Плазменная резка с использованием воды
Плазменная резка с использованием воды находит все большее применение. Вода имеет следующие преимущества: во-первых, улучшает гигиенические условия труда рабочих, во-вторых, обеспечивает повышение качества кромок вырезаемых деталей, в-третьих, при плазменной резке с использованием воды уменьшаются тепловые деформиции деталей. Кроме того, при определенных условиях применение воды для плазменной резки обеспечивает высокую концентрацию энергии и увеличение скорости резки.
В зависимости от поставленной цели плазменная резка с использованием воды подразделяетсяна три основных способа:
- 1) резка металла, погруженного или полупогруженного в водяную ванну;
- 2) использование воды в качестве плазмообразующей среды (водоэлектрическая резка);
- 3) подача небольшого количества воды в столб плазмы.
Плазменная резка металла с погружением разрезаемого листа в воду позволяет уменьшить до минимума вредные газы (озон, окислы азота), исключить полностью обильно выделяющийся дым и аэрозоли. Металл и шлак, выплавляемые из полости реза, попадают в воду и в виде мелких частичек и капель оседают на дно ванны. Разновидность этого способа заключается и создании дополнительного водяного экрана вокруг плазменной дуги. В этом случае разрезаемый лист обычно полупогружен в водяную ванну. Плотный водяной экран вокруг плазмы создается за счет специальной насадки, закрепленной на плазмотроне. При резке коррозионно-стойкой стали толщиной 12,7 мм дугой мощностью 65 кВт на расстоянии 1,83 м от плазмотрона при обычных условиях величина шума достигала 108 Дб. В случае экранизации защитными средствами (металлическим кожухом) шум уменьшился до 101 Дб. При экранизации за счет мощного водяного потока (расход воды до 1,2 л/с) шум уменьшился до 15 Дб, т. е стал значительно ниже установленных норм. При снижении расхода воды до 0, 6 л/с интенсивность шума значительно повысилась (до 93 Дб). С помощью системы (стол, заполненный водой) удается отвести 99,5 % выделяющихся газов. Грат и расплавленный металл при этом собирают в резервуар, наполненный проточной водой.
Плазменная резка со стабилизацией плазменной дуги водой (водоэлектрическая) применяется для резки различных металлов и сплавов. В плазмотроне с водяной стабилизацией дуги обеспечивается завихрение воды с помощью канала, ограниченного двумя соплами. При этом используется только вода, газ в плазмотрон не подается. Кромки сопла защищены от теплового воздействия дуги с помощью тонкой водяной пленки. Вода является наилучшей средой для резки цветных металлов и высоколегированных сталей больших толщин. Вода в дуге диссоциирует на кислород и водород, а затем на атомарный кислород и водород. Концентрация водорода и кислорода в столбе дуги оптимальная, т. е. такая, при которой получается наилучшее качество реза при высокой производительности резки.
Теплоизоляционные свойства воды более высокие, чем у газов, так как между столбом дуги и слоем воды, непосредственно прилегающим к внутренним стенкам сопла, образуется постоянно обновляемая паровая прослойка, на образование которой расходуется большая часть тепла дуги, отходящего в радиальных направлениях от столба дуги. В связи с этим, подобрав соответствующий расход воды, можно создать на внутренней стенке сопла водяную прослойку. Стабилизация столба дуги и его изоляция от стенок сопла осуществляются водой. Поэтому допустимые нагрузки для одного и того же диаметра сопла, ограничивающего столб плазменной дуги, в несколько раз выше, что можно проиллюстрировать следующими данными:
| Диаметр сопла, мм | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Допустимый ток, А: | ||||
| при газоэлектрической резке | 360 | 400—480 | 600 | 750 |
| при водоэлектрической | 900 | 1200 | — |
Применение сопла менее 3 мм невозможно ввиду того, что для зажигания водоэлектрической дуги используется алюминиевая проволока диаметром 1,5 мм и при меньших диаметрах сопла истечение воды нарушается н момент зажигания дуги.
Резы, выполненные плазменной резкой с использованием воды, отличаются высоким качеством кромок, которые имеют незначительный скос, металлический блеск, т. е. выгорания с поверхности кромок наиболее активных элементов разрезаемого металла не происходит. Металл сокра няет естественный, свойственный ему цвет. На кромках несколько увели чипы бороздки, но они имеют плавные переходы от гребешка к впадине.
Недостатком водоэлектрической резки является сложность возбуждения дуги и начала процесса. Применяется графитовый электрод, который быстро расходуется. В связи с этим необходимо для вертикального перемещения графитового электрода в направлении сопла в процессе резки дополнительное устройство. Все это делает процесс недостаточно технологичным и надежным. Его нельзя пока использовать на машинах с программным управлением. Процесс водоэлектрической резки при соответствующем усовершенствовании аппаратуры может найти более широкое применение.
