется с другими элементами аппарата при помощи кабеля и шланга, по которому подается воздух и электрический ток.

Надо сказать, что резаки бывают двух типов:

Прямого действия. Дуговой разряд появляется между металлической заготовкой и резаком. Именно такие плазмотроны применяются для работы с металлом;

Схема устройства плазмотрона прямого действия

• Косвенного. Дуговой разряд возникает внутри самого плазмотрона. Это позволяет использовать аппарат для резки неметаллических материалов.
  Плазмотрон содержит два основных элемента:
• Сопло. Эта деталь формирует плазменную струю. От ее диаметра и длины зависит скорость резки металла, размер реза и интенсивность охлаждения.
  Как правило, диаметр сопла не превышает 3 миллиметров, а длина составляет 9-12 миллиметров. Чем больше длина, тем качественнее рез, но меньше долговечность самого сопла. Поэтому оптимальный вариант, когда длина сопла в полтора раза больше его ширины;

Схема устройства сопла и электрода

Электрод. Металлический стержень, как правило, выполненный из гафния. Электрод обеспечивает возбуждение электрической дуги для воздушноплазменной резки.

Источник питания

Задача источника питания заключается в подаче тока на плазмотрон. Источники питания бывают двух типов:

Трансформатор. Увесистые и потребляют много энергии, но зато они менее чувствительные к перепадам температуры. Кроме того, толщина заготовки, которую способен перерезать аппарат, может достигать 40-50 мм;

Инвертор имеет компактные размеры

Инверторы. Более легкие, компактные и экономные в плане потребления энергии. Кроме того, инверторы обеспечивают более стабильную дугу.
К минусам относится то, что их можно использовать для разрезки листов толщиной не более 30 миллиметров.

Компрессор обеспечивает устройство сжатым воздухом с постоянным давлением

Компрессор

Для работы плазмореза необходим газ, которые обеспечивает образование плазмы и отвечает за охлаждение плазмотрона. Поэтому для подачи газа на сопло используется компрессор.

В аппаратах с силой тока не превышающей 200 А, в качестве газа используется воздух. Такой аппарат может разрезать заготовки толщиной до 50 миллиметров.

Промышленный станок с работает другими газами, такими как аргон, гелий, азот, водород и т.д.

Кабель-шланговый пакет связывает отдельные узлы в единый аппарата

Кабель-шланговый пакет

Как я уже говорил выше, данный элемент объединяет отдельные узлы аппарата в плазморез, т.е. по шлангу подается газ на сопло, а кабель обеспечивает подачу тока на электрод.

Какие работы можно проводить с помощью плазменного генератора «Горыныч»?

Сферы применения данного устройства очень велики и продолжают увеличиваются, так как люди находят все новое использование этому прибору. В данный момент времени применять его можно следующим образом:

• Сварка конструкционных, нержавеющих, легированных сталей, цветных металлов, а также их сплавов.
• Пайка и сварка изделий из цветных металлов.
• Резка стальных, чугунных изделий, цветных металлов, а также их сплавов.
• Пайка твердыми и мягкими припоями с высокой и низкой температурой плавления.
• Плавка металла в небольших количествах в тиглях.
• Поверхностная термическая обработка.
• Вспомогательная обработка металлов в литейном производственном процессе.
• Обработка тугоплавких материалов неорганического и органического происхождения (базальт, кварц, гранит, кварцевое стекло, бетон, мрамор, асбоцемент и другой материал).
• Воронение небольших изделий.
• Порошковое напыление изделий.
• Термическое оксидирование деталей.
• Закалка металлических деталей.
• Обработка термоусадочных материалов.
• Нанесение глазури.
• Изготовление и обработка продукции из стекла.
• Разделка стеклоткани.
• Получение химических соединений.
• Удаление окислов с металлических поверхностей.
• Очистка поверхностей термостойких изделий и различных отверстий в них от загрязнений органического и иного характера.
• Очистка поверхностей и микроотверстий от органических загрязнений в платиновых фильерах.
• Оплавление бетонных поверхностей для уменьшения гигроскопичности.
• Для ювелирных потребностей.
• При незначительных возгораниях в рабочей производственной зоне может использоваться в режиме погашенной дуги для мгновенного пожаротушения.

