15. Плазменная резка. Составы плазмообразующих газов. Параметры режима резки. Области применения.

Плазма – ионизированный газ, содержащий электрически заряженные частицы и способный проводить ток. Ионизация газа происходит при его нагреве. Степень ионизации тем выше, чем выше температура газа. В центральной части сварочной дуги газ нагрет до температур 5000…30000°, имеет высокую электропроводность. Плазменную струю получают в специальных плазмотронах, в которых нагревание газа и его ионизация осуществляются дуговым разрядом в специальных камерах. Увеличение при нагреве объема газа в 50…100 и более раз приводит к истечению плазмы с высокими околозвуковыми скоростями. Процесс плазмообразования может вестись по двум схемам:

• плазменной дугой прямого действия, возбуждаемой между электродом и изделием, которое включено в электриче­скую цепь;

• плазменной струей, т. е. дугой косвенного действия, воз­буждаемой между двумя электродами, изделие при этом в электрическую цепь не включено.

Первая схема более производительная, поэтому применяется чаще, чем вторая, которая используется в основном для плаз­менного напыления покрытий.

Резка плазменной струей основана на расплавлении металла в месте реза и его выдувании потоком плазмы. Плазменную струю используют для резки металла толщиной от долей до десятков миллиметров. Для резки металла малой толщины используют плазменную струю косвенного действия. При повышенной толщине металла лучшие результаты достигаются при плазменной струе прямого действия. При резке даже углеродистых сталей во многих случаях она более экономична, чем газокислородная, ввиду высокой скорости и лучшего качества реза.

Скорость резки задается в зависимости от разрезаемого материала, его толщи­ны и силы тока. Если скорость резки меньше оптимальной, рез внизу стано­вится шире, а если скорость больше оптимальной, он сужается. При выборе режима резки необходимо учитывать, что с уве­личением силы тока и расхода воздуха снижается ресурс работы электрода и сопла плазмотрона. Выбор тока обусловливается толщиной свариваемого металла, его свойствами, требуемой производительностью и качеством сварного соединения. Уменьшение величины сварочного тока ниже оптимального уровня приводит к непроварам, чрезмерная величина тока приводит к под­резам и прожогам сварного шва. Следует помнить, что допустимая величина тока за­висит от диаметра, длины канала сопла, величины углуб­ления электрода, расхода плазмообразующего газа и других параметров режима. С целью обеспечения надеж­ной работы плазмотрона без образования двойной дуги величину тока рекомендуется назначать на 5—10% ниже критической (для конкретного диаметра канала сопла плазмотрона).

В зависимости от металла в качестве плазмообразующих газов можно использовать азот, водород, аргоно-водородные, аргоно-азотные, азото-водородные смеси. Использование для резки смесей газов, содержащих двухатомные газы, энергетически более эффективно. Диссоциируя, двухатомный газ поглощает много теплоты, которая выделяется на холодной поверхности реза при объединении свободных атомов в молекулу. В последнее время, когда появилась возможность использовать водоохлаждаемые циркониевые электроды, в качестве режущего газа стали использовать и воздух. Теплофизические и химико-металлургические свойства рабо­чих газов наряду с геометрией стабилизирующей системы и энергетическими параметрами дуги оказывают существенное влияние на скорость и качество резки. Выбор рабочих газов про­изводится в зависимости от свойств и толщины разрезаемой ста­ли, назначения и условий резки. При этом необходимо учиты­вать электрические параметры применяемой аппаратуры и тех­нико-экономическую целесообразность использования того или иного газа. Активные газы (кислородсодержащие смеси) преимущест­венно используются для обработки черных металлов, а неактив­ные газы и их смеси - для резки цветных металлов и сплавов.

Области применения плазменной резки. Плазменная резка более производительна, чем кислородная. Однако ее скорость с увеличением толщины разрезаемой стали свыше 50-60 мм уменьшается быстрее, чем кислородной. Плазменная резка при­меняется для обработки конструкционных и нержавеющих ста­лей, чугуна толщиной менее 50-60 мм, цветных металлов и в первую очередь алюминия. Плазменная резка низкоуглеродистых сталей особенно эф­фективна при изготовлении крупных деталей из листов толщи­ной до 30-40 мм на предприятиях с большим объемом работ.