Принцип работы плазмореза¶

Плазморез — это устройство для резки металлов и других материалов с использованием высокотемпературной плазменной струи, формируемой электрической дугой в сжатом газовом потоке. Плазменная струя достигает температуры 10 000–30 000 °C, что позволяет плавить и выдувать металл из зоны реза. Плазморезы применяются в металлообработке, строительстве, демонтаже конструкций и аварийно-спасательных работах.

¶Устройство плазмореза

Основные элементы плазмореза:

• Плазмотрон — рабочий инструмент, в котором формируется плазменная дуга. Внутри корпуса расположены сопло (анод) и электрод (катод), между которыми возбуждается дуга.
• Источник питания — преобразователь, обеспечивающий постоянный или переменный ток требуемой силы (обычно 20–400 А при напряжении холостого хода 120–400 В).
• Система подачи газа — баллоны с сжатым газом (воздух, азот, кислород, аргон и их смеси), редукторы, шланги и клапаны.
• Система охлаждения — воздушная или жидкостная, предотвращающая перегрев сопла и корпуса плазмотрона.

¶Принцип работы

Процесс резки металла плазмой состоит из нескольких последовательных этапов.

¶Образование дуги

При подаче газа в камеру плазмотрона между электродом и соплом возбуждается вспомогательная (пилотная) дуга. Для её ионизации газа используется высокочастотный разряд или касание электрода о заготовку. Ионизированный газ (плазма) становится электропроводным и замыкает электрическую цепь.

¶Формирование плазменной струи

Плазменная дуга, сжатая потоком газа и стенками сопла, ускоряется и выходит из сопла в виде тонкой, высококонцентрированной струи. Скорость истечения плазмы достигает 1000–2000 м/с. Струя переносит на обрабатываемую поверхность огромное количество тепла, металл в зоне контакта мгновенно плавится.

¶Резка металла

Плазменная струя направляется на заготовку. Металл в зоне реза расплавляется, а расплавленный металл выдувается потоком газа из зоны реза, формируя характерный шов. Скорость резки стали толщиной 10–20 мм составляет обычно 0,5–2 м/мин в зависимости от тока и газа.

¶Классификация плазморезов

По типу используемого газа:

По способу подачи тока:

• Одноконтурные (непереносные) — дуга горит между электродом плазмотрона и самим соплом. Резка ведётся теплом струи, выходящей из сопла.
• Переносные — дуга горит между электродом и заготовкой, проходя через сопло. Такая схема повышает энергоэффективность и позволяет резать более толстые металлы.

По типу питания:

• Постоянного тока — наиболее распространены, обеспечивают стабильную дугу и высокое качество реза.
• Переменного тока — применяются реже, чаще для алюминия и его сплавов.

По назначению:

• Ручные — оператор ведёт плазмотрон вдоль линии реза вручную.
• Механизированные и автоматические — плазмотрон закреплён на каретке или манипуляторе, обеспечивая высокую точность и повторяемость.

¶Параметры резки

Основные параметры, определяющие качество реза:

• Сила тока — определяет мощность дуги и максимальную толщину реза. Ручные плазморезы работают при 25–85 А, промышленные — до 400 А и выше.
• Расход газа — зависит от типа газа и силы тока; для воздушных плазморезов при 60 А расход составляет около 200–300 л/мин.
• Расстояние от сопла до заготовки (рабочее расстояние) — обычно 1–6 мм; отклонение приводит к ухудшению качества реза.
• Скорость подачи — подбирается так, чтобы рез был прямым, без окалины и подплавлений.

¶Область применения

Плазменная резка применяется для:

• резки конструкционных сталей толщиной до 160 мм (при токах 400 А);
• резки нержавеющих сталей, алюминия, меди и их сплавов;
• вырезки отверстий, контурных деталей, заготовок сложной формы;
• демонтажа металлоконструкций;
• подготовки кромок под сварку.

¶Преимущества и ограничения

К достоинствам плазменной резки относят высокую скорость по сравнению с кислородной резкой (в 1,5–3 раза), малую зону термического влияния, возможность резать цветные металлы и нержавеющие стали, а также работать в любом положении. Ограничения — зависимость от электропитания, износ электродов и сопел, шум при работе.

¶История

Технология плазменной резки была разработана в 1950-х годах в США компанией Union Carbide. В СССР промышленное производство плазморезов началось в 1960-е годы; ведущими разработчиками стали Институт электросварки имени Е. О. Патона и предприятия оборонной промышленности. В настоящее время в России выпускаются плазморезы различных классов, включая инверторные портативные модели.

¶Источники

• Патон Б. Е. «Электрическая дуга и плавление металлов»
• ГОСТ 17496-79 «Резка плазменная. Термины и определения»
• Кучеренко В. М. «Плазменная резка металлов»
• Справочник «Технология сварки и резки металлов», под ред. Патона Б. Е.