Как показывает многолетнее использование, плазменный генератор в хозяйстве может заменить такие приспособления, как болгарка, ручная пила, паяльная лампа, сварочный аппарат, газовая горелка и даже высокотемпературный лазерный резак.

В случае необходимости «Горыныч» можно использовать даже как достаточно яркий фонарь для освещения помещений.

Применение в художественной резке и сварке металла

Подавляющее большинство людей считают, что подобный прибор может только сварить или резать металл, но в реальности все обстоит по-другому. Если приложить к «Горынычу» немного фантазии, то с его помощью можно создавать настоящие произведения искусства.

К примеру, имея заранее приготовленные формы, можно отливать фигурки из металла, стекла или пластика. Для этого достаточно разогреть исходное вещество в тигле и залить его в форме. Обычно нагрев занимает не более 5 минут, а в случае со стеклом и пластиком все происходит еще быстрее.

Также, можно сваривать между собой металл и тем самым создавать любые абстрактные фигуры и конструкции ограничиваясь лишь своей фантазией.

Используя плазменный агрегат можно менять свойства твердотельных материалов. В качестве примера можно привести классическую гранитную плитку. Если её нагреть, то она станет на тон светлее, а ее способность впитывать воду увеличиваться на порядок. Таким образом, даже самую скользкую плитку можно превратить в шершавую и тем самым исключить возможность проскальзывания.

Устройство плазмореза

Плазморез состоит из нескольких блоков:

• источник электропитания;
• плазмотрон (резак);
• компрессор;
• комплект кабель-шлангов.

Источник электропитания

Источником электропитания может быть:

• трансформатор. Достоинством его является то, что он практически не чувствителен к перепадам напряжения электросети и позволяет резать заготовки большой толщины, а недостатком – значительный вес и низкий КПД;
• инвертор. Единственным его недостатком является то, что он не позволяет резать заготовки большой толщины. Достоинств много:
  • при питании от него стабильно горит дуга;
  • КПД на 30 % выше, чем у трансформатора;
  • дешевле, экономичнее и легче трансформатора;
  • его удобно использовать в труднодоступных местах.

Система стабилизации дуги в процессе работы плазмотрона

В зависимости от способа стабилизации дуги, все плазмотроны делятся на газовые, водяные и магнитные

Надо сказать, что система стабилизации дуги является очень важной для процесса функционирования плазмотрона, ведь именно она обеспечивает сжатие столба и его фиксацию по оси электрода и сопла

Самая простая и распространённая система стабилизации дуги – газовая. Её принцип работы заключается в охлаждении и сжимании стенок столба дуги внешним, более холодным плазмообразующим газом. Водяная система даёт возможность достичь большей степени сжатия и поднять температуру столба дуги до 50000 градусов.

Плазмотроны такого типа используют графитовый электрод, подающийся в меру его сгорания, поскольку пары воды вблизи электрода обеспечивают повышенную скорость этого процесса. По сравнению с этими двумя системами стабилизации, магнитная стабилизация дуги считается менее эффективной, однако её преимущество заключается в возможности регулировки степени сжатия без потерь плазмообразующего газа.

Рекомендации по выбору плазмореза

Покупая плазморез, нужно учитывать следующие моменты:

• Универсальность.
• Вид устройства.
• Сила тока.
• Максимально возможная толщина металла, резку которого можно провести данным агрегатом.
• Наибольшее время беспрерывной работы и частота необходимых перерывов.
• Тип компрессора (встроенный или внешний).
• Частота, с которой потребуется заменять расходные материалы.
• Удобство эксплуатации.

