Плазменная резка под водой

Первые эксперименты с использованием технологии плазменной подводной резки (ППР) относят к 1959 - 1960 гг. В процессе экспериментов были получены обнадеживающие результаты, однако применение ручной плазменной резки под водой затруднено из-за ряда технических причин и технологических особенностей :

• наличия электропроводной, окружающей плазмотрон, среды;
• повышенной опасности поражения водолаза высоким напряжением, необходимым для зажигания и устойчивого горения плазменной дуги;
• сложностью ручного манипулирования плазмотроном под водой из-за большого количества кабелей и шлангов;
• снижения прорезающей способности плазмотрона и ресурса его работы с увеличением глубины погружения.

В 1972 г. был разработан специализированный комплект оборудования ОППР-2 для подводной аргоноплазменной резки. Проведенные с помощью
комплекта оборудования исследования показали, что реализация этой технологии возможна на глубине до 20 м.

Сущность способа плазменной резки состоит в проплавлении металла разрезаемого объекта сжатой плазменной дугой и интенсивного удаления расплава струей плазмы. Поток плазмы получают в плазмотронах. Корпус режущего плазмотрона содержит цилиндрическую дуговую камеру малого диаметра с выходным каналом, формирующим сжатую (плазменную) дугу. Для возбуждения плазмогенерирующей дуги служит электрод, располагаемый в дуговой камере с тыльной стороны. Столб дуги ориентируется по оси формирующего канала и заполняет практически все его сечение.

В дуговую камеру подают рабочий газ, который поступая в столб дуги, заполняющий формирующий канал, превращается в плазму. Вытекающий из сопла поток плазмы стабилизирует дуговой разряд. Газ и жесткие стенки формирующего канала ограничивают стенки столба дуги (сжимают его), что приводит к повышению температуры плазмы до 20 000 - 30 000°С. При такой температуре электрическая проводимость плазмы приближается к электрической проводимости металлического проводника. Скорость плазмы в струе, истекающей из сопла режущего плазмотрона, может превышать 2000 - 3000 м/с.

При резке под водой, как правило, применяют дугу прямого действия, возбуждаемую на разрезаемом металле. При этой технологии используют энергию одного из приэлектродных пятен дуги и энергия плазмы столба и вытекающего из него факела. Поэтому резку по такой схеме называют плазменно-дуговой.

Технология разделительной плазменно-дуговой резки основана на расплавлении разрезаемого металла струей плазмы, вытекающей из плазмотрона. Плазмотрон перемещают по заданной траектории над поверхностью разрезаемого изделия. Струя плазмы расплавляет и выдувает жидкий металл, а окружающий ее поток более холодного газа препятствует отклонению дуги, заставляя ее проникать в толщу разрезаемой конструкции. Анодное пятно, часть столба и вытекающий из него факел плазмы по мере расплавления металла и формирования полости реза погружаются в него.

Напряжение режущей дуги определяют длина и диаметр формирующего канала плазмотрона, вид и расход газа, толщина металла, скорость резки, сила рабочего тока и величина зазора между соплом и металлом. С увеличением толщины разрезаемого металла напряжение возрастает.

В качестве рабочей плазмообразующей среды при подводной резке используют, как правило, воздух. В результате поглощения кислорода металлом на поверхности реза в стали происходит растворение кислорода, снижающее температуру ее плавления, и развиваются экзотермические реакции окисления железа, обеспечивающие дополнительный приток теплоты.

Начиная с 1972 г. в ИЭС им. Е.О. Патона под руководством академика К.К. Хренова были выполнены работы, позволившие осуществить воздушно-плазменную резку под водой плазмотроном с циркониевым катодом. Применение в качестве плазмообразующего газа воздуха взамен аргона и азота позволило улучшить энергетические показатели процесса. Скорость резки, обеспечиваемая при использовании в качестве плазмообразующего воздуха, в 2 - 3 раза выше, по отношению к показателям, получаемым в случае использования аргона или азота