Плазменная резка. Плазменная резка металла – особенности и преимущества работы

Машиностроение и тяжелую промышленность нельзя представить без сварки и резки металлических поверхностей. На крупных производственных объектах, занимающихся обработкой, применяется специальная резка металла плазмой.

Плазма, что это?

Под плазменным элементом понимают токопроводящий газ, ионизирующийся под действием высоких температур. Значение температурного показателя в рабочей зоне достигает 25 000 – 30 000 градусов. Газ подается к обрабатываемому изделию под давлением, то есть струей.

Эта разновидность резки подразумевает сочетание двух дуг – газовой и электрической. Источник плазменной резки производится в специальном приборе, называемым плазмотроном.

Как устроен плазморез?

Плазменный раскрой металла включает нескольких составных систем:

• энергоисточник;
• резак;
• компрессорная установка или баллон с газом для подачи воздуха;
• соединительные кабели.

Энергоисточник

В качестве энергобазы может выступать:

1. Инвертор. Имеет массу достоинств: обеспечивает стабильность образования дуги; высокий показатель КПД, в отличие от трансформатора; легкий вес и невысокая стоимость; возможность применения в малодоступном месте. Единственным минусом системы является то, что он неспособен резать детали более 30 мм.
2. Трансформатор. Основным достоинством устройства является устойчивость к перепадам напряжения электросети. Также можно отметить, что он дает резать металлические детали большой толщины. Главный недостаток – существенная масса, низкий КПД.

Плазмотрон

Это устройство представляет собой электроплазменный резак, благодаря которому разрезается металлическая деталь. Он считается главным «механизмом» плазмореза.

Плазмотрон включает:

• Рабочий электрод;
• Рабочее сопло;
• Изолирующий элемент, обладающий высокой термоустойчивостью.

Горелка плазмореза

Необходимо предварительно определиться с материалом, который необходимо прорезать и условиями работы.

Стоит отметить, что системы с медным соплом обладают значительной прочностью и быстро охлаждаются воздушными массами. А это очень хорошо.

На рукояти плазморезов подобного вида есть возможность закрепить вспомогательные элементы, поддерживающие насадку сопла на требуемой дистанции. Это облегчает процесс эксплуатирования.

Для разреза тонкого металла следует выбрать установку, в горелку которой поступает кислород, а для толстого изделия – азот.

Показатели мощности

Главным принципом в работе плазменной резки считается мощность. Выбирая мощность агрегата необходимо учитывать свойства изделия, с чем придется работать. По этому признаку будут отличаться габариты сопла и вид газообразной смеси.

Чтобы справиться с изделием из металла 30 мм достаточно выбрать мощность агрегата 50-90А.

Если толщина реза превышает 30 мм, то профессионалы советуют приобрести плазморез с мощностью 100-170А.

Покупая агрегат, следует учесть силу тока и напряжение, которое он способен выдержать.

Быстрота, время, затраченное на разрез

Данное значение измеряется в см, которые разрезает агрегат за 1 или 5 мин

Если на устройстве указывается, что длительность эксплуатирования равна 80 процентам, то этот показатель означает, что резак будет работать 8 мин, а далее 2 мин аппаратура будет остывать.

Если при эксплуатировании потребуется делать длинные разрезы, то рационально выбирать устройства с увеличенной продолжительностью работы.

Раскрой струей плазмы

Принцип оптимальной работы плазменной резки заключается в разрезании металлических деталей струей плазмы, не проводящей электричество. При раскрое этим способом дуга возникает между насадкой плазмотрона и рабочим электродом, а возделываемое изделие в электрической цепочке не участвует. Для разреза детали применяется плазменная струя.

Плазменно – дуговая резка характеризуется тем, что воздействию подвергаются токопроводящие элементы. Дуга при этом способе образуется между возделанной деталью и рабочим электродом, ее основание совмещается с электроплазменным потоком. Струя возникает в результате поступления газа и последующей его ионизацией.

Метод плазменно-дуговой резки используется при:

• изготовление изделий с различными фигурными очертаниями;
• проделывание сквозных проемов в металлическом элементе;
• производство деталей для сваривания, штамповки и контактного возделывания;
• плазменная резка труб;
• литейная обработка.

Плазменно-дуговая резка достаточно эффективна и хорошо себя зарекомендовала в возделывании металлов.

Разновидности плазменного раскроя

Разрезание поверхностей из металла с использованием плазмы различают на несколько типов, все зависит от атмосферы процесса:

• Простой способ. При разрезе применяется воздух либо азот и электричество. Длиновые показатели электрической дуги ограничены. Этот метод применим для стали с низким содержанием вспомогательных примесей, то есть низколегированного типа. Газообразный кислород выступает в роли режущего компонента. Для данного метода характерна – ровная кромка и отсутствие заусениц. Основное использование - ручная резка.
• Смешение двух газов. Одна газовая составляющая плазменной резки направляется на возникновение плазмы, другая выполняет защитную функцию от неблагоприятного воздействия атмосферы. Качественные характеристики разрезания металла увеличиваются.
• С водной защитой. Эта модификация предполагает применение в технологии воды, вместо газообразного элемента. Водная основа обеспечивает оптимальное охлаждение сопла и заготовительного элемента. Все вредные вещества поглощаются водными массами.
• Со впрыскиванием воды. Газ направляется на образование плазмы, а водные массы в вихревую дугу. Это позволяет увеличить ее сжатие, тем самым повышая плотность и температурные показатели.

Технологические особенности резки

Как работает плазменная резка? Принцип работы плазмореза заключается в локальном нагревании поверхности металла в зоне раздела и его последующем плавлении. Нагревание происходит потоком плазмы, который формируется путем специального оборудования. Технологические особенности получения плазмы выглядят так:

• На первом этапе образовывается электродуга, разжигающееся между электродом устройства и соплом. Температурные показатели могут достигать 5 тысяч градусов.
• Подается газовый элемент, повышая температурное значение уже до 20 тысяч.
• Происходит взаимодействие газа и электрической дуги – ионизация. Температура увеличивается до 30 тысяч градусов.

