Что такое плазмотрон: Плазмотрон: принцип работы и конструкция

Плазмотрон: принцип работы и конструкция

Плазмотрон – это генератор плазмы, то есть такое техническое устройство, в котором электрический ток используется для образования плазмы, которая, в свою очередь, применяется с целью обработки материалов, например, для резки плазмотроном.

Первые плазмотроны появились в середине ХХ века, что было вызвано расширением производства тугоплавких металлов и необходимостью введения технологии обработки материалов, устойчивых в условиях высоких температур. Ещё одна причина появления плазмотронов – потребность в источнике тепла повышенной мощности.

Предлагаем посмотреть, как работает ручной плазмотрон (он же плазморез):

Вот основные особенности современных плазмотронов:

• Получение сверхвысоких температур, недостижимых при использовании химического топлива
• Лёгкость регулирования мощности, пуска и остановки рабочего режима
• Компактность и надёжность устройства

Устройство плазмотрона

Устройство плазмотрона для резки металла представлено следующими конструктивными элементами:

1. Электрод/катод со вставкой из циркония или гафния – металлов с высокой термоэлектронной эмиссией
2. Сопло для плазмотрона, обычно изолированное от катода
3. Механизм для закручивания плазмообразующего газа

Сопла и катоды – это основные расходные материалы плазмотронов.

При толщине обрабатываемого металла до 10 мм одного комплекта расходных материалов бывает достаточно для одной рабочей смены – восьми часов работы. Сопла и катоды плазмотронов, как правило, изнашиваются с одинаковой интенсивностью, поэтому их замену можно организовать одновременно.

Несвоевременная замена расходников может оказать большое влияние на качество реза: например, при нарушении геометрии сопла может возникнуть эффект косого реза, или на поверхности реза будут возникать волны. Износ катода выражается в постепенном выгорании гафниевой вставки, выработка которой в объёме более 2 мм способствует пригоранию катода и перегреванию плазмотрона. Таким образом, несвоевременная замена изношенных расходных материалов влечёт за собой более скорый износ и остальных комплектующих плазмотронов.

Для защиты плазмотрона от брызг расплавленного металла и металлической пыли в процессе работы, на него надевают специальный кожух, который необходимо время от времени снимать и очищать от загрязнений.

Отказ от использования защитного кожуха приводит к риску негативного влияния вышеуказанных загрязнений на качество работы плазмотрона и даже к его поломке. Кроме очистки кожуха, время от времени стоит чистить и сам плазмотрон.

Узнать больше о технологии плазменной резки вы сможете, посмотрев следующее видео:

Разновидности плазмотронов для резки металлов

Все существующие плазмотроны делятся на три большие группы:

        I.            Электродуговые

      II.            Высокочастотные

    III.            Комбинированные

Электродуговые плазмотроны оснащены как минимум одним анодом и катодом, подключёнными к источнику питания плазмотрона постоянного тока. В качестве хладагента таких устройств используется вода, которая циркулирует в охладительных каналах.

Существуют следующие разновидности электродуговых плазмотронов

• Плазмотроны с прямой дугой
• Плазмотроны с косвенной дугой (плазмотроны косвенного действия)
• Плазмотроны с использованием электролитического электрода
• Плазмотроны с вращающимися электродами
• Плазмотроны с вращающейся дугой

Высокочастотные плазмотроны не имеют ни электродов, ни катодов, ведь для связи такого плазмотрона с источником питания используется индуктивный/ёмкостной принцип. Из этого следует, что высокочастотные плазмотроны делятся на индукционные и ёмкостные.

Принцип работы плазмотронов высокочастотной группы требует того, чтобы разрядная камера таких устройств была выполнена из непроводящих материалов, и в качестве таковых обычно используются керамика или кварцевое стекло.

Так как поддержание безэлектродного разряда не нуждается в электрическом контакте плазмы с электродами, в плазмотронах такого типа используется газодинамическая изоляция стенок от плазменной струи, что даёт возможность избежать их перегрева и ограничиться воздушным охлаждением.

Комбинированные плазмотроны работают при совместном действии ТВЧ – токов высоких частот – и горении дугового разряда, в том числе с его сжатием магнитным полем.

Кроме общей классификации плазмотронов на электродуговые, высокочастотные и комбинированные, такие устройства можно разделять на группы по многим принципам: например, в зависимости от типа охлаждения, по способу стабилизации дуги, в зависимости от типа электродов или используемого тока.

