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.
Одним из популярных видов обработки металла является его резка. Существует множество способов получить требуемую форму из цельного листа, но в этом материале рассмотрим принцип работы плазменной резки.
Плазменная резка. Фактически – золотая середина. Преимущества резки металла плазмой сочетают в себе все перечисленные технологии. Главное достоинство – нет ограничений по типу обрабатываемого материала. Разве что по толщине.
- алюминиевые сплавы 120 мм
- медные сплавы 80 мм
- сталь 50 мм
- чугун 90 мм
Оборудование бывает разное – от промышленного до бытового, так что технология доступна всем. Рассмотрим ее подробнее.
Плазменная резка металла – принцип работы
В качестве резца выступает двухкомпонентная среда:
- Электрическая дуга, работающая по классической схеме – разряд между катодом и анодом. Причем в качестве анода может выступать сам материал, если он является проводником.
- Газовая дуга. Нагреваясь под воздействием электрической дуги (температура достигает 25000º С), газ ионизируется и превращается в проводник электротока.
Принцип работы плазменной резки подробно показан в этом видео.
В результате образуется плазма, которая подается под высоким давлением в зону реза. Эта раскаленная струя газа буквально испаряет металл, причем только в рабочей зоне. Несмотря на то, что температура плазменной резки измеряется десятками тысяч градусов, воздействия на пограничную зону практически нет.
Важно! Правильно выбранная скорость, позволяет получить очень узкий разрез без повреждения края материала.
Источник плазменной резки – плазмотрон.
Его задача зажечь дугу, поддерживать рабочую температуру, и выдуть из зоны реза расплавленный металл. Поскольку плазморезы предназначены для обработки любых твердых материалов, включая диэлектрики – образование электрической дуги производится двумя способами:
На рисунке а) изображены резак прямого действия. Катодный узел (8)
вместе с закрепленным катодом (6)
являются одним из электродов. В качестве второго электрода (анода) выступает обрабатываемая деталь (4)
– металл, обладающий хорошей электропроводимостью.
К нему подводится питающий кабель плазмотрона. Наконечник плазменной резки (5) в данной схеме выполняет роль корпуса. От отделен от катода изолятором (7) . Газ подается внутрь по штуцеру (1) и формирует струю плазмы, состоящую из электрической (2) и газовой (3) дуги .
Плазменная резка – новая великолепная технология, позволяющая разрезать металлы солидной толщины и любой природы, даже самой капризной. В качестве режущего предмета выступает не нож, а плотная струя плазмы, которая позволяет формировать идеально точный рисунок реза в единицу заданного времени.
Этот способ работы с металлом содержит множество достоинств, которые мы разберем ниже. А сейчас начнем с физики – нужно разобраться с сутью процесса.
Технология плазменной резки металла отдает главную женскую роль нашей любимой электрической дуге. Он формируется между электродом и соплом. Иногда вместо электрода выступает металл, который нужно разрезать. Разберемся, что такое плазменная резка.
Начало процесса – включение источника электрического питания и подача тока высокой частоты в плазменный резак. Источник питания включается автоматически после нажатия тумблера розжига в аппарате.
Сначала формируется так называемая промежуточная дуга – она имеет временный характер и соединяет электрод с наконечником сопла резака. Нагревается эта дежурная дуга до уровня температуры около 8000°С.
Это важный момент общего процесса плазменной резки – нужно помнить, что настоящая дуга между электродом и металлом образуется не сразу, а через ее промежуточный вариант.
Следующий этап процесса – поступление воздуха из компрессора, который обычно прилагается к аппарату резки металла. Компрессор подает воздух в сжатом виде. Этот воздух поступает в камеру плазмотрона, в котором находится и уже раскалена временная электрическая дуга.
Дуга нагревает сжатый воздух, объем которого при нагреве увеличивается во много раз. Дополнительно к нагреву и увеличению объема воздух начинает ионизироваться и трансформироваться в настоящий проводник электрического тока. Он превращается в ту самую плазму
Малый диаметр сопла дает возможность разгонять поток этой раскаленной плазмы до огромных скоростей, с которыми струя вылетает из аппарата. Скорость потока может достигать трех метров в секунду.
