Апарат Москва-20

Апарат розроблений для створення підігріваючого полум'я при машинному кисневому різанні сталі. Різальний кисень подають  з балонів. Різаки – звичайні, ацетилено-кисневі. Максимальна товщина листової сталі, що розрізається, – 300 мм.

Застосовують апарат також для порошкового напилення і для живлення двох і більш постів зварювання і паяння.

На відміну від інших газозварювальних апаратів «Москва», скомпонованих в одному корпусі, в апараті «Москва-20» винесені з основного блоку водяний затвор, блок живлення і пульт дистанційного керування. Пульт керування апарата і водяний затвор зазвичай встановлюють на газорізальній машині, поряд з різаком і з пультом керування цією машиною. Блок живлення вмонтовують у вікні цеху, як побутовий кондиціонер, щоб вентилятор охолоджування не закидав цеховий пил на електроніку усередині блоку.

Таблиця 5.17 - Технічні характеристики апаратів Москва-10,

Москва-20

Параметр	Значення
	Москва -10	Москва-20
Напруга живлення, В	3х380	3х380
Споживана потужність, кВт	10	20
Максимальна продуктивність газової суміші, л/год	3000	6000
Тиск газової суміші, МПа	0,5
Маса, кг	75	*
Габарити, мм	360х765х670	**
Номери змінних наконечників зварювальних пальників	0,1,2,3,4,5,6	0,1,2,3,4,5,6,7
Тривалість безперервної роботи без дозаправлення, год	1,5	5
Час виходу холодного апарату на номінальну потужність при 200С, хв.	15	15
Витрати електроліту на первинне заправлення електролізера, л	10	27
Витрати дистильованої води на дозаправлення електролізера, л	3,5	16
Охолодження	Циркуляційне, рідинне
Витрати води на заправлення водяного затвора, л	0,4	0,6

* блок генератора (сухий) – 115кг, блок живлення – 20кг, пульт – 3кг, водяний затвор – 4кг.

** блок генератора – 360х1290х830, блок живлення – 520х270х370, пульт – 235х190х110, водяний затвор – 125х150х540.

Рисунок 5.38 - Апарат Москва-20

6 Обладнання для плазмово-дугових процесів

6.1 Загальні відомості

Плазмова дуга (стиснута дуга) – зварювальна дуга особливого виду, що горить у замкнутому циліндричному каналі, через який продувається під тиском плазмоутворюючий газ. Пристрій, що забезпечує формування плазмової дуги, називають плазмотроном.

Незважаючи на різноманітність конструкцій плазмотронів, принцип їх однаковий і заснований на стисненні стовпа дуги потоком газу (іноді рідини). Використовують два типи плазмотронів: з дугою прямої дії (рис. 6.1, а) і з дугою посередньої дії (рис. 6.1, б).

а б

а - з дугою прямої дії, б - з дугою посередньої дії, 1 - електрод, 2 - газова камера, 3 - сопло, 5 - ізоляційна прокладка, 6 - плазмова дуга, 7- виріб,

8 - плазмоутворюючий газ

Рисунок 6.1 – Принципові схеми плазмотронів

У плазмотронах з дугою посередньої дії катодом є електрод, а анодом – сопло. Дуга, що збуджується між електродом і соплом (зазвичай пробоєм проміжку іскровим високочастотним розрядом), проходить через сопло під тиском робочого газу, що подається в камеру. Анодна пляма дуги переміщується внутрішньою поверхнею каналу сопла, а стовп дуги виявляється жорстко стабілізованим за віссю електрода і сопла. Частина робочого газу, проходячи через стовп дуги, нагрівається, іонізується і виходить із сопла плазмотрона у вигляді плазмового струменя. Зовнішній шар газу, що омиває стовп дуги, залишається відносно холодним і утворює електричну і теплову ізоляцію між потоком плазми і каналом сопла, запобігаючи руйнуванню сопла. Крім того, зовнішній шар газу інтенсивно охолоджує поверхню стовпа дуги, в результаті чого переріз стовпа зменшується, а густина струму і температура зростають. При цьому за рахунок зменшення діаметра стовпа підсилюється стискуюча дія на дугу власного магнітного поля. Таким чином, у плазмотроні термічне стискання (термічний пінч-ефект) викликає підсилення магнітного стискання (магнітного пінч-ефекту). Густина струму дуги в плазмотронах досягає 100 А /мм² , а температура плазмової дуги досягає десятків тисяч градусів.

