Плазменная резка: особенности технологии

1. Физический принцип резки
2. Классификация видов плазменной резки
3. Основные виды плазменной резки
• Плазменно-дуговая резка
• Раскрой плазменной струей
4. Преимущества и недостатки резки плазмой
5. Какое оборудование используется
6. Принцип работы плазмореза
7. Как работать на плазморезе?
8. Техника безопасности
9. Сравнение оборудования для плазменной резки
10. Качество плазменной обработки
11. Полезные рекомендации

Физический принцип резки

При работе с плазменной резкой между соплом резака и обрабатываемой заготовкой образуется электрическая дуга с температурой в 5 000°С. Газ поступает в сопло под давлением, в результате чего температура электрической дуги возрастает до 20 000°С. Сам газ при такой температуре ионизируется и превращается в управляемую плазму.

Узконаправленная струя плазмы попадает на подготовленный металл и точечно проплавляет его, при этом нагрев вокруг места обработки незначительный.

Различают плазменно-дуговой способ резки и раскрой плазменной струей. Первый метод предназначен для работы с токопроводящими материалами. Второй способ выбирают в том случае, когда обрабатываемый материал не проводит электрический ток.

Классификация видов плазменной резки

Оптимальный способ резки выбирают исходя из материала заготовки и требований к будущим деталям:

1. Простая (с использованием воздуха). Такой способ используется только при работе с мягкими и низколегированными сталями, при этом, толщина материала не должна превышать 1,6 см.

2. С применением воды. Вода обеспечивает быстрое охлаждение сопла, защищает расходные детали от преждевременного износа, а также поглощает пыли и другие вредные испарения.

3. С использованием защитного газа. Плазмообразующий газ обеспечивает высокое качество резки.

Основные виды плазменной резки

Чаще других используют плазменно-дуговую резку, а также раскрой плазменной струей. В первом случае происходит работа с токопроводящими материалами. Раскрой применяется, когда металл не проводит ток. Выбор метода зависит от сложности и объема предстоящих работ. Также учитывается прочность и толщина металла, оперативность исполнения конкретного заказа, имеющееся оборудование.

Обычно используют методику плазменно-дуговой резки. Процедура основана на поступлении ионизированного потока воздуха, который проводит электроток, а не изолирует его, как в случае с другими методиками. Поток разогревается до 20000-30000 градусов, после чего приобретает вид плазмы. Для неметаллических заготовок или тонкого металла применяют резку струей плазмы.

Поток плазмы не сжигает металл, а расплавляет его и выдувает из появившегося разреза. Методика отличается большей экологичностью по сравнению с газовой, так как продукты сгорания не попадают в воздух. Исключением является обработка, при которой для образования плазмы применяется азот.

Для плазменной резки используют несколько видов газа:

• режущий газ, образующий электрическую дугу, которая выдувает из среза расплавленный металл;
• пусковой газ, поджигающий ионизирующий поток;
• вихревой газ обволакивает и сужает поток плазмы, делает его концентрированным и охлажденным для получения лучшего качества среза.

В качестве вихревых и плазмообразующих газов используется воздух, кислород, азот, смесь водорода и аргона, кислорода и азота, водорода и азота. Выбор зависит от необходимого качества среза, стоимости и скорости работы, возможности использования машинного метода.

Плазменная резка воздушного типа относится к числу экономичных и простых в исполнении методик. В качестве режущего газа часто используют кислород, а вихревого — сжатый воздух. Для резки высококачественный стали в качестве плазмообразующего газа применяют смесь водорода с азотом, водорода с аргоном. В качестве вихревого газа применяется азот. В результате правильно выполненной работы появляется перпендикулярная и гладкая поверхность среза.

Плазменно-дуговая резка

При помощи электрической сжатой дуги выполняется плазменная резка. В результате поверхность проплавляется достаточно глубоко по линии резки. Газ ионизируется, после чего появляется поток плазмы. Последний удаляет из места обработки расплавленный металл.

Можно выделить следующие особенности воздушно-плазменной резки:

1. Используется низкотемпературная газоразрядная дуговая плазма. Работы по плазменной резке осуществляются при уровне температуры от 5000 до 20000°С. Дуга может быть открытой, закрытой, комбинированной. В большинстве случаев резка происходит открытым способом. Ток проходит между вольфрамовым электродом и изделием. Газ совпадает с разрядом дуги на протяжении пути следования от катода до анода. Во время плазменной резки выделяется большое количество тепла, передающееся детали.

2. Плазмообразующие газы обеспечивают образование плазмы в необходимом количестве. Также они обеспечивают защиту вольфрамового электрода от окисления в процессе резки.

