Плазморезы

Физические явления, определяющие процесс плазменно-дуговой резки металла.
В полости реза, образующейся под воздействием плазменной дуги, имеют место сложные тепловые, газодинамические, электромагнитные и химические процессы, обычно взаимодействующие между собой. Поток тепловой энергии и плазмообразующего газа, истекающего через сопловое отверстие плазмотрона в полость реза, создает поле градиентов температур в металле, вызывает интенсивный нагрев и расплавление металла, а затем удаление расплавленного слоя из полости реза. Проникающая в полость реза дуга также является источником тепловой энергии, выделяющейся как в разрядном столбе, так и в опорном пятне дуги, соприкасающемся с металлом. Одновременно дуга создает электромагнитное поле в полости реза. Поток плазмообразующего газа, воздействуя на расплав, вызывает перенос массы металла. Последний, в свою очередь, взаимодействуя с поверхностью не расплавленного металла, увеличивает теплопередачу в неё.

Теплопроводность металла обусловливает не только полезный нагрев его поверхностного слоя, но и потери тепла в глубину. Наличие в плазмообразующем газе кислорода приводит к возникновению химических реакций окисления металла.

Рассмотренные процессы переноса тепла и массы, механического перемещения расплава металла, изменения состояния вещества и др. происходят по всему объему вблизи фронтальной стенки полости реза. Эти процессы, налагаясь друг на друга, вызывают образование поля градиентов температур, поля механических сил, электромагнитного поля и поля градиентов концентрации вещества, которые, в общем случае, являются не стационарными. И только в установившемся процессе плазменной резки их можно принять квазистационарными.

Схема полости реза с размещенной в ней дугой представлена на рис. 1.1.

Где:

1 – разрезаемый металл,
2 – режущая дуга,
3 – плазмотрон
Можно отметить три характерные зоны по высоте полости реза.

Первая зона I – зона углубления дуги. Она простирается от верхней плоскости разрезаемого металла до начала зоны посещения опорного пятна дуги. Нагрев и расплавление металла в этой зоне осуществляется от столба дугового разряда за счет конвективного и лучистого нагрева.

Вторая зона II – это зона посещения фронтальной поверхности реза опорным пятном дуги. Здесь определяющим является тепловой поток в металл от опорного пятна дуги.

Третья зона III – характеризуется, главным образом, теплообменом между плазменной струей и поверхностью металла. Эта зона простирается вниз от конца зоны посещения опорного пятна дуги до нижней поверхности разрезаемого металла. Следует подчеркнуть, что протяженность зон не является постоянной, а изменяется в широких пределах при изменении входных параметров.

Изменение входных параметров: электрической мощности, расхода плазмообразующего воздуха, скорости перемещения плазмотрона, толщины металла и др. вызывает возникновение переходного процесса. Его продолжительность обусловливается величиной и характером возмущений, а также геометрическими параметрами полости реза и свойствами разрезаемого металла. Важно, чтобы после завершения переходного процесса режим резки металла достиг своего стационарного состояния.

Стационарность режима обеспечивается согласованностью между скоростью перемещения плазмотрона и скоростью образования полости реза. При малой скорости перемещения плазмотрона увеличивается ширина полости реза, снижается качество образующейся поверхности и ухудшается устойчивость горения дуги. Если скорость перемещения плазмотрона превышает скорость образования полости реза на полную глубину, то возникает непрорезание металла и брак продукции.

Эффективность процесса разделительной резки металла, характеризующаяся, прежде всего, производительностью и качеством, находится в сложной зависимости от режимных и конструктивных параметров: мощности режущей дуги, расхода плазмообразующего воздуха, диаметра и длины канала сопла, через который плазменная дуга переходит на разрезаемый металл, скорости перемещения плазмотрона относительно металла, расстояния от среза сопла до поверхности разрезаемого металла и других параметров. Причем влияние входных параметров на процессы в полости реза носят сложный характер.

Рис. 2.2. Схема потоков энергии и вещества в полости реза
В общем виде, вся совокупность процессов в полости реза обусловливается преобразованием в ней потоков вещества и энергии. Поскольку в образующейся полости реза не аккумулируется ни энергия, ни вещество, то схема ввода и отвода их потоков может быть представлена см. рис. 2.2. В полость реза вводятся потоки энергии и плазмообразующего газа.

Причем последний проходит через полость реза, не изменяя своей массы. Под действием потоков энергии и плазмообразующего газа из полости реза удаляется расплавленный металл. Входящий в полость реза поток энергии частично расходуется на полезную работу расплавления металла, а частично уходит из полости реза с отработанными газами, а также теряется в глубине разрезаемого металла.

Геометрические параметры плазменной режущей дуги, величина и геометрия теплового потока, поступающего от неё в металл, определяют не только скорость образования разделительного реза, но и его форму, прежде всего, глубину прорезания и ширину реза. Эти параметры влияют также на затраты энергии, расходуемой на выплавление металла из полости реза и на образование разделительной поверхности реза.

Изучение столь сложных и многофакторных закономерностей протекания процессов в полости образующегося реза позволяет в конечном итоге оптимизировать процесс образования полости реза.
Источник: Исследование и разработка технологии и оборудования плазменно-дуговой резки на металлов на обратной полярности

Плазменная резка металла

Воздушно-плазменная резка металла – это наиболее эффективный и экономичный способ заготовительного раскроя металла до 50 мм. Эта технология позволяет отказаться от дорогостоящих и взрывоопасных газовых баллонов (только воздух и электричество) и, при этом, качественно и быстро резать любой токопроводящий металл, в том числе алюминий, медь, нержавеющую сталь, титан и т.д.

Воздушно-плазменная резка является эффективным способом резки низколегированных и легированных сталей, цветных металлов и сплавов. Плазменная резка по скорости превосходит газокислородную резку при работе с металлами толщиной до 30 мм. Аппараты для плазменной резки являются высокоскоростными машинами с программным управлением. Широкое применение нашла также разделительная полуавтоматическая (ручная) плазменная резка. В настоящее время существуют установки для плазменной резки, рассчитанные на токи от 50 до 400 А, обеспечивающие высококачественную резку в диапазоне толщин разрезаемого металла от 2 до 100 мм.

Преимущества воздушно-плазменной резки.
Качественная резка металла – это воздушно-плазменная резка.

В настоящее время применение такой технологии как воздушно – плазменная резка металла в производстве металлоконструкций (особенно строительных и машиностроении) представляется наиболее перспективным. Воздушно – плазменная резка – высокоэффективный процесс, используемый в различных отраслях промышленности для резки черных и легированных металлов. Такого типа резка металлов обладает высокой производительностью, точностью и качеством реза.

Воздушно – плазменная резка состоит в локальном расплавлении металла в зоне реза и выдувании его потоком обжатой воздухом электрической дуги, температура которой достигает 15 000-20000С. Воздушно – плазменная резка обеспечивает высокую концентрацию в зоне реза, что гарантирует малую ширину реза (при ширине заготовки 20 мм ширина реза – не более 2,5 мм). Кроме того, воздушно-плазменная резка позволяет достигать хорошего качества кромок (без наплывов и грата) и отсутствие деформации (даже на листовых заготовках малой толщины). Благодаря этому становится возможным применять схемы экономичного раскроя, выполнять сварку конструкций без механической обработки.

Сегодня плазменная резка стала одним из самых конкурентоспособных методов обработки листового материала благодаря производительности, точности, легкости перестраивания под конкретную конфигурацию детали, возможности использования в тех областях, в которых традиционные подходы приводят к значительным трудностям.

Воздушно – плазменная резка – высокоэффективный процесс, используемый в различных отраслях промышленности для резки черных и легированных металлов. Такого типа резка металлов обладает высокой производительностью, точностью и качеством реза.
Воздушно – плазменная резка состоит в локальном расплавлении металла в зоне реза и выдувании его потоком обжатой воздухом электрической дуги, температура которой достигает 15 000–20 000С.
Воздушно – плазменная резка обеспечивает высокую концентрацию в зоне реза, что гарантирует малую ширину реза (при ширине заготовки 20 мм ширина реза – не более 2,5 мм). Кроме того, воздушно-плазменная резка позволяет достигать хорошего качества кромок (без наплывов и грата) и отсутствие деформации (даже на листовых заготовках малой толщины).

ПЛАЗМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОБЕСПЕЧИВАЕТ ОПТИМАЛЬНОЕ СООТНОШЕНИЕ КАЧЕСТВА, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РАСХОДОВ

Плазменная резка дает возможность быстро и качественно резать металл толщиной до 50 мм. Стоит отметить и универсальность метода, поскольку он дает возможность резки на одном и том же оборудовании металлов различного вида.