Сопло также является важнейшим элементом плазмотрона. Назначение сопла - задание геометрических и энергетических параметров дуги. Оно формирует и стабилизирует катодную область дугового столба. Основными параметрами сопла являются диаметр, высота канала, геометрия рабочей камеры плазмотрона. Диаметр и высоту канала сопла выбирают в зависимости от величины рабочего тока, состава и расхода плазмообразующего газа. Приходится выбирать наиболее благоприятные сочетания таких показателей как технологичность изготовления, надежность работы плазмотрона, стойкость сопла и электрода, предпочтение отдается надежности.

В обычных условиях столб дуги имеет в полнее определенные геометрические размеры, определяемые силой тока и ее напряжением. При увеличении силы тока и напряжения такой столб дуги имеет возможность расширяться, при этом значительного изменения температуры и степени ионизации не происходит. Если каким либо образом не дать электрической дуге занять естественный объем и принудительно сжать ее, оставив при этом ток неизменным, то количество заряженных частиц в столбе дуги не измениться, а количество соударений увеличиться, т.е. увеличится степень ионизации. Возрастут плотность и напряжение дуги, что вызовет значительное повышение температуры плазменного столба. Собственно в этом и есть суть сжатой плазменной дуги, характеризующейся высокой температурой плазменного столба. Принудительное сжатие столба дуги происходит в канале сопла плазмотрона.

Анализ ситуаций выхода из строя сопел позволяет определить их причины:

• превышение допустимых тепловых нагрузок
• возникновения двойной дуги
• смешение центрального отверстия сопла относительно центра электрода сверх допустимого по тем или иным причинам

Превышение тепловых нагрузок вызывает уменьшение толщины пристеночного слоя плазмообразующего газа, что приводит к электрическому пробою, и увеличению нагрева сопла, с последующим разрушением поверхности. Возникновение двойной дуги объясняется тем же, нарушается теплопроводность газовой оболочки, примыкающей к внутренней поверхности сопла. Происходит интенсивный разогрев пристеночного слоя газа, создаются условия для электрического пробоя этого слоя. Условия двойной дуги могут создаваться в первоначальный момент при пробивке отверстия с поверхности металла. Струя расплавленного металла накоротко замыкает прорезаемый металл и сопло плазмотрона, основная режущая дуга возникает между разрезаемым металлом и соплом и одновременно между соплом и электродом, плазмотрон в аварийном режиме работы. Последствия: разбитое сопло, выгоревший электрод и в случае катастрофических последствий - сгоревший плазмотрон. При нарушении соосности отверстия сопла относительно центра электрода приводит к тому, что плазменная дуга старается коснуться внутренних стенок отверстия сопла, и когда это происходит, возникаю условия для возникновения двойной дуги. Из этого следует, что наряду с обеспечением достаточного охлаждения сопла, и необходимостью оптимизировать процесс подачи плазмообразующего газа в канал сопла плазмотрона, уделять внимание технологическим приемам плазменной резки, а также отслеживать состояние плазмотрона, сопла, электрода и других деталей.

Есть еще ряд факторов, которым следует уделять должное внимание, и которые могут сильно влиять на ресурс работы плазмотрона и его деталей. Такой фактор как влажность воздуха может существенно влиять на ресурс электрода и сопла. Так водород при разложении воды, содержащейся в воздухе, в плазменной струе увеличивает тепловую нагрузку на электрод и сопло. Кроме этого, как газ наиболее легкий, водород в процессе стабилизации дуги оказывается вытесненным на периферию столба дуги, нарушая тонкую нейтральную прослойку между стенками сопла и дугой, создает условия для образования двойной дуги. Поэтому на предприятии, воздух, имеющий излишнюю влажность, должен быть осушен перед использованием для плазменной резки. Для этого в воздушные магистрали устанавливаются фильтры, водоприемники для сбора и слива конденсата, а также устройства позволяющие уменьшить влажность воздуха. Вода, применяемая для охлаждения плазмотрона, так же влияет на ресурс указанных деталей, а также и на весь плазмотрон. Ни в одной конструкции водоохлаждаемых плазмотронов, в полной мере нельзя избежать внутреннего шунтирования. В плазмотроне детали находятся под разноименными полюсами. Внутреннее шунтирование через воду нарушает процесс зажигания дуги, уменьшает срок службы электрода, вызывает эрозию материала плазмотрона, при этом работа плазмотрона и устройств возбуждения вспомогательной дуги протекает не корректно.

На основании выше сказанного можно предложить универсальные рекомендации продления срока службы плазмотрона и его деталей:

• минимизировать количество зажиганий
• при прорезке больших толщин резку начинать с края или просверленного заранее отверстия
• применять технологические приемы в начале резки, позволяющие избежать попадания струи расплавленного металла на плазмотрон
• выбирать оптимальные режимы резания (стремиться к минимальным токам для данной толщины)
• следить за чистой охлаждающей жидкости и ее достаточностью
• очищать детали плазмотрона от отложений воды
• следить за состоянием плазмообразующего газа
• своевременно менять расходные детали плазмотрона, влияющие на стабилизацию дуги
• периодически проводить ревизию плазмотрона, источника питания и коммуникаций