Что нужно для плазменной резки металла. Плазменная резка металла — необходимая технология для многих работ

Плазменная резка — вид плазменной обработки материалов, при котором в качестве режущего инструмента вместо резца используется струя плазмы.

(Википедия)

Плазменная резка на сегодняшний день считается одним из наиболее эффективных способов прямолинейного и фигурного раскроя металла. Позволяет выполнять резание всех видов сталей, алюминия, меди, чугуна, титана, листового и профильного проката, осуществлять скос кромок под определенным углом.

Характерные преимущества процесса

Плазменная резка металла характеризуется такими особенностями:

1. Высокая производительность. В 5-10 раз выше скорость раскроя сравнительно с газокислородным способом. Уступает по данному параметру лишь лазерному резанию.
2. Универсальность. Возможен раскрой практически любого материала, достаточно установить оптимальные параметры процесса - мощность и давление газа.
3. Качество подготовки не имеет особого значения - лакокрасочное покрытие, грязь или ржавчина на металле для плазменной резки не страшны.
4. Повышенное качество и точность. Современные агрегаты обеспечивают минимальную ширину реза, относительно чистые без чрезмерного количества окалины на кромках - в большинстве случаев не нуждаются в дополнительной механической обработке и даже зачистке.
5. Небольшая зона термического влияния способствует минимизации деформации вырезаемых заготовок в результате воздействия повышенной температуры.
6. Возможность фигурной вырезки сложных геометрических форм.
7. Безопасность процесса в отличие от газо-кислородной резки, где присутствуют баллоны со сжатым кислородом и горючим газом.
8. Агрегаты для плазменной резки металла просты в обслуживании и эксплуатации.

Что представляет собой процесс плазменной резки металла?

Плазма - токопроводящий ионизированный газ высокой температуры. Образуется струя в специальном устройстве - плазмотроне . Он состоит из таких основных элементов:

1. Электрод (катод) - оснащен вставкой из материала с высокой термоэлектронной эмиссией (гафний, цирконий), которая выгорает в процессе эксплуатации и при выработке более 2 мм требует замены.
2. Механизм закрутки газового потока.
3. Сопло - как правило, изолированное от катода специальной втулкой.
4. Кожух - защищает внутренние компоненты от брызг расплавленного металла и металлической пыли.

Имеет 2 провода - анод (с положительным зарядом) и катод (с отрицательным зарядом). «Плюсовой» провод подсоединяется к разрезаемому металлопрокату, «минусовой» - к электроду.

В начале процесса плазменной резки металла поджигается дежурная дуга между катодом и наконечником, которая выдувается из сопла, а при касании к обрабатываемому изделию образует уже режущую дугу.

При заполнении формирующего канала в плазмотроне столбом дуги в дуговую камеру под давлением в несколько атмосфер начинает подаваться плазмообразующий газ, который подвергается нагреву и ионизации, что способствует его увеличению в объеме. Это ведет к его истеканию из сопла с большой скоростью (до 3 км/сек.), а температура дуги в этот момент может достигать от 5000 до 30000 °C.

Небольшое отверстие в сопле сужает дугу, что способствует ее направленному воздействию в определенную точку на металле, который практически мгновенно нагревается до температуры плавления и выдувается из зоны реза.

После прохождения плазмотроном по заданному контуру получается заготовка необходимых размеров и формы с ровными кромками и минимальным количеством окалины на них.

Плазмообразующие газы для раскроя различных металлов

Для плазменной резки металлов могут использоваться как активные, так и неактивные газы. Их выбор осуществляется в зависимости от разновидности металла и его толщины:

• Азотоводородная смесь предназначена для меди, алюминия и сплавов на их основе. Максимально возможная толщина - 100 мм. Неприменима для титана и всех марок сталей.
• Азот с аргоном используется в основном для плазменной резки высоколегированных марок сталей, толщина которых не превышает 50 мм, но не рекомендована смесь для черных металлов, титана, меди и алюминия.
• Азот. С его помощью выполняется раскрой сталей с низким содержанием углерода и легирующих элементов толщиной до 30 мм, высоколегированных - до 75 мм, меди и алюминия - до 20 мм, латуни - до 90 мм, титана неограниченной толщины.
• Сжатый воздух. Оптимально подходит для воздушно-плазменной резки черных металлов и меди толщиной до 60 мм, а также алюминия - до 70 мм. Не предназначен для титана.
• Смесь аргона с водородом - раскрой сплавов на основе алюминия и меди, сталей с большим содержанием легирующих элементов толщиной свыше 100 мм. Не рекомендуется использовать для низкоуглеродистых, углеродистых, низколегированных марок сталей и титана.

Но недостаточно просто подключить баллон с необходимым плазмообразующим газом, так как от его состава зависят многие технические характеристики оборудования:

• мощность и внешние (статистические и динамические) характеристики источника питания;
• циклограмма аппарата;
• способ крепления катода в плазмотроне, а также материал, из которого он изготовлен;
• тип конструкции механизма охлаждения для сопла плазмотрона.

Советы по плазменной резке цветных и легированных металлов:

• При ручном раскрое высоколегированных марок сталей в качестве плазмообразующего газа рекомендуется использовать азот.
• Для обеспечения стабильного горения дуги при ручном резании алюминия аргоноводородной смесью в ней должно содержаться не более 20 % водорода.
• Латунь лучше всего режется азотом и азотоводородной смесью, а также характеризуется более высокой скоростью раскроя.
• Медь после разделительного резания в обязательном порядке подвергается зачистке по плоскости реза на глубину 1-1,5 мм. К латуни данное требование не относится.

Области применения плазменной резки

Благодаря высокой производительности, универсальности и доступной стоимости плазменная резка металлов пользуется огромным спросом во многих отраслях промышленности:

• металлообрабатывающие предприятия и компании;
• авиа-, судо- и автомобилестроение;
• строительная промышленность;
• предприятия тяжелого машиностроения;
• металлургические заводы;
• изготовление металлоконструкций.

Все сферы использования перечислить просто невозможно - ручные аппараты и автоматические машины для плазменной резки металлов можно встретить практически повсеместно. Их применяют как крупные заводы по изготовлению металлоконструкций, так и небольшие фирмы, специализирующиеся на художественной ковке и обработке деталей.

Особое место среди данного оборудования занимают машины для плазменной резки металлов с ЧПУ - они сводят к минимуму человеческий фактор, значительно повышают производительность. Но основным их преимуществом является сокращение расхода металлопроката благодаря возможности создания специальных программ. Высококвалифицированные технологи разрабатывают карты раскроя, представляющие собой виртуальный лист металла определенных размеров, на котором они максимально плотно укладывают заготовки с учетом ширины реза и многих других параметров процесса с целью более рационального использования металлопроката.

Тонкости процесса раскроя металла

Для получения качественной заготовки в процессе плазменной резки требуется поддержание постоянного расстояния между соплом и разрезаемым металлом - как правило, в пределах 3-15 мм. В противном случае возможно увеличение ширины реза, зоны термического влияния, несоответствие заготовки заданным размерам.

Ток в процессе работы должен быть минимальным для определенного материала и толщины. Завышенные его значения и, соответственно, повышенный расход плазмообразующего газа являются причиной ускоренного износа катода и сопла плазмотрона.

Самая сложная операция в процессе плазменной резки металла - пробивка отверстий. Это вызвано большой вероятностью образования двойной дуги и поломкой плазмотрона. Пробивка производится на увеличенном расстоянии между катодом и анодом - между соплом и поверхностью материала должно быть 20-25 мм. После сквозной пробивки плазмотрон опускается в рабочее положение.

Уважаемые покупатели, в этой статье мы хотим вам рассказать что такое плазменная резка металлов, показать ее основные преимущества, рассказать об устройстве плазменных аппаратов и как их использовать, а теперь обо всем этом по порядку.

