Преимущества плазменной резки металла

1.1 Принцип работы плазменной резки

Начнем мы с краткой расшифровки такого слова «плазма». Итак…

Много непонятных слов? Не страшно! Это определение нужно только для понимания сути – нагреваем газ примерно до 10000 о С, создаем давление и ионизацию – получаем плазму. Далее переходим к определению плазменной резки.

Итак, сейчас, я думаю, у Вас должно уже появиться представление, относительно того, что есть плазменная резка. Если нет, то предлагаю Вам посмотреть материал, в котором подробно все рассказывается.

1.2 Газы, используемые в плазменной резке

Теперь давайте остановимся поподробнее на газах, используемых в плазменной резке.

Воздушно-плазменная резка

В данном случае, в качестве плазмообразующего газа используется воздух. Это, пожалуй, самый дешевый вариант плазменного раскроя. Воздух подходит для резки почти всех видов металлов: чёрная сталь, нержавейка, медь, латунь и др. Воздух дает средние показатели относительно качества и скорости раскроя и подходит для большинства пользователей плазменной резки. Подробнее об этой резки можно почитать здесь.

Кислородная плазменная резка

Кислород используется в более профессиональных системах плазменной резки, где необходимо получить наилучшее качество и наибольшую скорость раскроя. Говоря о качестве, мы имеем ввиду перпендикулярность реза и минимальное количество шлака (облоя) с нижней стороны вырезаемой детали.

Плазменная резка с использованием защитных газов

Данная технология используется в передовых профессиональных системах плазменного раскроя. Комплексы такого оборудования стоят от 5 до 12 млн. рублей. В качестве режущего газа могут быть использованы: Кислород (О₂), Азот (N₂), Аргон (Ar) и воздух. Эти же газы могут использоваться как защитные, в определенных пропорциях. Использование защитных газов позволяет приблизить плазменную резку толстых заготовок (до 50 мм) к качеству лазерной.

Наиболее часто используемые показатели плазменной резки:

1.3 Раскрой разных видов металлов

Плазменная резка подходит для раскроя почти всех металлов, но в отдельности для каждого вида металла существуют свои особенности. Рассмотрим наиболее востребованные металлы.

Плазменная резка стали

Существует много видов стали, мы не будем углубляться в марки и состав. Основное значение для плазменного раскроя имеет содержание в стали углерода – именно этот параметр определяет качество, которого получится добиться при плазменной резке.

Низкоуглеродистая сталь наиболее подходит для плазменного раскроя. Именно на неё ориентируются все производители источников плазмы создавая карты резки и табличные значения тока и скорости раскроя для разных толщин стали.

Высокоуглеродистая сталь (в том числе оцинкованная сталь) так же поддается плазменной резке, но тут для получения качественного реза нужна будет тонкая настройка оборудования и эксперименты с режимами раскроя.

Легированные стали так же можно резать плазмой (наиболее известная — нержавеющая сталь). Поскольку легированные стали используются в промышленности гораздо реже, табличных показателей для их раскроя производители аппаратов плазмы не предоставляют. Но по опыту, можем сказать, что показатели отличаются от раскроя низкоуглеродистой стали, в ту или иную сторону, в пределах 20%. Высоколегированную толстостенную сталь рекомендуют резать не воздухом, а смесью газов: азота, аргона и в некоторых случаях водорода, дабы не повредить её структуру вокруг реза.

Плазменная резка цветных металлов

При раскрое цветных металлов, таких как: алюминий, медь, титан, для получения качественного реза используют так же смесь газов: азота, аргона и водорода. Это связано с высокой стоимостью цветных металлов – не стабильный раскрой может привести к существенным денежным потерям в виде испорченных заготовок. Воздухом резать данные материалы тоже возможно, но как правило, в небольших объемах и со средним качеством кромки.

1. Лучшее качество резки

Разрезы, которые выполняются с помощью аппарата плазменной резки, всегда отличаются меньшей степенью образования окалины, меньшим изгибом и меньшей областью нагрева. Малая ширина реза по данной технологии обеспечивается за счёт высокой концентрации энергии в зоне реза и составляет не более 2,5 мм для заготовки шириной 20 мм.

Так как плазменная резка обеспечивает отсутствие деформации даже на тонких листовых заготовках и позволяет получить хорошее качество кромок, без наплывов и грата, с её помощью становится возможным применять экономичные схемы раскроя и осуществлять сварку металлических конструкций без механической обработки.

Как работает плазменный резак?