При виході з сопла потік плазми дещо розширюється. Це призводить до виникнення осьового градієнта тиску власного магнітного поля дуги, що підвищує швидкість витікання плазмового струменя із сопла до швидкостей, що перевищують швидкість звуку.

У плазмотронах з дугою прямої дії анодом є оброблюваний виріб. Сопло ж є електрично нейтральним і служить для стискання і стабілізації стовпа дуги. Принцип стискання стовпа дуги тут такий самий, як і в плазмотронах з дугою посередньої дії.

На відміну від плазмотронів з дугою посередньої дії плазмовий струмінь, що витікає з плазмотрона з дугою прямої дії, співпадає зі стовпом дуги і тому має більш високу температуру і теплову потужність

Безпосереднє збудження дуги між електродом і виробом через вузький канал сопла здійснити важко. Тому попередньо зазвичай збуджується допоміжна (чергова) дуга між електродом і соплом, а потім, як тільки її факел торкнеться виробу, автоматично запалюється основна дуга між електродом і виробом, а допоміжна дуга при стійкому горінні основної відключається. Допоміжна дуга живиться від допоміжного джерела живлення G1 меншої потужності, ніж основне джерело живлення G2. Можливе також живлення допоміжної дуги від основного джерела живлення через струмообмежуючий пристрій, наприклад, струмообмежуючий резистор.

У плазмотронах з дугою посередньої дії теплова енергія від дуги до виробу передається лише струменем плазми. Такі плазмотрони використовуються в основному для напилення та обробки не електропровідних матеріалів.

У плазмотронах з дугою прямої дії у виріб вводиться додаткова доля тепла за рахунок електронного струму. ККД таких плазмотронів значно вищий і тому їх доцільно застосовувати для різання, зварювання, наплавлення та інших видів обробки металів.

Зварювання плазмовою дугою (рис. 6.2, а) має багато спільного з аргоно-дуговим зварюванням вольфрамовим електродом, але є більш досконалим способом отримання з’єднань. Дуга, що горить вільно при аргоно-дуговому зварюванні вольфрамовим електродом, при малих струмах є нестійкою, блукає. При збільшенні струму зростає діаметр стовпа дуги і спадає концентрація теплової потужності на виробі, що приводить до збільшення ширини шва і зони термічного впливу зварного з’єднання. Крім того через віддалення від вольфрамового електрода температура дуги знижується, тобто при збільшенні довжини дуги її проплавлена здатність зменшується. Тому для отримання стабільної якості зварного шва треба підтримувати незмінною довжину дуги.

Перелічені недоліки усуваються при використанні плазмової дуги. Стовп плазмової дуги жорстко стабілізований за віссю електрода, висока концентрація його теплового потоку на виробі дозволяє отримати зварні з’єднання з глибоким проплавленням і відносно невеликою шириною при підвищенні швидкості зварювання. При цьому значно зменшується зона термічного впливу, внаслідок чого підвищується якість з’єднань із спеціальних сплавів, а при зварюванні тонколистових конструкцій – знижуються їх деформації.

Для зварювання часто використовують плазмотрони з подвійним газовим потоком. Такі плазмотрони мають два сопла. Газ, що подається через внутрішнє сопло, умовно називають первинним (плазмоутворюючим), а через зовнішнє сопло – вторинним (захисним).

