Режимы плазменной резки металла

ПЛАЗМЕННАЯ РЕЗКА:

СУЩНОСТЬ СПОСОБА

Плазма — ионизированный газ, содержащий электрически заряженные частицы и способный проводить ток. Ионизация газа происходит при его нагреве. Степень ионизации тем выше, чем выше температура газа. В центральной части сварочной дуги газ нагрет до температур 5000 . 30 000 °С, имеет высокую электропроводность, ярко светится и представляет собой типичную плазму. Плазменную струю, используемую для сварки и резки, получают в специальных плазмотронах, в которых нагревание газа и его ионизация осуществляются дуговым разрядом в специальных камерах.

Процесс плазменной резки основан на использовании воздушно-плазменной дуги постоянного тока прямого действия (электрод-катод, разрезаемый металл — анод). Сущность процесса заключается в местном расплавлении и выдувании расплавленного металла с образованием полости реза при перемещении плазменного резака относительно разрезаемого металла.

Для возбуждения рабочей дуги (электрод — разрезаемый металл), с помощью осциллятора зажигается вспомогательная дуга между электродом и соплом — так называемая дежурная дуга, которая выдувается из сопла пусковым воздухом в виде факела длиной 20-40 мм. Ток дежурной дуги 25 или 40-60 А, в зависимости от источника плазменной дуги. При касании факела дежурной дуги металла возникает режущая дуга — рабочая, и включается повышенный расход воздуха; дежурная дуга при этом автоматически отключается.

Применение способа воздушно-плазменной резки, при котором в качестве плазмообразующего газа используется сжатый воздух, открывает широкие возможности при раскрое низкоуглеродистых и легированных сталей, а также цветных металлов и их сплавов.

Преимущества воздушно-плазменной резки по сравнению с механизированной кислородной и плазменной резкой в инертных газах следующие:
— простота процесса резки; применение недорогого плазмообразующего газа — воздуха;
— высокая чистота реза (при обработке углеродистых и низколегированных сталей);
— пониженная степень деформации;
— более устойчивый процесс, чем резка в водородосодержащих смесях.

Рис. 1
Конструкция плазмотронов с аксиальной (а) (прямого действия) и тангенциальной (б) (косвенного действия) подачей газа

Вдуваемый в камеру газ (рис. 1), сжимая столб дуги в канале сопла плазмотрона и охлаждая его поверхностные слои, повышает температуру столба. В результате струя проходящего газа, нагреваясь до высоких температур, ионизируется и приобретает свойства плазмы. Увеличение при нагреве объема газа в 50 . 100 и более раз приводит к истечению плазмы с высокими околозвуковыми скоростями. Плазменная струя легко расплавляет любой металл.

На практике находят применение два основных способа включения плазменных горелок (см. рис. 1). В первом — дуговой разряд существует между стержневым катодом, размещенным внутри горелки по ее оси и нагреваемым изделием (плазменная струя прямого действия). Такие плазмотроны имеют кпд выше, так как мощность, затрачиваемая на нагрев металла, складывается из мощности, выделяющейся в анодной области, и мощности, передаваемой аноду струей плазмы.

Во втором — дуга горит между катодом и соплом, которое подключается к положительному полюсу источника питания (плазменная струя косвенного действия). Струей газа, истекающей из сопла, часть плазмы столба дуги сжимается и выносится за пределы плазмотрона. Тепловая энергия этой плазмы, складывающаяся из кинетической и потенциальной энергий ее частиц, используется для нагрева и плавления обрабатываемых изделий. В большинстве случаев общая и удельная тепловые энергии невелики, поэтому такие плазмотроны используют для сварки тонких изделий в микроплазменных установках для пайки и обработки неметаллов, так как изделие не обязательно должно быть электропроводным.

Для надежной стабилизации дуги и оттеснения ее от стенок сопла применяют осевую или тангенциальную подачу газа (см. рис. 1). Для устранения турбулентностей в осесимметричных потоках их формируют с помощью специальных конструкций сопл и вкладышей.