Процесс плазменной резки — это метод термической резки. Это означает, что для плавления металла используется тепло, а не механическая сила. Общая механика системы всегда одинакова. В плазменных резаках используется сжатый воздух или другие газы, например азот. Ионизация этих газов происходит с образованием плазмы.

Обычно сжатые газы контактируют с электродом, а затем ионизируются для создания большего давления. Когда давление увеличивается, поток плазмы направляется к режущей головке.

Режущий наконечник сужает поток, создавая поток плазмы. Затем он наносится на заготовку. Поскольку плазма электропроводна, заготовка соединяется с землей через стол для резки.Когда плазменная дуга контактирует с металлом, его высокая температура плавит его. В то же время высокоскоростные газы выдувают расплавленный металл.

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.

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

Преимущества и недостатки плазменной резки металла

1. Сравнительная дешевизна для больших партий толщиной до 60 мм. Можно сэкономить по сравнению с кислородной резкой (перейти к услуге), правильно выставив настройки и обеспечив хорошее соотношение эффективности и цены. Однако для более толстого металла лучше использовать кислород.
2. Универсальность — плазма хорошо берёт чугун, сталь, медь, алюминий и другие виды металлов, более того, предварительной зачистки изделия не требуют, их можно резать поверх краски и ржавчины. И менять оборудование для обработки металлов других видов тоже не требуется.
3. Точность, качество, аккуратные кромки. Часто рез не нужно обрабатывать дополнительно, поскольку он получается минимальной ширины, с минимумом грата и наплывов. Это происходит из-за сравнительно маленькой площади нагревания металла при резе.
4. Экологично и безопасно.

И её недостатки:

1. Ограничение по толщине листов до 80–100 мм, тогда как у кислородной резки металла верх достигает 500 мм.
2. Невозможно использовать два резака, подключённые к одному аппарату.
3. Владение технологией плазменной резки металла требует предварительного обучения — это достаточно сложный процесс и при ручной обработке материалов, и при использовании станка.

Оборудование для плазменной резки металла

Механизмы для резки плазменной струей бывают двух типов. Инверторные эффективны в случае, если вам необходима высокая производительность, а толщина металла не превышает 30 мм. Трансформаторные имеют меньший КПД, однако с их помощью можно нарезать более толстые детали.

По степени мобильности оборудование можно условно разделить на три разновидности:

Ручные. Такая установка универсальна и компактна, но при этом потребляет много электроэнергии. Представляет собой коробку, оснащенную шлангом и горелкой.

ручная плазменная резка
Портальные. Имеют вид станков с просторной рабочей поверхностью, на которой располагается разрезаемый материал. Для их размещения требуется много свободного пространства, а для работы – мощный источник электроэнергии.

портальная установка плазменной резки
Переносные. Разрезаемый металл укладывается в отсек, имеющий вид рамы с рейками.

переносная плазменная резка

Преимущества плазменной резки

Преимущества воздушно-дуговой плазменной резки по сравнению с кислородно-газовой:

• скорость резки;
• скорость прожига;
• качество резки;
• универсальность метода;
• безопасность;
• низкие затраты на резку;
• простота операций;
• повышенная надёжность.

1. Скорость резки
2. Скорость прожига
3. Качество резки
4. Универсальность
5. Безопасность
6. Расходы на резку
7. Простота операций
8. Повышенная надежность

Скорость резки

В настоящее время толщина около 90% разрезаемого металла составляет 25 мм и менее. В этом диапазоне технология плазменной резки имеет неоспоримое преимущество, обеспечивая высокую скорость резки. Она может как минимум в два раза превышать скорость кислородно-газовой резки. С уменьшением толщины разрезаемого металла скорость плазменной резки увеличивается до 12 раз по сравнению с кислородно-газовой резкой.

Скорость прожига

Среди множества операций резки очень важной является сквозной прожиг металла. Аппараты кислородно-газовой резки позволяют выполнять прожиг стали толщиной 15 мм в течение 30 секунд, так как металл необходимо предварительно нагреть до температуры почти 1000ºC. А системы плазменной резки позволяют выполнять прожиг стали указанной толщины менее чем за две секунды, при этом значительно увеличивая производительность.

Качество резки

Кроме скорости резки другим важным фактором, определяющим выбор оборудования для резки металла, является качество. В целом, системы плазменной резки обеспечивают более высокое качество резки по сравнению с аппаратами кислородно-газовой резки. Благодаря высокой скорости резки значительно снижается температура нагрева рабочей детали. Системы плазменной резки позволяют избегать деформации тонких листов металла (толщиной 1-6 мм) в отличие от аппаратов кислородно-газовой резки. Кроме того, современные резаки систем плазменной резки просты в управлении и обеспечивают превосходный обзор вырезаемой детали.