Схема работы плазменной резки.
Температура воздуха – запредельная, вплоть до 30 000°С. При этих условиях электрическая проводимость воздуха – плазмы практически равна проводимости разрезаемого металла.
Настоящая конечная дуга появляется мгновенно, как только поток плазмы достигает и касается поверхности металла. Временная дуга, в свою очередь, автоматически выключается. Металл начинает плавится точно в месте среза.
Жидкие металлические капли сразу же сдуваются струей сжатого воздуха. Это и есть принцип плазменной резки. Как видите, все просто, логично и понятно.
Классификация видов плазменной резки
Виды плазменной резки будут зависеть от среды, в которой проводятся работы по металлу:
Простой
Главное отличие способа – ограниченность электрической дуги. Для резки используется электрический ток и воздух. Иногда вместо воздуха применяются газ в виде азота. Если металлически лист тонкий – всего несколько миллиметров, процесс можно сравнить с лазерным разрезанием.
При этом способе толщина металлов не должна превышать 10-ти мм. Способ отлично работает для низколегированных сплавов стали и других мягких металлов. Режущим элементом выступает кислород, из которого формируется сжатая струя, превращающаяся в итоге в плазму.
В разрезах получаются очень ровные кромки, не требующие дальнейшей доработки.
С применением защитного газа
При этом способе вместо воздуха используются защитные газы, которые превращаются в плазменный поток после преобразования в плазмотроне. Качество срезов в данном случае значительно повышается благодаря отличной защите процесса от воздействия окружающей среды.
Газ для плазменной резки не представляет из себя ничего необычного: это может быть водород или аргон – «газовая классика».
С водой вместо воздуха
Отличны способ со многими преимуществами, одно из которых – отсутствие необходимости в дорогостоящей и громоздкой системе охлаждения.
Существуют и другие критерии классификации плазменной резки. К примеру, виды резки бывают разделительными и поверхностными. Первый из них используется чаще.
Еще один параметр – способ резки. Один вид – резка дугой, в котором разрезаемый металл выступает в качестве элемента электрической цепи. Другой вид – резка струей, когда электрическая дуга соединяет электроды, а не металлическую заготовку.
Плазменные резаки представлены на рынке в самых разнообразных вариантах, так что их можно классифицировать по маркам, производителям и многим другим техническим и торговым параметрам.
Есть, например, ручная плазменная резка – самый демократичный способ и по цене, и по простоте исполнения. Есть машинные автоматические технологии, устройства для которых намного дороже и сложнее.
Преимущества резки плазмой
Принцип работы плазменной резки.
Самой близкой технологией является лазерная резка металлов, поэтому логично будет перечислить преимущества в сравнении с «соседкой»:
- Плазменной резке по плечу металлы любой природы, в том числе цветные, тугоплавкие и другие, сложные для обработки.
- Скорость процесса значительно выше, чем резка газовым резаком.
- Одна из значительных особенностей – возможность производить резы любой формы, включающие и геометрические узоры, и фигурную резку самой высокой сложности. Иными словами, резка с помощью плазмы – это реализация самых смелых творческих идей по металлу и другим трудно поддающимся материалам.
- Плазменному резаку нипочем любая толщина металла: скорость и качество никоим образом не теряются.
- Этому способу поддаются не только металлы, но и другие материалы: он вполне универсальный.
- Резка плазмой и быстрее, и эффективнее по качеству кромки, чем любые другие механические способы резки.
- В данном методе возможна работа не только перпендикулярно к поверхности металла, но под углом, что помогает освоить широкие листы металла.
- С экологической точки зрения это вполне благополучный вид работы с металлом с минимальным выбросом вредных веществ или загрязнений в воздух.
- Отличная экономия времени из-за отсутствия необходимости предварительно нагревать металл.
