Плазменная резка

Существует три состояния вещества — твердое, жидкое и газообразное. Плазма — четвертое состояние, представляющее собой ионизированный газ, который образуется из электронов, положительно заряженных ионов, нейтральных и возбужденных атомов и молекул. Плазма окружает нас повсюду — внешняя поверхность земной атмосферы накрыта плазменной оболочкой — ионосферой; природная молния — дуговой разряд в газах. В промышленности плазма применяется при электросварке и различных способах обработки материалов.

Плазма может быть получена изотермическим и газообразным способами.

Изотермический способ заключается в нагреве газа до высоких температур, при которых происходит его ионизация — при температуре 5000°К начинается процесс перехода газа в плазменное состояние. Взаимодействие элементарных частиц газа можно рассматривать как столкновения с выделением энергии, обуславливающая нагрев газа. Столкновения вызывают повышение температуры газа, а температура газа, в свою очередь, определяет степень ионизации газа. При температуре в несколько десятков тысяч градусов весь газ превращается в плазму. В качестве источника теплоты, обеспечивающего указанные температуры в довольно короткие промежутки времени на небольшом участке, используются электрические дуги. Высокая температура, сконцентрированная на малой площади, делает электрический дуговой разряд источником тепловой энергии. Это происходит при электросварке, плазменной сварке и резке и других технологических процессах, требующих высокой концентрации тепловой энергии.

При плазменной обработке металлов используют так называемые сжатые плазменные дуги, в которых столб дуги обжат плазмообразующим газом в формирующем сопле специального плазмотрона, где происходит получение высоких температур (25 000-50 000°К) за несколько секунд. Плазмотроны служат для создания стабильной плазменной дуги и имеют различные конструктивные исполнения, хотя по способу образования плазмы отличаются незначительно. Во всех конструкциях плазмотронов присутствуют электродный узел и формирующее сопло (узел, формирующий плазменный столб дуги). Температура плазменной дуги регулируется диаметром сопла и количеством подаваемого через него газа. Чем меньше диаметр сопла и больше расход газа, тем больше температура плазменной дуги (диаметр сопел обычно колеблется от 0,6 до 10 мм).

Конструкционно, плазмотроны делятся на:

С плазменной струей – применяется для напыления или нанесения покрытий

С прямой дугой – применяется для резки, строжки, сварки, наплавки, так как при дуге прямого действия передача тепла значительно выше, чем при косвенной дуге.

Плазмообразующий газ подается в сопло продольным потоком плазмообразующего газа или вихревым способом. Соосная подача газа требует высокой точности сборки плазмотрона и применяется, как правило, для сопел больших диаметров (более 4 мм), используемых для наплавки, сварки и получения плазменной струи. Более широкое распространение получили плазмотроны с вихревой стабилизацией дуги, которые надежнее в работе и позволяют получать большие температуры при использовании малых диаметров сопел (менее 4 мм).

Плазмотроны для резки более просты по конструкции по сравнению с плазмотронами для других процессов, так как в этом случае не надо обеспечивать подачу газов и порошков через дополнительные встроенные сопла или приспособления. Плазмообразующий газ, в основном, выбирают в зависимости от технологических условий, качества, стоимости, теплосодержания и температуры. Для сварки и наплавки используют аргон, для сталей также применяют углекислый газ, для меди — азот или смеси этих газов. Для плазменной резки — воздух, кислород и воду.

Технологические процессы, используемые для обработки различных металлов, могут быть простыми как обычное токарное резание или сложными как плазменная сварка, однако все процессы объединяет одно – желание постоянного совершенствования и достижения качества.