Как работает плазморез по металлу: Сторінку не знайдено

принцип работы, что им можно делать и как резать металл

Плазменная резка – одна из наиболее современных эффективных технологий, позволяющая работать с металлом, а также с некоторыми материалами, не проводящими ток, в том числе древесиной, пластиком и камнем.

Неудивительно, что метод пользуется спросом и активно применяется в различных сферах деятельности, в ЖКХ, в строительстве, промышленности. Главным устройством во всем процессе является плазморез, продуцирующий дугу, сформированную плазмой огромной температуры.

Дуга позволяет вести работу с высокой точностью, проводить раскрой не только по прямым линиям, но и формировать сложные фигуры.

Чтобы разобраться в тонкостях всего процесса, рассмотрим подробнее конструкцию устройства, а также основные принципы, на которых построено его функционирование.

Содержание

• Конструкция
• Рабочий принцип
• Области применения
• Основные инструкции
• Заключение

Плазморезка сформирована следующими элементами:

1. Элемент питания, который отвечает за подачу тока той или иной силы. В качестве элемента применяют либо трансформаторы, либо инверторы.

Первый вариант характеризуется значительной массой, зато почти неуязвим для колебаний напряжения, а также дает возможность осуществлять рез металлических заготовок огромной толщины.

Инвертор – хороший выбор в том случае, если манипуляции ведутся с не слишком толстыми заготовками. Они экономичны в отношении потребления энергии, характеризуются высоким КПД и рекомендуются для использования в частном хозяйстве.

2. Плазмотрон. Основной элемент, посредством которого и ведется рез.

Корпус детали скрывает электрод, отвечающий за формирование мощной дуги. Сделан электрод из тугоплавкого металла, благодаря чему исключены его деформации и разрушения вследствие высокотемпературных нагрузок. Как правило, используется гафний, как наиболее прочный и безопасный материал.

На конце находится сопло, формирующее струю плазмы, с легкостью разрезающую заготовку.

Производительность и мощность устройства, во многом, определяется именно диаметром сопла. Чем шире сопло, тем больше воздуха оно пропускает за единицу времени, а увеличение объемов воздуха непосредственно увеличивает производительность. Наиболее распространенный диаметр – 3 миллиметра.

Точность работы зависит от конфигурации сопла, для проведения наиболее тонкой работы следует подбирать удлиненный элемент.

3. Компрессор. Его главная задача – нагнетание воздуха, без которого плазменный резак по металлу просто не может функционировать. Процесс построен на использовании газа для формирования плазменной струи и защиты.

Если сила тока устройства ограничена 200А, то необходим просто сжатый воздух, его достаточно и для отвода лишнего тепла, и для формирования струи. Такая модель – оптимальное решение в случаях, когда режутся заготовки не толще 5 сантиметров.

Установки промышленного типа используют не обычный сжатый воздух, а концентрированные газовые смеси на основе гелия, водорода, азота.

4. Комплекс кабелей и шлангов соединяет все модули между собой. Шланги транспортируют сжатый воздух, кабеля передают электрический ток.

Смотрите полезное видео, устройство и как работает плазменная резка:

Рабочий принцип

Теперь изучим непосредственно принцип работы устройства.

Когда оператор нажимает на клавишу розжига, элемент питания подает ток на плазмотрон. Это приводит к формированию первичной дуги огромной температуры, которая составляет от 6 до 8 тысяч градусов.

Формирование дуги между наконечником электрода и сопла происходит из-за того, что крайне трудно добиться такого результата непосредственно между заготовкой и электродом. Более того, если работа ведется с материалом, характеризующимся изолирующими свойствами, это просто невозможно.

Когда сформирована первичная дуга, к ней подается воздушная смесь. Данный воздух контактирует с ней, его температура растет, а объем – увеличивается, причем увеличение может быть даже стократным. Вдобавок к этому, воздух теряет свои диэлектрические свойства, ионизируется.

За счет того, что сопло имеет сужение к своему окончанию, воздушный поток разгоняется до 2-3 метров в секунду и вырывается наружу, имея температуру почти в 30 тысяч градусов. Из-за высокой степени ионизации и огромной температуры воздух называется плазмой, показатель электрической проводимости которой равняется этому параметру у обрабатываемого металла.