Для полученной струи плазмы для резки металла плазмой характерно: яркая потоковая вспышка и усиленный выход из сопла устройства. Струя разогревает поверхность и расплавляет деталь в точечной области воздействия, в результате чего выполняется резка металла плазмой.

Как осуществляется ручная электроплазменная разрезка?

Принцип плазменной резки металла начинается с подключения устройства, тем самым собирая все составные части в единую систему. Далее инвертор либо трансформатор подключают к сети переменного тока и металлической детали.

Осуществление резки предусматривает удерживание сопла агрегата к обрабатываемой поверхность на дистанцию 4 см и вспышка дежурной дуги, вследствие которой будет возникать ионизация газа. Далее в сопло поступает газообразный воздух, в результате чего должен сформироваться электроплазменный поток.

Стоит отметить, что когда электроплазменная струя сформирована, первоначальная дуга отключается автоматом. Задача вспомогательной струи заключается в поддержание ионизации потока плазменного компонента. Бывают случаи, когда рабочая дуга угасает, значит нужно перекрыть доступ газа в сопло и повторить процедуру заново.

Плюсы и минусы плазменного раскроя

К основным положительным характеристикам применения плазменной системы относят следующие аспекты:

• Универсальность технологического процесса.
• Автоматическая плазменная резка.
• Высокие показатели скорости операции при работе с материалами средней и малой толщины.
• Высокоточный и качественный рез, исключив дополнительных механических операций.
• При работе с электроплазменной средой практически исключается загрязнение воздуха.
• Нет необходимости предварительного разогрева поверхности, что снижает временные рамки прожига.
• Выполняемые работы считаются относительно безопасными, так как нет необходимости волочить за собой баллоны с газом, которые являются взрывоопасными.

К минусам электроплазменной технологии относят:

• Ценовая составляющая плазмотрона и его конструкционные особенности, что повышает себестоимость выполнения работ по резке металла.
• Незначительная толщина прореза.
• Высокие показатели шума, так как газовый элемент из плазмотрона выходит на околозвуковой скорости.
• Необходимо качественное техническое обслуживание агрегата.
• Если в качестве газообразного элемента используется азот, то это способствует выделению большого количества вредных веществ в атмосферу.
• К конфигурации плазмотрона нельзя подключить дополнительный плазменный резак для ручной обработки металлической поверхности.

Также существенным недостатком при работе плазменной установки считается отклонение от перпендикуляра резания на угол не более 50 градусов.

Основные аспекты правил безопасности

Технология плазменной резки металла является опасной для рабочего и окружающих. При осуществлении операции профессионалы своего дела рекомендуют использовать защитный костюм сварщика и специальный щиток с затемненными стеклами. При разрезе металлических поверхностей возможно воздействие нежелательных эффектов:

• Тепловой микроклимат в зоне работающего человека;
• Облучение ультрафиолетовым спектром;
• Влияние расплавленного металла;
• Увеличенное напряжение;

Температурные показатели при резке плазмой достигают тысяч градусов по Цельсию. Человек может получить ожоги во время проведения резки. Ожоговый риск снижается, если процесс автоматизирован. Излучение, которое возникает в период эксплуатирования устройства способно вызвать ожоги глазного сектора работающего. Чтобы это не произошло достаточно пользоваться маской либо щитком с защитными темными стеклами. На практике щиток менее комфортен, так как приходится постоянно придерживать рукой, а это сковывает и ограничивает движения сварщика.

Техника безопасности на месте резки металла плазмой включает в себя внимательный осмотр оборудования на наличие неисправностей. Стоит помнить, что неисправным устройством пользоваться нельзя, даже если очень нужно. При проведении резания не следует стучать плазмотроном для удаления расплавленных остатков. В противном случае он повредится. Также во время проведения работ необходимо постоянного контролировать напряжение сети.

Плазменно-дуговая резка и раскрой металлических поверхностей струей плазмы достаточно широко используются в промышленном секторе. Плазменная современная резка труб с ЧПУ по праву является незаменимым оборудованием для производственных компаний, так как все можно сделать с высокой точностью и производительностью. Плазморезом можно пользоваться для разделения различных элементов. Что важно, то устройство подходит и для спаивания. Например, с его помощью проводятся различные операции закалки, зачистки, а также сваривание припоями. Металлическая поверхность в этой ситуации быстрее охлаждается, нежели при стандартной резке кислородом.

Внешние особенности

При плазморезке собственными силами следует обратить внимание на компактность прибора. Ими просто управлять и не требуют особого опыта. Если чувствуете неуверенность в своих силах, то рекомендуем посмотреть обучающее видео.

Плазменную резку очень часто используют в таких отраслях промышленности, как судостроение, машиностроение, а также при изготовлении металлоконструкций, коммунальной сфере и т. п. Кроме этого, плазморез довольно часто используется в частной мастерской. С его помощью быстро и качественно разрезают любой материал, проводящий ток, и некоторые нетокопроводящие материалы – дерево, камень и пластик.

Технология плазменной резки позволяет разрезать листовой металл и трубы, выполнять фигурный рез или изготавливать детали. Работа осуществляется при помощи высокотемпературной плазменной дуги . Чтобы ее создать, потребуется только источник тока, воздух и резак. Чтобы работа выполнялась довольно легко, а рез получался ровным и красивым, следует выяснить, как осуществляется принцип работы плазменной резки.

Как устроен плазморез

Этот аппарат состоит из следующих элементов:

• источник питания;
• воздушный компрессор;
• плазменный резак или плазмотрон;
• кабель-шланговый пакет.

Источник питания для аппарата плазменной резки осуществляет подачу на плазмотрон определенной силы тока. Представляет собой инвертор или трансформатор.

