Содержание:
- Устройство плазмотрона
- Принцип работы
- Виды плазмотронов
- Область применения
- Достоинства и недостатки
- Выбор плазмотрона
- Порядок работы
- Система стабилизации дуги
- 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:
- Мощность. Убедитесь, что прибор способен обеспечить нужный уровень энергии для работы с материалами различной толщины.
- Удобство использования. Выбирайте плазмотрон с удобными управляющими элементами, эргономичным дизайном, легким весом.
- 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
| Что такое плазма? |
Плазма — это поток ионизированного газа, разогретого до очень высоких температур (25 000 – 50 000°С). Плазма является хорошим проводником электричества, используется в различных производственных и научных областях. |
| Как контролировать высоту резака плазмотрона? |
Для контроля высоты резака используется автоматическая система высотного контроля, позволяющая поддерживать постоянное расстояние между соплом плазмотрона и рабочим материалом на протяжении всего процесса резки.
Для правильной работы системы перед началом процесса резки необходимо установить правильное начальное расстояние. Затем высота резака будет автоматически регулироваться, в зависимости от типа и толщины материала.
Также для контроля высоты можно использовать оптические датчики, которые будут контролировать расстояние и давать сигнал на поднятие или опускание устройства.
|
| Чем отличаются дуговые плазмотроны от высокочастотных? |
Они отличаются способом создания и источником энергии.
Дуговой плазмотрон создается путем применения электрической дуги между двумя электродами, что приводит к нагреванию плазмы до высоких температур. Энергия для создания дуги поступает от постоянного или переменного тока с низкой частотой.
Высокочастотный - создается путем подачи высокочастотного электрического поля на плазму, что приводит к ее нагреванию и возбуждению. Энергия для создания плазмы поступает из электромагнитного поля высокой частоты.
Таким образом, дуговые и высокочастотные плазмотроны различаются в том, каким образом они создаются и откуда происходит энергия для нагрева плазмы.
|
| Какие основные преимущества плазмореза перед другими сварочными аппаратами? |
Благодаря высокой температуре плазмы аппарат позволяет сваривать тонкие и деликатные материалы без их деформации. Устройство обеспечивает высокую скорость работы, чистый и точный шов. |
