Недостатки плазменно дуговой резки

Как работает плазменная резка? Преимущества и недостатки

Резку металла можно разделить на две категории — механическую и термическую. Плазменная резка — это метод термической резки, при котором для резки металла используется ионизированный газ.

Это один из широко используемых методов резки толстых металлических листов, но также он может использоваться для листового металла. Прежде чем углубляться в преимущества и возможности плазменной резки, следует ответить еще на один вопрос.

2. Ручная плазменно-дуговая резка металлов

Ручная плазменная резка производится при помощи портативных (мобильных) аппаратов плазменной резки, состоящих из:

1. Основного аппарата, содержащего трансформатор и выпрямительную подстанцию.
2. Силового кабеля питания.
3. Шлангопакета, идущего от аппарата до плазменного пистолета. Шлангопакет содержит воздушный шланг и силовой кабель.
4. Плазматрона (плазменного пистолета) – в нём происходит формирование плазмы.

Существует два основных способа ручного плазменного раскроя:

1. Косвенная резка плазменной струей. Данный метод используют в основном для резки не
   металлических материалов. Электрическая дуга, формирующая плазму, в этом случае загорается между электродом и соплом плазматрона. Разрезаемый материал в формировании плазмы не учувствует, а резка осуществляется вырывающейся из резака плазменной струей.
2. Прямая плазменно-дуговая резка. Это как раз наш случай, так как данный метод используется для резки металлов. Он используется как в ручной, так и в механизированной плазменной резке. Электрическая дуга загорается между электродом и разрезаемым металлом и совмещаясь со скоростным потоком воздуха образует плазму. Получаемая плазменная струя обладает такой мощностью, что буквально испаряет металл в процессе резки.

Ручная плазменно-дуговая резка на столько хорошо себя зарекомендовала, что применяется сейчас почти на всех предприятиях, имеющих цех металлообработки. Большое количество частников предлагают выездные услуги плазменной резки, т.к. ручные аппараты очень мобильны, их можно переносить в руках или на плечевом ремне.

Основные преимущества ручных плазменных аппаратов:

1. Мобильность, портативность (ручные аппараты малой и средней мощности весят от 10 до 25 кг).
2. Доступность использования (работают от 220 V, сила тока зависит от мощности аппарата).
3. Универсальность (возможность резки всех видов металлов).
4. Доступная цена (ручные аппараты плазменной резки российского производства стоят от 15000 до 70000 руб.

О металлах для плазмореза

Для черного металлопроката и его сплавов, как основа плазмы применяются активные газы, а для цветных – инертные. Толщина металла, подлежащего раскрою, и которую может «взять» плазморежущий инструмент составляет 220 миллиметров. Тонкий листовой металл, также может быть разрезан.

Вне зависимости от стоимости плазмореза, даже самые дорогие, не дают гарантии, что будут отсутствовать скосы и конусность реза. Обычно конус составляет от 2 до 4 0 .

Применение аппарата резки плазмой дает возможность производить раскрой обрабатываемого металла, как в прямых геометрических линиях, так и в сложных фигурных, а также выполнять отверстия. Их минимальный диаметр не должен быть менее полторы-двух толщин заготовки из металла.

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:

• 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.

Принцип работы устройства

Перед работой нужно убедиться, что у компрессора достаточный показатель давления, а у водяных устройств жидкость разогрета до необходимой температуры.

1. От источника питания после нажатия на кнопку «розжиг» подаётся ток высокой частоты. Внутри прибора образуется дежурная электрическая дуга, весь канал заполняет столб дуги.
2. Сжатый воздух начинает поступать в камеру устройства. Проходя через электрическую дугу, он нагревается и увеличивается в объёме, перестаёт быть диэлектриком и проводит ток.
3. Со скоростью от 2 до 3 м/с из сопла прибора начинает вырываться поток воздуха, температура которого может достигать 30 тысяч градусов. Этот раскалённый воздух и является плазмой.
4. Вместо дежурной зажигается режущая дуга, которая, соприкасаясь с заготовкой металла, разогревает её в месте реза. В зоне плавки появляется рез, а образующиеся на заготовке частички расплавленного металла от потока воздуха разлетаются.
5. Отпустив кнопку «розжиг», горение дуги прекращается.
6. По краям реза отбивается шлак, при необходимости изделие зачищается от него.

