Технология и преимущества плазменной резки металла. Что нужно знать о плазменной резке металла

Резка металла - технологический процесс разделения монолитной детали на отдельные части. Операция выполняется механическим способом (рубка, распиливание), гидроабразивным (суспензия из воды и абразивного материала) или термическим (нагрев).

Последний вид - это газокислородная, лазерная и плазменная резка металла.

Что такое плазменная резка? Это обработка металлических изделий, где резцом служит струя плазмы.

Плазма, представляет собой поток ионизированного газа, разогретого до нескольких тысяч градусов. Содержит частицы с положительным и отрицательным зарядом. Имеет квазинейтральные свойства. То есть, в бесконечно малом объёме, суммарный заряд уравновешивается и равен нулю.

Тем не менее, наличие свободных радикалов, означает, что плазма является проводником электричества. Сочетание высокой температуры, электропроводности и высокой скорости потока (больше скорости звука) позволило в прошлом веке разработать и создать для резки металла плазменное оборудование.

Принцип действия

Как работает плазма, - применяются два способа обработки металлических деталей:

• рез прямого действия, или плазменно-дуговая резка металлов;
• рез косвенным воздействием.

Резак прямого действия

Между резаком (катодный узел) и изделием (анод) зажигают электрическую дугу. Катод (электрод) помещён внутрь корпуса, имеющего сопло. Газ, под давлением, проходя мимо электрода, разогревается до высоких температур и ионизируется. Высокая скорость потока создаётся при прохождении сопла. Электродуга плавит металл. Раскалённый газ обеспечивает вывод из зоны нагрева.

Резак косвенного действия

Этот метод позволяет обрабатывать обычные металлы, но, и с малой электрической проводимостью, и диэлектрики. В отличие от предыдущей схемы, источник электроискры помещён в резаке. Поэтому, воздействие на обрабатываемые изделия оказывает только поток плазмы. Стоит такое оборудование значительно дороже, нежели модели прямого действия.

Оба вида резаков имеют общее научно-техническое название, - плазматрон (буквально, - генератор плазмы).

Преимущества плазменной обработки

По сравнению с другими видами обработки металла, этот способ обладает рядом потребительских свойств:

• возможность обработки заготовок из различных металлов, а также неметаллических изделий;
• скорость обработки небольших толщин (до 50 мм) в 25 раз выше, нежели посредством ;
• локальный разогрев детали происходит только в месте воздействия, что способствует отсутствию тепловых напряжений и деформации изделия;
• качественный и чистый распил метала, - в месте обработки малая шероховатость поверхности;
• отсутствие взрывоопасных веществ и предметов, - горючих газов, баллонов под давлением и т.п.;
• способ позволяет производить сложные геометрические резы.

Какое оборудование применяют

Для резки металла плазмой выпускаются агрегаты промышленного и бытового назначения. Первые представляют собой сложный многофункциональный комплекс с автоматизированным процессом (станки с ЧПУ). Вторые - небольшие аппараты, работающие от сети 220V или 380 V.

Источник плазменной резки в бытовых приборах, - инвертор (сварочный генератор) или трансформатор. Первый вид меньше по габаритам, удобнее в обращении. Второй - обладает высокой надёжностью, длительным сроком эксплуатации. Рабочее тело - подготовленный атмосферный воздух.

Мощности ручного агрегата хватает для распила металла толщиной до 15–20 мм. Отдельные модели оснащены функцией бесконтактного зажигания дуги. В комплектацию входит плазмотрон и устройство подготовки воздуха.

Используются в домашних мастерских, условиях профессионального производства и строительства:

• плазменная река листового металла;
• обработка цилиндрических изделий, в том числе стальных труб;
• вырезка сложных геометрических фигур, в том числе отверстий;
• обработка керамических и каменных изделий и другие виды промысла.

Этот вид оборудования существенно превосходит по своему функционалу и удобству пользования обычную газокислородную резку. Не только по габаритам, но и по технике безопасности.

Модель бытового плазматрона показана на фото.

Свойства технологии

Промышленные и бытовые приборы объединяют общие принципы работы плазменной резки:

• создание электродуги;
• образование ионизированного газа;
• создание высокоскоростного потока плазмы;
• воздействие этой активной средой на обрабатываемый материал.