3. Поток плазмы отличается большой скоростью истечения, отличается формой вытянутого конуса. На выходе он полностью соответствует сечению сопла резака. При выполнении плазменной обработки возможно воздействие на медь, чугун, магний, титан, алюминий, легированные стали.

Плазменная резка отличается по скорости выполнения работы. Во многом этот параметр зависит от химических и механических качеств металла. Также учитывается выбранный режим резки.

Раскрой плазменной струей

Плазменный раскрой металла сегодня является одним из востребованных способов резки листов. В результате правильно выполненной работы можно выделить небольшие эксплуатационные расходы, высокую производительность, высокое качество реза. К тому же, это универсальная методика.

Выделяют ряд преимуществ методики резки:

• можно обрабатывать цветные и черные металлы, листовой материал, сложные металлические изделия;
• резка как процедура отличается небольшой стоимостью;
• допускается резка даже листового металла увеличенной толщины;
• резка металла осуществляется быстрее по сравнению с плазменным способом.

Работы можно отнести к категории технически сложных. В месте резки поток газа локально выдувает частицы металла. Электрическая дуга способствует появлению плазмы только при постоянной подаче плазменного газа.

Преимущества и недостатки резки плазмой

Плазменная резка — выбор в пользу безопасного проведения работ с высокоточным результатом. Методика подходит для резки любых типов металлов, включая алюминий или нержавеющую сталь.

К достоинствам этого метода относятся:

• Высокая производительность.
• Универсальность. С помощью плазмореза можно обрабатывать практически любые металлы.
• Точность. Современные модели способны обеспечить максимальную точность реза, отсутствие наплывов и перекаливания.
• Экологичность. Технологический процесс не сопровождается поступлением опасных веществ в окружающую среду.
• Безопасность. Резка проводится без использования взрывоопасных газовых баллонов.

Плазменная резка имеет и недостатки:

• Толщина реза не превышает 80-100 мм.
• Уровень отклонения во время резки не должен превышать 10-50.
• Одновременное использование нескольких резаков невозможно.

В целом же такая резка эффективна для небольшого или масштабного производства. Обеспечивается высокое качество работы, а готовый результат будет оптимальным для мягких металлов.

Какое оборудование используется

Плазменная резка включает следующие элементы системы для точного выполнения работ:

1. Контур зажигания дуги. Создается дуга высокой интенсивности для качественной резки.

2. Источник тока. Напряжение при холостом ходе отличается пределами от 240 до 400 В. Точный параметр влияет на конечную скорость резки. Также учитывается толщина материала, которую может обработать специализированное оборудование. Основная функция источника тока заключается в подаче достаточной энергии для поддержания плазменной дуги после ионизации.

3. Резак. Используется в качестве держателя расходных деталей, включая электрод и сопло. Данные элементы охлаждаются при помощи воды или газа. Сопло и электрод не только сжимают, но и поддерживают струю плазмы.

Используется плазма не только в ручных, но и механизированных системах. С ее помощью выполняется резка широкого спектра материалов, обеспечивается качественный результат.

Чтобы выполнять качественную плазменную обработку, используют аппараты промышленного или бытового назначения. Промышленное оборудование представлено станками со сложным и многофункциональным управлением. Бытовые устройства отличаются небольшими размерами. Для резки используют агрегаты, работающие от сети 220V или 380V.

Для бытовых приборов в качестве источника плазменной обработки используется трансформатор или сварочный генератор (инвертор). Первый отличается долговечностью и надежностью резки. Инвертор удобен в управлении, отличается небольшими размерами.

Подобные приборы приобретают для профессиональной или домашней резки.Они подходят для нарезания листовых материалов, обработки каменных, керамических и цилиндрических изделий. Ими можно вырезать сложные геометрические фигуры, в том числе делать отверстия.

Принцип работы плазмореза

Данный инструмент для резки металла используют немногие сварщики. Его используют только в тех случаях, когда предъявляются серьезные требования к объему и скорости процесса. Оборудование применяется в промышленности, при резке труб, создании больших металлических конструкций.

Плазморез отличается рядом преимуществ и особенностей:

• резка металла выполняется на большой скорости, что существенно снижает временные затраты;
• можно нарезать толстые заготовки, которые не всегда подвергаются резке даже при помощи болгарки;
• если правильно выставить режим работы, можно резать практически любые металлы;
• минимальная подготовка, так как не придется защищать поверхность от грязи, ржавчины и пятен масел;
• высокое качество и точность готового результата;
• нагреву подвергается только место, где будет непосредственно выполняться резка поверхности;
• доступно выполнение фигурного среза;
• обеспечивается полная безопасность резки благодаря отсутствию необходимости использовать газовые баллоны.