Универсальность

Возможность резать несколько типов металла является очень важной при выполнении многих производственных операций. Процесс образования электрической дуги, лежащий в основе технологии плазменной резки, позволяет проще выполнять резку любого электропроводного материала, включая алюминий, медь, мягкую низкоуглеродистую сталь, нержавеющую сталь и другие металлы. Кроме того, технология плазменной резки позволяет выполнять резку нескольких листов металла, сложенных один на другой.

Безопасность

Горючий газ высокого давления и открытое пламя, применяемые при кислородно-газовой резке, представляют собой большую опасность. Кроме того, для перевозки газовых баллонов необходимы особые условия, которые также увеличивают расходы. Системы плазменной резки не требуют использования открытого пламени или какого-либо горючего газа, а потому полностью устраняют подобные опасности и дополнительные расходы.

Расходы на резку

Факторы непосредственно влияющие на стоимость:

• высокая скорость резки;
• качество резки;
• высокая производительность;
• универсальность систем плазменной резки;
• меньшее количество вторичных операций.

Системы плазменной резки способствуют увеличению прибыли, так как позволяют выполнять большее количество производственных операций. Кроме того, значительно снижаются технологические расходы и убытки, связанные с необходимостью соблюдать большое количество правил техники безопасности и охраны труда оператора.

Простота операций

Простота операций позволяет сократить время на обучение операторов, необходимое для надлежащего управления оборудованием плазменной резки. Для механизации операций, оборудование плазменной резки, как правило, можно интегрировать в существующие системы управления кислородно-газовой резкой. Оборудование плазменной резки легко настроить для выполнения операций регулировки давления газа и электропитания для экономичного использования электроэнергии.

Повышенная надежность

В модернизированных источниках питания количество приводящих к отказам деталей и узлов уменьшено более, чем в два раза, что положительно сказалось на надёжности. Кроме того, новейшие системы плазменной резки оснащены опциями, способствующими сокращению времени и стоимости, затрачиваемых на техническое обслуживание и ремонт оборудования.

Как быстро окупается лазерный станок?

1. На лазерном станке делаются сложные высокомаржинальные изделия, которые приносят хорошую прибыль;
2. При большой скорости увеличивается выработка;
3. Не нужны дополнительные устройство и время на постобработку изделия.

Поэтому лазер, несмотря на то, что превосходит плазморез в пять раз по цене, окупается гораздо быстрее. Например, если его стоимость 3 миллиона, в у плазмы 1 миллион, то плазма окупится за два месяца. При этом металлорез тоже может окупиться за два месяца, но он сделает больше выработки, чем плазма. И в следующие два месяца он принесёт гораздо больше прибыли. К примеру, плазма принесёт 1 миллион рублей, а металлорез — 3 мл рублей.

И кроме того, функционал лазерного станка шире, чем у плазмареза. Он может резать и сложные, и простые объекты, раскладывать материал, также обладает многими функциями, о которых компания “Лазеркат” рассказывает на пусконаладке. Если раскрыть весь потенциал металлореза, он окупится ещё быстрее, отчасти благодаря более дешовым расходникам.

Например, один наш клиент из Узбекистана, купивший нас станок для лазерной резки металла, заказал обучение и замену лазерной головы. После этого клиент спросил, почему у него при резке расходуется от 12 и более баллонов азота в день. Он вырезал круги и квадраты без режима Flycut, только по контуру. Использование данного режима позволяет резать в 10 раз быстрее, тем самым экономить ресурс излучателя, увеличивать количество производимой продукции и что самое важное — расходовать меньше газа. То есть, посредством экономии на расходниках мы имеем более быструю окупаемость.

Благодаря совокупности этих факторов металлорез эффективнее плазмореза в десятки раз.

Он не может конкурировать с плазмой только в единственном случае, когда нужна резка очень толстых материалов от 25 мм. Такие материалы используются, например, для производства рельс.

Когда металлорезчик режет, например, металл толщиной 20 мм, всё равно возникает определённая шероховатость, требующая доработки. Она ниже, но она лучше, чем у плазмы. Но тем не менее шероховатость нуждается в дополнительной обработке. В такой ситуации логика приобретения лазерного станка пропадает.

Принцип действия плазмотрона

Плазменная резка металла проводится своими руками, которые не имеют в этом деле большого опыта. В данном разделе рассмотрен принцип действия прибора для плазменной резки.

Если в наличии есть специальный аппарат, то с легкостью можно разрезать металл, плитку из керамики, дерево или пластик своими руками, доступна также фигурная резка.