Иногда наши покупатели приобретая аппарат плазменной резки с удивлением узнают, что для его работы необходим компрессор. Компрессор необходим для того, чтобы выдувать металл который вы режете. Без компрессора резать плазмой невозможно. Компрессор подключается к аппарату, а к аппарату подключается плазматрон (плазменная горелка), так вот, когда возникает дежурная дуга между катодом и соплом, воздух эту дугу выдувает наружу, где дуга переходит в основную дугу при соприкосновении с металлом; далее происходит процесс плавления металла и выдувания его жидкой части из зоны расплава. При выборе компрессора стоит обратить особое внимание на его качество и на его параметры. Корректная работа аппарата плазменной резки возможно только в сочетании с хорошим компрессором. Мы рекомендуем использовать компрессоры способные выдавать 5-6 атмосфер.

Еще одна немаловажная деталь, на которую мы хотим обратить ваше внимание. В компрессоре должен стоять фильтр воздуха, он может быть встроен в компрессор изначально, а может подключаться отдельно. Воздух, который будет проходить через аппарат плазменной резки и выходить из плазматрона, должен быть чистым, в него не должны попадать никакие посторонние предметы и вещества. Недопустимо попадание паров и частиц масла, мельчайшей частицы металлической стружки, пыль и грязь. Особенно это важно, если вы планируете использовать плазму на пыльных производствах, в гаражах, цехах с бетонными полами и т.д. Чем чище воздух – тем лучше рез!

Если вы будете соблюдать эти условия, аппарат будет работать корректно и без сбоев.

Плазма или газорезка?

Мы не будем говорить о том, что газорезка хуже чем плазменная резка. У газорезки есть ряд преимуществ перед плазмой, например при резе металлолома в больших количествах вам не справиться с этой задачей если использовать плазменную резку. Плазменная резка экономически целесообразна при толщине металла до 50 мм, при большей толщине преимущество переходит к кислородной резке. Но качество и скорость раскроя всегда на стороне плазменной резки.

Для газорезки нужен газ, для плазмы нужно электричество. Выделим два основных преимущества плазмы: первое – вам не нужен газ (ацетилен) вы не связываетесь с взрывоопасными газами, второе - вы можете резать различные типы металлов (сталь, нержавейка, медь, алюминий и пр.)

Таким образом кому-то необходима газорезка, кому-то подойдет плазма, выбор за вами.

Как правильно выбрать аппарат плазменной резки?

Здесь все очень просто. Чем мощнее плазменный аппарат, тем толще металл он может резать. Если вы планируете резать разные толщины, вам лучше выбрать мощные аппарат, если вы будете резать тонкие металлы, вам нет необходимости покупать мощные аппарат, достаточно приобрести сорока амперный аппарат. Обратите внимание на такое понятие, как качество реза. Рез может быть «грязный» и «чистый». Грязный рез – это когда вам нужно просто отрезать кусок металла и для вас не имеет значение какой срез будет, аккуратный или нет. Чистый рез - это максимально ровно отрезанный металл. Как правило, производители указывают в параметрах грязный рез. Чтобы понять чистый рез, вам нужно отнять порядка 25% от указанной толщины. Так например если производитель указал 12 мм – значит чистый рез составит 8-9 мм. Не думайте, что производители вас обманывают, это всемирная практика указать в параметрах грязный рез, а не чистый. Этот параметр показывает максимальную возможность аппарата, а вы уже сами выбираете как вам резать металл, по “грязному” или по “чистому”.

Кроме того, перед покупкой желательно понять как часто вы будете включать аппарат плазменной резки. Обратите внимание на ПВ приобретаемого аппарата. Если ПВ аппарата 60% - значит в 10 минутном цикле вы можете резать 6 минут, а 4 минуты аппарат будет отдыхать, если ПВ 100% - значит можно не отрываться от работы, аппарат будет работать постоянно.

Расходные части.

