Assma.ru

Ремонт и стройка
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Плазменная резка металла принцип работы

Что нужно знать о плазменной резке металла

Что такое плазменная резка? Это обработка металлических изделий, где резцом служит струя плазмы. На чем основана технология, виды оборудования — далее.

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 нужно знать о безопасности?

Сначала перечислим факторы, которые представляют опасность при работе с аппаратом плазменной резки: электрический ток, высокая температура, ультрафиолетовое излучение, раскаленный металл. Чтобы защитить себя, нужно работать в специальной экипировке. Глаза должны быть защищены очками или щитком сварщика (стекла 4 или 5 класса затемнения), руки – перчатками, ноги – штанами из плотной ткани и закрытой обувью. Стоит отметить, что при работе с резаком образуется газ с примесями озона, водорода и частиц металла. Наиболее опасными являются окислы марганца, соединения кремния и хрома, окись титана, которые представляют угрозу не только для легких, но и для других внутренних органов. Чтобы не вдыхать эти вредные пары, нужно обеспечить в помещении хорошую вентиляцию, а на лицо надевать защитную маску.

Что касается электробезопасности, то нужно соблюдать несколько обязательных требований:

  • Плазменная резка должна подключаться в сеть с предохранителем или автоматическим выключателем.
  • Параметры тока в электросети должны соответствовать характеристикам устройства.
  • Обязательно убедитесь в том, что обеспечено хорошее заземление розеток, а также рабочей подставки аппарата и находящихся поблизости металлических предметов.
  • Проверьте электрические и силовые кабели на предмет повреждений. Не используйте их, если изоляция повреждена.

Ответственный подход и соблюдение мер безопасности помогут Вам избежать травм, а также снизить риск получения профессиональных заболеваний.

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;
  • электрод.

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:

Читать еще:  Как поменять ручку на пластиковой двери

  • Если мощность подобрана правильно, то аппарат плазменной резки позволяет в 10 раз повысить производительность. Такой параметр позволяет плазморезу уступить только промышленной лазерной установке, однако, он значительно выигрывает в себестоимости. Целесообразно с экономической точки зрения применять пламенную резку для металла, имеющего толщину до 50 – 60 мм.
  • Универсальность. С помощью плазменной резки обрабатываются чугун, медь, сталь, алюминий и прочий металл. Необходимо просто выбрать оптимальную мощность и выставить конкретное давление воздуха.
  • Высокое качество реза. Аппараты плазменной резки способны обеспечить минимальную ширину реза и кромки без перекаливания, наплывов и грата практически без дополнительной обработки. Кроме того, достаточно важен такой момент, что зона нагрева материала в несколько раз меньше, чем при использовании автогена. А так как термическое воздействие минимально на участке реза, то и деформация от этого вырезанных деталей будет незначительной, даже если они имеют небольшую толщину.
  • Не происходит существенного загрязнения окружающей среды. С экономической точки зрения, если имеются большие объемы работ, то плазменная резка гораздо выгоднее кислородной или механической. Во всех остальных случаях учитывают не материалы, а трудоемкость использования.

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.

4 Достоинства и недостатки плазменной резки

Сам принцип работы плазменной резки обуславливает преимущества данной технологии перед газовыми методиками обработки неметаллических и металлических изделий. К главным достоинствам использования плазменного оборудования можно отнести следующие факты:

  • универсальность технологии: практически все известные материалы можно резать при помощи плазменной дуги, начиная от чугуна и меди и заканчивая алюминиевыми и стальными холоднокатаными листами;
  • высокая скорость операции для металлов средней и малой толщины;
  • резы получаются по-настоящему качественными и высокоточными, что нередко дает возможность не производить дополнительную механическую обработку изделий;
  • минимальное загрязнение воздуха;
  • отсутствие необходимости выполнять предварительный прогрев металла для его резки, что позволяет уменьшать (и существенно) время прожига материала;
  • высокая безопасность выполнения работ, обусловленная тем, что для резки не нужны баллоны с газом, являющиеся потенциально взрывоопасными.

