ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Воздушно-плазменная и кислородно-плазменная резка из "Плазменная резка " Разработки и исследования резки сталей кислородосодержащими плазмообразующими средами, проведенные отечественными и зарубежными исследователями, показали высокую эффективность применения этих газов для плазменной резки. Возможность широкого применения воздуха и кислорода в чистом виде (а также в смеси с другими газами) появилась после разработки катодов из циркония и гафния, на поверхности которых в процессе резки в кислородосодержащих средах образуется окисная пленка. Температура плавления этой пленки выше, чем основного металла. Она предохраняет катод от быстрого разрушения. [c.55] Проникающая способность воздушной плазмы более высокая, чем у азота, так как содержащийся в составе воздуха кислород обладает высоким теплосодержанием и, кроме того, он (вследствие взаимодействия с расплавленным металлом и протекания термохимических реакций) окисляет металл с выделением значительной тепловой энергии. Продукты окисления и часть неокисленного металла выносятся из полости реза. Характерными при этом являются заметное сокращение ширины реза и уменьшение скоса кромок, что является высоким критерием оценки качества процесса резки. [c.55] Важнейшей технико-экономической характеристикой процесса воздушно-плазменной резки является производительность, которая определяется интенсивностью выплавления металла и зависит от совершенства применяемого оборудования, условий организации труда. [c.55] Если в ранние периоды развития плазменной резки технологические процессы приспосабливались к характеристикам электрических дуг, то в период широкого развития — технические параметры плазменной резки приспосабливают к технологическим процессам, т. е. создаются специализированные источники питания с заранее заданными характеристиками. Электрическая дуга превратилась в новый источник тепла с широким диапазоном изменения основных параметров. [c.55] Применение источников питания, обеспечивающих повышенное напряжение дуги, а также плазмотронов с вихревой стабилизацией газа позволило увеличить расход плазмообразующего газа и повысить мощность дугового разряда, Поскольку сжатый воздух — дешевый и используется прямо из магистрали цеха, то его расход ничем не лимитируется. За счет увеличения расхода воздуха рабочее напряжение столба плазменной дуги значительно возросло. [c.55] В ранние периоды развития плазменной резки мощность дуги при низких напряжениях источника тока обеспечивалась только за счет увеличения силы тока при относительно низких расходах плазмообразующего газа. При этом, чтобы получить необходимую мощность дуги за счет увеличения тока, требовалось увеличение диаметра канала сопла. Ширина реза увеличивалась пропорционально величине силы тока. Объем выплавленного металла составлял значительную величину, а необходимая скорость резки при этом не обеспечивалась. [c.55] При этих условиях особенно эффективным стал процесс резки в кислородосодержащих смесях с использованием воздуха (рис. 2.15). [c.56] При использовании технического воздуха появился и отрицательно влияющий на процесс плазменной резки фактор — это наличие влаги в составе воздуха. Присутствие влаги в катодном пространстве (в полости сопла) вызывает возникновение серии мелких замыканий электрод — сопло — разрезаемый металл, появление мелких дуговых разрядов, которые происходят чаще всего в момент возбуждения дуги при выходе на рабочий режим резки. При наличии влажного воздуха не всегда удается возбудить рабочую дугу с одного раза. При этом на наиболее близко расположенных друг к другу участках электрода и сопла происходит выплавление меди в виде эрозии и образование отдельных наплывов расплавленного металла, которые могут вызвать уменьшение гарантированного зазора между электродом и соплом и привести к полному разрушению последних, вследствие возникновения при уменьшенном зазоре между электродом и соплом мощной двойной дуги. [c.56] Если даже не произойдет полного разрушения электрода и сопла, то возникающая серия мелких электродуговых разрядов приводит к оплавлению нижнего торца сопла, изменению формы его канала, что безусловно птрицательно сказывается на качестве реза, возникновении грата на кромках и на снижении скорости плазменной резки. [c.56] Учитывая изложенное, сжатый воздух, поступающий на резку из магистрали цеха, должен быть осушен от влаги, не должен содержать масла и твердых частиц. [c.56] При обеспечении необходимого качества воздуха и надежной аппаратуры для плазменной резки возбуждение дуги и рабочий процесс резки при использовании воздуха не вызывают каких-либо трудностей. При силе тока до 300 А и напряжении 150—200 В гарантирована достаточно высокая. . тойкость электродов и сопл. Расход их при хорошем качестве изготовления составляет примерно 2 шт. в смену. [c.56] Стойкость электродов при использовании кислорода более низкая (в течение смены расходуется от трех до пяти электродов). Сгорание электрода очень часто приводит одновременно к повреждению и замене сопла. Для предупреждения полного разрушения электрода необходимо своевременно заменять его на новый. [c.57] Если в случае применения азота допустимо