Покупая аппарат плазменной резки, мы рекомендуем вам узнать у поставщика как обстоят дела с расходкой для плазменной горелки. Практически все производители вместе с аппаратом кладут расходные части, вы можете приступать к резке незамедлительно, но расходка горит, независимо от производителя. И когда встает вопрос о замене, выясняется, что там где аппарат покупался – “расходки” нет. Мы часто сталкиваемся с такими случаями, когда помогаем людям подобрать расходку, и стоит признать, что не всегда это получается. Расходка не всегда стыкуется. Так, например, расходка для аппаратов китайского происхождения не подходит к европейским товарам или американским. Кроме того, нет возможности поменять плазматрон (плазменную горелку) – разные разъемы. В нашем интернет-магазине продаются аппараты плазменной резки произведенные в Китае, все всегда в наличии и как показывает практика, китайская расходка подходит практически на все аппараты сделанные в Китае.

Скорость с которой резать металл.

Этот вопрос нам часто задают покупатели. Определенного ответа на него нет, вы поймете, как быстро вам надо будет вести плазматрон по металлу только в процессе обучения, приноровиться очень просто. Все зависит от толщины металла и амперажности, которую вы выставите. Когда вы приступите к резу, вы сразу увидите - если вы ведете плазматрон очень быстро (в таком случае металл не будет прорезаться полностью) если очень медленно (в этом случае вы просто будете расходовать воздух и электроэнергию). Перед тем как резать нужные вам заготовки или отрезки, мы рекомендуем потренироваться на ненужных обрезках, чтобы выбрать оптимальный режим и скорость реза.

Еще один совет, когда вы включите аппарат – поставьте ток на максимум, а во время реза уменьшайте его, пока не поймете, что этого тока достаточно для реза вашей толщины металла. Начинайте с больших токов, затем идите на понижение.

И ещё, не старайтесь ставить максимальный ток, чтобы отрезать побыстрее, так как чем больше ток, тем быстрее выходит из строя расходка; не делайте слишком частые поджиги, поскольку именно в момент поджига происходит интенсивное «выветривание» тугоплавкой вставки на катоде и преждевременный выход его из строя, т.е. нажали на кнопку и режьте непрерывно. Если по условиям работы вам необходимо делать короткие резы, например резать сетку – приготовьтесь к частой замене расходки.

Как все работает.

Установки плазменной резки имеют напряжение холостого хода 250-300 В.

При нажатии на кнопку подаётся сжатый воздух и одновременно между катодом и соплом во внутренней камере плазмотрона прикладывается это напряжение холостого хода, но чтобы пробить этот промежуток и зажечь плазму, необходима поджигающая искра – эту функцию поджига выполняет осциллятор (напряжение поджига порядка 5-10 кВ). Как только дуга зажглась (и дуга в этот момент называется дежурной) воздух выдувает плазму наружу. Ток дежурной дуги как правило в мощных аппаратах ограничен внутри мощным сопротивлением для экономии расходки, для реза не предназначен; дежурная дуга горит 2-3 сек. Если в течение этого времени дуга не коснулась металла или металл по каким-то причинам не соединён с «+» установки (например, обрыв обратного кабеля), то дуга гаснет. Если же всё прошло нормально, то дежурная дуга переходит в основную дугу, блок осциллятора отключается. Далее происходит плавление металла дугой и одновременное выдувание расплавленного материала из расплава. Горение основной дуги происходит между тугоплавкой вставкой из гафния, впрессованной в торец катода и материалом изделия. Наибольшее разрушение этой вставки происходит именно в момент поджига, поэтому лучше стараться избегать слишком частых включений в целях экономии расходки.

Выбрать аппарат плазменной резки .

Для наглядности, мы провели несколько тестов. Аппарат разрезал металл толщиной 10 мм. с увеличением до 35 мм. Ток резки был выставлен 90 Ампер.

Аппарат разрезал пластину толщиной 4 мм. Ток резки 20 Ампер.

Такие приборы отличить несложно – они обозначаются как «PAC» (западная классификация). Плазменная резка является наиболее современной технологией, причем обрабатываться могут не только металлы, но и иные материалы, в том числе, и не проводящие электрический ток.

О принципе работы резаков этого типа, их устройстве и многом другом, что будет полезно знать начинающему сварщику, мы и поговорим.

Что представляет собой плазма?

Это газ, который при значительном подъеме температуры в рабочей зоне (порядка 25 000 ºС) ионизируется и становится токопроводящей средой. Он под высоким давлением, струей, подается к обрабатываемой детали. По сути, данная резка – это наложение (объединение, сочетание) двух дуг; одна из них – газовая, другая – электрическая. Формирование «рабочей» дуги происходит в устройстве, которое именуется плазмотроном.

На практике применяются 2 методики раскроя материалов, в зависимости от того, что обрабатывается – металл или диэлектрик. Исходя из этого, плазморезы имеют небольшое отличие в конструктивном исполнении горелки.

Резаки прямого воздействия

Они используются, если подвергающийся раскрою образец хорошо проводит ток. В этом случае деталь становится одним из элементов эл/цепи, и между ней и горелкой возникает искра. Такую резку называют плазменно-дуговой, и она применяется для .

Резаки косвенного воздействия

Данное оборудование стоит намного дороже, так как с его помощью можно производить резку материалов, отличающихся чрезвычайно малой электропроводностью (в том числе, и диэлектриков). В таких моделях в резаке помещается электрод, который и «отвечает» за образование искры. Плазменный столб немного «выносится» за габариты сопла, и разделение заготовки на части обеспечивается его энергией (резка струей).

Устройство плазмотрона может несколько отличаться, в зависимости от модели и производителя, но общая схема практически не меняется.

Принцип работы плазменного резака заключается в том, что сформированная в канале подаче газа струя воздуха, сжатого до установленного предела, поступает в рабочую зону, где уже находится предварительно зажженная электрическая дуга. Она и преобразует его в плазму. Что это дает?

• Ток режет заготовку методом плавления материала.
• Плазменная струя удаляет из области реза частички расплавленного металла, то есть производит зачистку рабочей зоны.
• Нагрев детали – незначительный и локальный.

Автор рассмотрел лишь простейшую конструкцию устройства для пламенной резки и дал общие сведения о процессе. Существует несколько модификаций приборов. Например, по способу охлаждения форсунки – воздушное или жидкостное. По используемым газам, так как кроме воздуха это может быть чистый кислород, аргон, водяной пар или иное. Но общий принцип работы читателю уже должен быть понятен. Все остальное – конструктивные особенности, с которыми при желании можно разобраться самостоятельно.

Какие возможности дает плазменная резка?

• Повышенная скорость операции.
• Работа с любыми сплавами и металлами.
• Предельная чистота и правильная геометрия кромок.
• Вероятность температурной деформации деталей полностью исключается, даже если рез ведется человеком без практического опыта в данной сфере.
• Безопасность работы.
• Выполнение фигурной раскройки образцов.

Полезная информация

Сопло

Его сечение влияет на точность реза. Чем оно меньше, тем более сложные технологические операции можно выполнять. В том числе, и фигурную . А вот от длины сопла зависит скорость ведения работы. При выборе плазмореза необходимо смотреть на соотношение этих параметров (L/d). Оптимальное значение в пределах 1,55 – 1,75.

Электроды

Они подбираются для резаков косвенного действия. Лучшими считаются образцы, сделанные из гафния (кстати, таких изделий в продаже большинство).

Компрессор

От того, насколько хорошо он работает, зависит качество и скорость реза. Данное устройство должно подавать в рабочую зону не только нагретый до высокой температуры и сжатый воздух, но и осушенный и «чистый», без каких-либо примесей. Если аппарат категории PAC покупается для плазменной резки металлов в бытовых условиях или для небольшой мастерской, то предпочтение нужно отдавать резакам, оснащенным встроенным компрессором. В нем уже есть и осушитель, и схема очистки воздушного потока.