Плазменная резка с подачей небольшого количества воды в плазму, чаще всего в азотную и воздушную, находит более широкое применение.
Зарубежными фирмами при этом способе резки в качестве основного газа чаще всего используется азот, в нашей стране — азот и воздух. Подвод воды в столб дуги осуществляют различными способами. Вода может направляться радиально в столб плазменной дуги ниже среза сопла. При этом расход, скоростной напор водяных струй, а также угол атаки радиально направленных струй воды могут быть разными. В этих условиях вода охлаждает и ограничивает столб плазмы, который при выходе из сопла стремится расшириться. Вода под действием высокой температуры не может продиссоциировать так полно и проявить свои свойства в том объеме, как при водоэлектрическом способе резки, при котором она подвергается термическому влиянию высокотемпературной дуги в замкнутом объеме полости и канала сопла.
Разработаны специальные конструкции плазмотронов, которые позволяют более полно использовать ценные свойства воды. Поскольку воду нельзя подать вместе с плазмообразующим газом в катодное пространство, так как это приводит к разрушению электрода и сопла, то ее подают отдельно: газ в полость сопла, а воду в канал сопла. В канале сопла под воздействием высоких температур происходит ее интенсивное испарение, т. е. диссоциация на водород и кислород. При испарении 1 см3 воды образуется около 1700 см3 водяного пара. Плазменная дуга уплотняется, удлиняется и стабилизируется. Кроме того, увеличивается движущая масса, которая обеспечивает лучший перенос энергии и служит для удаления расплавленного металла и шлака из полости реза.
Из многочисленных литературных данных известно, что применение воды для плазменной резки или добавка ее в небольших количествах к плазмообразующему газу в значительной степени улучшает качество кромок, уменьшает их скос, снижает тепловые деформации металла.
Остались вопросы? Вы можете получить информацию по интересующим вопросам, связавшись с менеджерами нашей компании по телефонам +7 967 780 43 30, +7 917 856 82 24, по электронной почте info@inmet16.ruили отправив сообщение через форму обратной связи.
Источник
Водяная плазма – режет, варит и паяет
Российскими специалистами создан ручной многофункциональный водо-плазменный прибор «Мультиплаз-2500». Такой инструмент найдет широкое применение, в том числе и на автотранспортных предприятиях.
 |
Известно, что газорезные и газосварочные работы – одно из наиболее трудоемких и «узких» мест в металлообработке. Не составляет исключения и проведение таких работ в ремонтных зонах автотранспортных предприятий и управлений механизации. Это и понятно. Ведь нередко стационарные сварочные посты в цехах так загружены, что самоходные машины в ожидании ремонта находятся в простое лишние 2 – 3 дня, а то и больше. Сами по себе сварочные работы довольно сложны. Их проведение требует недешевого и громоздкого оборудования, а также высокой квалификации рабочего, да и экологическая сторона этой операции, что называется, «оставляет желать».
Все эти трудности могут остаться в прошлом, если использовать отечественную новинку – ручной многофункциональный термоплазменный инструмент, разработанный на московском предприятии «МУЛЬТИПЛАЗ». Его «рабочим телом» является самая обычная вода. Точнее, водяной пар, находящийся в состоянии плазмы.
«Мультиплаз-2500», так назвали новинку разработчики, умеет многое – резать металлы и неметаллы, сваривать алюминий, медь, чугун, сталь и ее сплавы, осуществлять процессы пайкосварки, очищать металл от ржавчины, паять. Для этого нужно всего лишь залить полстакана воды в корпус горелки и включить аппарат в электросеть. Высокотемпературная водяная плазма, которая вырывается тонкой струей из «дула» пистолета, позволяет легко и быстро выполнять перечисленные операции.
«Водяной пар, – рассказывает технический директор ОАО «МУЛЬТИПЛАЗ» Александр Апуневич,– представляет собой идеальную плазмообразующую среду. Он является экологически чистым, взрывобезопасным и широкодоступным рабочим веществом, благоприятно влияющим на санитарно-гигиенические условия труда.
При образовании плазмы (ионизации) воды образуется два объема ионов водорода и один объем ионов кислорода. Диссоциация водяного пара на водород и кислород начинается уже при температуре 1 500оК и при 2 300°К составляет 1,8%. Основная масса водяного пара диссоциирует при 4 000оК. Дальнейшее повышение температуры способствует ионизации водорода с поглощением значительного количества тепла. Соответственно при рекомбинации в области анода (изделия) высвобождается большое количество энергии, способствующей интенсификации процесса плавления металла.