Плазмове зварювання здійснюється переважно постійним струмом прямої полярності. Зварювання алюмінієвих сплавів, титану і цирконію здійснюється постійним струмом зворотної полярності, або змінним струмом.

При плазмовому різанні застосовується плазмова дуга прямої дії з більш високою (порівняно зі зварювальною) інтенсивністю стискання стовпа і, значить, більшою концентрацією теплового потоку і швидкістю витікання плазмового струменя. Завдяки термічній і механічній дії стовп дуги проникає і заглиблюється в товщу металу, передаючи йому тепло. При цьому виплавляється і видувається метал з порожнини розрізу (рис. 6.2б).

а б

а – зварювання, б – різання, 9 – присаджувальний дріт

Рисунок 6.2 – Схеми процесів плазмового зварювання і різання

При оптимальному співвідношенні між товщиною металу, потужністю дуги і швидкістю різання стовп плазмової дуги заглиблюється на всю товщину металу, а її анодна область розташовується на рівні нижньої площини листа. При цьому забезпечується отримання якісного різу з вертикальними боковим кромками.

Плазмове різання має низку переваг порівняно з кисневим. При плазмовому різанні метал розплавляється і випаровується під дією високої температури плазмової дуги, а при кисневому – метал згорає, вступаючи в хімічну реакцію з киснем. Кисневе різання забезпечує цілком задовільну якість різі. Однак можливості цього способу обмежені. По-перше, кисневому різанню погано піддаються або зовсім не піддаються кольорові метали і їх сплави, нержавіючі й інші спеціальні сталі, а також чавун. По- друге, величина швидкості кисневого різання вуглецевих сталей, для яких воно використовується, обмежена швидкістю протікання хімічної реакції кисню із залізом.

Плазмовим способом можна різати різні метали і сплави і навіть не електропровідні матеріали, а вуглецеві сталі товщиною до 50 мм можна різати з високою швидкістю. Завдяки високій швидкості різання знижується деформація тонколистових металів, досягається мінімальна ширина і висока якість різу.

У плазмотронах використовуються газозахисні вольфрамові електроди або плівкозахисні цирконієві чи гафнієві електроди. При роботі в інертному (аргон, гелій) або відновлювальному (азот, водень) середовищі катод із тугоплавкого вольфрамового стрижня при навантаженні 15…20 А/мм² практично не витрачається. При додаванні кисню до газового середовища стійкість вольфрамового електрода різко знижується. Плівкозахисні цирконієві чи гафнієві катоди мають високу стійкість в газах, що вміщують кисень (повітря, вуглекислий газ, технічний азот). Висока стійкість таких катодів обумовлена утворенням термостійкої плівки з окислів і нітридів, що захищають чистий цирконій чи гафній від випарювання. Плівкозахисні катоди являють собою стрижень із цирконію чи гафнію, запресований в мідну обойму, що інтенсивно охолоджується, щоб температура катодної плями не перевищувала температуру розкладення тугоплавких з’єднань.

Для зварювання використовують плазмотрони з вольфрамовими електродами. Різання найчастіше виконується з використанням в якості плазмоутворюючого газу стисненого повітря і плазмотронів з цирконієвими чи гафнієвими катодами.

При плазмово-дугових процесах відхилення струму від встановленого значення при змінах напруги на дузі небажані, тому що з ними пов’язана нестабільність процесу розплавлення оброблюваного виробу. Тому джерело живлення плазмових установок повинне мати крутоспадну або майже вертикальну («штикову») зовнішню вольт-амперну характеристику. Джерела живлення потужних плазмотронів повинні також забезпечувати поступове наростання струму (плавне або ступінчасте) при збудженні дуги. При різанні великих товщин довжина дуги з урахуванням внутрішньосоплової складової може досягати 200мм. Градієнт потенціалу у стовпі дуги також великий і в середині сопла може складати до 20 В/мм. Тому напруга різальної дуги може досягати 300В, а необхідна напруга холостого ходу джерела живлення може перевищувати 350 В.