Как выбрать плазморез для бытового использования

Питание

Применительно к этим устройствам разницы, 1 фаза или 3, никакой нет. Но если речь идет о бытовом плазменном резаке, то целесообразнее брать модель, которую можно запитать от обычной розетки.

Мощность

Она определяется по силе тока в дуге. 60 А вполне достаточно, чтобы резать металлы толщиной до 30 мм. Но как показывает практика, для дома или небольшой специализированной мастерской приобретать плазморезы с I ˃ 100 А не имеет смысла. Вряд ли кто станет кроить образцы толще 3 – 4 см, если это не металлообрабатывающее производство, а стоимость таких резаков достаточно высокая. Принцип оценки целесообразности простой – подобные устройства «на вырост» не покупаются.

Продолжительность непрерывной работы

Обозначается как ПВ, в процентах. Для бытового применения достаточно резака на 55 (±5)%, что соответствует примерно 5 – 6 минутам беспрерывной эксплуатации.

Сопло

О его параметрах уже сказано. Конкретные данные отражены в документации на плазменный резак. Остается добавить, что следует сразу же уточнить, есть ли возможность ремонта этого изделия своими руками и что из необходимого имеется в комплекте. В случае замены – где можно приобрести в розницу эту часть резака.

Авто считает, что устройство для плазменной резки металлов будет чрезвычайно полезно любому хозяйственному мужчине. Если поискать, то можно купить ручную модель стоимостью порядка 18 000 – 20 000 рублей. Не так уж и дорого для того, кто часто работает с металлами, если учесть, от скольких проблем она избавит. Вечно ломающиеся сверла и полотна ножовок, стачивающиеся диски для УШМ, перетаскивание с места на место газовых баллонов (которые еще нужно и регулярно заправлять), поиск электродов определенной марки – все это хорошо знакомо домашним мастерам.

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.

Для резки металлов применяют несколько разных способов, которые отличаются друг от друга эффективностью и себестоимостью. Некоторые методы применяются только для решения промышленных задач , некоторые же можно использовать и в быту. К последним относится резка плазмой. Эффективность раскроя этим способом ограничивается только правильным выбором установки и опытом мастера. Что такое резка металла плазмой? На чем основывается принцип работ? В каких сферах используется этот метод раскроя металлов?

Основы плазменной резки

Для того чтобы понять основы раскроя металла при помощи плазменного способа, необходимо вначале понять, что такое плазма? От понимания того, каким образом устроен плазматрон, и принципа работы с этим прибором будет зависеть конечное качество порезки.

Плазменная термическая обработка металлов зависит от определенных параметров рабочей струи жидкости или газа, которые под давлением направляются на поверхность обрабатываемой площади. Для достижения требуемого эффекта струю нужно довести до следующих показателей:

1. Температура - для появления плазмы нужно воздух почти мгновенно разогреть до 5−30 тысяч градусов. Повышенная температура достигается за счет создания электрической дуги. Во время достижения требуемой температуры поток воздуха ионизируется и изменяет свои свойства, получая электропроводность. Технология плазменной обработки металла подразумевает применение осушителей, удаляющих влагу, а также систем нагнетания воздуха.
2. Скорость - на поверхность материала струя направляется под высоким давлением. Можно сказать, что раскрой металла плазмой основан на разогревании материала до температуры плавления и моментального его выдувания. При этом рабочая скорость струи составляет приблизительно 2−5 км/сек.
3. Наличие электрической цепи. Все о порезке плазмой металла узнать можно лишь на практике. Но определенные особенности нужно учесть еще до покупки установки. Так, есть плазмотроны прямого и косвенного воздействия. И если для первых обязательно, чтобы обрабатываемый материал был подсоединен в общую электросеть (выступая в качестве электрода) и пропускал электричество, то для последних нет этой необходимости. Плазма для порезки металла в этом случае получается при помощи электрода, который встроен внутри держателя. Этот вариант применяют для металлов и иных материалов, не проводящих электричества.

Еще один немаловажный момент, который необходимо учесть, - это то, что плазменная порезка толстого материала практически не производится, поскольку это малоэффективно и приводит к высоким финансовым затратам.

