Принцип работы плазмотрона для резки металла

Устройство, в котором образуется плазма, называется плазмотроном. Или, другими словами — плазмогенератор. Его устройство, виды и приницип работы — далее

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

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:

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

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.

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.

Republished by Blog Post Promoter