Что такое плазменная резка металлов - описание технологии. Плазменная резка металла: технология и нюансы работы

Для резки металлов используют несколько различных методов отличающихся друг от друга себестоимостью и эффективностью. Некоторые способы используются исключительно для промышленных целей другие также можно применять и в быту.

К последним относится плазменная резка металлов. Эффективность плазменного раскроя ограничивается опытом мастера и правильным выбором установки.

• Что такое плазменная резка металла?
• На чем основан принцип проведения работ?
• Какие сферы применения имеет этот способ раскроя материалов?

Основы резки металлов плазмой

Чтобы понять основы резки металла с помощью плазменного метода следует для начала уяснить, что же такое плазма? От правильного понимания того как устроен плазматрон и принципов работы с ним зависит качество конечного результата.

Термическая плазменная обработка металлов зависит от параметров рабочей струи газа или жидкости, направленной под давлением на обрабатываемую поверхность. Для достижения необходимых результатов струю доводят до следующих характеристик:

• Скорость - струя направляется под высоким давлением на поверхность материала. Можно сказать, что плазменный раскрой металла основан на разогревании металла до температуры плавления и быстрого выдувания его. Рабочая скорость струи при этом составляет от 1,5 до 4 км в сек.
• Температура - для образования плазмы необходимо практически моментально разогреть воздух до 5000-30000°C. Высокая температура достигается благодаря созданию электрической дуги. При достижении необходимой температуры воздушный поток ионизируется и меняет свои свойства, приобретая электропроводность. Технология плазменной резки металла подразумевает использование систем нагнетания воздуха, а также осушителей, которые удаляют влагу.
• Наличие электрической цепи. Все о раскрое металла плазмой можно узнать только на практике. Но некоторые особенности необходимо учитывать еще до приобретения установки. Так, существуют плазмотроны косвенного и прямого воздействия. И если для вторых обязательно, чтобы обрабатываемый материал пропускал электричество и был включен в общую электрическую сеть (выступая в роли электрода), то для первых такой необходимости нет. Плазма для резки металла в таком случае получается с помощью встроенного электрода внутри держателя. Этот способ используют для металлов и других материалов, которые не проводят электричество.

Еще один важный момент, который следует учитывать, это то, что плазменная резка толстого металла практически не выполняется, так как это ведет к увеличенным материальным затратам и малоэффективно.

Характеристики и принцип резки металла плазмой

Основной принцип работы плазменной резки металла можно описать следующим образом:

Так как процесс связан с моментальным разогревом разрезаемого материала до жидкого состояния, толщина металла при резке составляет:

• алюминий до 120 мм;
• медь 80 мм;
• углеродистая и легированная сталь до 50 мм;
• чугун до 90 мм.

Существуют два основных способа обработки материалов, от которых зависят характеристики плазменной резки. А именно:

1. Плазменно-дуговая - способ подходит для всех видов металла, которые в состоянии проводить электрический ток. Обычно плазменно-дуговую резку используют для промышленного оборудования. Суть способа сводится к тому, что плазма образовывается за счет дуги, которая появляется непосредственно между поверхностью обрабатываемого материала и плазмотроном.
2. Плазменно-струйная – в этом случае дуга возникает в самом плазмотроне. Плазменно-струйный вариант обработки более универсален, позволяет разрезать неметаллические материалы. Единственным недостатком является необходимость периодической замены электродов.

Плазменная резка металла работает как обычная дуговая, но без использования привычных электродов. Но эффективность способа обработки прямо пропорциональна толщине обрабатываемого материала.

Скорость и точность резки металла плазмой

Как и при любом другом виде термической обработки, при плазменной резке металла происходит определенное оплавление металла, что отражается на качестве реза. Существуют и другие особенности, которые являются характерными для этого метода. А именно:

От профессионализма мастера во многом зависит качество выполнения работ. Чистый и точный рез с минимальным отклонением от необходимых размеров может выполнить только работник с профильным образованием. Без соответствующей подготовки выполнить фигурную резку вряд ли получится.

Плазменная резка цветных металлов

При обработке цветных металлов используются разные способы резки в зависимости от типа материала, его плотности и других технических характеристик. Для разрезания цветных сплавов требуется соблюдения следующих рекомендаций.

Где применяется плазменный раскрой металла

Использование плазмотронов не зря пользуется такой большой популярностью. При относительно простой эксплуатации и незначительной стоимости ручной установки (по сравнению с другим оборудованием для резки) удается достичь высоких показателей относительно качества реза.

Применение плазменной резки металла получило распространение в следующих сферах производства:

Применение станков с плазменной резкой не заменило ручных установок. Так художественная резка металла плазмой позволяет сделать уникальные детали точно соответствующие замыслу художника, для использования их в качестве декоративных украшений для заборов и лестниц, а также перил, ограждений и т. д.

Резка металла плазмой – преимущества и недостатки

Без резки металла не может обойтись практически ни одно промышленное предприятие, так или иначе связанное с металлопрокатом. Быстрое разрезание листового материала на заготовки, декоративная фигурная резка металла плазмой, вырезание точных отверстий – все это можно выполнить достаточно быстро с помощью плазмотрона. Плюсы, которые имеет метод, заключаются в следующем:

• Высокая производительность и скорость обработки деталей. По сравнению с обычным электродным методом можно выполнить объемы работ от 4 до 10 раз больше.
• Экономичность - плазменный метод намного выигрывает на фоне стандартных способов обработки материалов. Единственные ограничения связанны с толщиной металла. Нецелесообразно и экономически невыгодно разрезать с помощью плазмы сталь толще 5 см.
• Точность - деформации от тепловой обработки практически незаметны и не требуют дополнительной обработки впоследствии.
• Безопасность.

Все эти преимущества плазменной резки металла объясняют, почему метод пользуется настолько широкой популярностью не только в промышленных, но и бытовых целях.

Но говоря о плюсах необходимо заметить и некоторые отрицательные стороны:

• Ограничения, связанные с толщиной реза. Даже у мощных установок максимальная плотность обрабатываемой поверхности не может быть выше, чем 80-100 мм.
• Жесткие требования относительно выполнения обработки деталей. От мастера требуется четко придерживаться угла наклона резака от 10 до 50 градусов. При несоблюдении этого требования нарушается качество реза, а также ускоряется износ комплектующих.

Сравнение плазменной и лазерной резки металла

Отличие лазерной резки металла от плазменной заключается в методах воздействия на поверхность материала.

Лазерные установки обеспечивают большую производительность и скорость обработки деталей, при этом после выполнения операции наблюдается меньший процент оплавленности. Минусом лазерного оборудования является его высокая стоимость, а также то, что толщина разрезаемого материала должна быть меньше 20 мм.

По сравнению с лазером плазмотрон имеет меньшую стоимость, более широкую сферу применения и функциональные возможности.

Плазменная резка широко используется в различных отраслях промышленности: машиностроении, судостроении, изготовлении рекламы, коммунальной сфере, изготовлении металлоконструкций и в других отраслях. К тому же, в частной мастерской плазморез тоже может пригодиться. Ведь с помощью него можно быстро и качественно разрезать любой токопроводящий материал, а также некоторые нетокопроводящие материалы - пластик, камень и дерево. Разрезать трубы, листовой металл, выполнить фигурный рез или изготовить деталь можно просто, быстро и удобно с помощью технологии плазменной резки. Рез выполняется высокотемпературной плазменной дугой, для создания которой нужен лишь источник тока, резак и воздух. Чтобы работа с плазморезом давалась легко, а рез получался красивым и ровным, не мешает узнать принцип работы плазмореза, который даст базовое понятие, как можно управлять процессом резки.

Аппарат под названием «плазморез» состоит из нескольких элементов: источника питания , плазменного резака/плазмотрона , воздушного компрессора и кабель-шлангового пакета.

Источник питания для плазмореза подает на плазмотрон определенную силу тока. Может представлять собой трансформатор или инвертор.

Трансформаторы более увесисты, потребляют больше энергии, но зато менее чувствительны к перепадам напряжения, и с помощью них можно разрезать заготовки большей толщины.

Инверторы легче, дешевле, экономнее в плане энергопотребления, но при этом позволяют разрезать заготовки меньшей толщины. Поэтому их используют на маленьких производствах и в частных мастерских. Также КПД инверторных плазморезов на 30 % больше, чем у трансформаторных, у них стабильнее горит дуга. Пригождаются они и для работы в труднодоступных местах.

Плазмотрон или как его еще называют «плазменный резак» является главным элементом плазмореза. В некоторых источниках можно встретить упоминание плазмотрона в таком контексте, что можно подумать будто «плазмотрон» и «плазморез» идентичные понятия. На самом деле это не так: плазмотрон - это непосредственно резак, с помощью которого разрезается заготовка.

Основными элементами плазменного резака/плазмотрона являются сопло , электрод , охладитель/изолятор между ними и канал для подачи сжатого воздуха.

Схема плазмореза наглядно демонстрирует расположение всех элементов плазмореза.

Внутри корпуса плазмотрона находится электрод , который служит для возбуждения электрической дуги. Он может быть изготовлен из гафния, циркония, бериллия или тория. Эти металлы приемлемы для воздушно-плазменной резки потому, что в процессе работы на их поверхности образуются тугоплавкие оксиды, препятствующие разрушению электрода. Тем не менее, используют не все эти металлы, потому что оксиды некоторых из них могут нанести вред здоровью оператора. Например, оксид тория - токсичен, а оксид бериллия - радиоактивен. Поэтому самым распространенным металлом для изготовления электродов плазмотрона является гафний. Реже - другие металлы.

Сопло плазмотрона обжимает и формирует плазменную струю, которая вырывается из выходного канала и разрезает заготовку. От размера сопла зависят возможности и характеристики плазмореза, а также технология работы с ним. Зависимость такая: от диаметра сопла зависит, какой объем воздуха может через него пройти за единицу времени, а от объема воздуха зависят ширина реза, скорость охлаждения и скорость работы плазмотрона. Чаще всего сопло плазмотрона имеет диаметр 3 мм. Длина сопла тоже важный параметр: чем длиннее сопло, тем аккуратнее и качественнее рез. Но с этим надо быть поаккуратнее. Слишком длинное сопло быстрее разрушается.

Компрессор для плазмореза необходим для подачи воздуха. Технология плазменной резки подразумевает использование газов: плазмообразующих и защитных. В аппаратах плазменной резки, рассчитанных на силу тока до 200 А, используется только сжатый воздух, и для создания плазмы, и для охлаждения. Такого аппарата достаточно для разрезания заготовок 50 мм толщиной. Промышленный станок плазменной резки использует другие газы - гелий, аргон, кислород, водород, азот, а также их смеси.

Кабель-шланговый пакет соединяет источник питания, компрессор и плазмотрон. По электрическому кабелю подается ток от трансформатора или инвертора для возбуждения электрической дуги, а по шлангу идет сжатый воздух, который необходим для образования плазмы внутри плазмотрона. Более детально, что именно происходит в плазмотроне, расскажем ниже.

Как только нажимается кнопка розжига, источник питания (трансформатор или инвертор) начинает подавать на плазмотрон токи высокой частоты. В результате внутри плазмотрона возникает дежурная электрическая дуга, температура которой 6000 - 8000 °С. Дежурная дуга зажигается между электродом и наконечником сопла по той причине, что образование дуги между электродом и обрабатываемой заготовкой сразу - затруднительно. Столб дежурной дуги заполняет весь канал.

После возникновения дежурной дуги в камеру начинает поступать сжатый воздух. Он вырывается из патрубка, проходит через электрическую дугу, вследствие чего нагревается и увеличивается в объеме в 50 - 100 раз. Помимо этого воздух ионизируется и перестает быть диэлектриком, приобретая токопроводящие свойства.

Суженное к низу сопло плазмотрона обжимает воздух, формирует из него поток, который со скоростью 2 - 3 м/с вырывается из сопла. Температура воздуха в этот момент может достигать 25000 - 30000 °С. Именно этот высокотемпературный ионизированный воздух и является в данном случае плазмой. Ее электропроводимость примерно равна электропроводимости металла, который обрабатывается.

В тот момент, когда плазма вырывается из сопла и соприкасается с поверхностью обрабатываемого металла, зажигается режущая дуга, а дежурная дуга гаснет. Режущая/рабочая дуга разогревает обрабатываемую заготовку в месте реза - локально. Металл плавится, появляется рез. На поверхности разрезаемого металла появляются частички расплавленного только что металла, которые сдуваются с нее потоком воздуха, вырывающегося из сопла. Это самая простая технология плазменной резки металла.

Катодное пятно плазменной дуги должно располагаться строго по центру электрода/катода. Чтобы это обеспечить, используется так называемая вихревая или тангенциальная подача сжатого воздуха. Если вихревая подача нарушена, то катодное пятно смещается относительно центра электрода вместе с плазменной дугой. Это может привести к неприятным последствиям: плазменная дуга будет гореть нестабильно, может образовываться две дуги одновременно, а в худшем случае - плазмотрон может выйти из строя.

Если увеличить расход воздуха, то скорость плазменного потока увеличится, также увеличится и скорость резки. Если же увеличить диаметр сопла, то скорость уменьшится и увеличится ширина реза. Скорость плазменного потока примерно равна 800 м/с при токе 250 А.

Скорость реза - тоже важный параметр. Чем она больше, тем тоньше рез. Если скорость маленькая, то ширина реза увеличивается. Если увеличивается сила тока, происходит то же самое - ширина реза увеличивается. Все эти тонкости относятся уже непосредственно к технологии работы с плазморезом.

Параметры плазмореза

Все аппараты плазменной резки можно разделить на две категории: ручные плазморезы и аппараты машинной резки.

Ручные плазморезы используются в быту, на маленьких производствах и в частных мастерских для изготовления и обработки деталей. Основная их особенность в том, что плазмотрон держит в руках оператор, он ведет резак по линии будущего реза, держа его на весу. В итоге рез получается хоть и ровным, но не идеальным. Да и производительность такой технологии маленькая. Чтобы рез получился более ровным, без наплывов и окалины, для ведения плазмотрона используется специальный упор, который одевается на сопло. Упор прижимается к поверхности обрабатываемой заготовки и остается только вести резак, не переживая за то, соблюдается ли необходимое расстояние между заготовкой и соплом.

На ручной плазморез цена зависит от его характеристик: максимальной силы тока, толщины обрабатываемой заготовки и универсальности. Например, существуют модели, которые можно использовать не только для резки металлов, но и для сварки. Их можно отличить по маркировке:

• CUT - разрезание;
• TIG - аргонодуговая сварка;
• MMA - дуговая сварка штучным электродом.

Например, плазморез FoxWeld Plasma 43 Multi совмещает все перечисленные функции. Его стоимость 530 - 550 у.е. Характеристики, касающиеся плазменной резки: сила тока - 60 А, толщина заготовки - до 11 мм.

Кстати, сила тока и толщина заготовки - основные параметры, по которым подбирается плазморез. И они взаимосвязаны.

Чем больше сила тока, тем сильнее плазменная дуга, которая быстрее расплавляет металл. Выбирая плазморез для конкретных нужд, необходимо точно знать, какой металл придется обрабатывать и какой толщины. В приведенной ниже таблице указано, какая сила тока нужна для разрезания 1 мм металла. Обратите внимание, что для обработки цветных металлов требуется большая сила тока. Учтите это, когда будете смотреть на характеристики плазмореза в магазине, на аппарате указана толщина заготовки из черного металла. Если вы планируете резать медь или другой цветной металл, лучше рассчитайте необходимую силу тока самостоятельно.

Например, если требуется разрезать медь толщиной 2 мм, то необходимо 6 А умножить на 2 мм, получим плазморез с силой тока 12 А. Если требуется разрезать сталь толщиной 2 мм, то умножаем 4 А на 2 мм, получаем силу тока 8 А. Только берите аппарат плазменной резки с запасом, так как указанные характеристики являются максимальными, а не номинальными. На них можно работать только непродолжительное время.

Станок с ЧПУ плазменной резки используется на производственных предприятиях для изготовления деталей или обработки заготовок. ЧПУ означает числовое программное управление. Станок работает по заданной программе с минимальным участием оператора, что максимально исключает человеческий фактор на производстве и увеличивает производительность в разы. Качество реза машинным аппаратом идеально, не требуется дополнительная обработка кромок. А самое главное - фигурные резы и исключительная точность. Достаточно ввести в программу схему реза и аппарат может выполнить любую замысловатую фигуру с идеальной точностью. На станок плазменной резки цена значительно выше, чем на ручной плазморез. Во-первых, используется большой трансформатор. Во-вторых, специальный стол, портал и направляющие. В зависимости от сложности и размеров аппарата цена может быть от 3000 у.е. до 20000 у.е.

