Что это такое? Плазмотрон – это устройство, вырабатывающее плазму с помощью электрического тока. Оно чаще всего используется в металлообработке: от промышленной до художественно-эстетической.
Какой лучше выбрать? В зависимости от задач подбираются характеристики плазмотрона. К важным параметрам относят его мощность, тип, толщину обрабатываемых заготовок и некоторые другие опции.
Вопросы, рассмотренные в материале:
- Устройство и принцип работы плазмотрона
- Сферы применения и преимущества плазмотронов
- Виды плазмотронов
- Критерии выбора плазмотрона
- Эксплуатация плазмотронов
Устройство и принцип работы плазмотрона
Плазмотрон генерирует плазму при помощи электрического тока и позволяет использовать ее для обработки, например, резки различных материалов. Данная разновидность оборудования была разработана в середине ХХ века. В тот период активно расширялось производство тугоплавких металлов, сохраняющих свои свойства даже под действием высокой температуры, поэтому требовался определенный способ их обработки. Кроме того, плазмотроны были необходимы как источник тепла повышенной мощности.
Современные плазмотроны:
- Обеспечивают сверхвысокую температуру, которую невозможно получить за счет применения химического топлива.
- Позволяют без труда выбирать мощность, пуск, рабочий режим.
- Имеют компактные размеры, надежны.
В конструкцию плазмотронов для резки входят:
- электрод/катод, снабженный вставкой из циркония или гафния, то есть металлов с высокой термоэлектронной эмиссией;
- сопло, чаще всего бывает изолировано от катода;
- механизм, позволяющий закручивать плазмообразующий газ.
Ключевыми расходниками в данном оборудовании являются катоды и сопла плазмотронов. Они изнашиваются примерно одновременно, а значит, менять их можно вместе. Один комплект служит одну рабочую смену, то есть в течение восьми часов, если обрабатывается металл толщиной в пределах 10 мм.
Слишком поздняя замена расходников чревата снижением качества реза. Так, нарушение геометрии сопла вызывает эффект косого реза либо появление волн на его поверхности. Износ катода приводит к постепенному выгоранию вставки из гафния. Если это происходит более чем на 2 мм, катод пригорает, а плазмотрон перегревается. Иными словами, отказ от своевременной замены катодов и сопла вызывает сокращение срока службы остальных элементов оборудования.
Чтобы в процессе работы уберечь устройство от брызг металла, металлической пыли, его закрывают специальным кожухом. Без него загрязнения снижают качество работы и могут привести к выходу из строя плазмотрона. Подобную защиту важно периодически снимать, чтобы удалять с нее загрязнения и чистить сам агрегат.
Сферы применения и преимущества плазмотронов
Плазмотроны активно используются на производстве, поскольку имеют немало достоинств. Такое ручное оборудование обходится значительно дешевле аналогов, при этом оно обеспечивает высокое качество раскроя и не предполагает сложностей в работе.
Резка металла плазмой задействуется в следующих областях производства:
- изготовление металлоконструкций;
- обработка металлопроката, поскольку плазма позволяет резать практически любые металлы (черные, тугоплавкие и цветные);
- промышленность, авиа- и машиностроение, капитальное строительство зданий, пр.;
- обработка деталей, художественная ковка, ведь при создании изделий при помощи плазменного резака почти отсутствуют ограничения по сложности, поэтому можно изготовить уникальные детали, полностью отвечающие задумке художника, – далее они используются как декор для лестниц, перил, заборов, пр.
Разные сферы применения плазмотронов позволяют оставаться актуальными как станкам с плазменной резкой, так и ручным установкам.
На любом производстве, связанном с металлопрокатом, периодически требуется резать металл, будь то подготовка точных отверстий, декоративная резка или быстрое разрезание листов на заготовки. Все перечисленные задачи позволяет выполнить плазмотрон. При этом он имеет целый ряд преимуществ по сравнению с другой техникой:
- Экономичен. Его единственным ограничением является толщина обрабатываемого материала – раскрой стали толщиной более 50 мм является финансово невыгодным и нецелесообразным.