В момент соприкосновения с обрабатываемой поверхностью первичная дуга угасает, а дальнейшая работа ведется уже за счет вновь образованной режущей дуги. Именно она плавит или прожигает материал. Рез получается ровным, так как мощный воздушный поток сдувает с поверхности все появляющиеся частички.

Такое описание того, как работает система, является наиболее простым и распространенным.

Области применения

Теперь рассмотрим, что им можно делать:

• Оперативный рез больших объемов материалов.
• Изготовление листовых деталей, характеризующихся сложностью геометрии, вплоть до ювелирной и приборостроительной отрасли, где требуется максимальное соответствие исходным чертежам.

Штамповка в такой ситуации не применяется, так как данная технология, хоть и дешево, не обеспечивает достаточной точности. Плазморез же, несмотря на огромную температуру струи, нагревает обрабатываемый элемент точечно, что полностью исключает вероятность температурной деформации.

• Монтаж металлических конструкций. Плазморез исключает нужду в применении баллонов со сжатым кислородом и ацетиленом, что повышает степень безопасности и удобства, в особенности, если дело касается осуществления операций на высоте.
• Рез сталей высокой степени легирования. Механические способы в данном случае не подходят, так как прочность сталей огромна, инструмент, способный эффективно резать листы на их основе, будет стоить очень дорого, а изнашиваться – очень быстро.

Получается, что сферы использования разнообразны. Выполнение в металлических листах отверстий любой конфигурации, резка труб, уголков и заготовок другого сечения, обработка кромок кованых изделий с целью “спаивания” металла и закрытия его структуры – для всего этого плазморез подходит оптимально.

Основные инструкции

Несколько правил, позволяющие понять, как резать плазморезом эффективно и безопасно:

1. Необходимо контролировать расположение катодного пятна, оно должно соответствовать центру электрода. Достигается такая точность вихревой подачей воздуха. Отклонения в подаче приводят к тому, что происходит смещение плазменной дуги, она теряет стабильность горения. В некоторых случаях формируется вторая дуга, а в самой сложной ситуации устройство просто ломается.
2. Контроль над воздушным расходом дает возможность корректировать скорость потока плазмы, варьировать производительность.
3. Скорость реза напрямую влияет на толщину.
   Чем выше скорость, тем тоньше рез, ее уменьшение увеличивает ширину. Аналогичных результатов, большей ширины, можно достичь и увеличением силы тока.

Смотрите видео-урок работы плазморезом:

Заключение

Итак, мы разобрались, что такое плазморез.

Можно сделать вывод, что в ситуации, когда вам регулярно приходится работать с металлическими элементами, резать арматуру, трубы или другие детали, его помощь окажется полезной. Так что расходы на его покупку будут полностью компенсированы удобством и эффективностью дальнейшей работы.

как работает по металлу, для чего нужен, как правильно настроить, видео

Плазморез работает с листовым металлом и упрощает создание самых разнообразных изделий — ворот, калиток, декоративных элементов, мангалов. Чтобы понять, стоит ли покупать устройство для мастерской, нужно изучить его особенности.

Стоит ли покупать плазморез

Использование плазмореза востребовано не всегда. Агрегат способен резать листовой металл толщиной до 3 см, облегчает работы в гараже и в собственной мастерской. При помощи устройства можно выполнять петли и скважины, раскраивать сталь полотнами, изготавливать калитки и мангалы.

Но для личного применения имеет смысл покупать только плазморез ручного типа. Он стоит достаточно дешево, прост в обращении и не занимает много места. А вот промышленный станок с электронным управлением приобретать не стоит. Такие модели востребованы на производстве, но в домашних условиях обрабатывать детали с габаритами 1-30 м обычно просто не нужно.

Внимание! При помощи плазмореза можно раскраивать сразу несколько металлических листов, уложенных друг на друга.

Что можно делать плазморезом

Плазменный резак применяют для решения самых разнообразных задач. В частности, он приносит пользу:

• при вырезании отверстий в листовом металле;
• при обработке кованых кромок;
• в процессе резки труб, профилей и полос;
• при изготовлении прямолинейных и фигурных деталей;
• при обработке металлического литья.

Плазморез позволяет выполнять все перечисленные задачи очень быстро и с высокой точностью.

Виды плазморезов

Плазморезы в торговых точках представлены в широком ассортименте. Чтобы работать устройством было удобно, перед покупкой стоит изучить основные разновидности.

