Popis technologií a procesu plazmového řezání – Storm | Svařovací a řezací zařízení

Podstata metody. Plazma je ionizovaný plyn obsahující elektricky nabité částice a schopný vést proud. K ionizaci plynu dochází při jeho zahřívání. Čím vyšší je teplota plynu, tím vyšší je stupeň ionizace. Ve střední části svařovacího oblouku se plyn zahřívá na teplotu 5000 °C. 30 000 °C, má vysokou elektrickou vodivost, jasně září a je typickým plazmatem. Plazmový paprsek používaný pro svařování a řezání se vyrábí ve speciálních plazmových hořákech, ve kterých se plyn zahřívá a ionizuje obloukovým výbojem ve speciálních komorách.

Proces plazmového řezání kovu je založen na použití stejnosměrného stejnosměrného proudu vzduch-plazmový oblouk (elektroda-katoda, řezaný kov – anoda). Podstatou procesu je lokální tavení a vyfukování roztaveného kovu za vzniku řezné dutiny, když se plazmová řezačka pohybuje vzhledem k řezanému kovu.

K vybuzení pracovního oblouku (elektroda je řezaný kov) se pomocí oscilátoru zapálí pomocný oblouk mezi elektrodou a tryskou – tzv. pilotní oblouk, který je vyfukován z trysky startovacím vzduchem ve formě hořáku o délce 20-40 mm. Proud pilotního oblouku je 25 nebo 40-60 A, v závislosti na zdroji plazmového oblouku. Když se hořák pilotního oblouku dotkne kovu, objeví se řezací oblouk – pracovní a zapne se zvýšený průtok vzduchu; Pilotní oblouk se automaticky vypne.

Použití vzduchového plazmového řezání, při kterém se jako plazmotvorný plyn používá stlačený vzduch, otevírá široké možnosti pro řezání nízkouhlíkových a legovaných ocelí, ale i neželezných kovů a jejich slitin.

Výhody vzduchového plazmového řezání ve srovnání s mechanizovaným kyslíkem a plazmovým řezáním v inertních plynech jsou následující: jednoduchost procesu řezání; použití levného plazmotvorného plynu – vzduchu; vysoká čistota řezu (při zpracování uhlíkových a nízkolegovaných ocelí); snížený stupeň deformace; stabilnější proces než řezání ve směsích obsahujících vodík.

Plyn vháněný do komory (obr. 1), stlačující sloupec oblouku v kanálu plazmatronové trysky a ochlazování jeho povrchových vrstev, zvyšuje teplotu kolony. V důsledku toho se proud procházejícího plynu, zahřátý na vysoké teploty, ionizuje a získává vlastnosti plazmatu. Zvýšení objemu plynu o 50 při zahřátí. 100 a vícekrát vede k odtoku plazmy při vysokých transsonických rychlostech. Plazmový paprsek snadno roztaví jakýkoli kov. V praxi se používají dva hlavní způsoby zapínání plazmových hořáků (viz obr. 1). V prvním případě existuje obloukový výboj mezi tyčovou katodou umístěnou uvnitř hořáku podél jeho osy a ohřívaným produktem (přímý plazmový paprsek). Takové plazmové hořáky mají vyšší účinnost, protože výkon vynaložený na ohřev kovu sestává z výkonu uvolněného v anodové oblasti a výkonu přenášeného na anodu plazmovým paprskem.

Rýže. 1 Konstrukce plazmových hořáků s axiálním (a) (přímé působení)a tangenciální (b) (nepřímá akce) dodávka plynu

Ve druhém hoří oblouk mezi katodou a tryskou, která je připojena ke kladnému pólu zdroje energie (nepřímý plazmový paprsek). Proud plynu proudící z trysky stlačuje část plazmy sloupce oblouku a unáší ji mimo plazmový hořák. Tepelná energie tohoto plazmatu, která se skládá z kinetické a potenciální energie jeho částic, se využívá k ohřevu a tavení obrobků. Ve většině případů je celková a měrná tepelná energie malá, proto se takové plazmové hořáky používají pro svařování tenkých výrobků v mikroplazmových instalacích pro pájení a zpracování nekovů, protože výrobek nemusí být nutně elektricky vodivý.

Pro spolehlivou stabilizaci oblouku a jeho odtlačení od stěn trysky se používá axiální nebo tangenciální přívod plynu (viz obr. 1). Pro eliminaci turbulencí v osově symetrických proudech jsou vytvářeny pomocí speciálních konstrukcí trysek a vložek.

Při obloukových procesech s netavnou elektrodou vede změna intenzity proudu se změnou napětí oblouku k nerovnoměrné hloubce průniku kovu a narušení stability procesu. Proto jsou při svařování plazmovým obloukem optimální vnější charakteristikou zdroje prudce klesající nebo dokonce vertikální charakteristiky, které umožňují výraznou změnu napětí při zachování konstantního proudu. Zdroje energie s vertikálními charakteristikami se objevily relativně nedávno ve vztahu k plazmovým obloukovým procesům.

K dispozici je speciální zařízení pro ruční a mechanizované svařování plazmovým obloukem, navařování a řezání. Od dříve popsaných svařovacích zařízení se liší konstrukcí plazmového hořáku. Existuje mnoho hořáků, které se liší konstrukcí katody (tyčové, duté, kotoučové), způsobem chlazení (voda, vzduch), způsobem stabilizace oblouku (plyn, voda, magnetické pole), typem proudu, složením plazmotvorného média atd. .