Инверторы довольно легкие, в плане энергопотребления экономные, по цене недорогие, однако, способны разрезать заготовки небольшой толщины. Из-за этого их применяют только в частных мастерских и на маленьких производствах . У инверторных плазморезов КПД на 30% больше, чем у трансформаторных и у них лучше горит дуга. Часто используют их для работ в труднодоступных местах.

Трансформаторы гораздо увесистее, тратят много энергии, но при этом имеют меньшую чувствительность к перепадам напряжения, и с их помощью разрезают заготовки большой толщины.

Плазменный резак считается главным элементом плазмореза. Его основными элементами являются:

• сопло;
• охладитель/изолятор;
• канал, необходимый для подачи сжатого воздуха;

Компрессор требуется для подачи воздуха. Принцип работы плазменной резки предусматривает применение защитных и плазмообразующих газов. Для аппаратов, которые рассчитаны на силу тока до 200 А , применяется только сжатый воздух как для охлаждения, так и для создания плазмы. Они способны разрезать заготовки толщиной в 50 мм.

Кабель-шланговый пакет используется для соединения компрессора, источника питания и плазмотрона. По электрическому кабелю от инвертора или трансформатора начинает поступать ток для возбуждения электрической дуги, а по шлангу осуществляется подача сжатого воздуха, который требуется для возникновения внутри плазмотрона плазмы.

Принцип работы

При нажатии на кнопку розжига начинается подача тока высокой частоты от источника питания (инвертора или трансформатора). В результате этого внутри плазмотрона образуется дежурная электрическая дуга, температура которой достигает 8 тыс. градусов. Столб этой дуги начинает заполнять весь канал.

После того как возникла дежурная дуга, в камеру начинает поступать сжатый воздух. Вырываясь из патрубка, он проходит через электрическую дугу , нагревается, при этом увеличиваясь в объеме в 50 или 100 раз. Кроме того, воздух начинает ионизироваться и перестает быть диэлектриком, приобретая свойства проводить ток.

Сопло плазмотрона, суженное книзу, обжимает воздух, создавая из него поток, которое начинает вырываться оттуда со скоростью 2 – 3 м/с. В этом момент температура воздуха часто достигает 30 тыс. градусов. Именно такой раскаленный ионизированный воздух и является плазмой.

В то время, когда плазма начинает вырываться из сопла, происходит ее соприкосновение с поверхностью обрабатываемого металла, дежурная дуга в этот момент гаснет, а зажигается режущая. Она начинает разогревать заготовку в месте реза . Металл в результате этого плавится и появляется рез. На поверхности разрезаемого металла образуются небольшие частички расплавленного металла, сдуваемые с нее потоком воздуха. Таким образом осуществляется работа плазмотрона.

Преимущества плазменной резки

Работы по резке металла часто осуществляются на стройплощадке, в мастерской или цеху. Можно использовать для этого автоген, но не всех это устраивает. Если объем работ, связанный с резкой металла, слишком большой, а требования, предъявляемые к качеству реза, очень высоки, то следует подумать о том, чтобы использовать плазменный резак, имеющим следующие достоинства:

Недостатки плазменной резки

Недостатки в работе плазменной резки тоже имеются. Первый из них – максимально допустимая толщина реза довольно небольшая, и у самых мощных агрегатов она редко бывает больше 80 – 100 мм.

Следующий недостаток – достаточно жесткие требования, предъявляемые к отклонению от перпендикулярности реза. Угол отклонения не должен быть больше 10 – 50 градусов и зависит это от толщины детали. Если случается выход за эти пределы, то возникает довольно существенное расширение реза, что в результате влечет за собой быстрый износ расходных материалов.

Кроме того, рабочее оборудование довольно сложное, что делает совершенно невозможным использование двух резаков одновременно, которые подключаются к одному аппарату.

Заключение

Принцип работы плазменной резки довольно прост. Кроме того, аппарат, который используется для этого, имеет большое количество преимуществ, в несколько раз превосходящие имеющиеся недостатки. Если его правильно эксплуатировать, то можно существенно сэкономить время и получить качественный результат.

) струи плазмы называется плазменной резкой. Поток плазмы образуется в результате обдува газом сжатой электрической дуги. Газ при том нагревается и ионизируется (распадается на отрицательно и положительно заряженные частицы). Температура плазменного потока составляет около 15 тысяч градусов по Цельсию.

Виды и способы резки при помощи плазмы

Резка плазмой бывает:

• поверхностная;
• разделительная.

На практике широкое применение нашла разделительная плазменная резка. Поверхностная резка используется крайне редко.

Само резание осуществляется двумя способами:

• плазменной дугой. При резании стали этим способом разрезаемый металл включается в электрическую цепь. Дуга образуется между вольфрамовым электродом резака и изделием.

• плазменной струей. Дуга возникает в резаке между двумя электродами. Разрезаемое изделие в электрическую цепь не включается.

Плазменная резка превосходит по производительности кислородную. Но если режется материал большой толщины или титан, то предпочтение надо отдавать кислородной резке. Плазменная резка незаменима при резании (особенно ).

Виды газов, применяемых для плазменного резания.

Для образования плазмы используются газы:

• активные – кислород, воздух. Применяются при резке черных металлов
• неактивные – азот, аргон, . Применяются при резке цветных металлов и сплавов.

1. Сжатый воздух. Используется для резки:

• меди и ее сплавов – при толщине до 60 mm;
• алюминия и его сплавов – при толщине до 70 mm;
• стали – при толщине до 60 mm.

1. Азот с аргоном. Применяется для резки:

• высоколегированной стали толщиной до 50 mm.

Применять эту газовую смесь для резания меди, алюминия, и черной стали не рекомендуется;

1. Чистый азот. Используется для резания (h=толщина материала):

• меди h равной до 20 mm;
• латуни h равной до 90 mm;
• алюминия и его сплавов h равной до 20 mm;
• высоколегированных сталей h равной до 75 mm, низколегированных и низкоуглеродистых — h равной до 30 mm;
• титана – любой толщины.

