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.

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

ПлазмотронСуществуют 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:

Принцип работы плазмотрона

  1. Газ (воздух) под высоким давлением, проходя вихреобразователь, попадает в дуговую камеру.
  2.  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.
  3. За счёт выделенного тепла и высокой температуры образуется ионизированный газ (плазма).
  4. 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

Газоплазменный резакРабочее 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.

Плазменный резак своими рукамиИндуктивно-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.

Схема пароводяного плазмотрона
Схема пароводяного плазмотрона

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.

Поиск записей с помощью фильтра:
Вид обработки
Вид проката
Вид материала
Закрыть