Для плазменно-дуговой резки характерны:

• Температура потока. Величины находятся в диапазоне 5000–30000°C. Определяется видом обрабатываемого материала: нижние значения используют для цветных металлов, верхние - для тугоплавких сталей.
• Скорость потока. Значения в пределах 500–1500 м/с. Настраивается под определённый вид обработки:
  • толщина заготовки;
  • вид материала;
  • тип распила (прямой или криволинейный);
  • длительность работы плазматрона.
• Газ, применяемый для плазменной резки. При обработке чёрных металлов (сталей) используют активную группу, - кислород (O2) и воздух. Для цветных металлов и сплавов, - неактивную: азот (N2), аргон (Ar), водород (H2), водяной пар. Объясняется тем, что цветные металлы окисляются кислородом (начинают гореть), поэтому применяется среда защитных газов. Кроме этого, комбинируя состав газовой смеси, можно повысить качество обработки.
• Ширина разреза. Здесь наблюдается прямая последовательность: с ростом показателей, увеличивается ширина реза. На её величину влияет:
  • толщина метала и его вид;
  • диаметр сопла;
  • сила тока;
  • расход газа;
  • скорость реза.
• Производительность. Определяется скоростью обработки. Например, для бытовых агрегатов и по ГОСТ, величина не превышает 6,5–7 м/мин (~0,11 м/сек). Зависит от толщины, вида металла, скорости газовой струи. Естественно, что с увеличением размеров, скорость обработки падает.

Качество обработки

Качество реза - важный фактор при обработке металла, особенно, если это плазменная резка труб. Определяется режимом работы, мастерством исполнителя. Плазменно-дуговая резка регламентируется ГОСТ 14792-80. Международный стандарт качества - ISO 9013-2002.

Документами определяются основные критерии:

1. Допуск на перпендикулярность или угловатость. Показывает отклонения от перпендикуляра и плоскости реза к поверхности обрабатываемого изделия.
2. Оплавление верхнего края. Трещины в точках обработки не допускаются. Верхний край может быть острым, оплавленным, оплавленно-нависающим.
3. Шероховатость. По ГОСТ делится на три класса, 1, 2 и 3.

Виды плазменнй резки

Технология плазменной резки металла - это набор нескольких способов. Плазменно-дуговая резка подразделяется:

1. воздушно-плазменный способ резки металла;
2. газоплазменная;
3. лазерно-плазменный способ резки.

Первые два вида схожи по принципу действия, - электродуга плюс ионизированный поток раскалённого газа. Отличие в рабочем теле. В первом случае - воздух, во втором - какой-либо газ или водяной пар.

По способу обработки заготовок толщиной до 200 мм, применяется комбинированное оборудование. Современная промышленная установка сочетает термообработку газовой струёй или использование плазмотрона. Станки для резки оснащены модулем ЧПУ (числовое программное управление). Выполняют раскрой листового металла по прямой или криволинейной траектории.

Ручная плазменная резка - это классическая плазменно-дуговая резка. Переносные агрегаты (бытового уровня) режут чёрный металл с помощью воздушной ионизированной струи. Расширение ассортимента газов, влечёт значительное усложнение оборудования и рост его стоимости.

Лазерно-плазменная

Представляет собой комбинацию на одном станке. Лазерная резка применяется для работ с толщинами до 6 мм. Более размерные листы обрабатываются с помощью плазменно-дуговой резки.

Лазерная и пламенная резка, в сочетании на одном станке с ЧПУ, повышает производительность. Позволяют формировать различные линии раскроя, в том числе, рез отверстий.

Лазерная или плазменная резка, совмещённые на одном устройстве, значительно экономят производственные площади. Плазменно-дуговая резка используется на габаритных заготовках. Лазерная - при обработке мелких деталей с повышенными требованиями к точности раскроя.

Принципиальное отличие лазерного метода от плазменного, - источник нагрева. В лазере - это сфокусированный световой луч. Зона контакта чрезвычайно мала, поэтому удаётся получить локальное воздействие на деталь. Благодаря этому, ширина распила мала, качество раскроя выше, нежели плазматроном.

Из-за этого, плазменная резка труб постепенно сдаёт позиции там, где требуется высокая точность раскроя и предъявляется повышенное качество к краю изделия.