1. Азот с водородом. Применяется для резки:

• меди и ее сплавов средних толщин (до 100 mm);
• алюминия и сплавов средних толщин – до 100 mm.

Азотоводородная смесь непригодна для резки любых сталей и титана.

1. Аргон с водородом. Применяется при резке:

• Меди, алюминия и сплавов на их основе толщиной от 100 мм и выше;
• Высоколегированной стали толщиной до 100 мм.

Для резки углеродистых, низкоуглеродистых и низколегированных сталей, а также для титана аргон с водородом применять не рекомендуется.

Оборудование для плазменной резки: виды и краткая характеристика.

Для механизации плазменной резки созданы полуавтоматы и машины переносные различных модификаций.

1. могут работать как с активными, так и с неактивными газами. Толщина разрезаемого материала колеблется от 60 до 120 мм.

• Расход газа:

1. воздух – от 2 до 5 м куб/час;
2. аргон – 3 м куб/час;
3. водород – 1 м куб/час;
4. азот – 6 м куб/час.

• Скорость перемещения – от 0,04 до 4 м/мин.
• Рабочее давление газа – до 0,03 МПа.
• Вес полуавтоматов составляет 1,785 – 0,9 кг в зависимости от модификации.

2. Переносные машины используют сжатый воздух.

• Толщина разрезаемого материала – не более 40 мм.
• Расход сжатого воздуха – от 6 до 50 м куб/час;
• Охлаждение плазмотронов – водой или воздухом.
• Скорость перемещения – от 0,05 до 4 м/мин.
• Рабочее давление газа – до 0,4 – 0,6 МПа.
• Вес переносных машин – до 1,8 кг в зависимости от модификации.
• Плазмотроны, охлаждаемые водой, могут эксплуатироваться только при плюсовых температурах окружающей среды.
• Полуавтоматы и переносные машины пригодны для промышленного использования.

Для ручной резки выпускаются два комплекта:

• КДП-1 с плазмотроном РДП-1;
• КДП-2 с плазмотроном РДП-2.

Резание плазмой

Аппарат КДП-1 используется для резки алюминия (до 80 мм), нержавеющих и высоколегированных сталей (до 60 мм) и меди (до 30 мм).

Максимальный рабочий ток – 400 А.

Максимальное напряжение холостого хода источника питания – 180 В.

Плазмотрон РДП-1 работает с азотом, аргоном или смеси этих газов с водородом.

Охлаждается плазмотрон РДП-1 водой, потому его можно использовать при температуре выше 0 градусов Цельсия.

Аппарат КДП-2 уступает первому по мощности дуги (всего 30 кВт). Преимущество этой модели в том, что охлаждение плазмотрона РДП-2 осуществляется воздухом. В результате комплект может быть использован на открытом воздухе при любой температуре окружающего воздуха.

Комплектность аппаратов ручной резки:

• режущий плазмотрон;
• кабель-шланговый пакет;
• коллектор;
• зажигалка для возбуждения режущей дуги.

Комплекты для ручной плазменной резки выпускаются беспультовыми. Такое конструктивное решение рационально для выполнения ограниченного объема работ с загрузкой оборудования не более чем на 40 – 50%. Но на время работы их приходится доукомплектовывать сварочными выпрямителями и преобразователями.

При том не следует забывать, что с точки зрения техники безопасности для ручной резки допускается величина напряжения холостого хода источника питания не более 180 В.

Плазменная резка металлов выполненная своими руками: некоторые тонкости процесса.

• Началом процесса резания металлов считается момент возбуждения плазменной дуги. Начав резку, необходимо поддерживать постоянное расстояние между соплом плазмотрона и поверхностью материала. Оно должно быть от 3 до 15 мм.
• Необходимо стремиться к тому, чтобы в процессе работы ток был минимальным, потому что при увеличении силы тока и расхода воздуха снижается ресурс работы сопла плазмотрона и электрода. Но при этом уровень тока должен обеспечивать оптимальную производительность резки.
• Наиболее сложной операцией является пробивка отверстий. Сложность заключается в возможном образовании двойной дуги и выходе из строя плазмотрона. Потому при пробивке плазмотрон должен быть поднят над поверхностью металла на 20 – 25 мм. Опускается плазмотрон в рабочее положение только после того, как металл будет пробит насквозь. При пробивке отверстий в листах большой толщины специалисты рекомендуют использовать защитные экраны с отверстиями диаметром 10-20 мм. Экраны помещаются между изделием и плазмотроном.
• Для ручной резки высоколегированных сталей в качестве плазмосодержащего газа применяется азот.
• При ручной резке алюминия с применением аргоноводородной смеси содержание водорода не должно превышать 20% для повышения стабильности горения дуги.
• Резку меди выполняют с использованием водородосодержащих смесей. А вот латунь требует азота или азотоводородной смеси. При этом резка латуни происходит на 20% быстрее, чем меди.
• После резки медь обязательно зачищают на глубину 1-1,5 мм. Для латуни это требование не является обязательным.

Применяется при обработке проводящих металлов. Обрабатываемый материал получает энергию от источника тока посредством ионизированного газа. Стандартная система включает контур зажигания и резак, которые обеспечивают подачу электроэнергии, ионизацию и управление, необходимые для качественной высокопроизводительной резки различных металлов.

Выход источника постоянного тока задает толщину и скорость обработки материала и поддерживает дугу.

Контур зажигания выполняется в виде высокочастотного генератора переменного напряжения 5-10 тыс. В частотой 2 МГц, которое создает высокоинтенсивную дугу, ионизирующую газ до состояния плазмы.

Резак является держателем для расходных деталей — сопла и электрода — и обеспечивает охлаждение этих деталей газом или водой. Сопло и электрод сжимаются и поддерживают ионизированную струю.