Также немаловажным нюансом является название фирмы-изготовителя. Лучше выбирать плазмотрон от проверенных производителей. Известный бренд послужит гарантией качества оборудования.

Работая с плазмотрезом, обязательно соблюдайте требования безопасности – вовремя заменяйте расходники, не работайте с прибором в мороз.

Как работает плазменный реактор и почему приносит пользу людям?

Плазменный физический реактор – сложное оборудование, обеспечивающее нормальное выполнение химической реакции. И уже многие ученые нашли ему практическое применение. Так, совсем недавно стало известно, что Северной Ирландии на животноводческой ферме внедрили плазменный реактор, при помощи которого изготавливаются минеральные удобрения. Все дело в том, что агрегат захватывает азот из атмосферы, соединяет его с навозом. В итоге готовый продукт – экологически чистое органическое удобрение – жидкий азот. Вот его и используют на «уставших» от плодоношения полях фермерского хозяйства. В дополнение от работы реактора происходит поглощение специфических запахов от животноводческих ферм, а также снижается уровень выбросов парниковых газов.

А еще ученые с мировым именем пытаются применить плазменный реактор для создания биотоплива. А для этого надо технически выверено выполнять газификацию и переработку обыкновенного мусора, подходящих субстанций, чтобы получить на выходе чистую смесь угарного газа и газообразного водорода, из которых и будет производиться биотопливо.

Можно сказать, что решение смелое и финансово выгодное.

Таким образом, плазменный реактор – уникальное изобретение, уже давно занявшее свою нишу в промышленной и сельскохозяйственной сфере. Небольшое оборудование справляется с поставленными задачами, участвует в переработке и смешении сырья, выдает нужный результат. И при этом потери энергии и тепла минимальны.

Как работает самодельный плазмотрон

В принципе, самодельный плазмотрон работает точно так же, как и заводской. Правда, у него свой собственный ресурс, зависящий в основном от материала, из которого изготовлено сопло.

Сначала включается осциллятор и инвертор, через которые ток подается на электрод. Происходит его поджиг. Управление поджигом производится кнопкой, расположенной на рукоятке горелки.
Секунд 10-15, за это время дежурная дуга заполнит собой все пространство между электродом и соплом

Теперь можно подавать сжатый воздух, потому что за это время температура внутри сопла достигнет 7000С.
Как только из сопла вырвется плазма, можно переходить к процессу резки металла.
Очень важно правильно вести горелку вдоль намеченного контура резки. К примеру, если скорость продвижения резака не очень большая, то это гарантия, что ширина реза будет большой, плюс края будут точно неровными с наплывами и корявыми

Если скорость движения резака, наоборот, будет большой, то расплавленный металл будет плохо выдуваться из зоны резки, что приведет к образованию рваного реза, потеряется его непрерывность. Поэтому опытным путем необходимо подобрать скорость резки.

Очень важно правильно подобрать материал для изготовления электрода. Чаще всего для этого используют гафний, бериллий, торий или цирконий

В процессе действия на них высоких температур на поверхности образуются тугоплавкие оксиды этих металлов, так что электрод из них разрушается медленно. Правда, нагретый бериллий становится радиоактивным, а торий начинает выделять токсичные вещества. Поэтому оптимальный вариант – это электрод из гафния.

Стабилизация давления на выходе из ресивера обеспечивается установленным редуктором. Стоит он недорого, зато решает проблему равномерного поступления сжатого воздуха на сопло резака.

Все работы по эксплуатации самодельного аппарата плазменной резки должны проводиться только в защитной одежде и обуви. Обязательно надеваются перчатки и очки.

Что касается размеров сопла, то делать его очень длинным не рекомендуется. Это приводит к быстрому его разрушению

К тому же очень важно провести правильную настройку режима реза. Все дело в том, что иногда в самодельных плазморезах появляется не одна дуга, а две

Это негативно сказывается на работе самого аппарата. И конечно, это уменьшает срок его эксплуатации. Просто сопло начинает быстрее разрушаться. Да и инвертор такой нагрузки может не выдержать, так что есть вероятность выхода его из строя.

И последнее. Характерная особенность данного вида резки металлов – это его плавка только в том месте, на который воздействует плазменный поток. Поэтому необходимо добиться того, чтобы пятно реза находилось по центру конца электрода. Даже минимальное смещение пятна приведет к отклонению дуги, что создаст условия образования неправильного реза, а соответственно снижения качества самого процесса.

Как видите, рисунок процесса резки зависит от многих фактором, поэтому, собирая плазмотрон без помощи специалистов своими руками, необходимо точно соблюдать все требования к каждому элементу и прибору. Даже небольшие отклонения снизят качество реза.

Варианты прямого и косвенного действия

Конструкция горелки плазмореза довольно сложная, выполнить в домашних условиях даже при наличии различных станков и инструментов сложно без высокой квалификации работника. Поэтому изготовление деталей плазмотрона нужно поручить специалистам, а еще лучше приобрести в магазине. Выше была описана горелка плазмотрона прямого действия, она может резать только металлы.

Существуют плазморезы с головками косвенного действия. Они способны резать и неметаллические материалы. В них роль анода выполняет сопло, и электрическая дуга находится внутри горелки плазмореза, наружу под давлением выходит только плазменная струя.

При простоте конструкции устройство требует очень точных настроек, в самодеятельном изготовлении практически не применяется.

Устройство плазмореза

Плазморез состоит из нескольких блоков:

Устройство плазмореза. Плазменная резка осуществляется плазморезом, который состоит из нескольких блоков

• источник электропитания;
• плазмотрон (резак);
• компрессор;
• комплект кабель-шлангов (отдельно о шлангах тут).

Источник электропитания

Источником электропитания может быть:

• трансформатор. Достоинством его является то, что он практически не чувствителен к перепадам напряжения электросети и позволяет резать заготовки большой толщины, а недостатком – значительный вес и низкий КПД;
• инвертор. Единственным его недостатком является то, что он не позволяет резать заготовки большой толщины. Достоинств много:

• при питании от него стабильно горит дуга;
• КПД на 30 % выше, чем у трансформатора;
• дешевле, экономичнее и легче трансформатора;
• его удобно использовать в труднодоступных местах.

Плазмотрон

Плазмотрон – это плазменный резак, с помощью которого разрезается заготовка. Он является основным узлом плазмореза.

Конструкция и схема подключения плазмотрона

Конструкция плазмотрона состоит из следующих составляющих:

Компрессор

Компрессор в плазморезе требуется для подачи воздуха. Он должен обеспечивать тангенциальную (или вихревую) подачу сжатого воздуха, которая обеспечит расположение катодного пятна плазменной дуги строго по центру электрода. Если этого не будет обеспечено, то возможны неприятные последствия:

• плазменная дуга будет гореть нестабильно;
• могут образоваться одновременно две дуги;
• плазмотрон может выйти из строя.

Устройство аппарата для резки плазмой

По своей сущности плазмотрон представляет собой генератор плазмы. Это надёжное и компактное устройство, в котором легко регулируется пуск, мощность и остановка рабочих режимов.

Плазмотрон состоит из конструктивных элементов:

1. Кожух.

2. Корпус фторопластовый.
3. Электродный узел.
4. Механизм закрутки воздушного потока.
5. Втулка изоляционная.
6. Электрод.
7. Гайка сопла.
8. Сопло.

Основными расходными материалами прибора являются сопло и электрод. Они изнашиваются с одинаковой интенсивностью, поэтому менять их следует одновременно. Несвоевременная замена повлияет на качество реза и приведёт к износу остальных элементов устройства.