- Мобилен, если речь идет о работе ручным плазматроном.
- Имеет отличную производительность. Скорость его работы в 5–12 раз выше, чем при использовании традиционного электродного метода.
- Позволяет обрабатывать любые металлы, как то медь, алюминий, титан, сталь, в том числе нержавейку, пр.
- Безопасен.
- Точен, поскольку деформации, возникающие в результате тепловой нагрузки, практически не видны и не предполагают финишной зачистки. Точность резки находится на уровне 0,24−0,34 мм.
Благодаря перечисленным качествам плазматроны активно используются на производстве и даже в быту.
Однако, как и любая техника, они имеют свои недостатки:
- Требуют точного соблюдения требований при работе с деталями. Резак должен находиться под углом в пределах 10–50°. В противном случае комплектующие изнашиваются быстрее, страдает качество реза.
- Есть ограничения по толщине реза. Даже мощная техника позволяет работать только с материалами толщиной до 10 см.
- Рабочее оборудование является очень сложным, из-за чего нельзя сразу использовать пару резаков, подключенных к одному плазматрону.
Виды плазмотронов
Среди плазматронов для резки металла выделяют следующие разновидности:
Воздушно-плазменный
В качестве рабочей среды используется подготовленный атмосферный воздух. Такие устройства подходят для резки черных металлов, среди аналогов выделяются наиболее простой конструкцией.
Плазмотрон для ручной воздушно-плазменной резки является компонентом оборудования, которое работает от напряжения 220 V или 380 V. Важным его элементом является упор, который позволяет сохранять расстояние между резаком и заготовкой, необходимое для раскроя, и при этом снять лишнюю нагрузку с оператора. Без упора не удается добиться ровного реза – он получается шероховатым.
Газоплазменный
Плазма образуется на базе следующих газов:
- азота;
- водорода;
- аргона;
- кислорода.
Также существуют пароводяные плазмотроны, которые работают на воде, водяном паре.
Индукционный
Это высокочастотное устройство, в основе работы которого лежит принцип индуктивно-связанной плазмы. Для обеспечения подобного разряда задействуют переменное магнитное поле, формируемое индукционной катушкой, а частота колебаний составляет 1–100 МГц. Чтобы головка плазмотрона справлялась с высокочастотной мощностью, ее изготавливают из диэлектрика, такого как кварцевый материал, то есть стекло или керамика. Благодаря данному подходу функцию рабочего тела может выполнять воздух, водяной пар или газы (кислород, азот, аргон).
Индуктивно-связанная плазма имеет следующие характеристики:
- высокая плотность электронов;
- температура около 6 000 K, при которой любое вещество переходит в атомарное состояние.
Читайте также: Пассивация: способ защиты от коррозии
Повышенная концентрация электронов и положительных ионов является важным условием для поверхностной обработки металлов, такой как травление. Поскольку индуктивная катушка расположена за пределами активной зоны горения, для охлаждения системы удается применять воздух. Индукционный плазмотрон входит в категорию специфической техники, призванной решать только задачи определенного спектра, например, позволяет получать чистые порошковые металлы.
Комбинированный
Плазмотроны данного вида сочетают в себе электрическую дугу с током высокой частоты, а магнитное поле позволяет сжимать электрический разряд.
С точки зрения стабилизации электродуги среди плазмотронов выделяют три типа:
- газовый;
- водяной;
- магнитный.
От функции стабилизации зависит сжатие электродуги, ее направление вдоль оси электрода и в отверстии сопла.
Газовое оборудование считается наиболее простым, поэтому применяется чаще других. Этот тип предполагает сжатие столба дуги при помощи плазмообразующего газа при параллельном охлаждении стенок. Данный подход позволяет смягчить условия, в которых функционирует головка плазмотрона.
