Плазменная резка относится к термическим способам раскроя металла и основывается на генерации потока плазмы — ионизированного газа с температурой до 30 000 °С, проводящего электрический ток.
Принцип плазменной резки
При сильном нагревании молекулы газа распадаются сначала на атомы, а с достижением температуры свыше 5000 °С атомы делятся на свободные электроны и ионы с положительными и отрицательными зарядами. Изменения носят лавинообразный характер, превращая газ в плазму, токопроводящая способность которой объясняется движением ионов от катода к аноду.
Для раскроя металла с помощью плазмы преобразования газа производятся в специальных устройствах — плазморезах. Газ подается в плазмообразующую камеру, где находится катодный стержень. Между ним и соплом, через которое ионизированный газ будет покидать камеру, пропускается электрический разряд (дежурная дуга), запускающий процесс ионизации за счет мгновенного повышения температуры. Газ, превращенный в плазму, в сто раз увеличивается в объеме. Вырывающаяся из сопла плазма имеет скорость, приближающуюся к звуковой, и чрезвычайно высокую температуру. Плазменная резка может производиться прямым или косвенным образом.
Плазменная дуга прямого действия возникает между катодом плазмореза и металлической заготовкой, являющейся в данном случае анодом. Металл расплавляется в месте контакта с дугой, остатки расплава выдуваются. Перемещаемая по линии реза дуга разделяет на части металлический лист толщиной до 150 мм, оптимально от 20 до 50 мм.
При косвенном действии режущая плазменная струя формируется, как и дежурная, между катодом и соплом, и выносится из плазмотрона. Ею можно резать металл и диэлектрики.
Виды плазменной резки и используемые газы
Газ, подвергающийся ионизации с целью получения плазмы, называется плазмообразующим (PG). В качестве плазмообразующих газов для резки металла используются воздух, азот, кислород, водород, аргон, гелий и их смеси. Выбор газа зависит от химического состава и толщины сплава, а также вида резки.
- Стандартная плазменная резка.
Простая плазменная резка предполагает использование только одного вида плазмообразующего газа — режущего (SG). В дуговую камеру газ подается параллельно оси катодного стержня, что является осевым способом стабилизации плазменной дуги. Дуга обволакивается ионизированным режущим газом, образуя струю, по ширине соответствующую внутреннему диаметру сопла. В качестве режущих газов могут применяться кислород, азот, смесь аргона с водородом.
Иногда для зажигания дуги в целях повышения срока службы катода может использоваться пусковой газ (ZG), например, для ионизации кислорода зажигание проводится воздухом, а для смеси аргона с азотом или водородом — чистым аргоном.
- Плазменная резка с вторичным газом.
Для дополнительного обжатия и сужения плазменной струи, а также создания защитной газовой среды при обработке некоторых металлов используется вспомогательный газ, подающийся в камеру под углом к оси электрода. Этот газ называется вихревым (WG), так как поток газа закручивается вокруг дуги. Вихревой поток увеличивает плотность ионизации, скорость и качество резки.
В случае применения воды для охлаждения резака вихревой газ может выступать в качестве барьерного (SpG), ограждая горелку от проникновения воды.
- Плазменная маркировка.
В отличие от описанных выше разделительных методов обработки металла, плазменная маркировка является поверхностным воздействием. Мощность плазменной дуги при маркировке должна не расплавлять металл, а лишь нагревать его до температуры, при которой образуются цвета побежалости на поверхности заготовки. Таким образом на детали наносятся символы разных цветов, обозначающие номенклатурные и сортовые характеристики. Регулировать степень воздействия можно уменьшением силы тока, поддерживая ее в пределах 10 ампер, а также подбором газов, образующих низкотемпературную плазму. Маркировочными газами (MG) обычно служат азот, аргон или воздух.