Rýže. 2 Schéma mikroplazmového hořáku pro svařování plazmovým obloukem:1 – pracovní plyn;2 – zaostřovací plyn

Se zvýšením rychlosti plazmového paprsku je narušena laminarita proudění. Navíc v oblasti za tryskou klesá stupeň stlačení sloupce oblouku. V tomto ohledu se v posledních letech stále více rozšiřují hořáky se sekundárním zaostřováním a ochranným prouděním plynu (obr. 2). Plyn je přiváděn pod úhlem k ose hořáku a jakoby omývá sloupec oblouku a intenzivně jej ochlazuje, díky čemuž se průměr sloupce oblouku se vzdáleností od trysky mírně zmenšuje. V tomto případě je dosaženo vysoké koncentrace proudu plazmy při relativně nízké výstupní rychlosti. Takové hořáky, nazývané jehlová plazma nebo mikroplazma, umožňují získat špičatý plazmový oblouk v rozsahu nízkého proudu (0,5 – 30 A).

Obloukový plazmový paprsek je intenzivní zdroj tepla s širokým spektrem technologických vlastností. Lze jej použít pro ohřev, svařování nebo řezání jak elektricky vodivých kovů (viz obr. 1, a, b), tak i elektricky nevodivých materiálů, jako je sklo, keramika atd. (viz obr. 1, b).

Tepelná účinnost obloukového plazmového paprsku závisí na síle svařovacího proudu a napětí, složení, průtoku a průtoku plazmotvorného plynu, vzdálenosti od trysky k povrchu výrobku, rychlosti pohybu. hořáku (rychlost svařování nebo řezání) atd. Geometrický tvar paprsku může být také různý (čtvercový, kulatý atd.) a je určen tvarem výstupu trysky.

Svařovací technika. Oblouk je napájen zpravidla střídavým nebo stejnosměrným proudem přímé polarity (mínus na elektrodě). Oblouk je buzen pomocí oscilátoru. Pro usnadnění iniciace přímého oblouku se používá pilotní oblouk, hoří mezi elektrodou a tryskou hořáku. Pro napájení plazmového oblouku se používají zdroje svařovacího proudu s provozním napětím do 120 V, v některých případech i vyšším; Pro napájení plazmového hořáku používaného k řezání je optimální napětí naprázdno napájecího zdroje do 300 V.

Plazmovým paprskem lze svařovat téměř všechny kovy ve spodní a vertikální poloze. Jako plazmotvorné plyny se používají argon, dusík, směs argonu s dusíkem a vodíkem, oxid uhličitý a vzduch (hlavně pro řezání). Jako elektroda se používají wolframové tyče nebo speciální měděné tyče s hafniovými nebo zirkoniovými vložkami.

Mezi výhody plazmového svařování patří vysoká produktivita, nízká citlivost na kolísání délky oblouku a eliminace wolframových vměstků ve svarovém kovu. Bez zkosení hran je možné svařovat kov až do tloušťky 15 mm pro vytvoření průvaru specifického tvaru. To se vysvětluje vytvořením průchozího otvoru v základním kovu, kterým proud plazmy vystupuje na zadní stranu produktu. Kov roztavený v přední části svarové lázně je plazmovým tlakem posouván podél stěn svarové lázně do její zadní části, kde krystalizuje a tvoří šev. V podstatě jde o proříznutí produktu se svařením oblasti řezu.

Plazmový paprsek lze použít ke svařování tupých a koutových svarů. Tupé spoje na kov do tloušťky 2 mm lze svařovat s přírubovými hranami u tloušťky nad 10 mm se doporučuje hrany zkosit. V případě potřeby se používá další kov. Pro svařování kovu do tloušťky 1 mm se s úspěchem používá mikroplazmové svařování nepřímým paprskem, při kterém je svařovací proud 0,1. 10 A.

Řezání plazmovým paprskem je založeno na roztavení kovu v místě řezu a jeho vyfukování proudem plazmy. Plazmovým paprskem se řeže kov o tloušťce od zlomků až po desítky milimetrů. K řezání tenkého kovu se používá nepřímý plazmový paprsek. Se zvýšenou tloušťkou kovu je dosaženo lepších výsledků s přímým plazmovým paprskem. Při řezání i uhlíkových ocelí je v mnoha případech ekonomičtější než kyslíko-palivové díky vysoké rychlosti a lepší kvalitě řezu.

V závislosti na kovu mohou být jako plazmotvorné plyny použity směsi dusíku, vodíku, argon-vodík, argon-dusík, dusík-vodík. Použití směsí plynů obsahujících dvouatomové plyny pro řezání je energeticky účinnější. Disociací dvouatomový plyn absorbuje velké množství tepla, které se uvolňuje na studeném řezném povrchu, když se volné atomy spojují do molekuly. Nedávno, když bylo možné používat vodou chlazené zirkoniové a hafniové elektrody, se jako řezný plyn začal používat vzduch. Svařování a řezání lze provádět ručně nebo automaticky.

Rychlost řezání vzduchovou plazmou v závislosti na tloušťce kovu.

Materiál k řezání

Síla proudu A

Maximální řezná rychlost (m/min) kovu v závislosti na jeho tloušťce, mm