Ручные и механизированные системы служат для разных целей и требуют разного оборудования. Только пользователь может определить, какая из них лучше всего подходит для его нужд.

Резка металла плазмой представляет собой термический процесс, при котором пучок нагревает электропроводный металл до температуры, превышающей точку его плавления, и удаляет расплавленный металл через проделанное отверстие. Между электродом в горелке, к которому подведен отрицательный потенциал, и заготовкой с положительным потенциалом возникает электрическая дуга и происходит резка материала ионизированным потоком газа под давлением при температуре от 770 до 1400 °C. Струя плазмы (ионизированного газа) концентрируется и направляется через сопло, где она уплотняется и становится способной расплавить и разрезать самые разные металлы. Это основной процесс как для ручной, так и для механизированной плазменной резки.

Ручная резка

Ручная резка металла плазмой производится с помощью достаточно небольших устройств с плазменной горелкой. Они маневренны, универсальны и могут быть использованы для выполнения различных задач. Их возможности зависят от силы тока режущей системы. Параметры установок ручной резки варьируются от 7-25 А до 30-100 А. Некоторые устройства, однако, позволяют получить до 200 ампер, но они не являются широко употребительными. В ручных системах в качестве плазмообразующего и защитного газа обычно используется технический воздух. Они сконструированы таким образом, чтобы их можно было использовать с различным входящим напряжением, которое может изменяться от 120 до 600 В, а также использоваться в одно- или трехфазных сетях.

Ручная плазма для резки металла обычно используется в мастерских, занимающихся обработкой тонких материалов, заводских службах технического обслуживания, ремонтных мастерских, пунктах приема металлолома, при строительно-монтажных работах, в судостроении, автомастерских и художественных мастерских. Как правило, ее применяют для обрезки излишков. Обычный 12-амперный плазменный аппарат разрезает максимум 5-мм слой металла со скоростью около 40 мм в минуту. 100-амперное устройство режет 70-мм слой со скоростью до 500 мм/мин.

Как правило, ручная система выбирается в зависимости от толщины материала и желаемой скорости обработки. Устройство, которое обеспечивает высокую силу тока, работает быстрее. Однако при резке с большой силой тока становится труднее контролировать качество работы.

Машинная обработка

Механизированная резка металла плазмой производится на установках, которые, как правило, значительно больше ручных, и используется в сочетании с раскройными столами, в том числе с водяной ванной или с платформой, оборудованной различными приводами и двигателями. Кроме того, механизированные системы оборудуются ЧПУ и управлением высотой струи режущей головки, которая может включать в себя предустановку высоты резака и контроль напряжения. Механизированные системы плазменной резки могут устанавливаться на другое металлообрабатывающее оборудование, такое как штамповочные прессы, или роботизированные системы. Размер механизированной конфигурации зависит от размера стола и используемой платформы. Раскроечный станок может быть меньше, чем 1200х2400 мм и больше, чем 1400х3600 мм. Такие системы не очень подвижны, поэтому до установки следует предусмотреть все их компоненты, а также место их расположения.

Требования к питанию

Стандартные источники питания обладают максимальным диапазоном силы тока от 100 до 400 А для кислородной резки и от 100 до 600 А для азотной. Многие системы работают в более низком диапазоне, например, от 15 до 50 А. Существуют системы с азотной резкой с силой тока 1000 А и выше, но они редки. Входное напряжение для механизированных плазменных систем составляет 200-600 В в трехфазной сети.

Требования к газу

Для резки мягкой и нержавеющей стали, алюминия, а также различных экзотических материалов обычно используются сжатый воздух, кислород, азот и смесь аргона с водородом. Их комбинации служат плазмообразующим и вспомогательным газом. Например, при резке мягкой стали пусковым газом часто является азот, плазмообразующим - кислород, а сжатый воздух используется как вспомогательный.

Кислород употребляется для мягкой углеродистой стали, потому что он производит высококачественные разрезы в материале толщиной до 70 мм. Кислород также может исполнять роль плазмообразующего газа для нержавеющей стали и алюминия, но результат получается не совсем аккуратным. Азот служит плазменным и вспомогательным газом, поскольку он обеспечивает отличную резку практически любого типа металла. Используется при больших токах и позволяет обрабатывать листовой прокат толщиной до 75 мм и в роли вспомогательного газа для азотной и аргон-водородной плазмы.

Сжатый воздух - наиболее распространенный газ как плазменный, так и вспомогательный. Когда производится слаботочный раскрой листового металла толщиной до 25 мм, оставляет окисленную поверхность. При резке воздухом, азотом или кислородом является вспомогательным газом.

Смесь аргона с водородом, как правило, используется для обработки нержавеющей стали и алюминия. Обеспечивает высококачественный разрез, и необходима для механизированной резки листов толщиной более 75 мм. Диоксид углерода также может быть использован в роли вспомогательного газа, когда производится резка металла плазмой азота, так как это позволяет работать с большинством материалов и гарантирует хорошее качество.

Смесь азота с водородом и метан также иногда применяются в процессе плазменной резки.

Что потребуется еще?

Выбор плазмы и вспомогательных газов - только два из важнейших решений, которые необходимо принимать во внимание при установке или использовании механизированной плазменной системы. Емкости для газа можно приобрести или арендовать, они доступны в различных размерах, и для их хранения необходимо создать соответствующие условия. Установка системы требует значительного количества электропроводки и труб для газа и охлаждающей жидкости. Помимо самой механизированной плазменной системы, требуется подобрать стол, раскроечный станок, ЧПУ и THC. OEM-производители обычно предлагают множество вариантов оборудования, которое подойдет для любой конфигурации устройства.

Нужна ли механизация?

