TEPELNÉ DĚLENÍ PLAZMOU,POUŽÍVANÉ PLYNY A METODY.
Tepelné dělení plazmou,nazývané též řezání plazmou,je tepelnýproces, při kterém se kovové materiály,tj.všechny druhy ocelí,hliník,měď i nekovy v plazmovém paprsku dosahujícím teploty až 25 000 °C,taví a jsou vyfukovány z řezné spáry.
V praxi se používá těchto metod řezání plazmou:
• řezání argonovodíkovou plazmou• řezání dusíkovou plazmou,• řezání vzduchovou plazmou
PLAZMA,NÁZVOSLOVÍ,FYZIKÁLNÍ ZÁKLADY,DISOCIACE,IONIZACE,REKOMBINACE
Plazma- disociovaný,vysoce ionizovaný elektricky vodivý plyn,který vedle neutrálníchmolekul a atomů obsahuje i pozitivně nabité částice,tzv. iony a záporně nabitéčástice (volné elektrony) v různém množství.
Plazmový oblouk – elektrický oblouk se zvýšenou teplotou a hustotou výkonu v důsledkuzúžení jeho vodivého průřezu. Plazmový oblouk vzniká,když v proudu plynu zrychlenémzúženou dýzou zapálíme elektrický oblouk.
Plazmový paprsek – ionizovaný proud plynu o velké rychlosti vystupující dýzou z plazmovéhohořáku působením tlaku plazmového plynu po jeho přeměně na plazmu přechodem přes plazmový oblouk.
Plazmový hořák – zařízení pro vytvoření plazmového oblouku
Plazmové zařízení – zařízení,které využívá plazmový oblouk nebo plazmový paprsek (případně oba) pro svařování,navařování a nanášení speciálních povrchů nebo dělení materiálu.
H
Od plynů se plazma odlišuje hlavně velmi dobrou elektrickouvodivostí a světelným zářením.
Dvouatomové plyny jako jsou kupř. vodík,dusík nebo kyslíkjsou složeny ze dvou atomů v molekule.
H Molekula vodíku H2
DISOCIACE
Při vysokých teplotách dochází ke srážkám molekul a tím k rozpadu molekuly.Dvouatomové molekuly disociují na své dva atomy a přitom spotřebují množstvítepla.
H H + teplo H H+
Neboli:
H2 + teplo H + H
IONIZACE
V elektricky neutrálním atomuse nacházejí záporně nabité elektronya kladné protony v rovnováze. Vystoupí-li teplota plynu v oblouku
na zvlášť vysokou hodnotu, docházík oddělení elektronu z atomu,elektron jevymrštěn z atomu dalším přívodemtepelné energie.+ +
-
-
+ +
-
-
Po ztrátě elektronu vznikne z atomu elektricky kladně nabitá částice,tzv.
ion a záporně nabitá částice: volný elektron.
+ + --
ion
volný elektron
Tento rozpad na elektricky nabité nosiče provázený spotřebou tepla je nazýván
i o n i z a c e.Příklad: H + teplo H + e
+ -
Při styku horkého plazmového plynu vycházejícího z plazmovéhohořáku ve formě plazmového paprsku,(který vzniká, v proudu plynuzrychleném zúženou dýzou zapálíme elektrický oblouk) s chladnýmmateriálem nebo okolím dochází k tzv. r e k o m b i n a c i.Kladné iony a jejich záporné elektrony se opět spojí v neutrální atomy a tyto pak v molekuly.
H + e H + teploH + H H2 + teplo
+ -
Teplota přijatá v průběhu disociace a ionizace se tímto uvolnía plazmový paprsek materiál nataví,roztaví nebo rozdělí.
+
V.F.
=
-
PLAZMOVÝ HOŘÁK S NEPŘENESENÝM OBLOUKEM
Elektroda
Dýza
Dělený materiál
Vysokofrekvenční zařízení
U hořáku s nepřeneseným obloukem je elektrický obvod proudu v plazmovém hořáku,při hoření plazmovéhooblouku,uzavřen.Elektrický oblouk vzniká uvnitř hořáku mezi elektrodou (katodou) a anodou,kterou tvoříměděná dýza,která elektrický oblouk zužuje.
V.F.
=
-
+
Elektroda
Dýza
Dělený materiál
PLAZMOVÝ HOŘÁK S PŘENESENÝM OBLOUKEM
+
+
-
R
Vysokofrekvenční zařízení
Vložený odpor
V hořácích s přeneseným obloukem je materiál anodou.Plazmový oblouk hoří mezi elektrodou (katodou)v hořáku na materiál a je usměrňován zúženou,měděnou dýzou chlazenou vodou.K zapálení pomocnéhooblouku dochází vysokonapěťovou jiskrou,která přeskočí mezi elektrodou a měděnou dýzou v hubici hořáku.V okamžiku zapalovacího procesu má dýza stejný potenciál jako řezaný materiál.V kanálu dýzy dochází tímk ionizaci plazmového plynu nebo vzduchu za vzniku pomocného tzv. pilotního oblouku.K ochraně dýzy protivysoké teplotě je proud pomocného oblouku omezen odporem na 10 až 12A.Proud plazmy vystupující dýzouz plazmového hořáku je pomocným obloukem ionizován natolik,že okamžitě naskočí hlavní plazmový paprsekMezi elektrodou a materiálem působením tlaku plazmového plynu po jeho přeměně na plazmu.Hořáky tohoto typu s přeneseným obloukem jsou vhodné pro svařování a k dělení materiálů plazmou.
Natavená horní hrana řezu
Ztuhlé kapky na horní hraně řezu
Proteklý kov
Zkosení plochy řezu
Druh vady Možná příčina
Malá rychlost řezání a malávzdálenost hořáku od povrchuřezaného materiálu.
Velká vzdálenost hořákuod povrchu řezaného materiálu.
Velká rychlost řezání,mnoho plazmového plynu
Velká rychlost řezání a velkávzdálenost hořáku od povrchuřezaného materiálu.
VADY ŘEZŮ A JEJICH PŘÍČINY
Vzdutí plochy řezu
Nevycentrovaná elektrodanebo opotřebovaná dýza
BEZPEČNOST PRÁCE PŘI ŘEZÁNÍ PLAZMOU
ČSN 05 0630 – Svařování-Bezpečnostní ustanovení pro obloukové svařování kovů
Důležité:
Pro plazmové zařízení s příkonem do 3 kVA musí být nejméně 40 m3,resp. s Příkonem nad 3 kVA nejméně 100 m3 nezastavěného vzdušného prostoru a 6 m2,resp. 10 m2 volné podlahové plochy.
Při řezání vzduchovou plazmou je nebezpečí úrazu obsluhy plazmového zařízenívětší,neboť:
• napětí na prázdno přesahuje 113 V,• vzniká velmi intenzivní ultrafialové záření• je provázeno vyšší hladinou hluku,• vzniká škodlivé plynné a kouřové zplodiny včetně ozónu.
Nebezpečí úrazu elektrickým proudem
Při řezání plazmou v malých a uzavřených prostorech musí svářeč používatdielektrické rukavice a používat izolační podložku.
Proti ultrafialovému záření musí používat ochranou kuklu nebo štít se skleněným ochranným filtrem pro svařování elektrickým obloukem s ochranným stupněm 12 až 14.
Proti hluku použije protihlukové chrániče sluchu.
V prostorech, kde se řeže vzduchovou plazmou,vznikají oxidy dusíku,aerosoly kovůa ozón,které působí škodlivě na dýchací cesty řezače plazmou. Z toho důvodu musíbýt na těchto pracovištích instalováno intenzivní odsávání škodlivin.Před použitím řezacího zařízení musí být obsluha tohoto zařízení seznámena s návodempro obsluhu.
