Плазмотроны

Содержание:

1. Устройство плазмотрона
2. Принцип работы
3. Виды плазмотронов
4. Область применения
5. Достоинства и недостатки
6. Выбор плазмотрона
7. Порядок работы
8. Система стабилизации дуги
9. Ответы эксперта

Плазмотрон — генератор плазмы. Представляет собой устройство, использующее плазму для расплавления, сварки, резки металла, обработки различных поверхностей.

Плазмотроны применяются в различных областях, таких как строительство, металлургическая промышленность, металлообработка, тяжелое машиностроение, нанотехнологии, медицина.

Устройство плазмотрона

Генератор плазмы состоит из следующих элементов:

• двух электродов — катода и анода, создающих разряд, который ионизирует газ и создает плазму;
• сопла, изолированного от катода;
• реакционной камеры, где газ ионизируется и превращается в плазму;
• механизма для закручивания плазмообразующего газа;
• высокочастотного источника питания, создающего электрическую дугу между электродами.

Для создания плазмы используется газ, обычно аргон или водород. Также в систему могут входить датчики, контроллеры и регуляторы, корректирующие параметры дуги, чтобы обеспечить ее стабильность.

Для защиты от металлической пыли, брызг металла и прочих загрязнений устройство закрывают специальным кожухом.

Устройство плазмотрона.

Принцип работы

Плазмой называют высокотемпературный газ, состоящий из положительно и отрицательно заряженных частиц ионизированных атомов.

Плазма применяется в различных областях науки и техники благодаря уникальным свойствам, таким как высокая температура, химическая активность и возможность управления.

Принцип работы плазматрона основан на превращении электрической энергии в тепловую энергию плазмы.

Под действием высокой температуры и давления газ становится плазмой – ионизированным веществом, обладающим электрической проводимостью.

Плазменная струя направленного действия вырывается из отверстия в сопле со скоростью 3 000 м/сек, обеспечивая мгновенный нагрев металла до его плавления.  При этом температура струи составляет от 20 000°С до 50 000°С.

Принцип плазмореза заключается в создании и управлении плазмой для выполнения определенных технологических процессов.

Факел плазменной горелки.

Виды плазмотронов

Они делятся на:

Воздушно-плазменные

Наиболее распространенные плазморезы, использующие в качестве рабочей среды подготовленный атмосферный воздух.

Принцип действия воздушно-плазменного устройства заключается в том, что при подаче воздуха в камеру плазменного резака он ионизируется, нагревается и увеличивается в объеме. Проходя через зауженную головку сопла, воздух обеспечивает формирование высокоскоростного потока плазмы.

Воздушно-плазменные устройства обладают рядом плюсов:

• повышенная производительность;
• быстрота и высокое качество обработки;
• минимальные затраты на производство;
• простота конструкции;
• универсальность.

Технология используется для обработки металла различных марок и габаритов.

Воздушно-плазменные плазмотроны отличаются экологической чистотой за счет отсутствия токсичных веществ. Их применение не наносит вред окружающей среде. Прибор функционирует от напряжения 220 V или 380 V.

Газо-плазменные

Устройства, использующие электрический разряд в газе для создания высокотемпературной плазмы.

Сжатие столба дуги происходит под действием плазмообразующего газа, при параллельном охлаждении стенок плазмотрона.

Основные особенности газо-плазменных агрегатов:

• использование различных газов и смесей для создания плазмы с требуемыми характеристиками (водорода, азота, кислорода, аргона);
• возможность создания химически активной среды для обработки поверхности материалов;
• применение электрического поля для управления формой и направлением плазменного потока.

Газо-плазменные устройства имеют более сложную конструкцию, чем воздушные. Они широко применяются в различных отраслях промышленности благодаря своей эффективности, универсальности и возможности управления процессами обработки материалов.

Индукционные

Высокочастотные устройства, использующие электромагнитное поле для создания и поддержания плазмы.

Они состоят из индукционной катушки, через которую пропускается переменный ток, и газового сопла, через которое подается рабочий газ.

Индукционная катушка формирует переменное магнитное поле с частотой колебаний 1-100 МГц. Головка плазмотрона изготавливается из кварцевого диэлектрика. Функцию рабочего тела выполняют газы (азот, кислород, аргон), воздух или водяной пар.

Особенности индукционного плазмотрона:

• быстрый нагрев и охлаждение — обладает быстрым откликом и может достигать рабочей температуры всего за несколько секунд;
• удобство эксплуатации — легко контролируется и может использоваться для различных процессов.

Индукционные плазмотроны могут быть использованы для создания наноматериалов, таких, как нанотрубки углерода или наночастицы металлов. Они являются эффективными и универсальными приборами для широкого спектра промышленных производств и научных целей.

Комбинированные

Устройства, сочетающие в себе несколько источников плазмы для обеспечения более эффективной и точной обработки материалов. Они могут работать как с одноосевым, так и с двуосевым плазмотроном, что позволяет получать разнообразные результаты в зависимости от выбранных параметров.

Особенности комбинированного плазмотрона:

• высокая эффективность благодаря возможности выбора оптимального режима;
• разнообразие методов обработки, таких как нанесение покрытий, плазменное напыление, травление и различные виды нагрева;
• увеличенный срок службы оборудования за счет снижения износа и повышения стабильности работы;
• возможность управления процессом обработки с помощью компьютера для более точной настройки параметров.