Базовое знание принципа работы плазмотрона не только поможет понять, как управлять процессом резки, но и сделает работу лёгкой, а рез — ровным и красивым.

Особенности плазменной резки

Для плазменной резки используют плазмообразующий газ: азот, кислород, смесь водорода с аргоном или сжатый воздух. В охлаждаемом плазмотроне он нагревается до температуры 5 000–30 000 °С и переходит в состояние плазмы: смеси нейтральных атомов, ионов и свободных электронов. В результате газ приобретает способность проводить электрический ток. За счет теплового расширения его объем увеличивается в 50–100 раз и он с огромной скоростью вытекает из плазмотрона. Под воздействием плазмы начинает плавиться металл.

Узнать больше о плазменной резке можно из видео ниже:

Виды плазменной резки

При использовании плазменной резки между электродом и соплом резака возникает электрическая дуга. Для этого используют источники питания постоянного тока. Дуга образуется при поднесении резака к материалу.

Различают аппараты прямого или косвенного действия. В первом случае дуга образуется между катодом плазматрона и разрезаемым материалом (плазменно-дуговая резка). Во втором – внутри резака (плазменно-струйная резка). Этот способ обработки удобен для материалов, не проводящих электрический ток.

Преимущества и недостатки плазменной резки

У плазменной резки 4 основных преимущества:

1. Можно работать со сталями, алюминиевыми и медными сплавами, чугуном и прочими материалами.
2. Можно изготавливать детали сложной конфигурации.
3. Режет металл толщиной до 150 мм.
4. Высокая точность.

К недостаткам плазменной резки относят необходимость механической обработки кромок разрезаемых материалов и конусность резов.

Плазменная резка чаще используется в машиностроении

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.

Основной принцип плазменной резки металла и её типы

Общий принцип всех плазменных установок одинаков. Различаются они по системе охлаждения, типа применяемого газа, конструкции электрода и типа используемой плазмы. Основном это:

• Стандартная (или обычная) плазменная резка;
• Плазменная резка с применением защитного газа;
• Водно-инжекционная плазменная резка (с использованием воды).

Стандартная воздушно плазменная резка резка

Представляет собой установку с плазменной горелкой, которая использует один вид газа. Как правило, это сжатый воздух или азот. Все процессы происходят в сопле плазменной горелки. Не имеет дополнительного охлаждения сопла.

Плазменно дуговая резка с применением защитного газа

Использует два вида газа. Введение дополнительного газа в процесс плазменной резки, повышает качество реза, увеличивает мощность дуги.

Комбинации использования вторичного газа:

Для резки нержавеющей стали – азот, аргон и углекислый газ.

Для резки алюминия и его сплавов – аргон, азот углекислый газ.

Водно-инжекционная дуговая резка

В процессе резки применяет воду. Вода поступает в горелку и служит охлаждением не только для горелки, но и для качественного образования плазменной струи. Разка водно-инжекционным типом является самой качественной.

Какие газы используются в плазморезке

Для образования плазмы могут использоваться разные газовые смеси.

1. Воздушно-плазменная резка предполагает применение воздуха. Так можно обрабатывать чёрные металлы, нержавеющую сталь, латунные и медные детали.
2. Кислородная резка. Этот газ применяют в профессиональном инструменте, который позволяет быстро и качественно кроить металлические листы.
3. Защитные газы. Резаки с такими видами смесей используется, в том числе в ювелирном деле, так как дают высокое качество реза. Установки с использованием защитных газов стоят до 12 миллионов рублей.

При работе с кислородом образуется минимальное количество оплавленного шлака

Резка плазменной струей: примеры

Метод плазменной резки является довольно универсальным. Струей ионизированного газа можно разделять на части практически все металлы любых конфигураций. В строительстве и промышленности чаще всего к помощи плазмы прибегают в тех случаях, когда необходимо разделить на части тонкие листы металла, разрезать рулоны стали, изготовить металлические штрипсы или измельчить чугунный лом.

Оснащенные центраторами труборезы помогут вам разделить на фрагменты трубы любого диаметра. При этом функционал оборудования позволяет провести зачистку швов и разделывание кромок. С помощью плазмы осуществляют также сверление в металле отверстий.

художественная резка плазмой

Художественная плазменная резка широко распространена в строительстве. К этому методу прибегают при оформлении ограждений, уличных очагов, беседок, флюгеров, разнообразных элементов интерьера.

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 .