Принцип работы плазмотрона для резки металла
Металл режется посредством болгарки, газокислородного резака, электродуговой сваркой, рубится на гильотине. Современные способы — обработка лазером или плазмой. Последняя, представляет собой скоростной поток высокотемпературного газа. Раскрой металла ионизированным газом применяется в промышленности и для решения частных задач. В этом случае используется плазмотрон для ручной воздушно-плазменной резки.
Оглавление
Плазмотрон — что это
Устройство, в котором образуется плазма, называется плазмотроном. Или, другими словами, — плазмогенератор. Плазма — среда, состоящая из отрицательных и положительных радикалов, ионизированный газ. Имеет квазинейтральные свойства. То есть, в малом объёме, по сравнению с общей субстанцией, обладает нулевым зарядом.
Конструкция
Существуют два основных вида устройства плазмотрона:
- прямого действия;
- косвенного действия.
В первом виде, деталь является частью электрической сети. Катод — это головка плазмотрона, анод — заготовка. Между ними возникает электродуга и протекает плазменный разряд.
Во втором виде, дуга горит внутри плазмотрона. Обработка детали осуществляется только плазменной струёй.
Общее устройство:
- стержневой вольфрамовый (графитовый) катод;
- дуговая камера с вихреобразователем для создания плазмы;
- сопло, — разгоняет поток ионизированного газа, формирует его толщину;
- элементы подвода газа, охладителя (вода);
- электрокабель.
Рабочим телом выступает воздух или различные газы. Пароводяной плазмотрон для охлаждения использует воду, которая, после регенерации, превращается в пар и направляется в вихревую камеру.
Принцип работы плазмотрона:
- Газ (воздух) под высоким давлением, проходя вихреобразователь, попадает в дуговую камеру.
- Между электродом и соплом зажигается первичная (дежурная) дуга. Она необходима для создания основной, рабочего электроразряда. Дежурная дуга не касается стенок сопла из-за вихревого потока газов.
- За счёт выделенного тепла и высокой температуры образуется ионизированный газ (плазма).
- Скорость потоку придаёт сопло.
Электродуга разогревает металл, плавит его. Удаление расплава осуществляется высокоскоростным потоком ионизированного газа, или смеси водорода и кислорода, если используется пароводяной плазмотрон.
Резка металла осуществляется различными типами плазмотронов:
- воздушно-плазменный;
- газоплазменный;
- индукционный (высокочастотный);
- комбинированные;
- пароводяной плазмотрон.
Воздушно-плазменный резак
Рабочая среда — подготовленный атмосферный воздух. Используется для резки чёрных металлов. Отличается наиболее простой конструкцией среди аналогов.
Плазмотрон для ручной воздушно-плазменной резки входит в состав агрегатов, работающих от сети 220V или 380V. Оснащается упором для обеспечения оптимального расстояния между резаком и поверхностью заготовки. Сделано это для того, чтобы не уставала рука оператора. В противном случае, линия реза получается неровной со значительной шероховатостью
Газоплазменный резак
Рабочее тело для образования плазмы — различные газы:
- азот;
- водород;
- аргон;
- кислород.
Пароводяной плазмотрон работает на воде (водяном паре).
Индукционный резак
Разновидность высокочастотного устройства. Используется принцип индуктивно-связанной плазмы. Для получения такого разряда используется переменное магнитное поле, создаваемое индукционной катушкой. Частота колебаний находится в диапазоне 1-100МГц.
Для прохождения высокочастотной мощности, головка плазмотрона выполняется из диэлектрика. Например, используется кварцевый материал (стекло) или керамика. Это позволяет в качестве рабочего тела применять не только воздух, но и кислород, азот, аргон, водяной пар.
Индуктивно-связанная плазма характеризуется:
- высокой плотностью электронов;
- температурой ~ 6000K, — любое вещество переходит в атомарное состояние.
Высокая концентрация электронов и положительных ионов даёт преимущество при поверхностной обработке металлов, например, травлении. Индуктивная катушка находится вне активной зоны горения. Такое разделение позволило использовать для охлаждения воздух.
Индукционный плазмотрон — специфическое оборудование, применяемое для решения узких задач. С его помощью получают чистые порошковые металлы.
Комбинированные аппараты
Представляют собой симбиоз электрической дуги и токов высокой частоты. Магнитное поле используется для сжатия электрического разряда.
По стабилизации электродуги плазмотроны подразделяются на типы:
- газовые;
- водяные;
- магнитные.
Функция стабилизации влияет на сжатие электродуги, направление вдоль оси электрода и в отверстии сопла.
Газовые устройства
Одна из самых простых и распространённых схем. Принцип основан на сжатии столба дуги плазмообразующим газом. Кроме этого, реализуется охлаждение стенок. Головка плазмотрона работает в щадящих условиях.
Водяные устройства
Пароводяной плазмотрон использует в качестве рабочего тела паровой газ. Водяная система, с учётом регенерации пара, позволила добиться высокой степени сжатия столба электродуги. Температура достигла 50000°C. В конструкции применён графитовый электрод, подающийся в зону горения автоматически. Ускоренному сгоранию углерода способствует наличие высокотемпературного водяного пара.
Несмотря на усложнение конструкции, паровой плазменный резак, является одним из самых востребованных устройств.
Водоохлаждаемая головка резака — вторая конструкция (после воздушной), применяемая умельцами при конструировании своими руками модели плазменного резака.
Магнитные резаки
Магнитная система менее эффективна, по сравнению с предыдущими. Но, преимущество — это регулировка сжатия электродуги без потери рабочего тела (газа).
Наряду с обычными сварочными аппаратами и газокислородной резкой, несмотря на существенную цену, всё большее количество умельцев осваивает сборку плазмотрона. Мы будем признательны, если вы поделитесь своим опытом, расскажете о своих самоделках. Для этого на сайте есть блок для комментариев.