Система стабилизации дуги в процессе работы плазмотрона

В зависимости от способа стабилизации дуги, все плазмотроны делятся на газовые, водяные и магнитные. Надо сказать, что система стабилизации дуги является очень важной для процесса функционирования плазмотрона, ведь именно она обеспечивает сжатие столба и его фиксацию по оси электрода и сопла.

Самая простая и распространённая система стабилизации дуги – газовая. Её принцип работы заключается в охлаждении и сжимании стенок столба дуги внешним, более холодным плазмообразующим газом. Водяная система даёт возможность достичь большей степени сжатия и поднять температуру столба дуги до 50000 градусов.

Плазмотроны такого типа используют графитовый электрод, подающийся в меру его сгорания, поскольку пары воды вблизи электрода обеспечивают повышенную скорость этого процесса. По сравнению с этими двумя системами стабилизации, магнитная стабилизация дуги считается менее эффективной, однако её преимущество заключается в возможности регулировки степени сжатия без потерь плазмообразующего газа.

Плазмотрон | это… Что такое Плазмотрон?

Плазменная горелка

Плазмотро́н — техническое устройство, в котором при протекании электрического тока через разрядный промежуток образуется плазма, используемая для обработки материалов или как источник света и тепла. Буквально, плазмотрон означает — генератор плазмы.

Содержание 1 История создания 2 Типы применяемых плазмотронов 3 Области использования плазмотронов 4 Особенности применяемых материалов в конструкции 5 Литература 6 См. также 7 Примечания 8 Ссылки

История создания

Проверить информацию. Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье. На странице обсуждения должны быть пояснения.

Первые плазмотроны появились в середине 20-го века в связи с появлением устойчивых в условиях высоких температур материалов и расширением производства тугоплавких металлов. Другой причиной появления плазмотронов явилась элементарная потребность в источниках тепла большой мощности. Замечательными особенностями плазмотрона как инструмента современной технологии являются:

• Получение сверхвысоких температур (до 150 000 °C, в среднем получают 10 000-30 000 °C), не достижимых при сжигании химических топлив.
• Компактность и надежность.
• Легкое регулирование мощности, легкий пуск и остановка рабочего режима плазмотрона.

Типы применяемых плазмотронов

Электродуговые:

• С прямой дугой.
• С косвенной дугой.
• С электролитическим электродом (электродами).
• С вращающейся дугой.
• С вращающимися электродами.

Высокочастотные:

• Индукционные (нагрев движущихся металлических паров).
• Электростатические.

Комбинированные:

Работают при совместном действии токов высоких частот (ТВЧ) и при горении дугового разряда, в том числе с сжатием разряда магнитным полем.

• Для производства плазменной и микроплазменной сварки в настоящее время применяются следующие установки: УПС-501, УПС-804 и УПС-301 для плазменной сварки и установка А-1342 для микроплазменной сварки

Области использования плазмотронов

• сварка и резка металлов и тугоплавких материалов
• нанесение ионно-плазменных защитных покрытий на различные материалы (см. Плазменное напыление)
• нанесение керамических термобарьерных, электроизоляционных покрытий на металлы (см. Плазменное напыление)
• подогрев металла в ковшах при мартеновском производстве
• получение нанодисперсных порошков металлов и их соединений для металлургии
• двигатели космических аппаратов
• термическое обезвреживание высокотоксичных органических отходов
• Синтез химических соединений (например синтез оксидов азота и др., см. Плазмохимия)
• Накачка мощных газовых лазеров.
• Плазменная проходка крепких горных пород.
• Безмазутная растопка пылеугольных котлов электростанций.
• Расплавление и рафинирование (очистка) металлов при плазменно-дуговом переплаве.

Особенности применяемых материалов в конструкции

Плазменная горелка дугового плазмотрона имеет по меньшей мере один анод и один катод, к которым подключают источник высокого напряжения.

Устройство плазмотрона с продольной стабилизацией дуги

Высокочастотные плазмотроны являются безэлектродными. В качестве рабочего тела используют воздух, кислород, пары воды, аргон, азот и другие газы. Для охлаждения используют каналы, омываемые обычно водой.

Литература

Ю. П. Конюшная. Открытия советских ученых. — Ч. 1. — М.: Изд-во МГУ, 1988.

