СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Плазменно-дуговая резка

Получение плазменной дуги Если в электри­ческую дугу н травить поток какого-либо газа, пропуская его через небольшое отверстие плазмообразующего сопла.(рис. 96), то столб дуги будет сжат, причем образовавшаяся плаз­ма представляет собой сильно концентриро­ванный источник тепла с высокой температурой, достигающей 20.000—30 000°С. Газ, сжимаю­щий столб дуги, называют пл^змг образующим. В качестве плазмообразующих газов приме­няют либо одно атомные газы (например, ар­гон), либо двухатомные (водород, азот). При­меняют также смеси двух или нескольких газов и воздух.

Двухатомные плазмообразующие газы соз­дают плазме^чую дугу с бблыиим выделением тепла на аноде, чем одноатомные. Это объясня­ется тем, что двухатомные газы передают изделию больше тепла из столба дуги в резуль­тате образования молекул газа с выделением дополнительного тепла. Поэтому двухатомные газы обеспечивают дугу с большей длиной, но с более низкой температурой, чем одно­атомные газы (аргон, гелий и др.).

Распределение температур плазменной дуги с одноатомным газом (аргоном) при токе 400 А и расходе газа 0,6 м[12]/ч показано на рис. 97.'

Сжатая дуга может быть аналогична сва­рочной дуге прямого и косвенного действия. В первом случае одним из электродов служит обрабатываемый металл (рис. 96, б), во вто­ром —дуга возбуждается между независимыми от него электродами (рис. 96, а). Соответственно принято назы зать сжатую дугу, полученную по первой схеме, — плазменной дугой, а по второй схеме — плазменной струей.

Для разделительной резки металлов более целесообразно применять плазменную дугу, так как установлено, что она имеет более высо­ким «с. п. д., а плазменная горелка менее подвер­жена износу.

Плазменно-дуговая резка нашла широкое применение при обработке тех металлов и сплавов, которые не поддаются кислородной резке: высоколегированные стали, алюминий, титан и их сплавы, медь и др.

Плазменно-дуговая резка заключается в проплавлении металла на узком участке по линии реза и удалении расплавленного металла струей плазмы, образующейся в дуге. Плаз­менная дуга применяется гла іньїм образом для разделительной резки.

Оборудование для плазменной дуговой резки.

В комплект оборудования для плазменно - дугоьой резки входит резак (плазмотрон), пульт управления процессом, источник питания дуги электрическим током, баллоны с плазмообра - зуюіцими газами и механизм для перемещения плазмотрона вдоль линии реза.

Резак состоит из двух узлов: электродного и соплового. Различают плазмотроны с осе­вой и вихревой подачей плазмообра - зуюіцего газа для сжатия дуги. Соевая подача плазмообразующего газа применяется в широ­ких с;оплах. При вихревой подаче плазмообра - зуюіций газ вводят в зону кате да и столба по каналам, расположенным по касательной к станкам дуговой камеры плрчмотрона. При этом в камере создается вихревой поток газа со спиралеобразным движением. Вихревая пода­ча шизмообразующего газа обеспечивает пере­мешивание газа в столбе дуги и равномерность газовой оболочки вокруг столба.

При осевой подаче конец электрода (вольф­рамовый стержень диаметром от 2 до 6 мм и длиной до 100—150 мм) имеет форму заост­ренного стержня с углом 20—30°, а при вихре­вой на конце электрода имеются смени іе гильзовые катоды.

Для охлаждения плазмотронов применяют воду, а в плазмотронах небольшой мощности — сжатцй воздух.

Вольфрамовый (или с примесью окислов лантана, иттрия, тория) электрод применяется для йаботы в инертных газах; при резке в окис-
лигельных газах электрод в зоне катода необ­ходимо защищать неактивным газом.

Значительное применение чаходят режущие плазмотроны с пленочными катодами. Способностью образовывать пленку на катоде обладают цирконий и гафний. При высоких температурах окиснонитридна> пленка, обла­дающая электропроводностью, легко образу­ется на поверхности катода. Такой катод мо­жет - продолжительное время работать в окис­лительной среде, например в сжатом воз­духе.

Интенсивность износа катодных вставок и электродов зависит от силы рабочего тока. Чем больше сила тока, тем быстрее изнашива­ется вставка. Для машинных плазмотронов с циркониевыми катодными вставками и про­точной системой водяного охлаждения макси­мальная сила рабочего тока равна 250—300 А. При этом продолжительность работы катода обычно не преиышает 4—6 ч.

Большое значение в плазмотронах имеет конструкция сопла. Чем меньше диаметр сопла и больше его длина, тем выше концентрация энергии, напряжение дуги и больше скорость потока плазмы; дуга становится жесткой, ее режущая способность увеличивается. Однако диаметр и длина сопла обусловливаются силой рабочего тока и расходом газа. Если диаметр сопла очень мал или длина его очень велика, может возникнуть так называемая двойная дуга (рис. 98), при которой режущая дуга распа­дается на две части: одна между катодом и внутренней частью сопла, а другая — между наружной поверхностью сопла и разрезаемым изделием. Двойная дуга может гореть одно­временно с режущей, но она существует непро­должительное время и затем пропадает. Двой­ная дуга действует вне зоны защитного газа и от этого металл кромок загрязняется и под - плавляется; двойная дуга может вывести из строя сопло формирующего наконечника. Чаще всею двойная дуга возникает в момент возбуж­дения режущей дуги. Режущая дуга возбужда­ется с помощью осциллятора или конденсатор­ными устройствами. Для предотвращения двойной дуги при зажигании режущей необхо­димо плавно увеличивать рабочий ток. Это достигается магнитным, тиристорным и дру­гими устройствами.

Для плазменно-дуговой резки применяют источники питания дуги постоянного тока с крутопадающими вольт-амперными харак­теристиками. При резке больших толщин (больше 80 мм) применяют только специаль­ные источники питтния с повышенным напря­жением холостого хода, например, типа ИПГ-500 и др. (табл. 24).

Согласно ГОСТ 14935—69’ выпрямители для плазменно-дуговой резки должны иметь напряжение холостого хода 180—500 В и ток 130—1000 А.

Для плазменно-дуговой резки можно исполь­зовать также и стандартные источники питания сварочной дуги (некоторые из них приведены в табл. 24). Так как напряжение плазмотронов, как правило, больше напряжения холостого хода этих источников, то надо два или три источника соединять последовательно.

Машины для плазменно-дуговой резки по принципу работы и конструкции механического устройства не отличаются от машин для кисло­родной резки. Аппаратура-для плазменно-дуго­вой резки должна соответствовать ГОСТ 12221—71: Плр—для ручной резки; Плрм— для ручной и машинной резки; Плм — для машинной резки; Плмт — для машинной точ­ной резки.

Ручная резка стали толщиной до 20 мм при рабочем токе до 250 А производится. аппа - ратоМ Плр-20/250.

Аппарат Плр-50/250 предназначен для резки сталії толщиной до 50 мм при рабочем токе до 250 А. Средой является сжатый воздух, азот, аргон, водород, смеси газов. Аппарат имеет воздушное охлаждение, его удобно ис­пользовать в цехе и при монтаже.

Резка стали толщиной 60—80 мм может выполнятся аппаратом типа Плрм мощностью до 50 кВт; сила тока — 400 А, напряжение источника питания —180 В. Повышенные нап­ряжение и ток обеспечивают лучшее качество реза и более высокую скорость резки. При защите вольфрамового катода в качестве рабо­чей бреди можно применять кислород.

Основные технические данные некоторых аппаратов и машин приведены в табл. 25 и 26;

Максимальные допускаемые тслщины ме­талла, разрезаемого плазменной дугой, даиы в табл. 29.

Плазменно-дуговую резку целесообразно применять главным образом на машинах, так как высокие скорости резки сильно затрудняют управление процессом Например, сталь тол­щиной 1,5 мм аппаратом мощность ю 50 кВт режется со скоростью 20 М/мин, а сталь толщи­ной 10 мм — со скоростью 3—4 м/мин. С уве­личением электрической мощности плазмы ско- р‘>. 11, рг'іки еще больше возрастает. Современ­ен |>«' .ануцл ШМИПІЩІЧІ ‘Г|іиіні№4 »• !1чи ІИІ ІОННІо МС'ІШІЛа

аппаратом Плм-60/300

ные плазмотроны имеют электрическую мощ­ность 150 кВт и более; толщина разрезаемых листов достигает 100 мм.

Экономически целесообразна плазменно­дуговая резка стали толщиной до 50 мм. Техни­ческие трудности ограничивают толщину выре­заемых заготовок с одновременным сн ггием кромок под сварку до 30 мм.

29. Допускаемые максимальные толщины, мм, металлов, разрезаемых плазменной дугой