использование плазмотронов с аксиальной подачей газа, то при применении воздуха, и особенно кислорода, процесс плазменной резки указанными плазмотронами невозможен вследствие его нестабильности и неустойчивости. Для получения сконцентрированного столба дуги для воздушно- и кислородно-плазменной резки применяются плазмотроны с вихревой стабилизацией дуги. Завихренный плазмообразующий газ обеспечивает надежность работы плазмотрона, повышает стабильность процесса резки, стойкость электрода и сопла, а также улучшает качество кромок реза (безгратовая резка). Резка с использованием воздуха и кислорода осуществляется при давлениях 0,3—0,5 МПа. Давление газа зависит от сечений каналов завихрителя плазмотрона. Например, чтобы обеспечить оптимальный расход газа на плазмотроне ПВР-1, требуется давление не более 0,3 МПа, а на плазмотроне ПМР-74—0,45—0,5 МПа. [c.57] На процесс плазменной резки оказывает влияние большое количество различных технологических факторов, в том числе расход плазмообразующей среды, скорость ее истечения из сопла, диаметр и длина канала сопла, сила тока и напряжение режущей дуги и другие. Большинство из них влияет на качественные показатели плазменной резки ширину реза величину скоса кромок шероховатость кромок и наличие грата величину тепловых деформаций, связанных с напряжениями в кромках реза структурные и химические изменения металла изменения механических свойств металла кромок. Ниже рассматривается влияние расхода плазмообразующего газа и скорости его истечения на качество плазменной резки. [c.57] Для плазменной резки использовались воздух и кислород, толщина раз резаемой стали 7 мм. Повышение расхода газа достигалось за счет увеличения давления. Увеличение скорости истечения газа при заданном расходе обеспечивалось за счет уменьшения канавок завихрителя газа при одновременном увеличении давления. Завихритель газа в плазмотроне использовался с шестью спирально расположенными каналами с правой нарезкой. Конструктивные размеры завихрителей, применявшихся при исследованиях, приведены в табл. 2.2. Завихрители 1— 5 были рассчитаны для использования с диаметром канала сопла не более 3 мм (сечение 7,065 мм ) завихрители 6— 9 были предназначены для сопла с диаметром канала не менее 3,5 мм (сечение 9,6 мм ). Общее сечение всех шести канавок завихрителя меньше сечения канала сопла. Такое условие обеспечивает хорошее завихрение газа, так как исключает подпор газа в полости сопла. Плазмотроны типа ПВР-402 имеют завихритель, общее сечение каналов которого больше, чем сечение канала сопла. Вследствие подпора газа, образующегося в полости сопла, происходит некоторое ослабление вихря. В связи с этим при резке стали таким плазмотроном вероятность образования грата на кромках возрастает. [c.57] Чтобы обеспечить процесс резки при высоких давлениях газа, при повышенных скоростях истечения и стабильном возбуждении дуги, были использованы завихрители с малым сечением каналов (например, завихритель 5, который позволяет возбудить дугу на стандартном оборудовании при использовании сопла с диаметром канала 1 мм). [c.58] При сборке плазмотрона стремились создать надежное уплотнение между завихрителем и корпусом для того, чтобы газ в полость сопла поступал только по завихряющим каналам. Из табл. 2.3 следует, что при увеличении расхода плазмообразующего газа напряжение на дуге и проплавляющая способность столба дуги увеличиваются и, следовательно, уменьшается средний скос кромок. [c.58] При использовании кислорода ширина реза и скос кромок при тех же расходах, что и при применении воздуха, увеличиваются (рис. 2.16). Верхняя кромка (вследствие интенсивного окисления металла) скруглена, поэтому кажется, что величина скоса больше, чем есть на самом деле. [c.58] При использовании завихрителей с различными сечениями завихряю-щих каналов установлено, что при одном и том же расходе газа с уменьшением сечения каналов (что приводит к увеличению скорости истечения газа) напряжение на дуге понижается, столб дуги увеличивается в объеме, ширина реза и скос кромок увеличиваются (рис. 2.17). Исследования показали, что при большой скорости вихря (завихрители 4, 5) при достаточном расходе газа 1,0—1,3 л/с грат на кромках никогда не наблюдался. Для уменьшения ширины реза повышалась концентрация энергии за счет обжатия столба дуги. При одном расходе газа использовались сопла разных диаметров. Оптимальная величина расхода газа определялась пропускной способностью наименьшего сопла. Из табл. 2.3 следует, что уменьшение диаметра сопла сказалось не только на снижении ширины реза, но также и скоса кромок. При диаметре канала 3 мм и расходе воздуха 0,67 л/с ширина реза по верхней кромке 5,8 мм, а по нижней — 2 мм, средняя величина скоса на кромку составила 1,9 мм. В этом случае явно недостаточен расход воздуха. В том же режиме при расходе воздуха 1,33 л/с средняя величина скоса 1,35 мм. При диаметре канала сопла 1 мм и максимальном расходе воздуха для данных условий 0,66 л/с ширина реза уменьшилась до 2,5 мм по верхней плоскости листа, а средняя величина скоса — до 0,55 мм. [c.58] Примечание, В таблице дан средний скос кромок (правой и левой). Фактический скос правой кромки на 15—20 % меньше. [c.59] Вернуться к основной статье