См. также

Примечания

Ссылки

• Плазмотроны для резки (плазменные резаки)

Определение плазмы — понимание плазменной резки и программного обеспечения для плазменной резки

Главная > Узнать > Технологические решения > Плазменная технология

Сочетание качества резки, производительности, эксплуатационных расходов и универсальности делает плазменную дуговую резку самым популярным на сегодняшний день процессом промышленной резки.

Что такое плазма?

Плазма — четвертое состояние вещества. Обычно мы думаем о трех состояниях материи: твердом, жидком и газообразном. Для общего элемента, воды, эти три состояния — лед, вода и пар.

Разница между этими состояниями заключается в их относительных уровнях энергии. Когда вы добавляете энергию в виде тепла ко льду, лед тает и образует воду; если вы добавите больше энергии, вода испарится и станет паром. Если бы вы добавили к пару значительно больше энергии — нагрели бы его примерно до 11 700 ° C, — пар бы распался на несколько составляющих газов и стал бы электропроводным, или ионизированным. Этот высокоэнергетический ионизированный газ называется плазмой.

Что такое плазменная резка?

Плазменный резак или система плазменной резки использует поток плазмы для передачи энергии проводящему рабочему материалу. Поток плазмы обычно формируется путем подачи газа, такого как азот, кислород, аргон или даже воздух, через узкое сопло. Электрический ток, создаваемый внешним источником питания, добавляет потоку газа достаточно энергии для его ионизации, превращая его в плазменную дугу. Вот почему этот процесс часто называют плазменно-дуговой резкой. Плазменная дуга разрезает заготовку, сначала расплавляя ее, а затем сдувая расплавленный металл.

Насколько высока температура плазменной резки?

Плазменная дуга, создаваемая плазменным резаком или системой плазменной резки, создает температуру, приближающуюся к 40 000°F, так что да, температура плазменного резака чрезвычайно высока. Для сравнения, поверхность Солнца имеет температуру около 10 000˚F.

Как работает плазменный резак?

Базовый плазменный резак или система плазменной резки включает следующие компоненты:

• Источник питания — Источник постоянного тока постоянного тока. Напряжение холостого хода обычно находится в диапазоне от 240 до 400 В постоянного тока. Выходной ток (сила тока) и общая мощность блока питания в киловаттах определяют скорость и толщину резки плазменной резки.
  Основной функцией источника питания является подача необходимой энергии для поддержания плазменной дуги после ионизации.
• Цепь зажигания пилотной дуги . В большинстве горелок с жидкостным охлаждением на 130 А и выше это схема высокочастотного генератора, которая вырабатывает переменное напряжение от 5000 до 10000 вольт на частоте приблизительно 2 МГц. Это напряжение создает вспомогательную дугу высокой интенсивности внутри горелки для ионизации газа и образования плазмы. Вместо описанной выше высокочастотной пусковой схемы в воздушно-плазменных горелках обычно используется подвижный электрод или технология «обратного пуска» для ионизации газа.
• Резак — служит держателем расходуемого сопла и электрода и обеспечивает охлаждение (газом или водой) этих деталей. Сопло и электрод сужают и поддерживают плазменную дугу.

Программное обеспечение для плазменной резки

Для механизированной резки программное обеспечение для плазменной резки используется для программирования машины для резки. В некоторых случаях программное обеспечение ЧПУ можно использовать для программирования отдельных деталей или небольших тиражей, но большинство изготовителей и производителей полагаются на программное обеспечение, обычно называемое программным обеспечением для раскроя CAD/CAM, которое предлагает гораздо больше функций и возможностей.

Некоторые типы программного обеспечения для раскроя CAD/CAM для плазменной резки могут контролировать и автоматически настраивать практически каждый аспект операции плазменной резки. Например, ProNest ^® от Hypertherm поддерживает такие параметры, как ток дуги, напряжение, предварительная подача газа, настройки потока резки, скорости резки, высота резки, типы прожига, высота прожига и многое другое. Все это призвано упростить работу механизатора и повысить производительность.