Пароводяная техника предполагает применение парового газа как рабочего тела. Благодаря переходу на водяную систему с учетом регенерации пара удалось обеспечить высокую степень сжатия столба электродуги. В подобных условиях достигается температура в +50 000 °C. Обязательным элементом устройства является графитовый электрод, который в автоматическом режиме поступает в зону горения. Водяной пар вызывает сгорание углерода за минимальный отрезок времени.
Хотя конструкция этого плазматрона достаточно сложна, он считается одним из наиболее востребованных среди подобных устройств. Головка резака, охлаждаемая при помощи воды, среди умельцев, готовых самостоятельно собрать плазменный резак, уступает только воздушному охлаждению. Из всех трех систем наименьшей эффективностью отличается магнитная. Зато она позволяет контролировать сжатие электродуги, не теряя рабочее тело или газ.
Критерии выбора плазмотрона
Выбирая плазматрон для резки, необходимо исходить из характеристик оборудования и работы, которую планируется осуществлять, то есть нужно оценить размеры, толщину и тип металлопроката:
Толщина металла и сила тока
От толщины материала, подлежащего обработке, зависит номинальная сила тока оборудования. Допустим, чтобы раскраивать черный металл, нержавеющую сталь, на каждый миллиметр толщины требуется мощность в 4 А. Значит, работа с листами конструкционной стали толщиной 10 мм предполагает использование рабочего тока в 40 А. Рекомендуется приобретать агрегат, который будет иметь небольшой запас по показателю мощности.
Продолжительность включения плазмотрона
ПВ – это время, в течение которого устройство может непрерывно выполнять свои функции. ПВ 60 % свидетельствует о том, что при рабочем цикле в 10 минут прибор может без остановки работать 6 минут. При превышении данного показателя есть риск перегрева и поломки.
Стоит выбирать ПВ с учетом сферы использования устройства:
- для применения в быту хватит 40 %;
- мастерским, небольшим металлообрабатывающим фирмам нужно 60 %;
- для крупных заводов, предприятий, занимающихся производством металлоконструкций, он должен быть 80–100 %.
Рекомендуем статьи
Требуемая мощность компрессора
Данный показатель определяет стабильность плазменной резки. Аппарату необходима производительность на 20–25 %, чем прописано в паспорте. Рекомендуется выбирать плазморез с масловлагоотделителем – это устройство позволит получать плазму высокого качества, не зависящего от воздействия конденсата и примесей.
Длина шланг-пакета плазмотрона
Производители предлагают шланг-пакеты длиной 1,5–8 м и даже более. Выбирая конкретный показатель, учитывайте размеры конкретного металлопроката.
Правила эксплуатации плазмотронов
В процессе использования плазмотронов важны:
- регулярная смазка подвижных составляющих системы при условии, что оборудование часто эксплуатируется;
- поверка целостности аппарата перед каждым включением;
- выставление заготовок по уровню – это позволят предотвратить порчу материала;
- отказ от раскроя слишком толстых листов, если у агрегата нет необходимой для этого мощности.
Любая техника периодически выходит из строя. Плазмотронам наиболее свойственны:
- замыкания, перегорание проводов;
- износ подвижных компонентов;
- скачки напряжения, из-за которых ломаются ключевые элементы системы.
Если деталь изношена, ее необходимо заменить, тогда как при работе с проводами, электроникой обязательно проводится проверка с последующей заменой.
Если говорить о разнице между резкой плазмой и лазером, то основные отличия между этими технологиями кроются в принципе воздействия на материал. Лазер позволяет быстрее раскраивать детали, отличается повышенной производительностью, обеспечивает сниженный процент оплавления. Правда, лазерные установки дороги и не справляются с заготовками толще 2 см. Тогда как плазмотрон более доступен по цене и имеет расширенный функционал.