- Поскольку в методе не используются взрывоопасные газовые баллоны, он значительно безопаснее, чем другие способы.
Недостатки плазморезки
Ни один способ обработки металлов не обходится без недостатков, и плазменная резка здесь не исключение.
Недостатки плазменной резки следующие:
- Дороговизна всего модельного ряда аппаратов для плазменной резки, включая даже самые простые ручные варианты.
- Пределы толщины металла для резки плазмой: предельная толщина всего 100 миллиметров.
- Это шумный способ работы, потому что сжатый воздух или газ подаются с огромной скоростью.
- Оборудование непростое, дорогое и требующее грамотного и постоянного технического обслуживания.
Еще одной отличительной положительно характеристикой метода является то, что во время процесса происходит нагрев лишь небольшого локального участка. Да и остывает этот участок намного быстрее, чем при лазерной или механической резке.
Охлаждение необходимо только для двух составных элементов – катода и сопла, как самых нагруженных. Это без проблем производится с помощью рабочей жидкости.
Плазменная дуга и струя.
Дуга начинает работать стабильно в результате рабочего соотношения катода и сопла с паром из сжатого раскаленного воздуха. На катоде локализуется отрицательный заряд, на наконечнике сопла – соответственно положительный. В результате этого образуется промежуточная дуга.
Лишняя влага впитывается специальным материалом, который находится в резервуаре камеры плазмотрона.
Правила безопасности при данном методе имеют строжайший характер, потому что все аппараты плазменной резки могут быть очень травматичными для мастера. Особенно это касается моделей с ручным управлением.
Все будет в порядке, если вы будете соблюдать рекомендации по защитной амуниции мастера: щиток, затемнённые очки, защитные ботинки и т.д. В этом случае вы сможете уберечься от главных факторов риска данного метода – капель расплавленного металла, высокого напряжения и раскаленного воздуха.
Еще один совет по безопасности – ни в коем случае не стучать резаком по металлу для удаления металлических брызг, как это делают некоторые мастера. Вы рискуете повредить аппарат, но главное – поймать кусочки расплавленного металла, например, лицом или другой незащищенной частью тела. Лучше поберечь себя.
Экономия расходных материалов занимает не последнее место в эффективной резке. Для этого зажигаем электрическую дугу не слишком часто, а точно и в срок, чтобы не обрывать ее без надобности.
Экономия ресурсов также распространяется на силу и мощность тока. Если рассчитать его правильно, вы получите не только экономию, но и отличный срез без заусениц, окалины и деформации металла.
Для этого следует работать по следующей схеме: сначала подать ток высокой мощности, сделать пару – тройку разрезов с его помощью. Если сила и мощность тока великоваты, на металле сразу же будет образовываться окалина из-за значительного перегрева.
После осмотра срезов будет ясно, оставить ток на этом уровне или изменить его. Иными словами, работаем экспериментально – малыми пробами.
Как работать плазморезкой?
Электрическая схема плазменного генератора.
Резка металлов с помощью плазменного потока – слишком серьезное дело, чтобы заниматься им без предварительного изучения и тщательной подготовки. Это поможет вам сделать резку эффективнее со всех точек зрения, и, что весьма немаловажно, минимизировать риски, связанные с производственными опасностями.
Прежде всего нужно знать принцип работы плазменной резки – видеть картинку физических явлений целиком.
Плазменную горелку следует держать очень близко к поверхности и краю металла, в отличие от лазерной резки. Когда тумблер с «пуском» включится, первой загорится временная электрическая дуга, и только затем – настоящая, которая будет главным режущим элементом. Горелку с режущей дугой нужно вести по материалу ровно и медленно.
Скорость резки следует строго контролировать. Это можно делать, наблюдая за искрами с обратной стороны листа разрезаемого металла. Если этих искр нет, то это значит, что разрезка металла произошла неполная.