Обработка титана

В космической, авиационной, медицинской и других видах промышленности большую популярность завоёвывает титан и его сплавы. Сочетание прочности, малой плотности - основные плюсы этого вещества. Но, этот металл химически активен и тугоплавок.

Вследствие таких характеристик, его трудно подвергать механической и термической обработке. Режущий применять нельзя, - металл сгорит. Отсюда, резка титана хорошо освоена на плазматроне и лазерным способом.

Кроме обычного прямого раскроя, плазменно-лазерный способ позволяет выполнять пространственную обработку сложных геометрических форм, например, сопряжение нескольких отверстий.

Пример плазменной резки металла, посредством плазматрона, можно увидеть на видео.

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.

На сегодняшний день трудно представить тяжелую промышленность без использования сварки и резки металла. На большинстве промышленных предприятий, занимающихся обработкой металлических изделий, используется особый способ резки — плазменный.

Плазменная резка — это процесс обработки материалов, при котором режущим элементом является струя плазмы.

Немногие знают, как осуществляется плазменная резка металла своими руками и каковы основные этапы данного процесса. Чаще всего толщина обрабатываемых изделий составляет менее 20 см. Именно для резки металла такой толщины и применяются плазменные аппараты.

Характеристика резки изделий с помощью плазмы

Те, кто для разделения металла применяет кислородный резак, знают, что плазменная резка во многом отличается от этого метода. Здесь вместо режущего газа используется струя плазмы. Как и при обычной сварке, при плазменной резке используется электрическая дуга. Она зажигается непосредственно между поверхностью предмета и электродом. Подаваемый газ при этом становится плазмой. Интересен тот факт, что температура последней может достигать нескольких десятков тысяч градусов (от 5 до 30 тысяч). При этом скорость струи нередко достигает 1500 м/с. Плазменная резка металла подходит для изделий толщиной до 20 см. Что же касается подаваемого в сопло газа, то он бывает нескольких типов: активный и неактивный.

К первой категории относится кислород и воздушная смесь, ко второй — азот, водород, а также некоторые инертные газы, например, аргон. Выбор того или иного газа зависит от металла. Если это черный металл, то рекомендуется применять активные газы. Неактивные подходят больше для цветных металлов (алюминия, меди) и их сплавов. Ручная плазменная резка бывает поверхностной и разделительной. Последняя используется гораздо чаще. Нужно знать, что подобный способ резки металла является наиболее автоматизированным. Плазменная резка включает в себя использование специальных автоматических (программируемых) станков.

Вернуться к оглавлению

Положительные и отрицательные стороны

Плазменная резка имеет свои положительные и негативные стороны. К преимуществам, во-первых, относится возможность использования оборудования для резки любого металла. Достигается это благодаря повышенной температуре в рабочей зоне. Во-вторых, немаловажным аспектом является высокая скорость работы. Это обеспечивает наилучшую продуктивность. В-третьих, плазменная резка отлично подходит для вырезания изделий различной геометрической формы. Простым газовым методом этого добиться невозможно. В-четвертых, большое значение имеет то, что подобная резка металла является точной и быстрой. Здесь в значительной степени снижается вероятность получения некачественных изделий, так как работа автоматизирована.

В-пятых, всем известно, что простая кислородная резка может представлять опасность для человека и окружающих. Плазменная резка наименее опасна. В-шестых, подобная работа может проводиться как на открытом воздухе, так и под водой. Важно и то, что затраты на 1 м материала намного меньше, в силу всего этого плазменная резка все чаще применяется на крупных промышленных объектах. Что же касается отрицательных сторон этого процесса, то оборудование является довольно дорогим, поэтому такая методика редко используется в домашних условиях.

Вернуться к оглавлению

Какой аппарат выбрать

Плазменная резка металла начинается с подготовки оборудования. Для этого потребуется выбрать качественный аппарат. Выделяют 2 типа оборудования: инверторное и трансформаторное. Инверторы знакомы многим, так как с их помощью осуществляется сварочное дело. Они пришли на смену трансформаторам. Инверторные агрегаты имеют небольшие габариты, они компактны, эстетичны и потребляют меньше энергии. При приобретении оборудования нужно обращать внимание на такие характеристики, как длительность работы в активном режиме и мощность. Недостаток такого агрегата в том, что он довольно чувствителен к скачкам напряжения в сети.