Рис. 2
Схема микроплазменной горелки для сварки плазменной дугой:
1 — рабочий газ;
2 — фокусирующий газ

В дуговых процессах с неплавящимся электродом изменение силы тока при изменении напряжения дуги приводит к неравномерности глубины проплавления металла и нарушению стабильности процесса. Поэтому при плазменно-дуговой сварке оптимальными внешними характеристиками источника питания являются крутопадающие или даже вертикальные характеристики, позволяющие значительно изменять напряжение при постоянстве силы тока. Источники питания с вертикальными характеристиками появились сравнительно недавно, применительно к плазменно-дуговым процессам.

Существует специальное оборудование для ручной и механизированной плазменно-дуговой сварки, наплавки и резки. Оно отличается от ранее описанных сварочных устройств конструкцией горелки-плазмотрона. Существует множество горелок, отличающихся конструкцией катода (стержневой, полый, дисковый), способом охлаждения (водой, воздухом), способом стабилизации дуги (газом, водой, магнитным полем), родом тока, составом плазмообразующей среды и т.д.

С увеличением скорости истечения плазменной струи нарушается ламинарность потока. Кроме того в засопловом участке степень обжатия столба дуги уменьшается. В связи с этим в последние годы получают все большее распространение горелки с вторичным фокусирующим и защитным потоком газа (рис. 2). Газ подается под углом к оси горелки и как бы омывает столб дуги, интенсивно охлаждая его, благодаря чему при удалении от сопла несколько уменьшается диаметр столба дуги. При этом высокая концентрация плазменного потока достигается при сравнительно малой скорости истечения. Такие горелки, называемые иглоплазменными или микроплазменными, позволяют получить остроконечную плазменную дугу в области малых токов (0,5 . 30 А).

Дуговая плазменная струя — интенсивный источник теплоты с широким диапазоном технологических свойств. Ее можно использовать для нагрева, сварки или резки как электропроводных металлов, так и неэлектропроводных материалов, таких как стекло, керамика и др.

Тепловая эффективность дуговой плазменной струи зависит от силы сварочного тока и напряжения, состава, расхода и скорости истечения плазмообразующего газа, расстояния от сопла до поверхности изделия, скорости перемещения горелки (скорости сварки или резки) и т.д. Геометрическая форма струи может быть также различной (квадратной, круглой и т.д.) и определяться формой выходного отверстия сопла.

ТЕХНИКА СВАРКИ

Питание дуги, как правило, осуществляется переменным или постоянным током прямой полярности (минус на электроде). Возбуждают дугу с помощью осциллятора. Для облегчения возбуждения дуги прямого действия используют дежурную дугу, горящую между электродом и соплом горелки. Для питания плазмообразующей дуги используются источники сварочного тока с рабочим напряжением до 120 В, а в которых случаях и более высоким; для питания плазмотрона, используемого для резки, оптимально напряжение холостого хода источника питания до 300 В.

Плазменной струей можно сваривать практически все металлы в нижнем и вертикальном положениях. В качестве плазмообразующих газов используют аргон, азот, смесь аргона с азотом и водородом, углекислый газ и воздух (в основном для резки). В качестве электрода применяют вольфрамовые стержни или специальные медные со вставками из гафния или циркония.

К преимуществам плазменной сварки относятся высокая производительность, малая чувствительность к колебаниям длины дуги, устранение включений вольфрама в металле шва. Без скоса кромок можно сваривать металл толщиной до 15 мм с образованием провара специфической формы. Это объясняется образованием сквозного отверстия в основном металле, через которое плазменная струя выходит на обратную сторону изделия. Расплавляемый в передней части сварочной ванны металл давлением плазмы перемещается вдоль стенок сварочной ванны в ее хвостовую часть, где кристаллизуется, образуя шов. По существу, процесс представляет собой прорезание изделия с заваркой места резки.

Плазменной струей можно сваривать стыковые и угловые швы. Стыковые соединения на металле толщиной до 2 мм можно сваривать с отбортовкой кромок, при толщине свыше 10 мм рекомендуется делать скос кромок. В случае необходимости используют дополнительный металл. Для сварки металла толщиной до 1 мм успешно используют микроплазменную сварку струей косвенного действия, в которой сила сварочного тока равна 0,1 . 10 А.