По типу газа

Плазменный резак может работать на газе, который ионизируется в электрической дуге и создает непосредственный поток плазмы. Выделяют два типа устройств:

1. На сжатом воздухе. К этой разновидности относятся бытовые и полупрофессиональные плазморезы. Они отличаются невысокой ценой и доступным обслуживанием, просты в настройке.
   Плазморезы на сжатом воздухе могут работать с металлом 10-25 мм
2. На кислороде, азоте, аргоне и смесях. Такие агрегаты применяют в промышленном производстве. Плазморезы требуют более тонкой настройки, но могут работать быстрее и точнее.
   Минусом плазморезов на кислороде и аргоне является необходимость регулярно покупать газовые баллоны

Резаки на сжатом воздухе лучше подходят для домашнего применения, поскольку стоят дешевле.

По типу резки

Плазморезы делят на ручные и автоматические модели. Какой агрегат выбрать — зависит от того, где именно предстоит с ним работать:

1. Ручные. Приспособления подходят для реза металла 1-30 мм. Работать ручным плазморезом удобно в гараже или собственной мастерской.
   Ручные плазморезы отличаются мобильностью и легкостью
2. Автоматические. Плазморезы такого типа оснащены кронштейнами, при помощи которых перемещаются режущие головки. Управление обычно происходит путем сложной электронной настройки.
   Автоматические плазморезы применяют в заводских условиях

Автоматические агрегаты не только дорого стоят и требуют профессиональных знаний, но и занимают много места. Работать ими дома или в гараже слишком неудобно.

По типу поджига дуги

Принято выделять три разновидности плазморезов по типу поджига электродуги:

1. Контактные. Такие модели самые простые — чтобы начать работать, необходимо коснуться соплом устройства металлического изделия.
   Контактные плазморезы редко выходят из строя
2. Высокочастотные. Такие резаки начинают работать при поднесении наконечника к материалу. Дуга возникает за счет высокочастотного импульса между анодом и катодом, установленными в сопле.
   Высокочастотные агрегаты обеспечивают самый аккуратный рез
3. Пневматические. Такие приборы не требуют касания изделия и образуют дугу при подаче газа в систему.
   Пневматическими резаками удобно работать с мелкими деталями

В домашних условиях лучше всего работать ручным плазморезом или пневматическим устройством. Высокочастотные модели имеют много достоинств, но слишком дорого стоят.

Плюсы и минусы

Принцип работы плазмореза по металлу наделяет агрегат множеством преимуществ. Среди них:

• быстрый рез — устройством можно обрабатывать детали на скорости около 1000 мм в минуту;
• точечное воздействие — агрегат не нагревает поверхность металла вокруг контактного участка и не деформирует материал;
• безопасность — поскольку заготовка не раскаляется, удерживать ее можно руками в плотных перчатках;
• качественный рез — устройство не оставляет после себя потеков на обратной стороне металлического листа, кромка получается очень ровной и гладкой.

Плазменный агрегат может выполнить сквозной прожиг в стальной заготовке толщиной 15 мм всего за две секунды.

Перед применением плазменного резака материал не нужно очищать от грязи и ржавчины

При многочисленных достоинствах у оборудования есть определенные минусы. К ним относят:

• невозможность нагрева металла для последующего сгибания;
• малую максимальную толщину реза;
• высокую стоимость;
• необходимость приобретения газовых баллонов.

Кроме того, работать с приспособлением нужно, удерживая горелку под углом 90 градусов относительно поверхности. Косые фаски способны выполнять только дорогостоящие профессиональные модели.

Как устроен плазморез

Устройство плазмореза по металлу достаточно простое. Инструмент состоит из нескольких ключевых узлов.

Источник электропитания

Источником питания для приспособления могут служить:

• трансформатор — его применение позволяет работать с толстыми заготовками, хотя КПД будет невысоким;
• инвертор — устройство обеспечивает стабильное горение дуги, дешево стоит и отличается небольшой массой.

Видео о работе ручным плазморезом советуют приобретать именно модели с инвертором. Они не подходят для толстых заготовок и сложных задач. Зато ими удобно работать в труднодоступных местах.

Легкий и компактный инверторный резак стоит купить для выездных работ

Плазмотрон

Плазмотроном называют непосредственно плазменный резак. Самый важный узел агрегата состоит из следующих деталей:

• сопло;
• электрод;
• колпачок;
• охладитель.