Кожух применяется для защиты прибора от металлической пыли и брызг металла. Кожух и плазмотрон периодически необходимо чистить от загрязнений.

https://youtube.com/watch?v=GYxsXk3trms

https://youtube.com/watch?v=hvJMBLI5d4c

https://youtube.com/watch?v=XrlS0J3HGNE

https://youtube.com/watch?v=OFhL5ZnTycM

Можно ли сделать аналогичное оборудование самому

Самостоятельное изготовление плазмореза требует наличия некоторых навыков по сборке сложной техники. Основными элементами конструкции выступают: сопло, нагревательный элемент, источник питания, компрессор, коммутирующая аппаратура. Сложность возникает с подбором плазмореза, через который соединяются горючие воздушные массы.

Недостаточные расчетные значения диаметра сопла приводят к браку или к недостаточно прорезанному материалу. В качестве источника питания используют инвертор от любого сварочного аппарата. Критерием подбора является его максимальная мощность.

Критичным является соответствие типа горючего вещества выбранному материалу заготовки. С изделиями из алюминия используют азот или водород. Для медных сплавов подходит только водородная смесь. А латунь раскраивают при помощи объединенных азота и водорода.

Как выбрать плазменный резак?

Оптимизация рабочего процесса на производстве и дома – важное условие качественного результата. Выбирать машину для плазменной резки следует обдуманно

Чтобы не ошибиться с покупкой, специалисты рекомендуют ответить на несколько вопросов.

1. С каким металлом предстоит работать? Для медных, латунных, алюминиевых, сплавов идеально подойдет плазморез с мощностью 6 А. Для работы с черными металлами и нержавейкой хватит мощности 4А.
2. В каких условиях будет работать устройство? Для продолжительной работы лучше выбирать резаки с внешней компрессорной подачей воздуха. Для небольших мастерских подойдет плазморез с внутренним компрессором.
3. Как часто планируется менять расходные материалы? Следует учитывать, что электроды и сопло – детали, которые нуждаются в периодической замене, и частота их изнашивания зависит от длительности и мощности работы резака. Выбирая плазморез необходимо убедиться, что расходные материалы имеются в магазине в наличии или под заказ.

Опросник для подбора установки плазменной резки

Мы рассмотрели основные узлы плазменных машин и особенности, которые нужно учитывать при подборе данного вида оборудования. В заключении я представляю вашему вниманию краткий список вопросов, ответ на которые поможет вам подобрать оптимальный для вас станок:

• Какой тип металла вы будете раскраивать?
• Какова минимальная и максимальная толщина резки?
• На какой максимальной толщине вам необходима врезка (прошивка)?
• Какие требования к чистоте и точности реза?
• Нужно ли вырезать окружность, диаметр которой равен или меньше толщины листа?
• Нужно ли осуществлять рез под углом?
• Какой размер листа вы планируете резать?
• Сколько часов в сутки планируется эксплуатировать установку?
• Какое количество деталей необходимо раскраивать в смену/месяц/год?
• Какие есть ограничения по производственным площадям?
• Какие есть ограничения по электрической сети?
• На какой бюджет вы рассчитываете?

Ответ на эти вопросы и определит технические параметры для подбора подходящей установки.

Рис. 3 Установка плазменной резки от турецкого производителя

Типы плазморезов:

• Для ручной резки. Используются для работ в небольших производствах, мастерских, станциях технического обслуживания, гаражах, личном хозяйстве и т.д. Даже инвертор небольшой мощности позволяет ручным резаком быстро и эффективно резать металл толщиной до 30 мм. Можно резать листовой металл, трубы, различные детали и конструктивные элементы.
• Для автоматической резки. Используются в станках стационарного типа для автоматического раскроя листового металла или профильных труб. В работе обычно управляются с помощью ЧПУ. Комплектуются мощными инверторами зачастую с несколькими сменными плазмотронами и соплами.