Другие функции, часто встречающиеся в программном обеспечении для плазменной резки, включают:

• Предотвращение столкновений
• Цепная резка
• Резка моста
• Общая линия резки
• Мультиголовка для резки
• Разделка скелета

В некоторых случаях программное обеспечение может помочь добиться оптимальных результатов, таких как:

• Улучшенное качество отверстий
• Упрощенная настройка фаски
• Более быстрое время цикла

Типичные области применения и отрасли промышленности

Плазменная дуговая резка используется как в ручных, так и в механизированных системах для резки широкого спектра проводящих материалов, включая мягкую сталь, углеродистую сталь, нержавеющую сталь, алюминий, медь, латунь и другие металлы.

Резка включает:

• Прямая резка
• Резка под углом
• Строжка
• Прорезка отверстий
• Резка и строжка с увеличенным радиусом действия
• Резка мелких деталей
• Маркировка

К отраслям промышленности и рынкам относятся:

• Сельское хозяйство и животноводство
• Судостроение
• Горнодобывающая промышленность
• Энергия
• HVAC и механическое производство
• Металлургические сервисные центры
• Строительное оборудование
• Ремонт автомобилей
• Произведения искусства, вывески и украшения
• Трубы и трубопроводы
• Общее строительство
• Гражданское строительство
• Общие производственные и ремонтные мастерские

Не знаете, какой процесс или метод использовать?

Здесь вы найдете полезную информацию:

• Оценка вашей работы
• Выбор процесса резки

Технологические решения

Обзор процесса резки

Оценка ваших потребностей

Выбор плазменного стола с ЧПУ

Выбор процесса резки.

Плазменная технология

Плазменные атрибуты Виды плазмы Плазменный резак против горелки Плазменная резка против лазерной резки

Лазерная технология

Гидроабразивная технология

Кислородная технология

Программное обеспечение для резки CAD/CAM

ЧПУ и ТГК

Механические режущие инструменты

Как выбрать плазменный резак — Baker’s Gas & Welding Supplies, Inc.

Плазменный резак режет металл, пропуская воздух или инертный газ через плазменную горелку, зажигая электрическую дугу, а затем пропуская плазму через наконечник горелки для резки металла. Дуга плазменной резки может достигать температуры 45 000 градусов по Фаренгейту и обеспечивает один из самых быстрых способов резки металла.

Плазменные резаки имеют переключатель включения/выключения и настройку силы тока, которая определяет, сколько энергии необходимо для резки. При условии, что мощность плазменного резака достаточна для разрезания металлической заготовки, плазма часто является очень безопасным, эффективным и чистым способом резки металла.

Хотя многие упоминают о преимуществах плазменной резки по сравнению с газокислородной резкой, плазменная резка требует значительных предварительных инвестиций. Хотя плазменный резак, безусловно, окупится в долгосрочной перспективе благодаря своей скорости и низким эксплуатационным расходам, если вам нужно резать много металла, выбор правильного плазменного резака для нужд вашего бизнеса или домашней мастерской может быть сложной задачей.

В следующем руководстве представлены некоторые основные факторы, которые следует учитывать при покупке плазменного резака, а также несколько полезных ссылок на веб-сайт Baker, где вы можете узнать больше о плазменных резаках и связанных с ними продуктах.

 

Подберите плазменный резак для своей работы

Как и при покупке сварочного аппарата, тип плазменного резака, который вы выберете, будет определяться видом выполняемой вами работы. В отличие от газокислородной резки, плазменная резка способна резать практически любой металл. Поэтому при выборе плазменного резака основное внимание уделяется толщине и количеству металла, который вы планируете резать. Ниже приведены некоторые ключевые вопросы, которые следует задать, пытаясь подобрать плазменный резак для своей работы:

• Вы режете толстый металл?
• Как часто вы будете использовать свой плазменный резак?
• Вам нужен переносной блок?
• Готовы ли вы приспособить свои розетки к вашему резаку?
• У вас есть генератор, который вы планируете использовать с плазменным резаком?
• Будет ли ваш электрический ток колебаться?

Когда вы просматриваете варианты плазменного резака, эти вопросы сужают ваш выбор. Хотя определенные устройства будут выделяться для ваших конкретных потребностей, вполне вероятно, что выбор между брендами будет сводиться к тому, к чему вы привыкли или что вам рекомендуют. Основное различие между брендами заключается в том, что стандартная функция одного производителя может быть дополнительной на машине другого бренда.

