Плазменно - дуговая резка металлов

Раздел: 

Плазменно-дуговая резка металлов

Резка плазменной дугой основана на способности сжатой дуги глубоко проникать в металл, проплавляя его по линии реза дуговым разрядом. Под действием высокой температуры сжатой дуги газ 2, проходя через дуговой разряд, сильно ионизирует, образуется струя плазмы, которая удаляет расплавленный металл из места реза. Дуга 1 возбуждается между разрезаемым металлом 4 и неплавящимся вольфрамовым электродом 5, расположенным внутри головки резака 6. Дуговую газоразрядную плазму 3 называют низкотемпературной (ее температура 5000— 20 000°С).

Применяемые при плазменно-дуговой резке плазмообразующие газы должны обеспечивать получение плазмы и необходимую защиту вольфрамового электрода от окисления. В качестве таких газов применяют аргон, азот и смеси аргона с азотом, водородом и воздухом. В качестве электродов используют лантанированный вольфрам ВЛ-15. Вольфрамовый электрод располагают с соплом плазмотрона. Струя плазмы имеет большую скорость истечений и форму вытянутого конуса, сечение которого на выходе соответствует сечению сопла. Плазменно-дуговую резку применяют при резке металлов, которые невозможно или трудно резать другими способами, например, при резке коррозионно-стойких легированных сталей, алюминия, магния, титана, чугуна и меди. При резке плазменной струей разрезаемый металл не включается в электрическую цепь дуги. Дуга горит между концом вольфрамового электрода и внутренней стенкой охлаждаемого водой наконечника плазмотрона. Сущность резки плазменной дугой заключается в выплавлении металла струей плазмы и выдувании расплавленного металла из зоны реза.


Схема процесса плазменной резки: а — плазменной дугой, б — плазменной струей

На рисунке схематически представлен процесс резки плазменной струей. Питание осуществляется от источника постоянного тока 3. Минус подводится к вольфрамовому электроду 4, а плюс — к медному соплу 2, которое охлаждается водой. Дуга 6 горит между электродом и соплом и выдувается газовой смесью из внутренней полости мундштука 5 с образованием струи плазмы которая проплавляет разрезаемый металл 7. В качестве плазмообразующего газа используют в основном аргон и смесь аргона с азотом. Плазменную струю применяют при резке тонкого металла. Скорость резки плазменной струей зависит от свойств разрезаемого металла и от параметров режима резки (сила тока, напряжение, расход газа). Плазменной струей режут как ручным, так и механизированным способом. Для плазменно-дуговой резки применяют специальное оборудование, которое питается электрической энергией. Основным элементом при плазменной резке является устройство для управления рабочим циклом резки — подачей и перекрытием газов, зажиганием вспомогательной дуги.

Для ручной плазменной резки применяют плазмотрон РДМ-2-66. Плазмотрон состоит из головки 4, мундштука с формирующим соплом 3 и рукоятки 5. Головка резака имеет водоохлаждаемый корпус, вода к которому подводится и отводится через рукава 8. Мундштук изолируют от токоведущего корпуса резиновой прокладкой. Клапанно-вентильный блок, смонтированный на рукоятке, состоит из вентиля для подачи аргона 10 со штуцером 9, рычажного клапана 6, позволяющего осуществлять резку в смеси аргона с водородом или азотом и штуцера 7. Резак имеет опорный ролик 2 и щиток 1. В кабельно-шланговый пакет входят два газовых рукава — для аргона и водорода или азота и два рукава водяного охлаждения. В одном из рукавов охлаждения проходит кабель рабочего тока сечением 10 мм2, который соединяется с минусом источника питания.

Плазмотрон РДМ-2-66 предназначен для ручной разделительной резки алюминия и его сплавов толщиной до 25 мм и нержавеющих сталей толщиной до 20 мм.



Плазмотрон РДМ-2-66

Институт ВНИИавтогенмаш на базе ручного плазмотрона РДМ-2-66 создал ручной плазмотрон РДП-1 с водяным охлаждением и плазмотрон РДП-2 с воздушным охлаждением.

Плазмотрон РДП представлен на рисунке. Он состоит из головки с формирующим соплом, рукоятки с опорным роликом и щитком и узла управления, который крепится на входной газовой коммуникации. По оси головки расположено цанговое зажимное устройство, в котором крепят вольфрамовый электрод. В хвостовой части рукоятки укреплена кнопка для дистанционного включения и выключения источника тока и расположен вентиль для подачи рабочего газа.


Резак РДП из комплекта универсальной аппаратуры КДП

Источником питания служат сварочные выпрямители типа ВКС-500. Универсальный комплект аппаратуры КДП-1 с плазмотроном РДП-1 рассчитан на наибольший рабочий ток 400 А и предназначен для резки алюминия и его сплавов толщиной до 80 мм, нержавеющих сталей толщиной до 60 мм и меди толщиной до 40 мм. В качестве газов используют аргон и смеси аргона с азотом или водородом.

Комплект универсальной аппаратуры КПД-2 с плазмотроном РДП-2 рассчитан на наибольший рабочий ток 200 А и предназначен для резки алюминия и его сплавов толщиной до 50 мм, нержавеющих сталей толщиной до 40 мм и меди толщиной до 25 мм. Резаком РДП-2 можно работать на монтажных и строительных площадках на открытом воздухе при любых температурах.


Схема внешних соединений комплекта КДП-1

Схема установки КДП-1 для плазменно-дуговой резки представлена на рисунке. Она состоит из баллонов ), источника тока 2, охлаждающей воды 3, коллектора 4, кабельного пакета 5 и резака 6. Установка КПД работает по следующему принципу: устанавливают рабочее давление на баллонах с газами, открывают вентиль подачи воды для охлаждения резака и включают рубильник источника питания. Открывают вентили газов на плазмотроне и нажатием кнопки на рукоятке замыкают электрическую цепь с электродом. Затем в сопло резака, из которого вытекает струя аргона, вводят стержень зажигалки и замыкают зазор между электродом и наконечником. В момент удаления стержня возникает вспомогательная дуга между электродом, и наконечником сопла и из сопла выдувается струя дуговой плазмы. Острие плазменного факела подводят к началу реза, в момент соприкосновения с металлом 7 возбуждается режущая дуга. Одновременно нажатием рычага клапана на плазмотроне открывают подачу рабочего газа и перекрывают канал вспомогательного газа. Для прекращения резки необходимо отвести головку плазмотрона от поверхности разрезаемого металла. Источником питания во всех установках КДП служат два выпрямителя ВДГ-501, которые включают последовательно, что обеспечивает напряжение холостого хода 180 В.

Для полуавтоматической плазменно-дуговой резки применяют полуавтоматы типа ПРП. Установка состоит из плазмотрона ПРП-1, выпрямителя ВДГ-500 и тележки. Плазмотрон полуавтомата состоит из цилиндрического корпуса с цанговым креплением вольфрамового электрода. Внутреннее сопло изолируют от катодной системы и включают в цепь вспомогательной дуги. Параллельно этой цепи включена разрядная цепь высокочастотного осциллятора. Это позволяет нажатием пусковой кнопки не только подать напряжение, но и возбудить дугу между катодом и внутренним соплом. Одновременно с возбуждением вспомогательной дуги включают двигатель передвижной тележки и вспомогательную дугу подводят к кромке разрезаемого металла, в момент соприкосновения с металлом возникает основная дуга. Резку прекращают нажатием кнопки.

Для плазменно-дуговой резки цветных металлов и сплавов, а также нержавеющих сталей применяют установку УРПД-67. Установка работает на аргонно-водородной или азотно-водородной смесях. В качестве источников питания применяют два сварочных преобразователя ПСО-500, которые включают последовательно. Плазмотрон для ручной резки снабжается тележкой.

ГОСТ 12221—79 устанавливает для плазменно-дуговой резки четыре типа аппаратуры: Плр — для ручной резки, Плрм — для ручной или машинной резки, Плм — для машинной резки, Плмт — для машинной точной резки. Для машинной резки применяются аппараты типов Плм-10/100, Плм-60/300, Плм-160/630, Плмт-50/300.

Аппараты типа Плм-10/100 называют аппаратами для микроплазменной резки. Для этого типа резки нашел применение также аппарат АВПР-3, разработанный институтом электросварки им. Е. О. Патона. Аппарат АВПР-3 состоит из блока питания и микроплазменной горелки ВПРМ-1. Горелка может устанавливаться на машинах АСШ, СГУ, сварочном тракторе или переносной тележке.

К аппаратам типа Плм-60/300 относится установка воздушно-плазменной резки УВПР «Киев». Она состоит из блока питания, шкафа управления и режущего плазмотрона марки ВПР-9 с втулочным циркониевым катодом. Плазмотрон имеет вихревую систему стабилизации дуги. В качестве плазмообразующего газа используют сжатый воздух. Плазмотрон ВПР-9 можно устанавливать на портально-консольных и портальных резательных машинах.
Мощность режущей дуги в аппаратах типа Плм-160/630 достигает 180 кВт. Они состоят из источника питания, шкафа управления и режущего плазмотрона. К аппаратам этого типа относятся установки ЭДР-2, УПР-601 и ОПР-6-2М. В качестве плазмообразующих газов используют аргон и азотно-водородную смесь. Режущие плазмотроны устанавливают на крупных режущих машинах или на тяжелых самоходных тележках типа ППЛ-1, скорость перемещения которых можно регулировать в пределах 50—10 000 мм/мин.

Аппараты типа Плмт-50/300 обеспечивают вырезку деталей по первому классу точности. Они рассчитаны для работ с жестко стабилизированной дугой при повышенных напряжениях. Режущий плазмотрон СА-142 работает на смеси аргона, водорода и азота.