Плазмотрон для механізованого зварювання

У машинних плазмотронах для різання металу середніх товщин використовують вихрову стабілізацію дуги і гільзові катоди. Гільзові катоди складаються з гільзи-катодоутрумувача, в який запресовують катод. Гільза виготовляється з міді й інтенсивно охолоджується для збільшення терміну служби катодної вставки. Катодні вставки виготовляють із вольфраму, цирконію або гафнію. Гільзові катоди мають плоский торець, тому дугу стабілізують закрученим потоком газу, що фіксує катодну область дуги в центрі торця катодної вставки. Гільзові катоди застосовують при повітряно-плазмовому різанні. При цьому катодні вставки з цирконію і гафнію утворюють тугоплавкі і термостійкі оксиди. Такі катоди називають плівковими. При їхній роботі утворюється плівка розплаву, що містить оксиди і нітриди катодного матеріалу. Для тангенціальної подачі газу встановлюють завихрувальні шайби з жаростійкої кераміки. Різання з використанням кисневмісних газів виконують також пустотілими циліндричними мідними катодами, які інтенсивно охолоджуються водою. Швидке переміщення катодної плями під дією вихру по внутрішній поверхні катода забезпечує його працездатність.

Двопоточний плазмотрон, у якому робочим газом є повітря або кисень. Для захисту вольфрамового катоду подають аргон. Якщо вольфрамовий електрод знаходиться в порожнині внутрішнього сопла, то в плазму перетворюється переважно аргон, а робочий газ служить для стабілізації дуги. Якщо вольфрамовий електрод знаходиться між внутрішнім і зовнішнім соплом, то в плазмі можна одержати значний вміст робочого газу. При використанні плазмотронів із газорідинною стабілізацією дуги за схемою двопоточного плазмотрона кількість води вибирають такою, щоб вона цілком випаровувалася. При різанні дугою, стабілізованою водоповітряною сумішшю, насичення кромок різа азотом є значно меншим, ніж при повітряно-плазмовому різанні.

Для виготовлення неплавких електродів застосовують прутки і дроти з вольфраму з лантаном (ВЛ-1), вольфраму з ітрієм (ВИ) та вольфраму з торієм (ВТ-15) діаметром 1,0…2,0 мм. Особливість джерел живлення плазмової дуги – високі напруги холостого ходу. ДСТ 12.2.007.8–75 допускає напруги холостого ходу джерела струму для плазмового різання не більше 500 В для автоматичного, 300 В для механізованого та 180 В для ручного різання. Для плазмової обробки промисловість випускає спеціальні джерела живлення на тиристорах. При відсутності таких можна використовувати звичайні випрямлячі або перетворювачі з падаючими зовнішніми статичними характеристиками. Оскільки робоча напруга при різанні перевищує номінальну напругу зварювальних джерел, то два або три ідентичних джерела з'єднують послідовно. Для ручного різання розроблено індуктивно-ємнісний перетворювач, який забезпечує стабілізацію дуги і її стабільне горіння при відношенні робочої напруги до напруги холостого ходу, рівному одиниці. У промисловості для плазмового різання використовуються апарати КДП-2, ОПР-6-ЗМ, УПР-201УЗ, ПВП-1У2, "Київ-2", "Київ-4", АВПР-2, АВПР-3, АПР-402У4 та ін. Робочим середовищем у перших двох апаратах є азот і суміші азоту з повітрям та азоту з воднем. Інші апарати призначені для повітряно-плазмового різання. Установка УПР-201УЗ використовується для ручного різання сталей і кольорових металів товщиною до 40 мм. Вона має тиристорне джерело живлення та різак з повітряним охолодженням, інтервал регулювання сили струму 150…250 А. Установка "Київ-4" застосовується для ручного і механізованого різання металів товщиною до 60 мм, має індуктивноємнісний перетворювач. Для різання металів середніх товщин призначені апарати АВПР-2, АВПР-3, "Київ-2". Апарати АВПР-2 та АВПР-3 комплектуються відповідно плазмотронами ВПР-9 і ВПР-10. Установка "Київ-2" має тиристорне джерело живлення і плазмотрон ВПР-10. Установка АПР-402У4 служить для різання чорних і кольорових металів товщиною до 160 мм. Її плазмотрон можна встановлювати на 390 різні газорізальні машини. У плазмотроні застосована схема збудження чергової дуги, що відрізняється високою надійністю і збільшує ресурс роботи катодів і сопел. Джерело живлення – тиристорне, має напругу холостого ходу 300 В, інтервалі регулювання сили струму 100…450 А, витрата повітря (4…5)·10–7 м3 /с (1,5…1,8 м3 /год).