При покупке плазмореза необходимо обращать внимание на характеристики плазмотрона. Они должны отвечать конкретным задачам. Первоочередное значение имеет максимальная сила тока, с которой способен работать элемент.

Компрессор

Данный элемент отвечает за подачу воздуха при работе плазменного резака. При использовании агрегата важно подключать к нему исправный компрессор с подходящими эксплуатационными характеристиками.

Если элемент не сможет обеспечить расположение катодного пятна по центру электрода, плазменная дуга получится нестабильной. Заготовка будет испорчена, а в худшем случае выйдет из строя сам резак.

Минимальное давление компрессора для плазменного агрегата должно составлять хотя бы 4 бар

Принцип действия плазмореза

Принцип работы ручного плазмореза выглядит следующим образом:

1. При включении агрегата в работу на катод и анод в сопле подается напряжение. Между элементами возникает электрическая дуга.
2. От компрессора к соплу поступает сжатый воздух или газ.
3. При прохождении через электрическую дугу воздух ионизируется и превращается в плазму.
4. Оператор подносит горелку к металлической заготовке, и происходит замыкание дуги на материале.

После этого сварщику остается только вести сопло по намеченной линии. По окончании работы нужно убрать агрегат от изделия. Режущая дуга погаснет сразу, дежурная внутри сопла — после отпускания кнопки.

Внимание! Разные модели плазменных резаков способны работать от сети 220 или 380 В.

После выключения резака нельзя прикасаться к его наконечнику — некоторое время он остается раскаленным

Настройка плазмореза к работе

Чтобы ровно резать плазморезом, перед применением его необходимо настроить, или выставить нужную силу тока. Для разных материалов толщиной 1 мм оптимальные значения будут следующими:

• для цветных металлов и сплавов — 6 А;
• для чугуна и стали — 4 А.

Перед запуском резака в работу необходимо выяснить точную толщину материала и умножить на нее базовый показатель.

При использовании приспособления важно подобрать оптимальную скорость ведения горелки. Рассчитать ее заранее довольно сложно. Обычно нужный показатель подбирают уже в процессе. Горелка должна двигаться с такой скоростью, чтобы с обратной стороны металла были видны искры.

Если при обработке металла искр с обратной стороны нет, скорость слишком большая и лист не прорезан насквозь

Как правильно пользоваться плазморезом

Чтобы правильно резать ручным плазморезом, необходимо придерживаться установленного алгоритма. Порядок работы выглядит так:

1. Резак перед запуском продувают газом в течение 30 секунд, нажав и отпустив кнопку поджига.
2. Агрегат подносят к пробной заготовке и делают несколько надрезов при высоких значениях тока.
3. При необходимости уменьшают показатель до оптимальных параметров.
4. Подносят устройство к металлу и выполняют разрез по нанесенной разметке.
5. По окончании работ выключают агрегат и откладывают его в сторону, на горелку при этом еще какое-то время будет подаваться воздух для охлаждения.

Плазморез считается относительно безопасным устройством. Однако при его использовании нужно применять специальную защитную маску и перчатки. Это поможет избежать ожогов и повреждения глаз от летящих искр или ослепляющей дуги.

Внимание! В первый раз работать с устройством необходимо на пробной заготовке. Это позволит приобрести минимальный опыт.

Плазморез при работе может образовывать газ с токсичными частицами, стоит избегать его вдыхания

Заключение

Плазморез работает с листовым металлом толщиной примерно до 3 см. Конкретные показатели зависят от класса инструмента. В личной мастерской агрегат может оказаться полезен, если нужно часто резать металл в больших объемах.

Как работают плазменные резаки | Как работает

“” Плазменные резаки значительно упростили работу с металлом. pablo_rodriguez1 / Getty Images

Современная промышленность зависит от обращения с тяжелыми металлами и сплавами: нам нужны металлы для создания инструментов и транспортных средств, необходимых для повседневного бизнеса. Например, мы строим краны, автомобили, небоскребы, роботов и подвесные мосты из металлических компонентов точного формования. Причина проста: металлы чрезвычайно прочны и долговечны, поэтому они являются логичным выбором для большинства вещей, которые должны быть особенно большими, особенно прочными или и тем, и другим.