Из-за сложности выбора механизированного процесса плазменной резки, необходимо уделить много времени исследованию различных конфигураций и критериев системы. Следует учесть:

• типы деталей, которые будут вырезаться;
• количество промышленных изделий в партии;
• желаемую скорость и качество резки;
• стоимость расходных материалов.
• общую стоимость эксплуатации конфигурации, в том числе электроэнергии, газа и труда.

Размер, форма и количество производимых частей может определять необходимое производственное промышленное оборудование - тип ЧПУ, стола и платформы. Например, производство деталей небольшого размера может потребовать платформы со специализированным приводом. Реечные приводы, сервоприводы, приводные усилители и датчики, используемые на платформах, определяют качество резки и максимальную скорость системы.

Качество и скорость также зависит от того, какое ЧПУ и газы используются. Механизированная система с регулируемым током и потоком газа в начале и в конце резки уменьшит расход материалов. Кроме того, с ЧПУ с большим объемом памяти и выбором возможных установок (например, высоты факела в конце разреза) и быстрая обработка данных (входной/выходной коммуникации) снизит простои и увеличит скорость и точность работы.

В конечном счете решение о покупке или обновлении механизированной системы плазменной резки или использовании ручной должно быть обоснованным.

Плазменная резка металла: оборудование

Hypertherm Powermax45 - переносной аппарат с большим числом стандартных компонентов на основе инвертора, т. е. биполярного транзистора с изолированным затвором. Работать с ним очень легко, независимо от того, режется ли тонкая сталь или листовой прокат толщиной 12 мм со скоростью 500 мм/минуту или 25 мм со скоростью 125 мм/мин. Устройство способно генерировать большую мощность для резки различных видов токопроводящих материалов, таких как сталь, нержавеющая сталь и алюминий.

Система питания имеет преимущество перед аналогами. Входное напряжение - 200-240 В однофазного тока силой 34/28 А при мощности 5,95 кВт. Изменения входного напряжения сети компенсируются технологией Boost Conditioner, благодаря которой резак демонстрирует повышенную производительность на низких напряжениях, при колебаниях входной мощности, а также при питании от генератора. Внутренние компоненты эффективно охлаждаются с помощью системы PowerCool, обеспечивающей повышенную производительность, время работы и надежность устройства. Другой важной особенностью этого продукта является соединение горелки FastConnect, которое облегчает механизированное использование и повышает универсальность.

Факел Powermax45 имеет конструкцию с двойным углом, который продлевает срок службы сопла и снижает Он оснащен функцией Conical Flow, повышающей плотность энергии дуги, благодаря чему значительно сокращает дросс и производится высококачественная плазменная резка. Цена Powermax45 - 1800 $.

Hobart AirForce 700i

Hobart AirForce 700i обладает наибольшей режущей способностью данной линейки: номинальная толщина резки - 16 мм со скоростью 224 мм/мин, а максимальная - 22 мм. По сравнению с аналогами, рабочая сила тока устройства на 30% меньше. Плазменный резак подойдет для станций техобслуживания, ремонтных мастерских и при сооружении небольших построек.

Устройство отличается легким, но мощным инвертором, эргономичным пусковым предохранителем, эффективным потреблением воздуха и недорогими расходными материалами горелки, благодаря чему производится безопасная, качественная и недорогая плазменная резка. Цена AirForce 700i составляет 1500 $.

В комплект входит эргономичная ручная горелка, кабель, 2 сменных наконечника и 2 электрода. Потребление газа составляет 136 л/мин при давлении 621-827 кПа. Вес аппарата - 14,2 кг.

40-амперный выход обеспечивает исключительную производительность резки листового металла - быстрее, чем механические, газовые и плазменные устройства других изготовителей.

Miller Spectrum 625 X-treme

Miller Spectrum 625 X-treme - небольшой аппарат, достаточно мощный для резки различных видов стали, алюминия и других проводящих ток металлов.

Питается от сети переменного тока напряжением 120-240 В, автоматически подстраиваясь под поданное напряжение. Легкий и компактный дизайн делает устройство весьма портативным.

Благодаря технологии Auto-Refire дуга контролируется автоматически, избавляя от необходимости постоянно нажимать кнопку. Номинальная толщина резки при токе 40 А составляет 16 мм при скорости 330 мм/мин, а максимальная - 22,2 мм при 130 мм/мин. Потребляемая мощность - 6,3 кВт. Вес аппарата в ручном исполнении составляет 10,5 кг, а с машинным резаком - 10,7 кг. В качестве плазменного газа используется воздух или азот.

Надежность Miller 625 обеспечивается технологией Wind Tunnel. Благодаря встроенному высокоскоростному вентилятору пыль и мусор не попадают внутрь устройства. Светодиодные индикаторы информируют о давлении, температуре и мощности. Цена аппарата - 1800 $.

Lotos LTP5000D

Lotos LTP5000D - портативный и компактный плазменный аппарат. При весе 10,2 кг проблем с его перемещением не возникнет. 50-амперный ток, производимый цифровым преобразователем, а также мощный транзистор MOSFET обеспечивают эффективный рез мягкой стали толщиной 16 мм и 12 мм нержавеющей стали или алюминия.

Устройство автоматически подстраивается под напряжение и частоту сети. Длина шланга - 2,9 м. Вспомогательная дуга с металлом не контактирует, что позволяет использовать аппарат для резки ржавых, необработанных и окрашенных материалов. Устройство безопасно в использовании. Сжатый воздух, применяемый для резки, не вреден для человека. А крепкий ударопрочный корпус надежно защищает аппарат от попадания пыли и мусора. Цена Lotos LTP5000D - 350 $.

При покупке плазменного резака нужно всегда отдавать предпочтение качеству. Следует остерегаться искушения приобрести дешевый низкокачественный аппарат, так как его быстрый износ в долгосрочной перспективе приведет к гораздо большим затратам. Конечно, переплачивать также не стоит, есть достаточно достойных бюджетных вариантов без аксессуаров и высоких мощностей, которые могут никогда не понадобиться.

Источником электропитания может быть:

• трансформатор . Достоинством его является то, что он практически не чувствителен к перепадам напряжения электросети и позволяет резать заготовки большой толщины, а недостатком – значительный вес и низкий КПД;
• инвертор . Единственным его недостатком является то, что он не позволяет резать заготовки большой толщины. Достоинств много:
  • при питании от него стабильно горит дуга;
  • КПД на 30 % выше, чем у трансформатора;
  • дешевле, экономичнее и легче трансформатора;
  • его удобно использовать в труднодоступных местах.

Плазмотрон

Плазмотрон – это плазменный резак, с помощью которого разрезается заготовка. Он является основным узлом плазмореза.

Конструкция плазмотрона состоит из следующих составляющих:

• охладитель;
• колпачок.

Компрессор

Компрессор в плазморезе требуется для подачи воздуха. Он должен обеспечивать тангенциальную (или вихревую) подачу сжатого воздуха, которая обеспечит расположение катодного пятна плазменной дуги строго по центру электрода. Если этого не будет обеспечено, то возможны неприятные последствия:

• плазменная дуга будет гореть нестабильно;
• могут образоваться одновременно две дуги;
• плазмотрон может выйти из строя.

Принцип работы

Принцип действия плазмотрона заключается в следующем. Создаётся поток высокотемпературного ионизированного воздуха, электропроводность которого равна электропроводности разрезаемой заготовки (т.е. воздух перестаёт быть изолятором и становится проводником электрического тока).

Образуется электрическая дуга, которая локально разогревает обрабатываемую заготовку: металл плавится и появляется рез. Температура плазмы в этот момент достигает 25000 – 30000 °С. Появляющиеся на поверхности разрезаемой заготовки частички расплавленного металла будут сдуваться с нее потоком воздуха из сопла.

Технология

Технология плазменной резки металла вкратце может быть описана следующим образом. Плазменной обработке поддаются все виды металлов толщиой до 220 мм.

Эффект появляется после воспламенения плазмообразующего газа при образовании искры в контуре электрической дуги (между наконечником форсунки и неплавящимся электродом. От искры загорается поток газа, здесь же он ионизируется, превращаясь в управляемую плазму (с крайне высокой, 800 и даже 1500 м/с скоростью выхода).

В выходном отверстии, от сужения, происходит ускорение потока плазмообразующего носителя. Высокоскоростная плазменная струя позволяет получить температуру на выходе около 20 0000с. Узконаправленная струя в тысячи градусов буквально проплавляет материал в точечной области воздействия, нагрев вокруг места обработки незначительный.

Плазменно-дуговой способ используется с замыканием обрабатываемой поверхности в проводящий контур. Другой вид резки (плазменной струей) — работает при наличии стороннего (косвенного) образования высокотемпературного компонента в рабочей схеме плазмотрона. Нарезаемый металл не включен в проводящий контур

Резка плазменной струей

Раскрой заготовок плазменной струей применяется для обработки материалов, не проводящих электрический ток. При резке этим методом дуга горит между формирующим наконечником плазмотрона и электродом, а сам разрезаемый объект в электрической цепи не участвует. Для разрезания заготовки используется струя плазмы.

Плазменно-дуговая резка

Подвергаются токопроводящие материалы. При выполнении резки этим методом дуга горит между разрезаемой заготовкой и электродом, её столб совмещен со струей плазмы. Последняя образуется за счет поступления газа, его нагрева и ионизации. Газ, продуваемый через сопло, обжимает дугу, придает ей проникающие свойства и обеспечивает интенсивное плазмообразование. Высокая температура газа создает высочайшую скорость истечения и увеличивает активное воздействие плазмы на плавящийся металл. Газ выдувает из зоны реза капли металла. Для активизации процесса используется дуга постоянного тока прямой полярности.

Плазменно-дуговая резка применяется при:

• производстве деталей с прямолинейными и фигурными контурами;
• вырезании отверстий или проемов в металле;
• изготовлении заготовок для сварки, штамповки и механической обработки;
• обработке кромок поковок;
• резке труб, полос, прутков и профилей;
• обработке литья.

Виды плазменной резки

В зависимости от среды, существуют три вида плазменной резки:

• простой. Этот метод подразумевает использование только воздуха (или азота) и электрического тока;
• с защитным газом. Применяются два вида газа: плазмообразующий и защитный, который сохраняет зону реза от влияний окружающей среды. В результате повышается качество реза;
• с водой. В этом случае вода выполняет функцию, аналогичную защитному газу. Кроме того, она охлаждает компоненты плазмотрона и поглощает вредные выделения.

Основанная на указанных принципах плазменная резка обеспечивает не только высокопроизводительное производство, но и совершенно пожаробезопасное: применяемые в технологии материалы не огнеопасны.

Видео

Посмотрите ролики, где наглядно объясняется, как происходит плазменная резка:

Принцип работы воздушно-плазменной резки металла

Воздушно-плазменная резка: на чем основан принцип осуществления. Плазма, производящая резку, является разогретым газом с высоким значением электропроводности . Его еще называют ионизованным. Генерируется плазма специальным дуговым элементом. Принято называть этот способ резки плазменным.

Обычная дуга сжимается плазмотроном. Ионизованный газ вдувается в нее, с помощью чего она может генерировать горячий воздух. Она способна производить обработку, при помощи повышенной температуры.Металл разрезается, плавясь при этом.

Осуществление обработки металла происходит благодаря, как плазменной дуге, так и струе. В первом варианте на металлическое изделие оказывается прямое воздействие, во втором — косвенное. Наиболее распространенным и действенным является метод резки с помощью действия напрямую. Для материала, который не обладает электропроводностью (как правило это неметаллические изделия) применяют способ непрямого влияния. При любом из вариантов разрезаемый материал не теряет агрегатного состояния и его конструкция слабо подвергается деформации.