Стоит отметить, что по некоторым показателям газовые технологии признаются более целесообразными, нежели плазменная резка. К недостаткам последней обычно относят:

  • сложность конструкции плазмотрона и его дороговизну: естественно, это увеличивает себестоимость выполнения каждой операции;
  • относительно малую толщину реза (до 10 сантиметров);
  • высокий уровень шума в процессе обработки, который возникает из-за того, что из плазмотрона газ вылетает на околозвуковой скорости;
  • необходимость высококачественного и максимально грамотного техобслуживания агрегата;
  • повышенный уровень выделения вредных веществ при применении в качестве плазмообразующего состава азота;
  • невозможность подключения к одному плазмотрону двух резаков для ручной обработки металлов.

Еще один минус описанного в статье вида обработки заключается в том, что отклонение от перпендикулярности реза допускается не более, чем на угол от 10 до 50 градусов (конкретная величина угла зависит от толщины изделия). Если увеличить рекомендованный показатель, отмечается значительное расширение режущей области, а это становится причиной необходимости частой замены используемых материалов.

Теперь вы знаете, что такое плазменная резка, и прекрасно ориентируетесь во всех ее особенностях.

Технология плазменной резки металла

Как работает плазменная резка показано на видео. Посмотрев несколько таких уроков можно приступать к самостоятельным пробам. Процесс осуществляется в следующей последовательности:

  1. Разрезаемое изделие выставляется так, чтобы под ним был просвет в несколько сантиметров. Для этого используются подкладки под края, или конструкция устанавливается на край стола, чтобы обрабатываемая часть была над полом.
  2. Разметку линии реза лучше выполнять черным маркером, если работа ведется на нержавеющей стали или алюминии. Когда предстоит разделать «черный» металл, то линию лучше провести тоненьким мелком, который четче виден на темной поверхности.
  3. Важно убедиться, что шланг от горелки не лежит рядом с местом реза. Сильный перегрев может его испортить. Начинающие сварщики могут из-за волнения это не увидеть и повредить оборудование.
  4. Надеваются защитные очки. Если работать предстоит долго, то лучше воспользоваться маской, которая закроет не только глаза, но и все лицо от ультрафиолета.
  5. Если резка будет вестись на подложках выставленных на полу, то следует подложить лист металла, чтобы брызги не испортили покрытие пола.
  6. Перед началом работы необходимо убедиться, что компрессор набрал достаточное давление, а водяные модели разогрели жидкость до нужной температуры.
  7. Запуском кнопки зажигается дуга.
  8. Держать плазмотрон необходимо перпендикулярно разрезаемой поверхности. Допускается небольшой угол отклонения относительно этого положения.
  9. Начало реза лучше производить с края изделия. Если необходимо начать с середины, то желательно просверлить тоненькое отверстие. Это поможет избежать перегрева и впадины в этом месте.
  10. При ведении дуги необходимо соблюдать дистанцию к поверхности в 4 мм.
  11. Для этого важен упор под руки, который осуществляется локтями об стол или об колени.
  12. При ведении реза важно зрительно удостоверяться в появлении просвета на пройденном участке, иначе придется проводить резку повторно.
  13. Когда линия разреза заканчивается, необходимо соблюсти предосторожность, чтобы деталь не упала на ноги.
  14. Отпускание кнопки прекращает горение дуги.
  15. Молотком отбивается тонкий слой шлака по краям реза. Если есть необходимость, то проводится дополнительная зачистка изделия на наждачном круге.
Читать еще:  Обзор станков для изготовления профлиста

Типы плазмотронов

На предприятиях широко применяется автоматическая и ручная резка плазмой.

Резать металл можно различными типами приборов.

  1. Плазменные резаки для резки металлов. В эту группу входит воздушно-плазменный и газоплазменный резак. Воздушно-плазменный резак выделяется простой конструкцией и применяется для резки чёрных металлов. Он может работать как от однофазной, так и трёхфазной сети. Газоплазменный аппарат работает на водяном паре, для образования плазмы применяется водород, аргон, кислород, азот.
  2. Индукционный резак. Это высокочастотное устройство, работающее по принципу индуктивно-связанной плазмы с температурой до 6000 К и высокой плотностью электронов.
  3. Комбинированные аппараты. Представлены симбиозом токов высокой частоты и электрической дуги. Электрический разряд сжимается под воздействием магнитного поля.
  4. Газовые устройства, работающее за счёт сжатия столба дуги плазмообразующим газом.
  5. Водяные устройства, рабочим телом которых является паровой газ. Высокотемпературный водяной пар способствует ускоренному сгоранию углерода.
  6. Магнитные резаки. Такие приборы малоэффективны и не пользуются популярностью. Их основное преимущество в том, что регулировка сжатия электрической дуги осуществляется без потери газа.

В зависимости от типа плазмотрона можно без труда обрабатывать сталь любых видов, в том числе металлы с высоким тепловым расширением, а также материалы, которые электрический ток не проводят.

Особенности технологии

  • Толщина заготовок – до 220 мм.
  • Обрабатываются любые металлические вещества.
  • Скорость первичного потока при начальной дуге обычно составляет 800 – 1500 м/с.
  • Чем уже сопло, тем больше ускорение потока.
  • Проплав очень точный, точечный.
  • Область возле разреза остается фактически не нагретой.

Есть два подвида процедуры в зависимости от замыкания проводящего контура.

Как работает резка плазменной струей

Металл не является замыкающим элементом, он находится между двумя сторонами – анодом и катодом. Принцип используется в том случае, когда обрабатываются неметаллы и вещества с низкой электропроводностью, то есть диэлектрики. Плазма образуется между электродом и наконечником, а заготовка просто находится между двумя полюсами.

Плазменно-дуговая резка

Используется, когда нужно разрезать металлическую плашку, которая имеет высокую токопроводимость. Это позволяет разжигать электродугу между проводником и образцом для резки. При этом образуется струя. Плазмообразование происходит при содействии кислорода под высоким давлением и ионизирующего газа.

Обрабатываемая зона резги начинает плавиться и капли выдуваются вниз, образуя отверстие, ровный срез. Применяется постоянный ток прямой полярности.

3. Автоматическая плазменная резка

С появлением ручной плазменной резки данную технологию начали использовать совместно со станками с ЧПУ (числовое программное управление). Использование станков ЧПУ совместно с плазменным резаком позволяет производить раскрой листового металла, круглых и профильных труб с высокой точностью (±0,25-0,35 мм) и скоростью (до 7 м/мин).

Наиболее распространена автоматическая плазменная резка листового металла. Плазменные аппараты средней мощности режут листовой металл до 30 мм на пробой. Более профессиональные и мощные аппараты могут разрезать листы до 70 мм с высоким качеством.

Один и тот же аппарат плазменной резки может использоваться как для ручной резки, так и для автоматического раскроя, за исключением плазмотронов, которые разделяются на ручные и механизированные.

Для раскроя с ЧПУ как правило используются более мощные плазменные аппараты, чем для ручной резки. Наиболее востребованы аппараты мощностью от 65 до 125 А, питание у которых происходит от 380 V.

Читать еще:  Теплица и парник своими руками из профильной трубы

Плазменная резка на станке с ЧПУ позволяет резать металл толщиной до 60 мм с высоким качеством.

В заключение

Плазменная резка — быстрый и эффективный способ нарезать металл толщиной до 200 мм. Она может применяться для любых материалов, обладающих электропроводностью: меди, стали, латуни, чугуна, титана, алюминия, сплавов. Принцип действия плазменного резака основан на плавлении металла тонкой струей ионизированного газа и сдувании расплавленного материала с области реза.

Оборудование для нарезки плазмой бывает ручное и механизированное; инверторное и трансформаторное; ручное, портальное и переносное. Несмотря на различия в тех или иных характеристиках, любое из перечисленных приспособлений состоит из источника питания, системы поджига дуги и плазмотрона. Зная принцип работы устройства, собрать генератор плазмы для резки металла можно в домашних условиях.