Резка плазменной струей основана на расплавлении металла в месте реза и его выдувании потоком плазмы. Плазменную струю используют для резки металла толщиной от долей до десятков миллиметров. Для резки металла малой толщины используют плазменную струю косвенного действия. При повышенной толщине металла лучшие результаты достигаются при плазменной струе прямого действия. При резке даже углеродистых сталей во многих случаях она более экономична, чем газокислородная, ввиду высокой скорости и лучшего качества реза.

В зависимости от металла в качестве плазмообразующих газов можно использовать азот, водород, аргоно-водородные, аргоно-азотные, азото-водородные смеси. Использование для резки смесей газов, содержащих двухатомные газы, энергетически более эффективно. Диссоциируя, двухатомный газ поглощает много теплоты, которая выделяется на холодной поверхности реза при объединении свободных атомов в молекулу. В последнее время, когда появилась возможность использовать водоохлаждаемые циркониевые и гафниевые электроды, в качестве режущего газа стали использовать и воздух. Сварку и резку можно выполнять вручную и автоматически.

Скорость воздушно-плазменной резки в зависимости от толщины металла.

Максимальная скорость резки (м/мин) металла в зависимости от его толщины, мм

Технология и выбор параметров режима плазменной резки

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

Материалы

Рабочие плазмообразующие среды должны обеспечивать:

эффективное формирование режущей дуги
получение высококачественных кромок реза
эффективную передачу разрезаемому металлу тепловой энергии, заимствованной в столбе дуги
длительную работу формирующих элементов плазмотрона
получение дополнительной энергии для резки за счет экзотермических реакций
экономичность и безопасность работы.

Рабочие среды наиболее широко используются в виде технических газов: азота, аргона, водорода, кислорода, сжатого воздуха и др.

Рабочую среду выбирают с учетом ее свойств (табл. 27.3) и свойств обрабатываемого материала. Инертные газы обеспечивают получение наиболее чистых поверхностей реза, что особенно важно для резки цветных металлов. Двухатомные газы улучшают передачу энергии дуги разрезаемому металлу за счет механизма диссоциации — рекомбинации. Кислородсодержащие среды повышают энергетическую эффективность резки металлов, экзотермически реагирующих с кислородом, что обеспечивает для них наиболее высокую производительность резки.

Наибольшее применение в РФ получила резка на основе использования плазмы кислородсодержащего сжатого воздуха (воздушно-плазменная резка). Области рационального использования сред указаны в табл. 27.4.

Перспективно использование интенсифицирующих плазмообразующих сред. При воздушно-плазменной резке обогащение воздуха кислородом обеспечивает повышение производительности резки сталей без увеличения затрат энергии и способствует улучшению качества металла на кромках. Подача воды в плазменную дугу также улучшает качество заготовок из сталей и способствует повышению скорости резки. Если к плазмообразующему воздуху добавлять углеводороды, заметно возрастает скорость резки меди и ее сплавов и существенно улучшается качество заготовок.

Выбор параметров режима

Технологический процесс плазменной резки включает в себя следующие операции: врезание (с кромки листа или, при необходимости, с пробивки исходного отверстия), резку прямолинейных и криволинейных участков заданного контура и завершение реза. Основной операцией является прямолинейная резка заготовок с вертикальными кромками.

В составе назначаемых режимов и условий резки указывают рабочую плазмообразующую среду, рабочий ток, диаметр и длину сопла, расход рабочей среды, расстояние от рабочего торца плазмотрона до поверхности металла, а также рабочее напряжение дуги и скорость резки.

Ток I, напряжение U, тепловой к. п. д. η дуги, удельный вес γ, толщина δ, энтальпия плавления S разрезаемого металла, ширина реза b определяют скорость резки:

W = 0,24IUη/γbδS. (27.2)

При резке стали δ=1 см, γ = 7,8 г/см 3 , S= 13,06 кДж/г током I=300 А при U = 180 В с η = 0,3 и b=0,4 см W=4 см/с, или 2,4 м/мин. При резке в окислительных средах реакция окисления повышает скорость. При заданном режиме скорость резки можно регулировать (рис. 27.2).

Максимально возможная скорость резки на прямолинейных участках ограничивается уровнем, выше которого не достигается сквозное прорезание металла (рис. 27.2, а). При скорости ниже этого уровня металл прорезается полностью (рис.27.2, б), но качество резки характеризуется большой неперпендикулярностью кромок, шероховатостью поверхностей, большой глубиной литого участка зоны термического влияния и т. д.

С ограничением скорости резки (рис. 27.2, в, г) качество заготовок повышается, хотя затраты энергии и материалов возрастают, производительность резки снижается. При скоростях резки ниже максимальных в 1,5—2,5 раза (рис. 27.2, д) кромки реза становятся параллельными между собой и перпендикулярными к поверхности листа, шероховатость становится минимальной и вырезаемая заготовка по большей части может быть использована без дополнительной механической обработки. При дальнейшем снижении скорости резки (рис. 27.2, е) процесс и качество заготовок теряют стабильность, что неприемлемо.

Ориентировочные режимы и условия резки (для машинной прямолинейной резки) приведены в табл. 27.5, 27.6. Скорость резки на криволинейных участках (с малыми радиусами кривизны) понижают на 30—50 % во избежание искажения формы кромок в результате отставания режущей струи (аналогично газопламенной кислородной резке). Аналогично снижают скорость резки при завершении реза с целью сквозного прорезания металла на концевом участке у нижних кромок.

Если резку начинают на поверхности листа, начальное отверстие в металле пробивают вне контура детали (на отходе). При механизированной резке пробивку производят в движении машины с приподниманием и последующим опусканием плазмотрона. Пробивка производится при скорости движения машины меньшей против заданной в 1,5—2 раза.

Врезание с кромки металла или начального отверстия при толщине металла 20—30 мм не требует специальных приемов и регулировки скорости. Контроль полноты прорезания можно вести наблюдая за отклонением от вертикали факела режущей струи на выходе из листа. Вначале врезания ось и передняя граница факела отклоняются в сторону, противоположную резке, но при правильно установленной скорости передняя граница факела вскоре занимает вертикальное положение или близкое к нему. Такое положение в процессе резки свидетельствует о рациональной скорости. При слишком малой скорости весь факел ориентируется по вертикали, а его передняя граница неустойчива и отклоняется в направлении движения резака.

Режимы плазменной резки

На возможности плазменной резки, напрямую воздействует правильно выбранный режим. Он определяет не только производительность выполняемых процессов, но и качество реза. Влияет на угол скоса кромок и образование грата.

Выбор правильного режима

Правильная организация подачи тока играет важную роль. Она предопределяется техническими характеристиками плазмотрона и используемым режимом резки. Неправильно выбранный режим резки может привезти к двойному дугообразованию (когда дуга горит с электрода на сопло, а с сопла на металл). Это разрушает сопло и электрод, также деформирует края вырезаемой заготовки. Чтобы правильно выбрать режим, следует знать некоторые показатели. В первую очередь, его выбор зависит от:

типа разрезаемого материала;
диаметра сопла;
толщины разрезаемого листа;
средней ширины реза;
силы тока;
напряжения;
скорости резки.

Для ориентирования в выборе режима можно воспользоваться данными из нижеприведенной таблицы. В ней представлены средние параметры, на примере воздушно-плазменной резки.

Тип разрезаемого металла	Толщина(мм)	Диаметр сопла(мм)	Сила тока А	Скорость резки(м/мин)	Средняя ширина реза(мм)
Сталь	1-10	0,9-1,1	40-60	2-0,2	1-1,3
	10-15	1,4	60-90	1,8-0,3	1,5-1,8
	15-20	2,7	90- 140	1,5-0,5	1,8-2,2
	20-25	1,9	100-150	1,2-0,15	2-2,5
Алюминий	1-15	1,4	60-90	1,5-0,5	1,5-2
	10-30	1,7	90-140	1,2-0,5	2-2,5
	20-40	1,9	100-150	0,5-0,1	2,5
Медь	10	3	300	3	3
	20			1,5	3,5
	30			0,7	4
	40			0,5	4,5
	50			0,3	5,5
	60	3,5	400	0,4	6,5

С учетом поставленных задач для плазменной резки, показатели могут быть изменены. После того, как необходимые параметры выставлены, следует проверить работу аппарата. Для этого надо сделать пробный надрез с завышенной силой тока. Так можно отрегулировать скорость раскроя и силу тока.

Эффективная резка различных металлов

При плазменной резке также следует обращать внимание на выбор газов, при помощи которых осуществляется обработка разных видов металла. Для резки алюминия и сплавов используется азот. А если ширина листа более 20 мм, то азотно-водородные смеси, свыше 100 мм аргоно-водородные. Для алюминия воздушно-плазменная резка применяется в качестве разделительной, для производства заготовок. Которые в дальнейшем подвергнутся механической обработке.

Резка меди может проводиться в: азоте, аргоно-водородной смеси и сжатом воздухе. Для обработки меди требуется мощная дуга, так как она обладает теплопроводностью. Что касаемо плазменной резки высоколегированных сталей, то для толщины 60 мм эффективно применять ручную в азоте и воздушно-плазменную. Свыше 60 мм – азотно-кислородные смеси. Нержавеющие стали обрабатываются: до 20 мм – в азоте, свыше – в азотно-водородной смеси. Возможно применение сжатого воздуха. Его используют и для резки углеродистых сталей.

Плазменная резка металлов: основные сведения

Довольно часто аппарат плазменной резки используется в домашнем хозяйстве как любой бытовой прибор.

Мы рекомендуем вам сразу узнать основные сведения плазменной резки металлов – это поможет сделать правильный подбор плазмореза.

При покупке следует учитывать необходимые технические и другие характеристики. Такой подход позволит избежать дальнейших ошибок в эксплуатации.

Основные сведения и параметры плазменной резки металлов

Обратите внимание, что в документации аппарата указывается толщина детали из чёрного металла, с которой может работать плазморез. Поэтому если вы собираетесь работать с цветным металлом, сразу рассчитайте необходимую мощность прибора. Сделать это несложно, если знать, что резка 1-миллиметровой стали или чёрного металла требует силы тока в 4 ампера, а цветных – 6 ампер.

Для определения нужной мощности плазмореза просто умножьте эти данные на цифру толщины заготовки. Но чтобы не прогадать с силой тока, купите аппарат с запасом мощности, потому что в документах указывается максимальная характеристика, а вам нужна номинальная.

Где применяется?

Если сравнивать с другими видами резаков по металлу, плазморез способен справиться с основной задачей при работе с любым теплопроводящим материалом. Благодаря этой особенности его можно применять на разных участках.

Плазморезы ручного типа широко применяются в быту, а также в частных производственных мастерских. Они компактны и лёгки. Правда, линия реза получается не идеально ровной. Избежать этого помогает спецприспособление, одеваемое на сопло. С таким упором вы можете вести резак ровнее, не думая о том, что надо соблюдать расстояние между деталью и соплом.

Имейте в виду, что ручные аппараты для резки металла различаются по маркировке:

если это CUT, то такой плазморез пригоден только для резки;
если TIG или ММА, то это приборы универсального типа, применяющие аргонодуговую и дуговую сварки. Но они ещё и варят.

В производстве применяются стационарные устройства с ЧПУ. На них изготавливают детали или обрабатывают заготовки по заданной программе.

Плазмообразующие среды

Следует отметить, что работа плазмореза построена на высокотемпературном плазменном потоке – до 30 тысяч градусов! Образуется такая плазмообразующая среда благодаря подаче на электродугу воздуха либо инертного газа.

Первый вариант экономически выгоден при обработке:

120-миллиметрового алюминия и сплавов;
80-миллиметровых медных деталей;
50-миллиметровой легированной и углеродной стали;
90-миллиметрового чугуна.

В зависимости от толщины заготовок по каждому виду металла применяются сжатый воздух, азот, аргон, кислород, а также различные комбинации смесей. Так, например, детали из нержавейки 20-миллиметровой толщины обрабатываются с помощью азота, а 20- и 50 мм – смеси из азота и водорода. Кроме этого можете использовать сжатый воздух.

Процесс плазменной резки

Понять сам процесс плазменной резки вам поможет определение плазмы как 4-го состояния вещества наряду с твёрдым, жидким и газообразным. При его образовании любой газ ионизируется и преобразуется в электропроводящее вещество.

Плазменная дуга образуется за счёт пропускания газа сквозь суженное сопло плазмотрона под значительным давлением. Подключение к данному потоку тока образует электродугу. При этом плазма мгновенно приходит в рабочее состояние за счёт достижения высокой температуры, достаточной для мгновенного старта.