Существуют также комбинированные устройства, включающие плазменный резак с стержнем и сварочный аппарат TIG. Если вам просто нужен плазменный резак для нерегулярной работы, это может быть отличным вариантом, если вы сможете найти устройство, которое соответствует вашим потребностям в сварке TIG или дуговой сварке.

Если вы решите присмотреться к легкому портативному устройству, работающему от генератора, ищите устройство, способное справиться с колебаниями мощности генератора.

Обзор плазменных резаков

Выбор выходной мощности плазменного резака

Выходная мощность плазменного резака определяет, что он может резать. Например, выходная мощность 12 ампер станка на 120 В сможет разрезать большую часть металла толщиной 1/8 дюйма, а выходная мощность 60 ампер станка на 230 В сможет разрезать большинство металлов толщиной 7/8 дюйма. .

Также доступны инверторные плазменные резаки, которые обеспечивают высокую мощность резки, но при этом весят намного меньше, чем обычные резаки с такой же производительностью.

Выбор скорости резки плазменной резки

Скорость резки для плазменных резаков обычно указывается в дюймах в минуту (IPM). Ваш рабочий процесс и приоритеты будут определять, что вам нужно, но имейте в виду, что, хотя два плазменных резака могут разрезать металл толщиной 1/2 дюйма, один может разрезать металл за минуту, в то время как другой может занять столько же времени. до четырех или пяти, если у него медленная скорость резки. Выбор машины с правильной скоростью резки может стать решающим фактором между разумными инвестициями и снижением производительности.

Выбор рабочего цикла плазменного резака

Рабочий цикл плазменного резака — это количество времени, в течение которого он может непрерывно работать в течение десяти минут, прежде чем ему потребуется охлаждение. Пятиминутный рабочий цикл означает, что плазменный резак может работать в течение пяти минут, прежде чем ему потребуется пять минут для охлаждения. Если машина работает с меньшей мощностью, рабочий цикл может увеличиться, хотя чрезмерно жаркие условия эксплуатации могут сократить его. Использование машины за пределами ее рабочего цикла приведет к ее перегреву.

Более длительный рабочий цикл идеально подходит для выполнения длинных или глубоких резов на больших кусках металла, а более короткий рабочий цикл идеален для домашней мастерской, где регулярно выполняется серия мелких резов.

Правильный выбор резака для плазменной резки

Существует два распространенных типа плазменных резаков. Наиболее распространены факелы высокочастотных пусковых систем, создающих искру с помощью высоковольтного трансформатора, конденсаторов и искрового разрядника. Преимущество высокочастотных горелок состоит в том, что в них не используются движущиеся части, и поэтому они достаточно надежны. Тем не менее, они требуют периодического обслуживания и могут создавать электрические помехи, которые могут мешать компьютерам и другому находящемуся поблизости электрическому оборудованию в вашем офисе, магазине или дома.

Другим вариантом является контактная пусковая горелка, в которой используется подвижный электрод или сопло для получения искры, которая зажигает вспомогательную дугу. Этот тип горелки не создает помех другим электрическим элементам и включается мгновенно без цикла предварительной подачи.

Отличным свойством резака, которое можно исследовать, является защитный экран, который крепится к чаше резака и удерживает наконечник на идеальном расстоянии от 1/16 до 1/8 дюйма от разрезаемого металла — это расстояние известно. как «отстань». Горелка может работать на полную мощность с постоянным зазором. Расстояние зазора зависит от толщины металла и силы тока, используемой для его резки, при этом при резке с низкой силой тока требуется минимальное расстояние зазора или его отсутствие.

Если вы планируете работать с тонким металлом, вам, скорее всего, понадобится только горелка с одним потоком, которая работает с ограниченной силой тока и не требует дополнительного потока защитного газа для охлаждения горелки. Для крупных операций по резке или пользователей, планирующих резку толстого металла, двухпоточная горелка с защитным газом позволит резать более толстый металл при высокой силе тока.

Независимо от того, как горелка зажигает плазменную дугу или использует защитный экран, выберите конструкцию горелки, которая хорошо ложится в вашу руку, особенно если вы планируете использовать ее в течение длительного периода времени.

Выбор расходных материалов для плазменного резака

После первоначальной покупки плазменного резака наиболее важными текущими расходами будут режущие наконечники и электроды. Поэтому, прежде чем брать в руки плазменный резак, узнайте как можно больше о том, насколько быстро ваш станок будет использовать эти предметы.