Оборудование для плазменной резки

На современном рынке предлагаются аппараты, с помощью которых выполняется резка металла с использованием плазмы, двух основных типов:

  • аппараты косвенного действия — резка выполняется бесконтактным способом;
  • аппараты прямого действия — резка контактным способом.

Оборудование первого типа, в котором дуга зажигается между электродом и соплом резака, используется для обработки неметаллических изделий. Такие установки преимущественно применяются на различных предприятиях, вы не встретите их в мастерской домашнего умельца или в гараже ремонтника.

Аппарат для плазменной резки Ресанта ИПР-25

В аппаратах второго типа электрическая дуга зажигается между электродом и непосредственно деталью, которая, естественно, может быть только из металла. Благодаря тому, что рабочий газ в таких устройствах нагревается и ионизируется на всем промежутке (между электродом и деталью), струя плазмы в них отличается более высокой мощностью. Именно такое оборудование может использоваться для выполнения ручной плазменной резки.

Любой аппарат плазменной резки, работающий по контактному принципу, состоит из стандартного набора комплектующих:

  • источника питания;
  • плазмотрона;
  • кабелей и шлангов, с помощью которых выполняется соединение плазмотрона с источником питания и источником подачи рабочего газа;
  • газового баллона или компрессора для получения струи воздуха требуемой скорости и давления.

Главным элементом всех подобных устройств является плазмотрон, именно он отличает такое оборудование от обычного сварочного. Плазмотроны или плазменные резаки состоят из следующих элементов:

  • рабочего сопла;
  • электрода;
  • изолирующего элемента, который отличается высокой термостойкостью.

Резак для ручной плазменной резки

Основное назначение плазмотрона состоит в том, чтобы преобразовать энергию электрической дуги в тепловую энергию плазмы. Газ или воздушно-газовая смесь, выходящие из сопла плазмотрона через отверстие небольшого диаметра, проходят через цилиндрическую камеру, в которой зафиксирован электрод. Именно сопло плазменного резака обеспечивает требуемую скорость движения и форму потока рабочего газа, и, соответственно, самой плазмы. Все манипуляции с таким резаком выполняются вручную: оператором оборудования.

Учитывая тот факт, что держать плазменный резак оператору приходится на весу, бывает очень сложно обеспечить высокое качество раскроя металла. Нередко детали, для получения которых была использована ручная плазменная резка, имеют края с неровностями, следами наплыва и рывков. Для того чтобы избежать подобных недостатков, применяют различные приспособления: подставки и упоры, позволяющие обеспечить ровное движение плазмотрона по линии раскроя, а также постоянство зазора между соплом и поверхностью разрезаемой детали.

В качестве рабочего и охлаждающего газа при использовании ручного оборудования может использоваться воздух или азот. Такая воздушно-газовая струя, кроме того, применяется и для выдува расплавленного металла из зоны реза. При использовании воздуха он подается от компрессора, а азот поступает из газового баллона.

Преимущества и недостатки плазменной резки:

Преимущества:

  • Может резать все токопроводящие материалы. Газовая резка, хотя она также подходит для резки толстых металлов, ограничивается только черными металлами;
  • Хорошее качество для толщины до 50 мм;
  • Максимальная толщина до 150 мм;
  • Может резать в воде, что приведет к уменьшению ЗТВ. Также снижает уровень шума;
  • Меньший пропил по сравнению с газовой резкой;
  • Более высокая скорость резки, чем при резке кислородом.
  • Большая ЗТВ по сравнению с лазерной резкой;
  • Качество с более тонкими листами и пластинами хуже, чем при лазерной резке;
  • Допуски не такие точные, как при лазерной резке;
  • Не достигает такой толщины, как гидроабразивная или газовая резка;
  • Оставляет ЗТВ, которой нет при гидроабразивной струе;
  • Более широкий пропил, чем при лазерной резке;
  • Кроме того, сам процесс довольно сложный и требует высокой квалификации оператора;
  • Заготовку необходимо располагать строго перпендикулярно.
  • Во время резки металла в воздух выбрасывается большое количество вредных газов.
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector