Что такое плазма. Виды плазменной резки

Что такое плазма. Виды плазменной резки

Что такое плазма? Четвертое состояние вещества

Плазму часто называют четвертым состоянием вещества. Обычно на ум приходят три состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. Для такого распространенного вещества как вода, эти три состояния: лед, вода и пар. Разница между этими состояниями связана с их энергетическими уровнями. При воздействии энергии в виде тепла на лед он тает и превращается в воду. Дальнейшее нагревание приводит к испарению воды и образованию пара. Воздействие высокой энергии на газы привод к их ионизации. В результате ионизации газ становится электропроводящим. Такой токопроводящий ионизированный газ называется плазмой.

Процесс резки металла плазмой

Процесс плазменной резки используется для обработки металлов-проводников. Электропроводящий газ передает энергию от источника питания через плазменный резак к обрабатываемому материалу.

Типичная система плазменной резки состоит из источника тока, контура зажигания дуги и резака. Эти компоненты обеспечивают электрическую энергию, ионизацию газа и управление процессом, необходимые для выполнения качественной резки различных материалов с высокой производительностью.

Источник тока представляет собой источник постоянного тока. Напряжение холостого хода обычно находится в диапазоне от 240 до 400 В постоянного тока. Выходной ток источника определяет скорость резки и толщину материала, который способна обрабатывать система. Основная функция источника тока состоит в обеспечении достаточной энергии для поддержания плазменной дуги после ионизации.

Конур зажигания дуги представляет собой высокочастотный генератор, подающий на выход переменное напряжение от 5000 до 10000 В с частотой 2 МГц. Это напряжение используется для создания дуги высокой интенсивности внутри резака, чтобы ионизировать газ и, таким образом, получить плазму.

Резак служит держателем для расходных деталей — сопла и электрода — и обеспечивает охлаждение этих компонентов газом или водой. Сопло и электрод сжимаются и поддерживают плазменную струю.

Последовательность работы системы плазменной резки

Источник тока и контур зажигания дуги соединены с резаком проводами и кабелями. Эти провода и кабеля обеспечивают подачу газа, электрического тока и высокочастотного напряжения в резак для запуска и поддержания процесса.

1. На источник тока подается сигнал пуска. Одновременно с этим на выводы подается напряжение холостого хода, а в резак начинает поступать газ . Напряжение холостого хода может быть измерено между электродом (–) и соплом (+). Обратите внимание на то, что сопло подключается к положительному выводу источника тока через резистор и реле (реле вспомогательной дуги), а разрезаемый металл (заготовка) – напрямую к положительному выводу. Газ проходит через сопло и выходит наружу из отверстия. На этом этапе дуга еще не появилась, поскольку для постоянного напряжения отсутствует контур протекания тока.

2. После стабилизации потока газа включается высокочастотный контур. Высокочастотный сигнал распределяется между электродом и соплом внутри резака таким образом, что газ должен пройти через эту дугу перед выходом из сопла. Энергия передается от высокочастотной дуги газу, вызывая его ионизацию и превращение в электропроводящую среду. Этот электропроводящий газ создает контур для протекания тока между электродом и соплом, в результате чего образуется плазменная дуга. Поток газа «выталкивает» эту дугу через отверстие сопла, создавая вспомогательную дугу.

3. Если сопло оказывается рядом с заготовкой, вспомогательная дуга «прикрепится» к заготовке, поскольку контур протекания тока к положительному выводу (на источнике тока) не ограничен сопротивлением, присутствующим в контуре подключения сопла. Ток к заготовке определяется электрическими схемами в источнике тока. После обнаружения тока высокочастотный сигнал отключается, а реле вспомогательной дуги открывается. Ионизации газа поддерживается за счет энергии основной дуги постоянного тока.

4. Под воздействием плазменной дуги расплавляется металл, прожигается заготовка, а высокоскоростной поток газа удаляет расплавленный материал с нижней части разреза. На этом этапе начинается перемещение резака и запускается процесс резки.

Различные виды плазменной резки

Обычная плазменная резка.
В этом процессе обычно используется один газ (как правило, воздух или азот), который как и охлаждает, так и образует плазму. Номинальный ток в большинстве этих систем не превышает 100 А, и они подходят для резки материалов толщиной до 5/8 дюймов. Основное применение — ручная резка
Плазменная резка с использованием двух видов газа.
В этом процессе используются два газа: один — для образования плазмы, другой — в качестве защитного газа. Последний служит для защиты области резки от воздействия атмосферы, благодаря чему достигается более высокая чистота реза. Вероятно, это наиболее популярный вариант, поскольку для обеспечения наилучшего качества резки материала могут использоваться различные сочетания газов.
Плазменная резка с использованием водной защиты.
Это модификация процесса с использованием двух газов. В данном случае вместо защитного газа используется вода. Вода обеспечивает лучшее охлаждение сопла и заготовки, а также более высокое качество резки нержавеющей стали. Этот процесс может использоваться только в механизированных системах.
Плазменная резка с впрыском воды.
Один газ здесь используется для образования плазмы, а вода впрыскивается радиально или по контуру завихрения непосредственно в дугу. Это позволяет значительно усилить сжатие дуги, повышая ее плотность и температуру. Токи в таких системах составляют значения в диапазоне 260–750 А. Они применяются для высококачественной резки множества материалов различной толщины. Этот процесс может использоваться только в механизированных системах.
Прецизионная плазменная резка.
Этот процесс обеспечивает высочайшее качество резки тонких материалов (менее 1/2 дюйма) на малых скоростях. Такое повышение качества является результатом использования новейших технологий, позволяющих еще сильнее сжать дугу, достигая очень высокой плотности энергии. Меньшие скорости позволяют перемещающейся детали более точно выдерживать контур. Это процесс может использоваться только в механизированных системах.