По типу используемого газа:

• Плазмотроны на сжатом воздухе. Наиболее распространенный вид плазморезов. К их достоинствам относятся простота, низкая стоимость оборудования и расходных материалов (электроды, сопла), простота в управлении, высокая эффективность и универсальность. Могут использовать обычный или очищенный сжатый воздух.
• Плазмотроны на аргоне, кислороде, азоте или их смесях. Используются в работах более сложных систем больших производств на стационарных раскройных станках для резки меди, алюминия и их сплавов. Требуют более точной настройки.

По типу поджига дуги:

• Контактные. В контактных плазмотронах соплом нужно дотронуться на поверхности рабочей детали для формирования дуги. Такой тип поджига у бытовых инверторов небольшой мощности.
• Пневмоподжиг. Инверторы с пневмоподжигом формируют стартовую (дежурную) дугу внутри плазмотрона, без контакта сопла с поверхностью детали или высокачастотного разряда, который может нанести вред электронике станка с ЧПУ.
• Высокочастотный (HF) поджиг. В данном случае дуга возбуждается при помощи входящего в состав источника тока устройства – осциллятора. Дуга образовывается, только когда имеется высокочастотный электрический разряд между поверхностями заготовки и соплом плазмотрона (при этом поверхности между собой не соприкасаются). Стартовая дуга инициируется по команде сварщика внутри поверхности плазмотрона между электродом и внутренней поверхностью сопла с помощью тока высокой частоты. Рабочая дуга автоматически поджигается от стартовой каждый раз при поднесении плазмотрона к поверхности детали и гаснет по команде сварщика или при увеличении этого расстояния.

По типу охлаждения:

• С воздушным (газовым) охлаждением. Сопло плазмореза охлаждается поступающим воздухом или рабочим газом.
• С жидкостным охлаждением. Жидкостное охлаждение плазмореза используется в высоконагруженных промышленных резаках с большими токами от 150 А.

Принцип действия плазменной резки

Плазменная резка – это разделительная обработка металла с помощью термического процесса. Роль режущего инструмента здесь играет струя низкотемпературной плазмы.

Принцип действия плазменного аппарата:

1. Между разрезаемым металлом и электродом или соплом плазмотрона создается электрическая дуга с температурой в 5000С.
2. В сопло под давлением поступает газ, за счет чего температура электрической дуги повышается до 20 000С.
3. Газ ионизируется и преобразуется в высокотемпературный газ или низкотемпературную плазму.
4. От нагретой дуги возрастает ионизация, и температура газовой струи повышается до 30 000С. Во время этого процесса поток плазмы обладает высокой теплопроводностью и ярко светится.
5. Плазма со скоростью в 500–1500 м/с проистекает из сопла, попадает на подготовленный металл, разогревает его и плавит в месте разреза.

Более наглядно процесс резки металла с помощью плазмотрона можно посмотреть по видео.

Структура плазмореза

Плазморезом называют аппарат, которым осуществляется резка металлических изделий различными способами. В устройство агрегата входят элементы:

• источник электрического питания;
• компрессор;
• плазмотрон;
• кабель-шланги.

Конструкция плазменного резака

В качестве источников питания выступают несколько устройств:

• инвертор;
• трансформатор.

Достоинство плазменной резки

Каждое из устройств имеет ряд достоинств и недостатков. К достоинствам инвертора относятся:

• дешевизна;
• стабильность горения дуги;
• удобство при применении в участках с затрудненным доступом;
• небольшой вес;
• высокий КПД, превышающий аналогичный показатель для трансформатора на 30%;
• экономичность.

Советы и нюансы

Еще одной отличительной положительно характеристикой метода является то, что во время процесса происходит нагрев лишь небольшого локального участка. Да и остывает этот участок намного быстрее, чем при лазерной или механической резке.

Охлаждение необходимо только для двух составных элементов – катода и сопла, как самых нагруженных. Это без проблем производится с помощью рабочей жидкости.

Плазменная дуга и струя.Дуга

Лишняя влага впитывается специальным материалом, который находится в резервуаре камеры плазмотрона.

Правила безопасности при данном методе имеют строжайший характер, потому что все аппараты плазменной резки могут быть очень травматичными для мастера. Особенно это касается моделей с ручным управлением.

Все будет в порядке, если вы будете соблюдать рекомендации по защитной амуниции мастера: щиток, затемнённые очки, защитные ботинки и т.д. В этом случае вы сможете уберечься от главных факторов риска данного метода – капель расплавленного металла, высокого напряжения и раскаленного воздуха.

Еще один совет по безопасности – ни в коем случае не стучать резаком по металлу для удаления металлических брызг, как это делают некоторые мастера. Вы рискуете повредить аппарат, но главное – поймать кусочки расплавленного металла, например, лицом или другой незащищенной частью тела. Лучше поберечь себя.

Экономия расходных материалов занимает не последнее место в эффективной резке. Для этого зажигаем электрическую дугу не слишком часто, а точно и в срок, чтобы не обрывать ее без надобности.

Экономия ресурсов также распространяется на силу и мощность тока. Если рассчитать его правильно, вы получите не только экономию, но и отличный срез без заусениц, окалины и деформации металла.

Для этого следует работать по следующей схеме: сначала подать ток высокой мощности, сделать пару – тройку разрезов с его помощью. Если сила и мощность тока великоваты, на металле сразу же будет образовываться окалина из-за значительного перегрева.

После осмотра срезов будет ясно, оставить ток на этом уровне или изменить его. Иными словами, работаем экспериментально – малыми пробами.

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

Существуют 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.

Общее устройство:

• 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:

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.

Сборка плазмотрона своими руками

Чтобы сконструировать плазморез из инвертора, понадобится приобрести все сопутствующие детали и подготовить инструменты. Основными комплектующими являются:

• компрессор;
• плазмотрон;
• электроды;
• сопло;
• завихритель потоков;
• изолятор;
• кнопка спуска;
• рукоятка с отверстиями для кабелей;
• кабель-шланг;
• дистанционная пружина для обеспечения одинакового промежутка между соплом и металлом.

Для начала к сварочному инвертору нужно присоединить шланг, являющийся проводником воздуха от компрессора. Кабель массы и шланг-пакет монтируются с лицевой стороны, и к шланг-пакету присоединяется плазмотрон. Сопло горелки надо присоединить прижимной гайкой. За плазморезом находится электрод и изоляционная втулка, препятствующая возникновению дуги на нежелательном участке.

Завихритель потока направляет его к цели, а вся конструкция укладывается в корпус из металла или фторопласта. После сборки сварочного плазмореза нужно проверить агрегат на работоспособность. При включенном состоянии инвертор подает высокочастотный ток на плазмотрон.

Плазмотрон своими руками — схема

Применение плазмотронов:

Плазмотроны могут применяться:

– при сварке, резке и обработке металлов, а также различных твердотельных материалов,

– для расплавления и рафинирования (очистки) металлических сплавов,

– при нанесении защитных покрытий на металлические поверхности (керамики, электроизоляции и т.д.),

– для упрочнения дешевых материалов металлическим наплавом,

– для подогрева металлического расплава в мартеновских и плавильных печах,

– для термического обезвреживания высокотоксичной органики,

– для получения нанодисперсных порошков и соединений,

– при плазменной горной и шахтной проходке,

– при безмазутной растопке угольных котельных на электростанциях,

– и пр.

Похожие записи:

Классы защиты от поражения электрическим током по гост Как подключить аналоговую камеру видеонаблюдения к компьютеру? Реле контроля фаз и напряжения Фототранзистор: схема, принцип работы и характеристики Используем arduino uno с wifi на одной плате для post запроса на сервер Выполнение схемы электрической принципиальной и перечня элементов к ней