Принцип действия плазмотрона в аппарате плазменной резки

Ключевым элементом аппарата плазменной резки является плазмотрон, представляющий собой, по сути, источник высокотемпературного ионизированного газа – плазмы. Конструктивные особенности этого устройства позволяют разогревать рабочее тело (газ) до температуры 20-30 тысяч градусов Цельсия и разгонять плазменный поток до скорости 300-500 м/с, чем обеспечивается быстрота резания даже толстого металлопроката и высокая точность резки.

Конструкция типового плазмотрона включает в себя следующие компоненты.

  1. Электрод.
  2. Вихревое устройство.
  3. Сопло.
  4. Кожух.

Электрод используется для инициации электросиловой дуги. Вихревое устройство необходимо для создания особого – закрученного – потока рабочего тела, который ионизируется дугой и истекает через сопло. Наконец, кожух защищает части плазмотрона от брызг расплавленного металла, неизбежно образующихся в процессе резки.

Электросиловая дуга

Использование электросиловой дуги является наиболее простым с технической точки зрения, а потому и самым дешёвым способом ионизации газа. К слову сказать, именно поэтому средняя цена плазморезов существенно меньше стоимости лазерных резаков с теми же параметрами. Для инициации (розжига) дуги применяется классический принцип возбуждения электрического поля между электродами при подаче на них электрического тока большой силы. В трансформаторных моделях эта величина составляет около 50 А. В инверторных – примерно 30 А. Это, кстати, делает инверторные аппараты плазменной резки более экономичными.

Однако вернёмся к плазмотрону. Дуга зажигается в момент прохождения электрического разряда между электродом плазмотрона и телом обрабатываемого металла. Основными характеристиками электрода являются следующие:

  • малый диаметр;
  • температурная износостойкость;
  • высокая электропроводность;
  • простота замены.

Последний параметр важен, поскольку продолжительность работы электродов в плазмотроне невелика – 8-10 часов. То есть эти детали плазмотрона представляют собой расходные материалы, которые нуждаются в периодической замене, и чем проще процесс их замены, тем эффективнее использование плазмореза в целом.

Закручивание плазмы

Вихревое устройство, используемое для закручивания потока газа, исполняется, как правило, в виде цилиндра со спиральной нарезкой, напоминающей метрическую резьбу на метизах. На его поверхности проделываются специальные насечки, по которым газ проникает в плазмотрон.

Из-за того, что рабочее тело подаётся под большим давлением и затем закручивается, результирующий плазменный поток приобретает околозвуковую скорость истечения. Этим обуславливается некоторая шумность плазморезов. Впрочем, этот фактор не очень критичен и не оказывает влияния на общую функциональность оборудования. Вихревое устройство помещается во фторопластовый корпус, чем обеспечивается механическая стабильность данного узла.

Истечение плазмы

На последней стадии закрученный и разогнанный газ попадает под воздействие электросиловой дуги, и его атомы приобретают энергию, достаточную для превращения нейтрального вещества в газообразном агрегатном состоянии в плазму. Далее плазменный поток подаётся в приёмную часть сопла и истекает наружу, разогревая металл и прорезая его.

В этот момент образуются брызги, которые при попадании на элементы плазмотрона могут нанести ему непоправимый ущерб. От этих расплавленных частичек металла плазмотрон защищается толстостенным кожухом, изготавливаемым из тугоплавкого цветмета, например, специальной латуни или бронзы с высоким пределом температурной прочности.