Принцип работы

Главный принцип работы резки металла плазмой можно описать таким образом:

1. Компрессор подает на горелку плазмотрона воздух под давлением.
2. Поток воздуха мгновенно разогревается за счет действия на него электрического тока. С учетом разогревания воздушная масса через себя начинает пропускать электричество, вследствие этого и образуется плазма. В определенных моделях плазмотрона вместо воздушного потока применяют инертные газы.
3. Резка плазмой металла, если ее более подробно рассмотреть, производится способом узконаправленного быстрого разогревания поверхности до требуемой температуры с дальнейшим выдуванием расплавленного материала.
4. Во время проведения работ неизбежно появляются некоторые отходы, которые включают в себя высечку либо остатки листового материала после высечения требуемых деталей, а также остатки расплавленного металла и окалины.

Поскольку процесс связан с мгновенным нагревом обрабатываемого материала до жидкого состояния, то его толщина при порезке должна составлять:

• медь - 8 см;
• алюминий - до 12 см;
• чугун - до 9 см;
• легированная и углеродистая сталь - до 5 см.

Есть два основных метода обработки материалов, от которых будут зависеть характеристики плазменной порезки. А именно:

1. Плазменно-струйная - в данном случае дуга появляется непосредственно в плазмотроне. Плазменно-струйный способ обработки является универсальным, так как дает возможность обрабатывать неметаллические материалы. Единственным минусом считается необходимость регулярной замены электродов.
2. Плазменно-дуговая - этот вариант подойдет для любых разновидностей металла, которые могут проводить через себя электрический ток. Как правило, плазменно-дуговую порезку применяют для промышленного оборудования. Смысл этого метода сводится к тому, что плазма появляется благодаря дуге, которая возникает непосредственно между плазмотроном и поверхностью обрабатываемого материала.

Плазменная резка работает по принципу обычной дуговой, но без применения привычных электродов. При этом эффективность этого метода обработки зависит непосредственно от толщины обрабатываемого материала.

Точность и скорость порезки

Как и во время любого иного способа термической обработки, при плазменной порезке происходит некоторое оплавление металла, что сказывается на качестве реза. Есть и иные особенности, являющиеся характерными для данного способа. А именно:

1. Оплавление краев - вне зависимости от того, какие режимы обработки материала применяются, и от профессионализма мастера, который производит работы, не получается избежать незначительного оплавления поверхности во время самого начала проведения работ.
2. Конусность - с учетом производительности установки и профессионализма мастера конусность может варьироваться в пределах 4−12 градусов.
3. Скорость проведения работ - обычная порезка металла при помощи плазматрона производится быстро и с невысоким расходом электроэнергии. Согласно ГОСТ и техническим характеристикам ручного оборудования, скорость плазменной резки составляет не больше 6500 мм/мин.
4. Характеристики реза - скорость и качество реза будут зависеть от того, какие конкретно операции требуется произвести. Таким образом, разделительный разрез с низким качеством делается быстрее всего, причем в основном ручные установки могут резать металл до 65 мм. Для фигурной обработки деталей возможна толщиной материала до 45 мм.

От уровня профессионализма мастера значительно будет зависеть качество проведения работ. Точный и чистый рез с минимальным отклонением от требуемых размеров может сделать лишь работник с профильным образованием. Без необходимой подготовки сделать фигурную порезку вряд ли выйдет.

Обработка цветных сплавов

Во время обработки цветных металлов применяются различные способы резки с учетом плотности материала, его типа и иных технических показателей. Для разрезания цветных металлов необходимо соблюдение таких рекомендаций:

1. Резка алюминия - для материала толщиной до 7 см, может применяться сжатый воздух. Использование его нецелесообразно во время низкой плотности материала. Качественный рез алюминиевого листа до 2 см достигается во время применения чистого азота, а с толщиной 7−10 см при помощи водорода с азотом. Порезка плазмой алюминия при толщине более 10 см производится смесью водорода с аргоном. Такой же состав советуют применять для толстостенной высоколегированной стали и меди.
2. Порезка нержавеющих сталей - для проведения работ не советуют применение сжатого воздуха, с учетом толщины материала может использоваться чистый азот или смеси с аргоном. Нужно учесть, что нержавеющая сталь довольно чувствительна к действию переменного тока, что может приводить к изменению ее структуры и более быстрому выходу из эксплуатации. Порезка нержавейки производится при помощи установки, которая использует принцип косвенного действия.

