Плазмой в общем случае называется электропроводящий газ, столь сильно отличающейся по своим физическим свойствам от исходного газообразного материала, что его выделяют в отдельное состояние вещества. Когда речь заходит о плазменной резке металлов, имеется в виду термическая плазма. Она получается при продувании образующей среды через электрическую дугу. Любой аппарат плазменной резки металлов работает по этому принципу. Плазмообразующей средой может быть газ (реже – вода либо газоводяная смесь) В дуговом разряде формируется остронаправленный плазменный факел с высокой плотностью энергии, достигающей миллионов Ватт на квадратный сантиметр. Плазменная струя в виде сжатого цилиндра служит источником большой термической энергии – об этом было известно давно. Когда же удалось добиться аппаратного регулирования фокусировки и управления этой струей, плазменное оборудование получило широкое распространение в промышленности, особенно в металлообработке. Однако плазменная резка металлов имеет существенные отличия от обработки неметаллических материалов. Для резки токопроводящих изделий (каковыми являются все металлы без исключения) используется не только энергия собственно плазмы, но и анодное пятно плазмогенерирующей дуги. Это пятно образуется при передаче энергии заряженных частиц постоянного тока плазмообразующей среде и получило название режущая плазменная дуга. Строго говоря, подобная резка металлов должна называться плазменнодуговой – энергии одной плазмы для прорезывания сколь-нибудь значимой толщины в металле не хватит. «Помощь» электрической дуги позволяет направить на резку до 30 – 40 % энергии разряда. Поэтому аппараты плазменной резки способны прорезать металлические изделия до 50 мм в толщину, причем речь идет о мобильных установках бытового применения! Что же касается стационарного промышленного оборудования, то на нем возможно прорезывание металла практически любой толщины. Имеются технологии по использовании металлических подложек при разрезании неметаллических тугоплавких деталей. Дополнительная токопроводящая подложка служит вспомогательным анодом и повышает мощность установки в несколько раз – именно за счет использования энергии электрической дуги. Для качественного результата при таком способе металлообработки, как плазменная резка металлов, проплавление должно быть непрерывным и продукты расплава следует удалять из рабочей зоны без возможности застывания и шлакообразования. Это разделение обеспечивается характеристиками струи плазмы и столба дуги. Активное плазменнодуговое пятно при перемещении вдоль линии разреза придает теплопередаче линейный характер, что гарантирует высокую чистоту обрабатываемых кромок. Типовой аппарат плазменной резки – это плазмотрон. Его главный узел состоит из дуговой камеры, которая содержит устройство сопла и изолированный от него электродный элемент. Это электрод служит для формирования катодного разряда при резке, его так и называют - катодом. В дуговую камеру подается плазмообразующая среда. Под воздействием энергии катода она расщепляется в плазменное облако, сопло его фокусирует – и можно начинать работу. Схема выглядит несколько упрощенно, но принцип действия таков. Анодом плазменной дуги служит либо корпус самого сопла, когда резка идет только плазмой, либо обрабатываемое металлическое изделие – когда осуществляется плазменная резка металлов. При поджигании дуги сопло служит анодом. Сам поджиг производится за счет искрового пробоя при подаче высокого напряжения на установку. Главным требованием к катодам плазмотронов является комбинация из тугоплавкости и высоких эмиссионных способностей. Поэтому в качестве катодных материалов широкое распространение получили вольфрам, гафний и цирконий на медной основе. На практике используются такие типы плазмотронных катодов Гильзовая конструкция. Она состоит из медного держателя и вставки из циркония, гафния или вольфрама. Катодное термоизлучающее пятно стабилизируется в центре сопла вихревым газоплазменным потоком. Вольфрамовые вставки допускают коническую форму сопел, циркониевые и гафниевые предполагают только пленочную форму. Срок службы пленочных катодов невелик – у вольфрамовых он составляет до 40 часов, а у циркониевых и гафниевых не превышает 8 часов непрерывной работы, что является главным недостатком гильзовых катодов. Конструкция с полым электродом. Катод выполнен в виде медного цилиндра, который способен сохранить работоспособность на уровне 35-40 часов, и при этом не требует дорогостоящих элементов W, Hf и Zr. Вместо них инжектируются термоэмиссионные вставки. Они предотвращают дробление факела и позволяют увеличить ресурс работы полых катодов до 100 часов. Функциональное предназначение сопел должно обеспечивать: эффективное ограничение сечения дугового столба; введение в электрическую дугу плазмообразующей среды; формирование скоростной плазменной струи. Образующаяся плазма способна стабилизировать течение дугового разряда на довольно протяженном участке за пределами корпуса плазмотрона. Большинство медных сопел требуется интенсивно охлаждать. Как методы охлаждения используется водяной и воздушный способы. Также важна изоляция корпусов сопел от режущей дуги – тем самым предотвращается образование в меди токоведущих каналов и быстрое разрушение металла. Если расположить требования к плазмообразующим материалам по мере их важности для качественной резки металлов, то получится следующий список: Формирование стабильной режущей дуги необходимой мощности. Получение точных и гладких кромок при работе с металлом, вплоть до предельных толщин. Универсальность использования Эффективная теплопередача, то есть максимальное привлечение к резке энергии электрической дуги. Длительный срок эксплуатации всего оборудования и его заменяемых частей, высокая ремонтопригодность и надежность. Экономичность, простота освоения. Исторически в качестве рабочих сред в плазменных аппаратах для резки металлических изделий используются технические газы. Азот, водород, аргон, кислород и сжатый воздух – каждый из них имеет свой комплекс достоинств и сложностей в работе. Например, инертные газы гарантируют максимальную чистоту резки при обработке цветных металлов. Двухатомные атмосферные газы N2 и H2 обеспечивают качественную передачу энергии электрической дуги в зону разрезаемого металла за счет рекомбинационной диссоциации своих молекул. Кислородосодержащие плазмообразующие среды дают ощутимый прирост производительности рабочего процесса. При воздушно-плазменной обработке добавление углеводородов позволяет быстро и качественно резать медь и медные сплавы. Но наиболее перспективным и доступным оборудованием для резки различных металлов следует признать инверторные системы «Мультиплаз», работающие на водно-спиртовой смеси. Универсальность их применения находится на уровне, недостижимом для аппаратов, работающих на газовых плазмообразующих средах. Для мобильного использования они просто незаменимы. Что же касается объемных промышленных задач, то кислородные, воздушно-пропановые и аргоно-водородные плазменные режущие установки сохраняют свою актуальность в металлообработке и поныне. ООО "Силверсия" , Омск