1.3.2. Оборудование для плазменной резки материала

Плазменная обработка основана на воздействии на обрабатываемую заготовку потоком ионизированного горячего газа (плазмы). В современной технологии применяются потоки плазмы с температурой до 60000С, что позволяет производить глубокие фазово-структурные изменения материала заготовки (плавить, испарять, термически обрабатывать). В настоящее время такие горячие газовые потоки чаще всего получают за счет нагрева газа в сжатой электрической дуге (рис.1.15).

Рис.1.15 Схема плазмотронов прямого (а) и косвенного (б) действия

В плазмотроне прямого действия электрическая дуга возбуждается и устойчиво «горит» между поверхностью заготовки 1 и катодом плазмотрона 2. Вихреобразный поток газа проходит через сопло, отделяет электрическую дугу от его стенок и, при этом, сжимает ее ионизированную область, что приводит к повышению концентрации энергии и, соответственно, температуры в дуговом канале. Работа такого плазмотрона возможна только при электропроводной заготовке, являющейся одним из полюсов дугового разряда (анодом).

В плазмотронах косвенного действия дуговой разряд осуществляется между анодом 1 и катодом 2, являющимися элементами конструкции плазмотрона (рис.1.15,б).

При применении таких плазмотронов возможна обработка нетоко- проводящих материалов, хотя термический коэффициент полезного действия таких плазмотронов несколько ниже.

Воздействие высоких температур на детали плазмотронов требует их интенсивного охлаждения и применения специальных термостойких материалов. Охлаждение обычно осуществляется водой, а в плазмотронах малой мощности воздухом.

Основной областью использования плазмотронов прямого действия является разрезание листового металла (рис.1.16). Мощность плазменных установок для разрезания превышает 100кВт, что позволяет эффективно разрезать стальные листы толщиной до 100мм.

Рис.1.16 Портальная установка с ЧПУ для раскроя листового материала, оборудованная газокислородными горелками и плазмотроном

При этом скорость резки зависит от толщины разрезаемого материала, его вида, мощности плазмотрона (см.табл.1.2).

Скорости плазменной резки металлов, м/мин

Таблица 1.2

Ток плазменной дуги, А	Толщина разрезаемого материала, мм
	10	20		30		40		50		60		70		80
	Сталь
200	3,6	1,2	0,6		0,42		0,3		0,18		0,12		-
300	4,5	2	1,2		0,72		0,42		0,27		0,18		0,12
400	5	2,5	1,5		0,8		0,7		0,45		0,27		0,18
	Алюминиевые сплавы
200	3,5	1,6	0,9		0,6		0,42		0,1		-		-
300	5	3	1,8		1,3		0,84		0,5		0,36		0,18
400	6,5				1,6		0,9		0,6		0,55		0,5
	Медь и медные сплавы
200	1,4	0,85	0,18		-		-		-		-		-
300	2	1	0,35		0,18		0,1		-		-		-
400	3	1,6	0,7		0,6		0,36		0,21		0,15		0,09

Ширина реза, в зависимости от толщины разрезаемого материала находится в пределах 1…6 мм. Следует отметить, что на поверхности вырезанных таким образом заготовок обычно остается термически измененный слой. Так, на поверхности заготовок из средне- и высокоуглеродистых сталей остается слой толщиной 1…3мм, претерпевший фазово-структурные изменения (закалку) и имеющий твердость, препятствующую их дальнейшей эффективной механической обработке. При вырезании заготовок из малоуглеродистой стали это явление сказывается меньше и не препятствует их дальнейшей обработке или сварке.

Плазменная вырезка заготовок широко применяется при создании крупногабаритных сварных конструкций (судостроение, вагоностроение, производство крупногабаритных емкостей и т.д.). Применяя программное управление перемещением плазмотрона, можно эффективно вырезать сложноконтурные изделия. По сравнению с лазерной резкой процесс обладает большими технологическими возможностями, более экономичен, но не применяется при вырезки мелких изделий и не имеет самостоятельного значения при производстве художественных изделий из листового материала, так как качество поверхности после плазменной резки не удовлетворительно для этих целей.

Высокая интенсивность нагрева поверхности плазменной струей при высокой скорости охлаждения поверхности за счет теплоотвода в основную холодную часть заготовки позволяет производить местное изменение свойств поверхности стальных заготовок (поверхностную закалку), что может быть использовано при необходимости создания локальных зон высокой износостойкости в крупногабаритных конструкциях.

Особый интерес представляет обработка плазменными струями керамических поверхностей (бетона, кирпича и др.) с целью создания оплавленного (остеклованного) слоя. В некоторых случаях возможно окрашивание такого слоя предварительным нанесением на поверхность минеральных красителей с последующим их плазменным вжиганием. Естественно, что при этом могут применяться только плазмотроны косвенного действия. Однако работы в этом направлении не вышли из стадии лабораторных научных исследований.