Основные параметры плазменной резки

Среди всего прочего к основным параметрам плазменной резки относится факельный зазор. Как раз расстояния между соплом и поверхностью детали зависит, будет ли:

дуга плотной и устойчивой;
кромки перпендикулярными.

В эксплуатационной документации оптимальным диапазоном указывается 1,5-10 мм. Если вы будете постоянно соблюдать такой зазор, то сможете получить кромку без дефектов. Его уменьшение приведёт к преждевременному выгоранию электрода и дорогого сопла. Поэтому лучше выбирайте такую модель, которая имеет специальный контролирующий датчик он поможет нам поддерживать заданные параметры зазора.

Качество работы зависит от скорости, с которой вы будете перемещать резак. Идеально, когда при этом угол отставания между прорезанием верхней и нижней кромок составляет не более 5 градусов.
И напоследок, мы рекомендуем вам запомнить, что:

невысокая скорость приводит к дополнительному расходу плазмообразующего газа и появлению удаляемого шлака;
завышение скорости к волнообразной линии реза и появлению плохо отделяемого шлакового образования.

Технология плазменной резки

Сущность способа. Плазма — ионизированный газ, содержащий электрически заряженные частицы и способный проводить ток. Ионизация газа происходит при его нагреве. Степень ионизации тем выше, чем выше температура газа. В центральной части сварочной дуги газ нагрет до температур 5000 . 30 000 °С, имеет высокую электропроводность, ярко светится и представляет собой типичную плазму. Плазменную струю, используемую для сварки и резки, получают в специальных плазмотронах, в которых нагревание газа и его ионизация осуществляются дуговым разрядом в специальных камерах.

Процесс плазменной резки металла основан на использовании воздушно-плазменной дуги постоянного тока прямого действия (электрод-катод, разрезаемый металл — анод). Сущность процесса заключается в местном расплавлении и выдувании расплавленного металла с образованием полости реза при перемещении плазменного резака относительно разрезаемого металла.

Для возбуждения рабочей дуги (электрод — разрезаемый металл), с помощью осциллятора зажигается вспомогательная дуга между электродом и соплом — так называемая дежурная дуга, которая выдувается из сопла пусковым воздухом в виде факела длиной 20-40 мм. Ток дежурной дуги 25 или 40-60 А, в зависимости от источника плазменной дуги. При касании факела дежурной дуги металла возникает режущая дуга — рабочая, и включается повышенный расход воздуха; дежурная дуга при этом автоматически отключается.

Применение способа воздушно-плазменной резки, при котором в качестве плазмообразующего газа используется сжатый воздух, открывает широкие возможности при раскрое низкоуглеродистых и легированных сталей, а также цветных металлов и их сплавов.

Преимущества воздушно-плазменной резки по сравнению с механизированной кислородной и плазменной резкой в инертных газах следующие: простота процесса резки; применение недорогого плазмообразующего газа — воздуха; высокая чистота реза (при обработке углеродистых и низколегированных сталей); пониженная степень деформации; более устойчивый процесс, чем резка в водородосодержащих смесях.

Вдуваемый в камеру газ (рис. 1), сжимая столб дуги в канале сопла плазмотрона и охлаждая его поверхностные слои, повышает температуру столба. В результате струя проходящего газа, нагреваясь до высоких температур, ионизируется и приобретает свойства плазмы. Увеличение при нагреве объема газа в 50 . 100 и более раз приводит к истечению плазмы с высокими околозвуковыми скоростями. Плазменная струя легко расплавляет любой металл. На практике находят применение два основных способа включения плазменных горелок (см. рис. 1). В первом — дуговой разряд существует между стержневым катодом, размещенным внутри горелки по ее оси и нагреваемым изделием (плазменная струя прямого действия). Такие плазмотроны имеют кпд выше, так как мощность, затрачиваемая на нагрев металла, складывается из мощности, выделяющейся в анодной области, и мощности, передаваемой аноду струей плазмы.

Рис. 1 Конструкция плазмотронов с аксиальной (а) (прямого действия)и тангенциальной (б) (косвенного действия) подачей газа

Во втором — дуга горит между катодом и соплом, которое подключается к положительному полюсу источника питания (плазменная струя косвенного действия). Струей газа, истекающей из сопла, часть плазмы столба дуги сжимается и выносится за пределы плазмотрона. Тепловая энергия этой плазмы, складывающаяся из кинетической и потенциальной энергий ее частиц, используется для нагрева и плавления обрабатываемых изделий. В большинстве случаев общая и удельная тепловые энергии невелики, поэтому такие плазмотроны используют для сварки тонких изделий в микроплазменных установках для пайки и обработки неметаллов, так как изделие не обязательно должно быть электропроводным.

В дуговых процессах с неплавящимся электродом изменение силы тока при изменении напряжения дуги приводит к неравномерности глубины проплавления металла и нарушению стабильности процесса. Поэтому при плазменно-дуговой сварке оптимальными внешними характеристиками источника питания являются крутопадающие или даже вертикальные характеристики, позволяющие значительно изменять напряжение при постоянстве силы тока. Источники питания с вертикальными характеристиками появились сравнительно недавно, применительно к плазменно-дуговым процессам.

Рис. 2 Схема микроплазменной горелки для сварки плазменной дугой:1 — рабочий газ;2 — фокусирующий газ

С увеличением скорости истечения плазменной струи нарушается ламинарность потока. Кроме того в засопловом участке степень обжатия столба дуги уменьшается. В связи с этим в последние годы получают все большее распространение горелки с вторичным фокусирующим и защитным потоком газа (рис. 2). Газ подается под углом к оси горелки и как бы омывает столб дуги, интенсивно охлаждая его, благодаря чему при удалении от сопла несколько уменьшается диаметр столба дуги. При этом высокая концентрация плазменного потока достигается при сравнительно малой скорости истечения. Такие горелки, называемые иглоплазменными или микроплазменными, позволяют получить остроконечную плазменную дугу в области малых токов (0,5 . 30 А).

Дуговая плазменная струя — интенсивный источник теплоты с широким диапазоном технологических свойств. Ее можно использовать для нагрева, сварки или резки как электропроводных металлов (см. рис. 1, а, б), так и неэлектропроводных материалов, таких как стекло, керамика и др. (см. рис. 1, б).

Техника сварки. Питание дуги, как правило, осуществляется переменным или постоянным током прямой полярности (минус на электроде). Возбуждают дугу с помощью осциллятора. Для облегчения возбуждения дуги прямого действия используют дежурную дугу, горящую между электродом и соплом горелки. Для питания плазмообразующей дуги используются источники сварочного тока с рабочим напряжением до 120 В, а в которых случаях и более высоким; для питания плазмотрона, используемого для резки, оптимально напряжение холостого хода источника питания до 300 В.

Плазменной струей можно сваривать практически все металлы в нижнем и вертикальном положениях. В качестве плазмообразующих газов используют аргон, азот, смесь аргона с азотом и водородом, углекислый газ и воздух (в основном для резки). В качестве электрода применяют вольфрамовые стержни или специальные медные со вставками из гафния или циркония.

К преимуществам плазменной сварки относятся высокая производительность, малая чувствительность к колебаниям длины дуги, устранение включений вольфрама в металле шва. Без скоса кромок можно сваривать металл толщиной до 15 мм с образованием провара специфической формы. Это объясняется образованием сквозного отверстия в основном металле, через которое плазменная струя выходит на обратную сторону изделия. Расплавляемый в передней части сварочной ванны металл давлением плазмы перемещается вдоль стенок сварочной ванны в ее хвостовую часть, где кристаллизуется, образуя шов. По существу, процесс представляет собой прорезание изделия с заваркой места резки.

Плазменной струей можно сваривать стыковые и угловые швы. Стыковые соединения на металле толщиной до 2 мм можно сваривать с отбортовкой кромок, при толщине свыше 10 мм рекомендуется делать скос кромок. В случае необходимости используют дополнительный металл. Для сварки металла толщиной до 1 мм успешно используют микроплазменную сварку струей косвенного действия, в которой сила сварочного тока равна 0,1 . 10 А.

Скорость воздушно-плазменной резки в зависимости от толщины металла.

Максимальная скорость резки (м/мин) металла в зависимости от его толщины, мм