Сфера использования плазменной порезки

Применение плазмотронов такой большой популярностью пользуется не зря. Во время относительно простой эксплуатации, а также не очень высокой стоимости ручного оборудования (в отличие от других устройств для резки) можно добиться высоких показателей касательно качества полученного реза.

Использование плазменной порезки металла получило свое распространение в таких производственных сферах:

1. Сооружение металлоконструкций.
2. Обработка металлопроката - при помощи плазмы можно разрезать почти любой вид металла, в том числе черный, тугоплавкий и цветной.
3. Разные сферы промышленности, авиастроение, капитальное строительство зданий, машиностроение и т. д. - во всех этих областях не обойтись без применения плазменных резаков.
4. Обработка деталей и художественная ковка. При помощи плазменного резака можно изготовить деталь почти любой сложности.

Использование станков с плазменной резкой ручных установок не заменило. Таким образом, художественная резка плазмой дает возможность изготовить уникальные детали, которые точно соответствуют замыслу художника для применения их в качестве декоративных украшений лестниц, перил, заборов, ограждений и т. д.

Преимущества и недостатки

Почти ни одно промышленное производство, которое каким-то образом связано с металлопрокатом, не может обойтись без порезки металла. Вырезание точных отверстий, фигурная декоративная резка, быстрое разрезание на заготовки листового металла - все это можно сделать довольно быстро при помощи плазмотрона. Преимущества этого способа состоят в следующем:

1. Экономичность - плазменный способ на фоне стандартных методов обработки материалов значительно выигрывает. Есть только одно ограничение, которое связано с толщиной материала. Экономически невыгодно и нецелесообразно разрезать при помощи плазмотрона сталь толщиной более 50 мм.
2. Мобильность плазменных ручных агрегатов.
3. Высокая скорость обработки деталей и производительность. В отличие от обычного электродного способа скорость работ увеличивается в 5−12 раз.
4. Раскрой всех разновидностей металлов (медь, алюминий, сталь, нержавейка, титан и т. д.).
5. Безопасность.
6. Точность - от тепловой нагрузки деформации почти незаметны и впоследствии не потребуют дополнительной обработки. При этом точность плазменной резки составляет 0,24−0,34 мм.

Все эти достоинства плазменной резки объясняют, почему этот способ пользуется такой большой популярностью не только в производственных целях, но и в бытовых нуждах.

Но, говоря о преимуществах, нужно отметить и определенные отрицательные моменты:

1. Четкие требования касательно проведения обработки деталей. Мастеру необходимо строго соблюдать угол наклона резака в районе 10−50 градусов. При невыполнении этого правила ускоряется износ комплектующих деталей, а также нарушается качество реза.
2. Ограничения, которые связаны с толщиной реза. Даже у мощного оборудования наибольшая плотность обрабатываемого материала не может быть более чем 10 см.
3. Помимо этого, рабочее оборудование очень сложное, что делает абсолютно невозможным применение одновременно двух резаков, которые подсоединяются к одному агрегату.

Сравнение лазерной и плазменной резки

Отличие плазменной от лазерной резки металла состоит в способах действия на поверхность материала. Лазерное оборудование обеспечивает большую скорость обработки деталей и производительность, причем после выполнения работ отмечается меньший процент оплавления. Недостатком лазерных устройств является их высокая цена, а также то, что толщина обрабатываемого материала обязана быть не более 2 см.

Плазмотрон, в отличие от лазера, стоит гораздо дешевле, а также имеет более широкие функциональные возможности и сферу применения.