Таким образом, комбинированный плазморез является многофункциональным и эффективным инструментом для различных отраслей промышленности, науки и медицины, позволяя получать качественные и точные результаты при обработке материалов.

Схема индукционного плазмотрона.

Область применения

Плазмотроны используются в промышленности, строительстве, металлургии, тяжелом машиностроении, научных и технических областях для различных целей:

• резки и сварки металлов;
• обработки материалов;
• нанесения ионно-плазменных, керамических, электроизоляционных покрытий;
• растопки пылеугольных котлов ТЭЦ;
• плазменной проходки крепких горных пород;
• подогрева металла в ковшах на мартеновских производствах;
• плавления и очистки металлов;
• синтеза химических соединений;
• создания плазменных реакторов.

Плазмотроны позволяют создавать уникальные, высокоточные и высокохудожественные изделия и детали любой сложности.

Плазменная резка металла.

Достоинства и недостатки

Плазменные сварочники совершенно безопасны по сравнению с другими аппаратами.

К их достоинствам относятся:

• высокая скорость, точность, качество;
• высокая производительность и универсальность;
• минимальная зона термического влияния;
• возможность автоматизации;
• экономичность, малый процент отходов при обработке материалов.

Плазмотроны позволяют работать с различными материалами, включая сталь, алюминий, медь, титан, керамику, стекло.

К недостаткам относятся:

• необходимость в специальной подготовке и обучении персонала;
• значительные энергетические затраты на создание и поддержание плазмы;
• сложность и громоздкость оборудования;
• ограничения по размерам и формам обрабатываемых деталей, так как плазмотроны могут быть неэффективны при обработке крупных и сложных изделий.

Высокая температура плазмы может вызвать деформацию и изменение структуры термочувствительных материалов.

Выбор плазмотрона

Выбор плазматрона производится по рабочим характеристикам, с учетом вида выполняемых работ, габаритов, толщины, типа обрабатываемых материалов.

При выборе следует учитывать следующие критерии:

1. Мощность. Убедитесь, что прибор способен обеспечить нужный уровень энергии для работы с материалами различной толщины.
2. Удобство использования. Выбирайте плазмотрон с удобными управляющими элементами, эргономичным дизайном, легким весом.
3. Наличие дополнительных функций. Приборы могут иметь дополнительные функции, такие как регулировка тока, таймер, автоматическое отключение, смена режимов и т.д.

Отдавайте предпочтение известным, крупным производителям.

Удостоверьтесь, что плазмотрон поставляется с гарантией и имеет хорошую послепродажную поддержку.

Порядок работы

Этапы эксплуатации плазмотрона включают в себя:

1. Подготовку:

• проверьте все соединения и провода на предмет повреждений или износа;
• убедитесь, что все соединения надежно закреплены;
• подключите плазмотрон к магистрали плазмообразующего газа (воздушной или кислородной магистрали);
• установите требуемый ток и напряжение на источнике питания.

2. Включение плазмотрона:

• включите источник питания и дождитесь его стабилизации;
• включите плазмотрон и установите нужные параметры (ток, напряжение, давление).

3. Работа:

• установите прибор над точкой начала резки или сварки на высоте 10-15 см от внешнего среза сопла, держите его в правильном положении;
• после возбуждения дуги включите механизм перемещения прибора, поддерживайте скорость перемещения в соответствии с технологией работ;
• следите за качеством работы плазмотрона, при необходимости корректируйте параметры;
• избегайте перегрева оборудования, содержите прибор в чистоте.

Перед выключением убедитесь, что рабочая область и плазморез остыли.

Отключите прибор от источника питания, выключите источник питания.

Для успешной эксплуатации плазмотронов следует правильно настраивать параметры, следить за состоянием оборудования, проводить регулярную техническую проверку и обслуживание, обучать персонал правилам безопасной работы.

Плазменная сварка.

Система стабилизации дуги

Стабилизация дуги используется для поддержания устойчивой и эффективной работы генераторов. Она обеспечивает сжатие потока плазмы и его фиксацию по оси электрода и сопла.

В зависимости от стабилизации дуги плазмотроны бывают:

• газовыми;
• водяными;
• магнитными.

Газовые плазморезы обеспечивают стабилизацию дуги обдувом газом продольно, поперечно и тангенциально. Обычно для этого используют конструкции с газовой оболочкой или завихренным потоком газа. Дуга стабилизируется газом в большинстве применяемых в настоящее время плазменных горелок.

Плазмотрон с водяной стабилизацией.

В водяном типе стабилизация столба осуществляется с помощью омывающей его водяной струи. Плазмообразующей средой служит образуемый из воды пар.  Водяная стабилизация обеспечивает наибольшую степень сжатия и температуру столба до 50 000°С. Плазмотроны с водяной стабилизацией менее эффективны, чем газовые.

Плазмотроны с магнитной стабилизацией уступают по эксплуатационным характеристикам газовым  и водяным. Кроме того, такая конструкция слишком сложная и габаритная за счет соленоида, поэтому магнитные системы не получили большого распространения. Ее преимущества в возможности регулировки степени сжатия дуги, независимо от расхода рабочего газа.

Плазмотроны с газовой системой стабилизации дуги имеют более высокую производительность, более качественные результаты и более длительный срок службы по сравнению с водяными и магнитными аналогами.

Ответы эксперта