Воздушно-плазменная резка металла
Воздушно-плазменная резка металла, при котором в качестве плазмообразующего газа используется сжатый воздух, открывает широкие возможности при раскрое низкоуглеродистых и легированных сталей, а также цветных металлов и их сплавов.
Преимущества воздушно-плазменной резки по сравнению с механизированной кислородной и плазменной в инертных газах следующее: простота процесса резки; применение недорогого плазмообразующего газа-воздуха; высокая частота реза (при обработке углеродистых и низколегированных сталей); пониженная степень деформации; меньшая ширина реза; более устойчивый процесс, чем резка в водородосодержащих смесях.
Воздушно плазменная резка металла основана на использовании воздушно-плазменной дуги постоянного тока прямого действия (электрод-катод, разрезаемый металл – анод).
Сущность воздушно плазменной резки металла заключается в местном расплавлении и выдувании расплавленного металла с образованием полости реза при перемещении плазменного резака относительно разрезаемого металла (рис7).
Для возбуждения рабочей дуги между электродом и разрезаемым металлом с помощью осциллятора зажигается вспомогательная дуга между электродом и соплом плазмотрона, которая выдувается из сопла в виде плазменного факела длиной 20-30 мм. Ток вспомогательной дуги 30-40 А. При касании факела вспомогательной дуги металла возникает режущая дуга между электродом и металлом : вспомогательная дуга при этом автоматически отключается.
Воздушно- плазменная резка металла — оборудование
Комплект оборудования для воздушно-плазменной резки состоит из плазматрона, устройств для его охлаждения и перемещения по линии реза, пульта управления процессом резки, источников тока и рабочей среды.
Для воздушно-плазменной резки используют используют специальные или обычные сварочные источники. Специальные источники питания имеют почти вертикальную форму вольт-амперных характеристик, большую мощность и высокое напряжение холостого хода. При необходимости резки металлов большой толщины используют специальные источники тока.
Типы и основные параметры аппаратуры для плазменно-воздушной резки металлов регламентированы ГОСТ 12221 – 79( если нет более свежего выпуска). Имеются четыре вида аппаратуры: Плр – для ручной резки; Плрм – для ручной и машинной резки; Пдмт – для машинной точной резки и Плм – для машинной резки.
Основные технические данные резательного оборудования приведены в табл. 14
Техническая характеристика аппаратов для воздушно-плазменной резки приведена в табл 15.
Для питания режущей дуги широко применяют серийные сварочные источники питания. При использовании сварочных источников тока необходимо повысить напряжение холостого хода. Наиболее простой прием повышения напряжения – последовательное включение нескольких источников. При этом напряжение источников суммируется. Большинство стандартных сварочных источников тока допускает их последовательное включение. Характеристики источников тока для плазменно-дуговой резки приведены в табл 16.
Перемещение плазматрона по линии реза может осуществляться газорезательными машинами типа АСШ или СГУ – 1 – 60. По способу перемещения плазмотрона различают машинные и ручные режущие устройства. Управление машинными устройствами может быть автоматическим или полуавтоматическим.
Согласно ГОСТа напряжение холостого хода источников тока для плазменной резки: для автоматических устройств не более 500 В, для полуавтоматических устройств 300 в и для устройств ручной резки 180 В. Плазмотрон работает на постоянном токе прямой полярности.
В машинных плазмотронах для резки металла используют гильзовые катоды. Вставку из тугоплавкого материала запрессовывают в канал гильзы- катододержателя из меди или другого теплопроводного металла. Гильзовые катоды в настоящее время имеют широкое применение в плазмотронах, использующих в качестве рабочей среды воздух. Сопло плазмотрона предназначено для формирования режущей дуги. Форма и размеры соплового канала обусловливают свойство и параметры дуги. С уменьшением диаметра и увеличением длины канала возрастает скорость потока плазмы, концентрация энергии в дуге, ее напряжение и режущая способность.
Срок службы сопла и катода зависит от интенсивности их охлаждения водой, выбора рациональных энергетических, технологических параметров и величины расхода воздуха.
Технология воздушно плазменной резки металла
Для обеспечения нормального процесса воздушно-плазменной резки необходим рациональный выбор параметров режима. Параметрами режима являются: диаметр сопла, сила тока, напряжение дуги, скорость резки, расстояние между торцом сопла и изделием и расход воздуха.
Скорость воздушно-плазменной резки (м/ч)
V = KMN/s(0.5+0.05s).
Где К – коэффициент, учитывающий перегрев металла и энергопотери в дуге; М — коэффициент учитывающий вид металла: для алюминия и его сплавов он равен 5,03, для сталей 0,95, для латуни 2,49, для меди 0,55, для коррозионно- стойких сталей 1,83; N – мощность дуги, кВт; s – толщина металла, см. Значения скорости резки, подсчитанные по формуле, близки к максимальным значениям для прямолинейной машинной резки. Для фигурной резки значения скорости в 2-3 раза ниже, а для ручной в 1,2-2 раза.
Повышение силы тока до 400А не дает существенного прироста скоростей резки металла толщиной до 50 мм. При резке металла толщиной более 50 мм следует применять силу тока от 400 А и выше.
Скорость воздушно-плазменной резки по сравнению с газокислородной возрастает в 2- 3 раза, рис 8.
С увеличением толщины разрезаемого металла скорость воздушно-плазменной резки быстро падает.
Максимальные скорости реза и сила тока для различных материалов и толщин, выполняемые на установке АПР-401, указаны в табл. 17.
При воздушно-плазменной резке меди рекомендуется применять силу тока 400 А и выше. Замечено, что при резке меди с использованием воздуха во всем диапазоне толщин и токов образуется легкоудаляемый грат.
Хорошего качества реза при резке алюминия с использованием воздуха в качестве плазмообразующего газа удается достигнуть лишь для небольшой толщины (до 30 мм) на токах 200 А. Удаление грата с листов большой толщины затруднительно. Воздушно-плазменная резка алюминия может быть рекомендована лишь как разделительная при заготовке деталей, требующих последующей механической обработки, Припуск на обработку допускается не менее 3 мм.
Ориентировочные режимы воздушно-плазменной резки листового металла даны в табл. 18.
Для резки металла малой толщины, разработан аппарат АМПР — 3, работающий при токах до 100 А и обеспечивающий получение резов минимальной ширины (1-1,5 мм).
Микроплазменная резка используется также для вырезки миниатюрных элементов из фольги, сеток, для раскроя неметаллических материалов – тканей, бумаги, пластиков , картона и др.
Режимы микроплазменной резки даны в табл. 19.