Оборудование для резки по типу трансформаторов наиболее надежное и долговечное. Особенностью трансформаторов является то, что при высокой мощности их можно применять для автоматизированной резки. Ручной метод тоже применяется. Если резку металла предполагается проводить в частной мастерской или на промышленных объектах, то целесообразнее приобретать аппарат трансформаторного типа. Он также широко распространен при изготовлении автомобилей. Нужно помнить, что любая плазменная резка — дорогое удовольствие.

Аппарат будет стоить недешево. Важным критерием при выборе оборудования является максимальная толщина резки. Для цветных металлов (меди) она всегда меньше. Если в техническом паспорте указана максимальная толщина 10 мм, то данный показатель относится к нецветным металлам.

Вернуться к оглавлению

Особенности ручной дуговой плазменной резки

Для резки изделий из металла нередко используется ручной метод. Особенность его в том, что не требуется высокой квалификации, чтобы разрезать изделие. Работу может выполнить любой человек, зная все основные этапы процесса. Приобретя плазменный резак, можно разрезать не только металл, но и плитку, древесину и другие материалы. Плазменная резка ручным способом начинается с осмотра оборудования, сопла, электродов. Сопло и электроды должны быть надежно закреплены. Чтобы сэкономить материалы, целесообразно зажигать дугу как можно реже. Чтобы аппарат начал работать, в него требуется подать сжатый воздух.

С этой целью можно использовать баллоны, которые заполнены воздухом, компрессор или подключить оборудование к центральному трубопроводу (если резка проводится в промышленных условиях). Наиболее надежные аппараты оснащены специальным регулирующим устройством, с помощью которого поступающий воздух распределяется в аппарате.

Следующий этап — настройка оборудования. Для этого требуется правильно подобрать силу тока. Предпочтительно начать резать на сильном токе. При этом делается несколько пробных разрезов. Неправильно подобранный режим может привести к перегреванию металла и его разбрызгиванию. При оптимальном режиме горения дуги линия разреза должна быть ровной, а металл не должен деформироваться.

Если требуется резать листовой материал, то сопло горелки размещают близко к поверхности металла. Для этого включается кнопка питания на аппарате. Вскоре после этого должна загореться дежурная дуга, а после нее режущая. Дуга должна быть направлена под углом 90° к металлу. Горелка передвигается сверху вниз. Если автоматическая плазменная резка отличается высокой скоростью, то при ручном методе горелку нужно двигать медленно. В конце работы целесообразно ненадолго остановить продвижение горелки, чтобы завершить резку.

Вернуться к оглавлению

Резка различных металлов

Резка того или иного металла может иметь свои особенности. На сегодняшний день чаще применяется резка листового материала. Обычно он представлен сталью. Нередко приходится осуществлять резку алюминия. Если сварка этого металла затруднена ввиду образования на его поверхности защитной пленки в виде оксида алюминия, резка алюминия осуществляется вполне просто. Здесь важно помнить, что воздух и активные газы использовать не нужно.

Плазменная резка алюминия выполняется с использованием аргона или азота.

Аргон и азот являются химически менее активными элементами, поэтому в процессе резки и нагревания металла на нем не формируется оксидная пленка. Еще одним распространенным материалом является сталь. В данной ситуации резка проводится без использования защитных газов. Воздушно-дуговая плазменная резка отлично подходит для изделий из нержавеющей стали. Это наиболее доступный способ резки.

Вернуться к оглавлению

Резка плазменной струей

В отличие от дугового метода, при резке плазменной струей металл не участвует в формировании электрической цепи. Сама же электрическая дуга имеется, но она формируется непосредственно между внутренней частью сопла и электродом. Такая электрическая дуга необходима для того, чтобы сформировалась плазма. Это дает возможность резать материалы, которые не проводят электрический ток. Плазма в данной ситуации является высокоскоростной. Чаще всего этот метод применяется с целью разделения листового материала. Что касается использования электродов, то для плазменной резки подходят электроды на основе различных сплавов вольфрама.

Необходимо помнить, что для проведения резки материалов с помощью потока плазмы, нужно иметь в наличии необходимые инструменты и материалы. Они включают в себя аппарат для резки, источник электрического тока, спецодежду, обувь, маску, рукавицы, молоток, зубило, металлическую щетку. Нередко для осуществления подобной работы аппарат для плазменной резки делается своими руками. По мощности он может не уступать заводскому.

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.

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.