2.3.2 Электрод и сопло плазменного резака
Повышение эффективности плазменной резки в большой степени зависит от конструкции плазменного резака. Чем плотнее плазменная дуга обжимается, тем выше скорость резки и качество кромки реза.
Важнейшими деталями плазменного резака являются плазменное сопло и электрод. Как плазменное сопло, так и электрод являются быстроизнашивающимися деталями. Неправильный подбор, либо неверное использование сопла или электрода могут значительно сократить срок их службы и повредить резак.
Срок службы электрода в значительной степени определяется силой тока резки, количеством зажиганий, а также типом используемого плазменного газа. Кроме того, управление газом и мощностью вначале и в конце резки, а также рассеяние тепла от электрода также играет ключевую роль. Обычно используются электроды стержневой формы из вольфрама, а также имеющие форму пальца из циркония или гафния, которые можно сделать заострёнными или плоскими. Ввиду того, что они подвержены эрозии, электроды из вольфрама могут применяться только с инертными плазменными газами и их смесями, а также с газами с низкой реакционной способностью и восстановительными плазменными газами. При использовании чистого кислорода, либо плазменных газов, в состав которых входит кислород, электроды будут служить значительно дольше, если они будут изготовлены из циркония или гафния. Эти материалы естественным образом формируют защитный слой, плавящийся при более высокой температуре (табл. 1), и, к тому же, они заключены в основную оболочку, обладающую очень большой теплопроводностью, которая интенсивно охлаждается. Если в плазменной резке используется кислород, увеличения срока службы электрода можно добиться, подавая два газа: процесс зажигания проводится с использованием газа с низкой окислительной способностью, а сам процесс резки с использованием кислорода.
Ключевые факторы, влияющие на срок службы сопла:
• диаметр на выходе сопла • масса и теплопроводность материала сопла • выход (произведение силы тока резания на напряжение резания) • время действия плазменной дуги • количество зажиганий • последовательность прожигания отверстий • и интенсивность охлаждения.
Водяное охлаждение является более интенсивным. Воздушное охлаждение требует большего количества газа.
Таблица 1: Типовые величины для расходных деталей, применяемых с плазменными резаками
Материал |
Усл. обозн-ие |
Температура плавл. [°C] |
Используемый газ |
Теплопроводность при 20°С [Вт/м·К] |
Вольфрам |
W |
≈ 3400 |
Ar |
≈ 174 |
Оксид вольфрама |
WO3 |
≈ 1473 |
Ar/H2 |
|
Цирконий |
Zr |
≈ 1852 |
O2 |
≈ 22 |
Оксид циркония |
ZrO2 |
≈ 2700 |
Воздух |
≈ 2,5 |
Нитрид циркония |
ZrN |
≈ 2982 |
|
|
Гафний |
Hf |
≈ 2227 |
|
|
Оксид гафния |
HfO2 |
1700 |
O2 |
|
Нитрид гафния |
HfN |
3305 |
Воздух |
≈ 29 |
Медь |
Cu |
1083 |
|
|
Оксид меди |
Cu2O |
1235 |
Все |
≈ 400 |
Серебро |
Ag |
961 |
Все |
≈ 429 |
2.3.3 Изделие
При плазменной резке с помощью плазменной дуги прямого действия разрезаемый материал должен обладать электрической проводимостью, так как изделие является частью электрической цепи. Заземление подсоединённого изделия должно проектироваться таким образом, чтобы обеспечивалось непрерывное прохождение тока.
2.3.4 Подаваемый газ
Системы плазменной резки работают с инертными, восстановительными газами или с газами с низкой реакционной способностью, а также с химически активными газами и их смесями. Подробное описание систем подачи газа и информация по выбору газов, а также рекомендации по качеству применяемого газа приведены в главе 4.
2.3.5 Системы циркуляции охладителя
Поскольку плазменная резка сопряжена с большими тепловыми нагрузками, необходимо эффективное охлаждение. Различают интегрированные и внешние контуры циркуляции водяного охлаждения и газового охлаждения. Резаки, работающие с током около 100 ампер и более, обычно охлаждаются водой.
2.3.6 Система воспроизведения
Требования, относящиеся к точности воспроизведения, а также эксплуатационные характеристики систем воспроизведения устанавливаются стандартом ISO 8206.
2.3.7 Стол для резки и система вытяжки
Столы для плазменной резки служат стабильной основой для расположения металлического листа, который требуется разрезать. Размеры стола зависят от размера, толщины и массы листа металла. Выделения, которые сопровождают процесс резки можно значительно уменьшить, используя плазменный резак в сочетании с вытяжной системой для удаления дыма и пыли, либо с водяным бассейном.
Способы плазменной резки
Способы плазменной резки постоянно улучшаются. Основная цель, которая ставится при проработке усовершенствований, состоит в уменьшении загрязнения окружающей среды, повышении производительности резки и в улучшении качества кромки реза. Конечной целью является создание двух плоскопараллельных ровно обрезанных поверхностей, которые перед передачей их на следующий этап технологической цепочки требуют минимальной окончательной обработки, либо вовсе в ней не нуждаются.
В зависимости от того, какой материал требуется разрезать, какова толщина этого материала, а также исходя из характеристик, обеспечиваемых источником питания, делается выбор из многочисленных вариантов выполнения плазменной резки.
Эти варианты, главным образом, различаются по конструкции применяемого плазменного резака, по системе подачи материала и по материалу, из которого выполнен электрод. На рис. 8 даётся общее представление различных опций, которые могут быть предусмотрены в конструкции плазменного резака.
Рисунок 8: Исполнения плазменных резаков |
|
DIN 2310-6 устанавливает различия между следующими типами плазменных резаков, исходя из типа конструкции.
• Традиционная плазменная резка/ стандартная плазменная резка
• Плазменная резка с вторичной средой
• Плазменная резка с вторичным газом
• Плазменная резка с вторичной водой
• Плазменная резка с впрыскиванием воды
• Плазменная резка с повышенным обжатием