Такое может произойти по нескольким причинам: из-за слишком большой скорости ведения горелки или прохождения аппарата, либо слишком недостаточной мощности подаваемого тока, либо несоблюдения прямого угла в 90° между горелкой и поверхностью металла.
Дело в том, что полная проплавка металла происходит лишь при наклоне плазморезки к поверхности металла под прямым углом и ни градусом больше или меньше.
После завершения работы резак нужно наклонить. Воздух будет выходить и после выключения аппарата – непродолжительное время.
Перед работой невредно изучить схему вашего аппарата: именно в ней можно прочитать самую достоверную информацию по допускаемой толщине металла, который можно прорезать или сделать в нем отверстие. Устройство плазменного резака может различаться, все зависит от функций его назначения.
Выбор аппарата для плазменной резки
Покупка любого технического оборудования – дело, для которого не нужно жалеть времени и усилий: слишком высок риск неудачного решения и потери денег. А деньги здесь немалые, вы не найдете плазменного резака дешевле 500 USD в принципе.
Сначала разбираемся с параметрами и техническими характеристиками прибора.
Две большие группы плазморезов – это инверторные и трансформаторные. Названия говорят сами за себя.
Открытая и закрытая плазменная струя.
Если вам нужен компактный резак для работы с металлами небольшой толщины, вы можете остановить свой выбор на резаке инверторного типа. Они забирают немного энергии, легкие и с небольшими габаритами.
Вместе с тем работают они с перерывами и легко выходят из строя при перепадах сетевого напряжения. Цена на такие приборы вполне умеренная, из всех плазморезов это самые недорогие.
Другое дело – трансформаторные резаки. Здесь и с габаритами, и с весом «все в порядке»: серьезные аппараты по всем параметрам.
Энергии потребляют много, зато работать они могут практически без перерыва в течение целого дня. И толщина металла может быть побольше, чем при резке инверторной моделью. Стоимость таких устройств высокая – от 3000 до 20000 USD.
Выбор плазменного резака по мощности
Рассуждения начинаем со свойств и технических характеристик деталей, которые вы планируете обрабатывать и резать. Именно это этого рассчитывается мощность режущего прибора, потому что в нем будут различаться и сопло по своему диаметру, и тип используемого газа.
Применение плазменной резки – область чрезвычайно широкая, поэтому говорить нужно только о ваших конкретных нуждах.
К примеру, если толщина металлических заготовок около 30-ти мм, вам будет вполне достаточно резака с мощностью 90А. Он легко справится с вашим материалом.
А вот если ваш металл потолще, ищите подходящую модель в диапазоне мощности от 90 до 170А.
Выбор резака по времени и скорости разрезания материала
Скорость плазменной резки металла измеряют в сантиметрах за одну минуту. Эта скорость у разных аппаратов тоже разная и зависит от их общей мощности и природы разрезаемого металла.
Например, при всех прочих равных медленнее всего режется сталь, чуть быстрее – медь и ее сплавы. И еще быстрее – алюминий со своими алюминиевыми сплавами.
Устройство плазменного резака.
Если для вас важна скорость, не забывайте о таком показателе, как длительность работы без перегрева, то есть без перерыва. Если в технической спецификации к аппарату написано, что длительность работы 70%, это означает, что после семи минут резки аппарат должен быть выключенным в течение трех минут, чтобы остыть.
Среди трансформаторных резаков встречаются чемпионы с продолжительностью работы в 100%. Иными словами, они могут работать целый день без отключения. Стоят они, конечно, немало. Но если у вас впереди длинные разрезы, думайте о покупке «чемпионских» трансформаторных плазменных резаков.
Пара слов о горелке
Снова оцениваем природу металла или другого материала, который планируем разрезать. От этого будет зависеть мощность горелка плазмореза. Она должна быть достаточной для качественного реза.
При расчетах нужно учитывать факт, что вы можете встретиться со сложными условиями работы, которая, как назло, должны быть произведена в самые короткие сроки, то есть резка должна носить выраженных интенсивный характер.
Рукоятку горелку не упускаем из зоны внимания, это важная часть для комфортной, а значит качественной работы. На рукоятке можно зафиксировать дополнительные элементы, которые помогут держать сопло на одинаковом расстоянии от поверхности металла. Данный совет распространяется только на ручные модели аппаратов.
Если вы собираетесь резать тонкий металл, выбирайте модель с горелкой, которая предназначена для поступления воздуха.
Если же ваши планы связаны с массивными толстыми заготовками, покупайте резак с горелкой для приема защитного газа – азота, например.
Для эффективной обработки ряда металлов часто используется плазменная резка, принцип работы которой заключается в применении плазменной дуги.
1 Технология плазменной резки металла
Интересующий нас процесс резки плазменной дугой в мировой практике "скрывается" под аббревиатурой PAC. Под плазмой понимают высокотемпературный ионизированный газ, который может проводить электроток. А плазменная дуга формируется в агрегате под названием плазмотрон из обычной электрической.
Последнюю сжимают, а затем привносят в нее газ, обладающий возможностью образования плазмы. Чуть ниже будет рассказано о том, какое значение для процесса плазменной резки имеют такие плазмообразующие газы.
Технологически существует две методики резки:
2 Плазменная резка – принцип работы плазмотрона
Плазмотрон представляет собой устройство плазменной резки, в корпусе которого размещают небольшую по сечению дуговую камеру цилиндрической формы. На выходе из нее имеется канал, который создает сжатую дугу. С задней стороны такой камеры располагается сварочный стержень.
Между наконечником устройства и электродом зажигают предварительную дугу. Эта стадия необходима, так как возбуждения дуги между разрезаемым материалом и электродом добиться практически невозможно.Указанная предварительная дуга выходит из сопла плазмотрона, соприкасается с факелом, и в этот момент создается уже непосредственно рабочий поток.
После этого формирующий канал полностью заполняется столбом плазменной дуги, газ, образующий плазму, поступает в камеру плазмотрона, где происходит его нагрев, а затем ионизация и увеличение в объеме. Описанная схема обуславливает высокую температуру дуги (до 30 тысяч градусов по Цельсию) и такую же мощную скорость истекания газа из сопла (до 3 километров в секунду).
3 Плазмообразующие газы и их влияние на возможности резки
Плазмообразующая среда – это, пожалуй, ключевой параметр процесса, который определяет его технологический потенциал. От состава данной среды зависит возможность:
- настройки показателя теплового потока в зоне обработки металла и плотности тока в нем (за счет изменения отношения сечения сопла к току);
- варьирования объема тепловой энергии в широких пределах;
- регулирования показателя поверхностного напряжения, химсостава и вязкости материала, который подвергается резке;
- контроля глубины насыщенного газом слоя, а также характера химических и физических процессов в зоне обработки;
- защиты от появления подплывов на металлических и (на их нижних краях);
- формирования оптимальных условий для выноса из полости реза расплавленного металла.
Кроме того, многие технические параметры оборудования, используемого для плазменной резки, также зависят от состава описываемой нами среды, в частности следующие:
- конструкция охлаждающего механизма для сопел устройства;
- вариант крепления в плазмотроне катода, его материал и уровень интенсивности подачи на него охлаждающей жидкости;
- схема управления агрегатом (его циклограмма определяются именно расходом и составом газа, используемого для формирования плазмы);
- динамические и статические (внешние) характеристики источника питания, а также показатель его мощности.
Мало знать, как работает плазменная резка, кроме этого следует правильно подбирать комбинацию газов для создания плазмообразующей среды, принимая во внимание цену применяемых материалов и непосредственно себестоимость операции резки.
Как правило, для полуавтоматической и ручной обработки коррозионностойких сплавов, а также машинной и экономичной ручной обработки меди и алюминия используют среду, образованную азотом. А вот уже низколегированная углеродистая сталь лучше режется в кислородной смеси, которую категорически нельзя применять для обработки изделий из алюминия, стойкой против коррозии стали и меди.
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 ;
- 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.
Источником электропитания может быть:
- трансформатор . Достоинством его является то, что он практически не чувствителен к перепадам напряжения электросети и позволяет резать заготовки большой толщины, а недостатком – значительный вес и низкий КПД;
- инвертор
. Единственным его недостатком является то, что он не позволяет резать заготовки большой толщины. Достоинств много:
- при питании от него стабильно горит дуга;
- КПД на 30 % выше, чем у трансформатора;
- дешевле, экономичнее и легче трансформатора;
- его удобно использовать в труднодоступных местах.
Плазмотрон
Плазмотрон – это плазменный резак, с помощью которого разрезается заготовка. Он является основным узлом плазмореза.
Конструкция плазмотрона состоит из следующих составляющих:
- охладитель;
- колпачок.
Компрессор
Компрессор в плазморезе требуется для подачи воздуха. Он должен обеспечивать тангенциальную (или вихревую) подачу сжатого воздуха, которая обеспечит расположение катодного пятна плазменной дуги строго по центру электрода. Если этого не будет обеспечено, то возможны неприятные последствия:
- плазменная дуга будет гореть нестабильно;
- могут образоваться одновременно две дуги;
- плазмотрон может выйти из строя.
Принцип работы
Принцип действия плазмотрона заключается в следующем. Создаётся поток высокотемпературного ионизированного воздуха, электропроводность которого равна электропроводности разрезаемой заготовки (т.е. воздух перестаёт быть изолятором и становится проводником электрического тока).
Образуется электрическая дуга, которая локально разогревает обрабатываемую заготовку: металл плавится и появляется рез. Температура плазмы в этот момент достигает 25000 – 30000 °С. Появляющиеся на поверхности разрезаемой заготовки частички расплавленного металла будут сдуваться с нее потоком воздуха из сопла.
Технология
Технология плазменной резки металла вкратце может быть описана следующим образом. Плазменной обработке поддаются все виды металлов толщиой до 220 мм.
Эффект появляется после воспламенения плазмообразующего газа при образовании искры в контуре электрической дуги (между наконечником форсунки и неплавящимся электродом. От искры загорается поток газа, здесь же он ионизируется, превращаясь в управляемую плазму (с крайне высокой, 800 и даже 1500 м/с скоростью выхода).
В выходном отверстии, от сужения, происходит ускорение потока плазмообразующего носителя. Высокоскоростная плазменная струя позволяет получить температуру на выходе около 20 0000с. Узконаправленная струя в тысячи градусов буквально проплавляет материал в точечной области воздействия, нагрев вокруг места обработки незначительный.
Плазменно-дуговой способ используется с замыканием обрабатываемой поверхности в проводящий контур. Другой вид резки (плазменной струей) — работает при наличии стороннего (косвенного) образования высокотемпературного компонента в рабочей схеме плазмотрона. Нарезаемый металл не включен в проводящий контур
Резка плазменной струей
Раскрой заготовок плазменной струей применяется для обработки материалов, не проводящих электрический ток. При резке этим методом дуга горит между формирующим наконечником плазмотрона и электродом, а сам разрезаемый объект в электрической цепи не участвует. Для разрезания заготовки используется струя плазмы.
Плазменно-дуговая резка
Подвергаются токопроводящие материалы. При выполнении резки этим методом дуга горит между разрезаемой заготовкой и электродом, её столб совмещен со струей плазмы. Последняя образуется за счет поступления газа, его нагрева и ионизации. Газ, продуваемый через сопло, обжимает дугу, придает ей проникающие свойства и обеспечивает интенсивное плазмообразование. Высокая температура газа создает высочайшую скорость истечения и увеличивает активное воздействие плазмы на плавящийся металл. Газ выдувает из зоны реза капли металла. Для активизации процесса используется дуга постоянного тока прямой полярности.
Плазменно-дуговая резка применяется при:
- производстве деталей с прямолинейными и фигурными контурами;
- вырезании отверстий или проемов в металле;
- изготовлении заготовок для сварки, штамповки и механической обработки;
- обработке кромок поковок;
- резке труб, полос, прутков и профилей;
- обработке литья.
Виды плазменной резки
В зависимости от среды, существуют три вида плазменной резки:
- простой. Этот метод подразумевает использование только воздуха (или азота) и электрического тока;
- с защитным газом. Применяются два вида газа: плазмообразующий и защитный, который сохраняет зону реза от влияний окружающей среды. В результате повышается качество реза;
- с водой. В этом случае вода выполняет функцию, аналогичную защитному газу. Кроме того, она охлаждает компоненты плазмотрона и поглощает вредные выделения.
Основанная на указанных принципах плазменная резка обеспечивает не только высокопроизводительное производство, но и совершенно пожаробезопасное: применяемые в технологии материалы не огнеопасны.
Видео
Посмотрите ролики, где наглядно объясняется, как происходит плазменная резка:
Принцип работы воздушно-плазменной резки металла
Воздушно-плазменная резка: на чем основан принцип осуществления. Плазма, производящая резку, является разогретым газом с высоким значением электропроводности . Его еще называют ионизованным. Генерируется плазма специальным дуговым элементом. Принято называть этот способ резки плазменным.
Обычная дуга сжимается плазмотроном. Ионизованный газ вдувается в нее, с помощью чего она может генерировать горячий воздух. Она способна производить обработку, при помощи повышенной температуры.Металл разрезается, плавясь при этом.
Осуществление обработки металла происходит благодаря, как плазменной дуге, так и струе. В первом варианте на металлическое изделие оказывается прямое воздействие, во втором — косвенное. Наиболее распространенным и действенным является метод резки с помощью действия напрямую. Для материала, который не обладает электропроводностью (как правило это неметаллические изделия) применяют способ непрямого влияния. При любом из вариантов разрезаемый материал не теряет агрегатного состояния и его конструкция слабо подвергается деформации.
Принцип работы плазменного резака
Плазмотрон – это техническое устройство, которое образует электрический разряд между электродом (катодом) и поверхностью обрабатываемого изделия (анодом), это происходит в потоке газа который образует плазму.
Принцип работы устройства: для охлаждения применяется вода или газ, для получения плазмы используется плазмообразующий газ. Поток входящего в камеру газа подвергается нагреванию до высоких температур после чего ионизируется, тем самым приобретает свойства плазмы. Плазмообразующий газ и охлаждающий подаются в различные каналы плазматрона . При подаче питания между катодом и соплом образуется так называемый вспомогательный разряд, визуально её можно видеть как небольшой факел.
Основная (рабочая дуга) образуется при касании второстепенного разряда обрабатываемой поверхности, которая в данном случае выполняет роль анода (плюс). Стабилизация разряда может осуществляться магнитным полем, водой либо газом, зачастую стабилизирующий газ является и плазмообразующим. После этого можно проводить резку материала, нанесение покрытий, сварку, наплавку или даже добычу полезных ископаемых, путём разрушения горных пород.
Условно конструкцию плазмотрона можно представить как несколько основных элементов:
- изолятор;
- электрод;
- сопло;
- механизм для подвода плазмообразующего газа;
- дуговая камера.
Конструкция и принцип работы плазмотрона с совмещенным соплом и каналом
Особенностью плазмотрона, использующего воздушно-плазменную резку является совмещение канала и сопла. Воздух проходит через канал сопла наружу. Принцип работы схож, при подаче электропитания промеж катодом и соплом образуется вспомогательный разряд. Воздух закрученный по спирали, стабилизирует и сжимает столб рабочего разряда. Он же предотвращает соприкосновение электрической дуги стенок соплового канала.
Типы плазмотронов
Плазмотроны можно условно разделить на три глобальных типа
- электродуговые;
- высокочастотные;
- комбинированные.
Устройства работающие на основе электрической дуги оснащены одним катодом, который подключен к источнику питания постоянного тока. Для охлаждения применяют воду, которая находится в охладительных каналах.
Можно выделить следующие виды электродуговых аппаратов
- с прямой дугой;
- косвенной дугой (плазмотроны косвенного действия);
- с использованием электролитического электрода;
- вращающимися электродами;
- вращающейся дугой.
Автомат: принцип работы
Станок плазменной автоматической резки имеет:
- пульт управления,
- плазмотрон
- рабочий стол для заготовок.
Автомат для резки (Китай)
Источник фото: ru.made-in-china.com
На пульте управления происходит корректировка предварительно установленных программ, если резка отклоняется от установленных параметров. Для оперативного исправления в процессе работы и выбора оптимальных режимов резания.
Через установленный на рабочем столе лист, пропускается электрический ток. Между поверхностью листа и плазмотроном пробегает первичная электродуга. В которой сжатый воздух, разогревается до состояния плазмы. Первичная дуга скрывается в раскаленной ионизированной струе, которая и режет металла.
Резка начинается с середины или с края. Чем чаще происходит прерывание дуги и зажигание новой искры, тем меньше становится ресурс сопла и катода. Грамотный оператор автоматической резки выбирает режимы резания по таблице и отталкиваясь от конкретных условий (толщина металла, диаметр сопла). Благодаря чему можно добиться значительного сокращения расходов. По окончанию операции, автомат самостоятельно оповестит оператора, выключит и отведет плазмотрон от материала.
Какие газы используются, их особенности
Плазменная резка металла представляет собой процесс проплавления и удаления расплава за счет теплоты, получаемой от плазменной дуги. Скорость и качество резки определяются плазмообразующей средой. Также, плазмообразующая среда влияет на глубину газонасыщенного слоя и характер физико-химических процессов на кромках среза. При обработке алюминия, меди и сплавов, изготовленных на их основе, используются следующие плазмообразующие газы:
- Сжатый воздух;
- Кислород;
- Азотно-кислородная смесь;
- Азот;
- Аргоно-водородная смесь.
ВАЖНО ! Для некоторых марок металла недопустимо применение определенных плазмообразующих смесей (к примеру, для резки титана нельзя использовать смеси, содержащие в составе азот или водород).
Все газы, используемые при выполнении плазменной обработки, условно делятся на защитные и плазмообразующие .
В целях бытового назначения (толщина до 50 мм, сила тока дуги – менее 200 А) применяется сжатый воздух, который может использоваться как защитный, так и плазмообразующий газ, а в более сложных условиях промышленного назначения применяются другие газовые смеси, которые содержат кислород, азот, аргон, гелий или водород.
Достоинства и недостатки плазменной резки
Обработка металлов аппаратами или станками плазменной резки дает в работе целый ряд преимуществ .
- По сравнению с кислородной горелкой, плазморез обладает более высокой мощностью , и соответственно, производительностью , и по данному параметру уступает только лазерным установкам промышленного масштаба.
- Плазменная резка выгодна с экономической точки зрения при толщине металла до 60 мм. Для резки материалов с толщиной более 60 мм рекомендуется использовать кислородную резку.
- Современные плазморезы отличаются высокоточной и качественной обработкой металлов. Срез получается «чистый», с минимальной шириной, благодаря чему, практически не требует дополнительной шлифовки.
- Также, плазменно-дуговая обработка характеризуется универсальностью применения, безопасностью и низким уровнем загрязнения окружающей среды.
Из недостатков можно отметить скромную толщину среза (до 100 мм), а также невозможность одновременной работы двух плазморезов и соблюдение жестких требований к отклонениям от перпендикулярности среза.
Возможности плазменной резки
Сфера применения плазменной резки очень разнообразна, благодаря своей универсальности и диапазону обрабатываемых металлов и металлических сплавов. Автоматизированная и ручная плазменная резка материалов широко применяется на предприятиях и во многих отраслях промышленности для выполнения обработки:
Оставить свой отзыв