Забавно, что прочность металла также является его слабостью: поскольку металл так хорошо сопротивляется повреждениям, с ним очень трудно манипулировать и формировать из него специальные детали. Так как же люди вырезают и манипулируют металлами, необходимыми для создания чего-то такого же большого и прочного, как крыло самолета? В большинстве случаев ответом является плазменный резак. Это может звучать как что-то из научно-фантастического романа, но плазменный резак на самом деле является обычным инструментом, который существует со времен Второй мировой войны.

Реклама

Концептуально плазменный резак чрезвычайно прост. Он выполняет свою работу, используя одно из самых распространенных состояний материи в видимой Вселенной. В этой статье мы раскроем тайну, окружающую плазменный резак, и посмотрим, как один из самых удивительных инструментов изменил мир вокруг нас.

Содержимое

1. Где пилы потерпели неудачу
2. Состояния вещества
3. Что такое плазма?
4. Внутри плазменного резака
5. Плазма на работе
6. Плазменное Искусство

Где пилы потерпели неудачу

Во время Второй мировой войны заводы США производили броню, боеприпасы и самолеты почти в пять раз быстрее, чем державы Оси. Во многом это произошло благодаря грандиозным инновациям частной промышленности в области массового производства.

Одна из областей инноваций возникла из-за необходимости более эффективно резать и соединять детали самолетов. Многие заводы, работающие над военными самолетами, перешли на новый метод сварки с использованием инертного газа, подаваемого через электрическую дугу. Прорывным открытием стало то, что зарядка газа электрическим током образовывала барьер вокруг сварного шва, который защищал его от окисления. Этот новый метод позволил сделать линии на стыках намного чище и сделать конструкцию более прочной.

Реклама

В начале 1960-х инженеры сделали новое открытие. Они выяснили, что могут повышать температуру, ускоряя поток газа и уменьшая выпускное отверстие. Новая система может работать при более высоких температурах, чем любой другой коммерческий сварочный аппарат. Фактически при этих высоких температурах инструмент уже не выполнял функции сварщика. Вместо этого он работал как пила, разрезая твердые металлы, как горячий нож масло.

Внедрение плазменной дуги произвело революцию в скорости, точности и типах резки, которые производители могли выполнять во всех типах металлов. В следующем разделе мы рассмотрим научную основу этой системы.

Реклама

Состояния вещества

Благодаря уникальным свойствам плазмы плазменный резак может проходить сквозь металл практически без сопротивления. Так что же такое плазма?

В мире существует четыре состояния материи . Большинство вещей, с которыми мы имеем дело в повседневной жизни, имеют форму твердых тел, жидкостей или газов. Эти состояния делятся на основе того, как молекулы ведут себя внутри каждого из них. Возьмем, к примеру, воду:

Реклама

• Как твердое тело , вода принимает форму льда. Лед состоит из нейтрально заряженных атомов, расположенных в виде шестиугольника, который образует твердое тело. Поскольку молекулы остаются довольно неподвижными относительно друг друга, они образуют твердое тело — то, что держит свою форму.
• Как жидкость , вода принимает питьевую форму. Молекулы все еще связаны друг с другом, но они движутся относительно друг друга с медленными скоростями. Жидкость имеет фиксированный объем, но не постоянную форму. Он меняет форму, чтобы соответствовать любому контейнеру, в который вы его поместите.
• В качестве газа вода принимает форму пара. В паре молекулы движутся с высокой скоростью независимо друг от друга. Поскольку молекулы не связаны друг с другом, газ не имеет фиксированной формы или фиксированного объема.

Нажмите на «Холодное», «Теплое» и «Горячее», чтобы увидеть, как вода в этом стакане воды

проходит через три состояния вещества.

Количество тепла (которое переводится в количество энергии), подаваемое на молекулы воды, определяет их поведение и, следовательно, их состояние. Проще говоря, больше тепла (больше энергии) возбуждает молекулы до такой степени, что они разрывают связи, связывающие их вместе. При минимальном нагреве молекулы прочно связываются, и вы получаете твердое тело. При большем нагреве молекулы освобождаются от жестких связей, и вы получаете жидкость. При еще большем нагреве молекулы покидают рыхлые связи, и вы получаете газ.

А что будет, если нагреть газ еще больше? Это приводит нас к четвертому состоянию: плазме.

Реклама

Что такое плазма?

Если разогреть газ до чрезвычайно высоких температур, получится плазма. Энергия начинает разрывать молекулы газа, и атомы начинают расщепляться. Обычные атомы состоят из протонов и нейтронов в ядре (см. Как работают атомы), окруженных облаком электронов. В плазме электронов отделяются от ядра . Как только энергия тепла высвобождает электроны из атома, электроны начинают быстро двигаться. Электроны заряжены отрицательно и оставляют после себя положительно заряженные ядра. Эти положительно заряженные ядра известны как ионы.

Когда быстро движущиеся электроны сталкиваются с другими электронами и ионами, они выделяют огромное количество энергии. Именно эта энергия придает плазме ее уникальный статус и невероятную режущую способность.

Реклама

Внутри плазменного резака

Плазменные резаки бывают всех форм и размеров. Существуют чудовищные плазменные резаки, которые используют роботизированные руки для точных надрезов. Есть также компактные портативные устройства, которые вы можете найти в мастерской. Независимо от размера, все плазменные резаки работают по одному принципу и имеют примерно одинаковую конструкцию.

Плазменные резаки работают, пропуская сжатый газ , такой как азот, аргон или кислород, через небольшой канал . В центре этого канала вы найдете отрицательно заряженный электрод . Когда вы подаете питание на отрицательный электрод и прикасаетесь наконечником сопла к металлу, соединение создает цепь . Между электродом и металлом образуется мощная искра . Когда инертный газ проходит через канал, искра нагревает газ до тех пор, пока он не достигнет четвертого состояния вещества. Эта реакция создает поток направленной плазмы, приблизительно 30 000 F (16 649 C) и движущийся со скоростью 20 000 футов в секунду (6,096 м/сек), что превращает металл в расплавленный шлак.

Реклама

Плазма сама по себе проводит электрический ток. Цикл создания дуги непрерывен до тех пор, пока на электрод подается питание и плазма остается в контакте с разрезаемым металлом. Для обеспечения этого контакта, защиты реза от окисления и регулирования непредсказуемого характера плазмы сопло резака имеет второй набор каналов. Эти каналы выпускают постоянный поток защитного газа вокруг зоны резания. Давление этого газового потока эффективно контролирует радиус плазменного пучка.

Нажмите кнопку включения/выключения, чтобы посмотреть, как работает плазменный резак.

Реклама

Плазма на работе

Плазменные резаки в настоящее время являются одним из основных продуктов промышленности. Они в основном используются в специализированных автомагазинах, а также производителями автомобилей для настройки и создания шасси и рам. Строительные компании используют плазменные резаки в крупномасштабных проектах для резки и изготовления огромных балок или изделий из листового металла. Слесари используют плазменные резаки для вскрытия сейфов и хранилищ, когда клиенты заблокированы.

Реклама

Плазменное Искусство

В прошлом плазменные резаки были непомерно дорогими и использовались в основном для резки больших объемов металла. В последние годы стоимость и размер плазменных резаков значительно снизились, что сделало их доступными для более личных проектов. Художники и мастера по металлу используют ручные резаки для создания уникальных произведений искусства, которые никогда не были бы возможны с помощью обычных инструментов для обработки металла. Этот единственный инструмент дает художникам возможность выполнять резку со скосом, просверливать точные отверстия и резать практически любым удобным для них способом.

Плазменный резак — один из самых интересных и мощных инструментов, разработанных в 20 веке. Используя основные принципы физики для управления четвертым состоянием материи, плазменный резак дает почти волшебные результаты. Можно только представить, по мере роста нашего понимания плазмы, сколько еще инструментов и приложений будет использовать эту удивительную силу природы.

Объявление

Для получения дополнительной информации о плазменных и плазменных резаках, а также по связанным с ними темам перейдите по ссылкам на следующей странице.

Много дополнительной информации

Связанные статьи HowStuffWorks

Другие полезные ссылки

• Torchmate: Информация о плазменном резаке
• Miller: Почему плазма?
• Plasmas.org: Взгляд на Plasmas
• Plasma Gate: Plasma в Интернете

​

Процитируйте это!

Пожалуйста, скопируйте/вставьте следующий текст, чтобы правильно цитировать эту статью HowStuffWorks. com:

Роберт Вальдес «Как работают плазменные резаки» 24 марта 2004 г.
HowStuffWorks.com. 17 июля 2023 г.