Оборудование отличается особой спецификой устройства, так как резка металла происходит при помощи плазмы. Последняя представляет собой ионизированный газ, обладающий повышенной проходимостью электрического тока. Чем температура будет выше, тем большей будет проводимость. В результате увеличивается сила воздействия.

В соответствии с конструкцией внутри резака вставлен электрод из редких металлов, таких как гафний, бериллий или цирконий. Чаще всего используют гафний, так как он не выделяет токсичных веществ. В процессе нагревания на поверхности образуются тугоплавкие оксиды, которые защищают сам электрод и обеспечивают целостность материала.

Когда выполняется резка сложных сплавов, немаловажное значение приобретает сопло. Именно через него поступает плазма. От данного элемента зависят ключевые параметры оборудования. Мощность потока плазмы зависит от диаметра и длины сопла. Также во внимание принимается скорость охлаждения детали. На резаках обычно устанавливают сопло, диаметр которого составляет 3 мм.

Как работать на плазморезе?

Перед началом работы из плазмотрона удаляют посторонние частицы, пыли и конденсат, продувая его воздухом. Затем зажигают электрическую дугу, при этом, агрегат необходимо поднести близко к поверхности заготовки, но ни в коем случае не допускать их соприкосновения.

Начинать резку можно сразу, как погаснет дежурная дуга и из сопла потечет поток плазмы. Если с первой попытки не удалось зажечь дугу, необходимо отпустить кнопку зажигания и повторить все действия с самого начала.

Оптимальным расстоянием между поверхностью заготовки и плазмотроном считается 1,6-3 мм. Для того, чтобы соблюдать это расстояние, можно использовать специальные упоры.

Техника безопасности

Источниками опасности при работе с инструментом являются:

• электрическое напряжение;
• ультрафиолетовое напряжение;
• высокая температура;
• расплавленный металл.

Стекло на щитке должно иметь степень затемнения не ниже 4, а все участки тела закрыты плотной одеждой, разрешается носить только закрытую обувь.

Сравнительная характеристика оборудования для плазменной резки

От правильного выбора оборудования во многом зависит успешный результат плазменной резки – точность и качество изготовления деталей.

Каждый аппарат имеет свои ограничения по толщине реза, и чем она больше, тем дороже, как правило, стоит такой аппарат. Более мощное оборудование является также более затратным по электрическому току и воздуху.

В техническом парке ООО «Металлопром» в наличии лучшее оборудование для плазменной резки, поэтому наши мастера успешно справятся с любым заданием клиента.

Технические характеристики	Сварог CUT 40B	AURORA PRO AIRFORCE 60 IGBT	BRIMA CUT 120
Стоимость, руб.	28 000	40 000	80 000 – 90 000
Напряжение сети, В	220	380	380
Мощность, кВт	3,84	12,3	20
Максимально возможная толщина разреза, мм	12	20	35
Расход воздуха л/мин	170	220	500
Ток резки, А	20-40	20-60	20-120
Степень защиты, IP	23	21	-
Размеры, мм	425x205x355	485x234x425	475x330x370
Масса, кг	12,60	24,5	35

Качество плазменной обработки

Важным критерием плазменной обработки становится качество полученного реза. Особенно это актуально при резке труб разного диаметра. На показатели качества влияет квалификация и график работы специалиста.

Плазменная резка будет качественной при соответствии следующим показателям:

1. Допуск на перпендикулярность. Это показатель отклонений от плоскости реза и перпендикуляра к поверхности обрабатываемых изделий плазменным методом.

2. Шероховатость. После качественной резки данный показатель находится на уровне 1-3 классов.

3. Оплавление верхнего края. Не допускается образование трещин в местах, где происходит резка. Верхний край может быть оплавленным или острым.

Методика плазменной резки позволяет обрабатывать листовой металл большой ширины. Также можно раскраивать листы под необходимым углом. На готовом изделии практически не бывает дефектов. После правильно выполненной резки дополнительная механическая обработка не требуется.

Полезные рекомендации

Прежде, чем начать плазменную обработку, нужно полностью и подробно изучить схему подключения устройства, проверить шланги и кабели на исправность. Результат работы полностью зависит от типа и конфигурации сопла. Диаметр влияет не только на правильность формирования дуги, но и скорость обработки. Также оказывается воздействие на объем и ширину реза.

Если подобрать сопло с правильным диаметром для конкретной ситуации, резка получится качественной, а срез будет чистым, с ровными краями. Чтобы улучшить режущие характеристики, увеличивают длину сопла.

Чтобы не деформировать металлическую заготовку и избежать появления окалин, правильно рассчитывают ток. Для этого подают высокий ток и делают пару надрезов. В результате можно увидеть, подходит для высокий ток или его нужно снизить.