Принцип работы плазменного резака

Плазмотрон – это техническое устройство, которое образует электрический разряд между электродом (катодом) и поверхностью обрабатываемого изделия (анодом), это происходит в потоке газа который образует плазму.

Принцип работы устройства: для охлаждения применяется вода или газ, для получения плазмы используется плазмообразующий газ. Поток входящего в камеру газа подвергается нагреванию до высоких температур после чего ионизируется, тем самым приобретает свойства плазмы. Плазмообразующий газ и охлаждающий подаются в различные каналы плазматрона . При подаче питания между катодом и соплом образуется так называемый вспомогательный разряд, визуально её можно видеть как небольшой факел.

Основная (рабочая дуга) образуется при касании второстепенного разряда обрабатываемой поверхности, которая в данном случае выполняет роль анода (плюс). Стабилизация разряда может осуществляться магнитным полем, водой либо газом, зачастую стабилизирующий газ является и плазмообразующим. После этого можно проводить резку материала, нанесение покрытий, сварку, наплавку или даже добычу полезных ископаемых, путём разрушения горных пород.

Условно конструкцию плазмотрона можно представить как несколько основных элементов:

1. изолятор;
2. электрод;
3. сопло;
4. механизм для подвода плазмообразующего газа;
5. дуговая камера.

Конструкция и принцип работы плазмотрона с совмещенным соплом и каналом

Особенностью плазмотрона, использующего воздушно-плазменную резку является совмещение канала и сопла. Воздух проходит через канал сопла наружу. Принцип работы схож, при подаче электропитания промеж катодом и соплом образуется вспомогательный разряд. Воздух закрученный по спирали, стабилизирует и сжимает столб рабочего разряда. Он же предотвращает соприкосновение электрической дуги стенок соплового канала.

Типы плазмотронов

Плазмотроны можно условно разделить на три глобальных типа

1. электродуговые;
2. высокочастотные;
3. комбинированные.

Устройства работающие на основе электрической дуги оснащены одним катодом, который подключен к источнику питания постоянного тока. Для охлаждения применяют воду, которая находится в охладительных каналах.

Можно выделить следующие виды электродуговых аппаратов

• с прямой дугой;
• косвенной дугой (плазмотроны косвенного действия);
• с использованием электролитического электрода;
• вращающимися электродами;
• вращающейся дугой.

Автомат: принцип работы

Станок плазменной автоматической резки имеет:

1. пульт управления,
2. плазмотрон
3. рабочий стол для заготовок.

Автомат для резки (Китай)
Источник фото: ru.made-in-china.com

На пульте управления происходит корректировка предварительно установленных программ, если резка отклоняется от установленных параметров. Для оперативного исправления в процессе работы и выбора оптимальных режимов резания.

Через установленный на рабочем столе лист, пропускается электрический ток. Между поверхностью листа и плазмотроном пробегает первичная электродуга. В которой сжатый воздух, разогревается до состояния плазмы. Первичная дуга скрывается в раскаленной ионизированной струе, которая и режет металла.

Резка начинается с середины или с края. Чем чаще происходит прерывание дуги и зажигание новой искры, тем меньше становится ресурс сопла и катода. Грамотный оператор автоматической резки выбирает режимы резания по таблице и отталкиваясь от конкретных условий (толщина металла, диаметр сопла). Благодаря чему можно добиться значительного сокращения расходов. По окончанию операции, автомат самостоятельно оповестит оператора, выключит и отведет плазмотрон от материала.

Какие газы используются, их особенности

Плазменная резка металла представляет собой процесс проплавления и удаления расплава за счет теплоты, получаемой от плазменной дуги. Скорость и качество резки определяются плазмообразующей средой. Также, плазмообразующая среда влияет на глубину газонасыщенного слоя и характер физико-химических процессов на кромках среза. При обработке алюминия, меди и сплавов, изготовленных на их основе, используются следующие плазмообразующие газы:

• Сжатый воздух;
• Кислород;
• Азотно-кислородная смесь;
• Азот;
• Аргоно-водородная смесь.

ВАЖНО ! Для некоторых марок металла недопустимо применение определенных плазмообразующих смесей (к примеру, для резки титана нельзя использовать смеси, содержащие в составе азот или водород).

Все газы, используемые при выполнении плазменной обработки, условно делятся на защитные и плазмообразующие .

В целях бытового назначения (толщина до 50 мм, сила тока дуги – менее 200 А) применяется сжатый воздух, который может использоваться как защитный, так и плазмообразующий газ, а в более сложных условиях промышленного назначения применяются другие газовые смеси, которые содержат кислород, азот, аргон, гелий или водород.

Достоинства и недостатки плазменной резки

Обработка металлов аппаратами или станками плазменной резки дает в работе целый ряд преимуществ .

1. По сравнению с кислородной горелкой, плазморез обладает более высокой мощностью , и соответственно, производительностью , и по данному параметру уступает только лазерным установкам промышленного масштаба.
2. Плазменная резка выгодна с экономической точки зрения при толщине металла до 60 мм. Для резки материалов с толщиной более 60 мм рекомендуется использовать кислородную резку.
3. Современные плазморезы отличаются высокоточной и качественной обработкой металлов. Срез получается «чистый», с минимальной шириной, благодаря чему, практически не требует дополнительной шлифовки.
4. Также, плазменно-дуговая обработка характеризуется универсальностью применения, безопасностью и низким уровнем загрязнения окружающей среды.

Из недостатков можно отметить скромную толщину среза (до 100 мм), а также невозможность одновременной работы двух плазморезов и соблюдение жестких требований к отклонениям от перпендикулярности среза.

Возможности плазменной резки

Сфера применения плазменной резки очень разнообразна, благодаря своей универсальности и диапазону обрабатываемых металлов и металлических сплавов. Автоматизированная и ручная плазменная резка материалов широко применяется на предприятиях и во многих отраслях промышленности для выполнения обработки:

Оставить свой отзыв