При высоких температурах, которые имеют место в зоне плазменной струи, водяной пар может также диссоциировать на водород и гидроксил (ОН). Последний не растворяется в металле, являясь высокоустойчивым химическим соединением, способствующим большей коррозионной стойкости обрабатываемой поверхности сталей».
 |
Запуск аппарата производится нажатием кнопки управления подвижным катодом. Между катодом и соплом-анодом возникает электрическая дуга. При этом выделенной теплоты достаточно, чтобы превратить окружающую воду в пар. С ростом давления пар, вырываясь из сопла-анода, «обжимает» электрическую дугу, центрируя ее относительно выходного отверстия. Образование плазмы обеспечивается за счет энергии электрического разряда в ионизационной камере.
Возможности применения плазмоинструмента весьма широки. Такой «резак» способен разрезать любой известный на земле негорючий материал, в том числе (в отличие от газосварки) нержавеющую и высоколегированную сталь, алюминий, титан и другие металлы, а также кирпич, бетон, кварцевое стекло, керамику.
Особенно эффективен плазмоинструмент при резке стали и ее сплавов. Благодаря очень высокой температуре концентрированной плазменной струи прогрев металла происходит только в узкой зоне разреза. А это заметно повышает качество резки: почти отсутствуют температурные деформации металла, сохраняются его физические и конструкционные характеристики, в частности, такая важная, как упругость. Толщина разрезаемого стального листа – от 0,5 до 8 – 10 мм.
Для высококачественной сварки ответственных соединений алюминия, меди, чугуна, латуни, а также любых марок обычных и углеродистых сталей вода (рабочее тело) заменяется на 40%-ную спиртовую смесь, являющуюся идеальной защитной средой для сварочной ванны.
И здесь аппарат проявляет себя с самой лучшей стороны. Сварку плазмоинструментом можно проводить и встык, и точками, и внахлест. Во всех случаях шов получается прочным и почти без окалины. При этом усадка свариваемого металла минимальная, а после приобретения некоторого опыта работы с инструментом шов получается настолько ровным и качественным, что последующей рихтовки может и не потребоваться.
Возможности плазмоинструмента особенно полно проявляются в практике ремонтно-механических предприятий и, в частности, автотракторных станций, различных мастерских технического обслуживания. «Мультиплаз-2500» позволяет выполнять с высоким качеством резку любых материалов, а также сварку черных и низколегированных сталей (до 8 мм), чугуна. Аппаратом можно проводить пайку и пайко-сварку черных и цветных металлов, а также их сплавов в самых разных сочетаниях, выполнять очистку поверхности металла от ржавчины, термообработку негорючих поверхностей, закалку режущих кромок и т.д. Может он, в случае необходимости, использоваться даже как «огнетушитель». При локальном возгорании небольшой площади достаточно отключить электропитание прибора и направить сопло на место возгорания – струя водяного пара быстро загасит пламя.
 |
Плазмоинструмент безупречен в экологическом отношении и безопасен в эксплуатации. Не произойдет ничего страшного даже при касании соплом-анодом разрезаемого металла. А это позволяет использовать при работе различные приспособления, такие как линейки, лекала, трафареты. Так что даже новичок может выполнить разрез высокого качества.
Аппарат, размещается в наплечной сумке сварщика благодаря миниатюрным размерам и небольшому весу (вес горелки всего 700 г, блока питания 5,5 кг), а также отсутствию тяжелых и громоздких баллонов, тележек, шлангов – всего, что обычно сопутствует газосварочным работам.
«Мультиплаз-2500» очень эффективен при монтаже и последующем ремонте трубопроводов разного назначения, систем отопления и сантехники, энергосистем, а также при проведении кровельных работ, при ремонте холодильников, кондиционеров, различных вентиляционных систем и т.п. Портативный и удобный в работе, этот инструмент, как показывает практика, окупается очень быстро. Особенно в условиях авторемонтных предприятий, станций технического обслуживания. Ведь здесь миниатюрный аппарат можно использовать практически везде, не занимая «дефицитных» установочных мест, которых сегодня так не хватает на АТП.
Аппарат прошел государственную сертификацию. На недавно состоявшейся выставке «Эврика» в Брюсселе новые разработки ученых и специалистов ОАО «МУЛЬТИПЛАЗ» удостоены двух золотых медалей. А на Всемирном Женевском салоне изобретений аппарат получил золотой «Гран-при» – наивысшую награду салона.
Источник