Citation

Как работают плазменные резаки | Как работает

“” Плазменные резаки значительно упростили работу с металлом. pablo_rodriguez1 / Getty Images

Современная промышленность зависит от обращения с тяжелыми металлами и сплавами: нам нужны металлы для создания инструментов и транспортных средств, необходимых для повседневного бизнеса. Например, мы строим краны, автомобили, небоскребы, роботов и подвесные мосты из металлических компонентов точного формования. Причина проста: металлы чрезвычайно прочны и долговечны, поэтому они являются логичным выбором для большинства вещей, которые должны быть особенно большими, особенно прочными или и тем, и другим.

Забавно, что прочность металла также является его слабостью: поскольку металл так хорошо сопротивляется повреждениям, с ним очень трудно манипулировать и формировать из него специальные детали. Так как же люди вырезают и манипулируют металлами, необходимыми для создания чего-то такого же большого и прочного, как крыло самолета? В большинстве случаев ответом является плазменный резак. Это может звучать как что-то из научно-фантастического романа, но плазменный резак на самом деле является обычным инструментом, который существует со времен Второй мировой войны.

Реклама

Концептуально плазменный резак чрезвычайно прост. Он выполняет свою работу, используя одно из самых распространенных состояний материи в видимой Вселенной. В этой статье мы раскроем тайну, окружающую плазменный резак, и посмотрим, как один из самых удивительных инструментов изменил мир вокруг нас.

Содержимое

1. Где пилы потерпели неудачу
2. Состояния вещества
3. Что такое плазма?
4. Внутри плазменного резака
5. Плазма на работе
6. Плазменное Искусство

htm”> Где пилы потерпели неудачу

Во время Второй мировой войны заводы США производили броню, боеприпасы и самолеты почти в пять раз быстрее, чем державы Оси. Во многом это произошло благодаря грандиозным инновациям частной промышленности в области массового производства.

Одна из областей инноваций возникла из-за необходимости более эффективно резать и соединять детали самолетов. Многие заводы, работающие над военными самолетами, перешли на новый метод сварки с использованием инертного газа, подаваемого через электрическую дугу. Прорывным открытием стало то, что зарядка газа электрическим током образовывала барьер вокруг сварного шва, который защищал его от окисления. Этот новый метод позволил сделать линии на стыках намного чище и сделать конструкцию более прочной.

Реклама

В начале 1960-х инженеры сделали новое открытие. Они выяснили, что могут повышать температуру, ускоряя поток газа и уменьшая выпускное отверстие. Новая система может работать при более высоких температурах, чем любой другой коммерческий сварочный аппарат. Фактически при этих высоких температурах инструмент уже не выполнял функции сварщика. Вместо этого он работал как пила, разрезая твердые металлы, как горячий нож масло.

Внедрение плазменной дуги произвело революцию в скорости, точности и типах резки, которые производители могли выполнять во всех типах металлов. В следующем разделе мы рассмотрим научную основу этой системы.

Реклама

Состояния вещества

Благодаря уникальным свойствам плазмы плазменный резак может проходить сквозь металл практически без сопротивления. Так что же такое плазма?

В мире существует четыре состояния материи . Большинство вещей, с которыми мы имеем дело в повседневной жизни, имеют форму твердых тел, жидкостей или газов. Эти состояния делятся на основе того, как молекулы ведут себя внутри каждого из них. Возьмем, к примеру, воду:

Реклама

• Как твердое тело , вода принимает форму льда. Лед состоит из нейтрально заряженных атомов, расположенных в виде шестиугольника, который образует твердое тело. Поскольку молекулы остаются довольно неподвижными относительно друг друга, они образуют твердое тело — то, что держит свою форму.
• Как жидкость , вода принимает питьевую форму. Молекулы все еще связаны друг с другом, но они движутся относительно друг друга с медленными скоростями. Жидкость имеет фиксированный объем, но не постоянную форму. Он меняет форму, чтобы соответствовать любому контейнеру, в который вы его поместите.
• В качестве газа вода принимает форму пара. В паре молекулы движутся с высокой скоростью независимо друг от друга. Поскольку молекулы не связаны друг с другом, газ не имеет фиксированной формы или фиксированного объема.

Нажмите на «Холодное», «Теплое» и «Горячее», чтобы увидеть, как вода в этом стакане воды

проходит через три состояния вещества.

Количество тепла (которое переводится в количество энергии), подаваемое на молекулы воды, определяет их поведение и, следовательно, их состояние. Проще говоря, больше тепла (больше энергии) возбуждает молекулы до такой степени, что они разрывают связи, связывающие их вместе. При минимальном нагреве молекулы прочно связываются, и вы получаете твердое тело. При большем нагреве молекулы освобождаются от жестких связей, и вы получаете жидкость. При еще большем нагреве молекулы покидают рыхлые связи, и вы получаете газ.

А что будет, если нагреть газ еще больше? Это приводит нас к четвертому состоянию: плазме.

Реклама

Что такое плазма?

Если разогреть газ до чрезвычайно высоких температур, получится плазма. Энергия начинает разрывать молекулы газа, и атомы начинают расщепляться. Обычные атомы состоят из протонов и нейтронов в ядре (см. Как работают атомы), окруженных облаком электронов. В плазме электронов отделяются от ядра . Как только энергия тепла высвобождает электроны из атома, электроны начинают быстро двигаться. Электроны заряжены отрицательно и оставляют после себя положительно заряженные ядра. Эти положительно заряженные ядра известны как ионы.

Когда быстро движущиеся электроны сталкиваются с другими электронами и ионами, они выделяют огромное количество энергии. Именно эта энергия придает плазме ее уникальный статус и невероятную режущую способность.

Реклама

Внутри плазменного резака

Плазменные резаки бывают всех форм и размеров. Существуют чудовищные плазменные резаки, которые используют роботизированные руки для точных надрезов. Есть также компактные портативные устройства, которые вы можете найти в мастерской. Независимо от размера, все плазменные резаки работают по одному принципу и имеют примерно одинаковую конструкцию.

Плазменные резаки работают, пропуская сжатый газ , такой как азот, аргон или кислород, через небольшой канал . В центре этого канала вы найдете отрицательно заряженный электрод . Когда вы подаете питание на отрицательный электрод и прикасаетесь наконечником сопла к металлу, соединение создает цепь . Между электродом и металлом образуется мощная искра . Когда инертный газ проходит через канал, искра нагревает газ до тех пор, пока он не достигнет четвертого состояния вещества. Эта реакция создает поток направленной плазмы, приблизительно 30 000 F (16 649 C) и движущийся со скоростью 20 000 футов в секунду (6,096 м/сек), что превращает металл в расплавленный шлак.

Реклама

Плазма сама по себе проводит электрический ток. Цикл создания дуги непрерывен до тех пор, пока на электрод подается питание и плазма остается в контакте с разрезаемым металлом. Для обеспечения этого контакта, защиты реза от окисления и регулирования непредсказуемого характера плазмы сопло резака имеет второй набор каналов. Эти каналы выпускают постоянный поток защитного газа вокруг зоны резания. Давление этого газового потока эффективно контролирует радиус плазменного пучка.

Нажмите кнопку включения/выключения, чтобы посмотреть, как работает плазменный резак.

Реклама

Плазма на работе

Плазменные резаки в настоящее время являются одним из основных продуктов промышленности. Они в основном используются в специализированных автомагазинах, а также производителями автомобилей для настройки и создания шасси и рам. Строительные компании используют плазменные резаки в крупномасштабных проектах для резки и изготовления огромных балок или изделий из листового металла. Слесари используют плазменные резаки для вскрытия сейфов и хранилищ, когда клиенты заблокированы.

Реклама

Плазменное Искусство

В прошлом плазменные резаки были непомерно дорогими и использовались в основном для резки больших объемов металла. В последние годы стоимость и размер плазменных резаков значительно снизились, что сделало их доступными для более личных проектов. Художники и мастера по металлу используют ручные резаки для создания уникальных произведений искусства, которые никогда не были бы возможны с помощью обычных инструментов для обработки металла. Этот единственный инструмент дает художникам возможность выполнять резку со скосом, просверливать точные отверстия и резать практически любым удобным для них способом.

Плазменный резак — один из самых интересных и мощных инструментов, разработанных в 20 веке. Используя основные принципы физики для управления четвертым состоянием материи, плазменный резак дает почти волшебные результаты. Можно только представить, по мере роста нашего понимания плазмы, сколько еще инструментов и приложений будет использовать эту удивительную силу природы.

Объявление

Для получения дополнительной информации о плазменных и плазменных резаках, а также по связанным с ними темам перейдите по ссылкам на следующей странице.