Кроме этого, аппаратом можно производить сварку цветных, черных металлов, закаливать элементы, выполнять огневую зачистку или отжиг поверхностей, производить художественную резку.

Пример действия плазморезки можно посмотреть на видео.

В отличие от лазерной, принцип резки плазмой заключается в нагревании до высокой температуры места нагрева именно плазмой. Она образуется в сопле из пара. Сопло имеет узкий канал.

В нем образовывается электродуга. Пар проходит через канал под давлением, вместе с этим дуга охлаждается.

Пар при выходе ионизируется, затем возникает струя плазмы, имеющая высокую температуру — до 6 тысяч градусов.

Схемы и чертежи помогут разобраться в конструкции плазморезки и в принципах образования режущей струи.

При проведении работ плазма не нагревает большой участок материала. Место, где разрез делала плазморезка, остывает гораздо быстрее, чем резка лазерной, механической техникой.

Рабочая жидкость в плазморезке призвана охлаждать сопло и катод, так как это самые нагруженные части аппарата.

Дуга стабилизируется в результате определенного отношения катода, сопла с паром. Резервуар плазмотрона содержит специальный материал, который впитывает влагу.

Он помогает рабочей жидкости переноситься к нагревателю. На катоде образовывается отрицательный заряд, на сопле — противоположный, в результате возникает дуга.

При воздействии плазморезкой своими руками, как и при лазерной, механической резке, следует быть осторожным и соблюдать правила безопасности.

Аппарат крайне травматичен для человека — высокое напряжение, нагрев, расплавленный материал.

При проведении резки специалисты рекомендуют одевать защитный костюм, иметь специальный щиток, у которого стекла затемненные. Видео в статье наглядно покажет, как проводить резку.

Перед тем как приступать к работе, важно внимательно изучить схемы аппарата, осмотреть сопло, электрод, щиток на предмет закрепления.

Если они закреплены не надежно, работать плазморезкой нельзя. Также нельзя ударять аппаратом о металл с целью удаления брызг — так аппарат может повредиться.

Рекомендуется экономить материал при работе. Для этого не стоит часто зажигать плазменную дугу и обрывать ее.

Резка с помощью плазмы своими руками будет выполнена качественно, на срезе не будет окалины, заусенец, материал не деформируется, если при работе правильно рассчитать ток.

Чтобы это сделать, нужно применить действия, согласно схеме: подать высокий ток, произвести пару разрезов. По материалу будет видно, нужно снизить ток или оставить высоким.

Если для материала ток большой, то на нем будет образовываться окалина в результате его перегрева.

Принцип появления плазмы

Плазменная струя образуется следующим образом:
Электрическая дуга. Образуется она между электродом агрегата и соплом (или обрабатываемым металлом). Температура при этом достигает показателя в 5 тыс. градусов по Цельсию.
Подача газа совмещается с процессом повышения температуры дуги до 20.000 градусов.
Образование струи плазмы происходит за счет ионизации газа. При этом показатель температуры достигает 30.000 градусов.

Внешне полученный результат выглядит как яркое свечение, которое выходит из сопла со скоростью от 500 до 1.500 м/с. Именно этим потоком и производится резка металлического листа толщиной до 20 мм. При этом дополнительная шлифовка изделия практически исключается за счет высокой эффективности работы плазмореза.

Что касается газа, то на практике применяются разные варианты:

• воздух из окружающей среды;
• кислород технический;
• азот;
• аргон;
• водород.

Также может быть использован пар, который образуется в процессе кипячения воды.

Преимущества и недостатки плазменной резки

По сравнению с лазерной резкой, работы по резке металлов с помощью плазмы имеют много достоинств:

1. Материал можно точно и быстро разрезать независимо от того, какой он толщины.
2. С помощью плазмы разрезается любой металл: тугоплавкий, черный, цветной.
3. Аппаратом для плазменной резки можно обрабатывать не только металл, но и другие материалы.
4. Плазмотроном легко режутся материалы различной ширины и под углом.
5. Во время работ в воздух практически не выбрасываются загрязняющие вещества.
6. Изделия получаются практически без загрязнений и с наименьшим количеством дефектов.
7. Плазмотроном можно выполнять художественные работы. С его помощью доступна художественная резка деталей, сложная фигурная резка.
8. Так как металл перед работой прогревать не нужно, сокращается время прожига.

Все достоинства плазменной резки можно увидеть на видео ниже.

Как и любой аппарат, наряду с преимуществами, плазмотрон имеет свои недостатки: