Аппарат плазменной резки обрабатывает материалы при помощи плазменной дуги или струи. Плазмой называется газ, в котором все молекулы либо значительная их часть распались на ионы и электроны. Для перехода в данное состояние, его надо нагреть до высокой температуры.
Конструкция и принцип действия плазмореза
Аппарат состоит из следующих узлов:
- Компрессор – для закачки в резак плазмообразующего газа.
- Блок питания (БП) – преобразует переменное напряжение в постоянное и подает его на катод.
- Резак (плазмотрон). Горелка с формирующим наконечником, в которой газ проходит через электрическую дугу, нагревается, превращается в плазму и вырывается на поверхность изделия в виде плазменной дуги (струи).
- Зажим (положительная клемма). Соединен с массовым «+» БП. Фиксируется на разрезаемом металлическом листе, превращая его в анод, притягивающий плазму (плазменно-дуговая резка).
- Если разрезаемое изделие не металлическое, то оно в электрической схеме не участвует. Тогда дуга горит между наконечником плазмотрона и сварочным стержнем, который подключается к БП и играет роль анода (резка плазменной струей).
Сварочный электрод (катод), подключенный к «минусу» БП, вставлен в сопло с небольшим зазором, образующим дуговую камеру. Сопло соединено с «+» системы розжига БП. В нем есть торцевое отверстие для выхода плазмы и колпачок с каналом для охладителя.
В бытовых и полупрофессиональных установках применяется сжатый воздух. В промышленных – водородные, гелиевые либо азотные газовые смеси.
После включения розжига, между катодом и внутренней поверхностью сопла образуется электрическая дуга (Т=6-8 тыс. град С). В камеру подается сжатый воздух. Проходя через дугу, он нагревается и превращается в плазму. Температура его растет (до 30 000 град С), объем увеличивается, давление повышается. К тому же, он становится электропроводным, поэтому притягивается разрезаемым листом (анодом), подключенным к «+» БП (или сварочным стержнем, если режутся неметаллы). В таком состоянии воздух вырывается из сопла (V=3000 м/с), образуя плазменную дугу (струю). Она направляется на поверхность листа, и расплавляет его.
В качестве БП используется трансформатор либо инвертор. Первый подходит для толстых материалов и не боится перепадов напряжения. Зато он тяжелый и работает с низким КПД. Второй дает стабильную дугу, удобен в труднодоступных местах, легче, экономичнее и дешевле. КПД – на 30% выше. Но годится он только для заготовок малой и средней толщины.
Струя плазмы формируется соплом. Его диаметр напрямую влияет на мощность аппарата и производительность. Самый распространенный – 3 мм. Для выполнения более точной резки, берут удлиненное сопло.
Виды резки плазмой
Плазменная резка может быть простой, с защитным газом или с водой. В первом случае применяется только электричество и воздух или азот. При силе тока не более 200А и толщине материала до 10 мм, этого достаточно, чтобы сформировать струю и отвести избыток тепла. Во втором, кроме плазмообразующего газа, используется еще и защитный. Качество работы повышается. В третьем вода действует, как защитный газ, плюс поглощает вредные выделения и охлаждает горелку.
Достоинства и недостатки
Среди основных преимуществ данного метода:
- Универсальность. Можно работать с любыми материалами.
- При небольшой и даже средней толщине – высокая скорость резки.
- Металл не надо предварительно прогревать.
- Воздух почти не загрязняется.
- Повышенная степень безопасности.
Вместе с тем, есть и недостатки:
- Относительно сложная конструкция аппарата.
- Требуется высокая квалификация сварщика.
- Работа слишком шумная.
Кроме того, устройство для плазменной резки довольно дорогое – это отрицательно влияет на себестоимость операций.