Аппараты машинной плазменной резки используют для охлаждения воду, поэтому могут работать всю смену без перерыва. Так называемый ПВ (продолжительность включения) равен 100 %. Хотя у ручных аппаратов он может быть и 40 %, что означает следующее: 4 минуты плазморез работает, а 6 минут ему необходимо для того, чтобы остыть.

Наиболее разумно будет приобрести плазморез готовый, заводского исполнения. В таких аппаратах все учтено, отрегулировано и работает максимально идеально. Но некоторые умельцы «Кулибины» умудряются смастерить плазморез своими руками. Результаты получаются не очень удовлетворительными, так как качество реза хромает. В качестве примера приведем урезанный вариант, как можно сделать плазморез самостоятельно. Сразу оговоримся, что схема далека от идеала и лишь дает общее понятие процесса.

Итак, трансформатор для плазмореза должен быть с падающей ВАХ.

Пример на фото: первичная обмотка - снизу, вторичная - сверху. Напряжение - 260 В. Сечение обмотки - 45 мм2, каждая шина 6 мм2. Если установить силу тока на 40 А напряжение падает до 100 В. У дросселя также сечение 40 мм2, наматывался той же шиной, всего около 250 витков.

Для работы нужен воздушный компрессор, естественно, заводского исполнения. В данном случае использовался агрегат производительностью 350 л/мин.

Самодельный плазморез - схема работы .

Плазмотрон лучше приобрести заводской, он обойдется примерно в 150 - 200 у.е. В данном примере плазмотрон изготавливался самостоятельно: медное сопло (5 у.е.) и гафниевый электрод (3 у.е.), остальное «кустарщина». За счет чего расходники быстро вышли из строя.

Схема работает так: на резаке находится кнопка пуск, при ее нажатии реле (р1) подает на блок управления напряжение, реле (р2) подает напряжение на трансформатор, затем пускает воздух для продувки плазмотрона. Воздух осушает камеру плазмотрона от возможного конденсата и выдувает все лишнее, на это у него есть 2 - 3 секунды. Именно с такой задержкой срабатывает реле (р3), которое подает питание на электрод для поджига дуги. Затем включается осциллятор, который ионизирует пространство между электродом и соплом, как результат загорается дежурная дуга. Далее плазмотрон подносится к изделию и загорается режущая/рабочая дуга между электродом и заготовкой. Реле геркона отключает сопло и поджиг. Согласно данной схеме, если режущая дуга внезапно погаснет, например, если сопло попало в отверстие в металле, то реле геркона снова подключит поджиг и спустя несколько секунд (2 - 3) загорится дежурная дуга, а затем режущая. Все это при условии, что кнопка «пуск» не отпускается. Реле (р4) пускает воздух в сопло с задержкой, после того, как отпустили кнопку «пуск» и режущая дуга погасла. Все эти предосторожности необходимы для того, чтобы продлить ресурс сопла и электрода.

Самостоятельное изготовление плазмореза в «домашних» условиях дает возможность изрядно сэкономить, но о качестве реза говорить не приходится. Хотя если за работу возьмется инженер, то результат может быть даже лучше заводского исполнения.

Станок плазменной резки с ЧПУ может позволить себе не каждое предприятие, ведь его стоимость может достигать 15000 - 20000 у.е. Довольно часто такие организации заказывают выполнение работ плазменной резки на специальных предприятиях, но это тоже обходится недешево, особенно если объемы работ большие. Но ведь так хочется свой новый станок плазменной резки, а средств не хватает.

Помимо известных профильных заводов есть предприятия, которые занимаются производством станков плазменной резки, закупая лишь профильные детали и узлы, а все остальное изготавливают самостоятельно. В качестве примера мы расскажем, как делают станки плазменной резки с ЧПУ инженеры в производственном цеху.

Составляющие станка плазменной резки своими руками:

• Стол 1270х2540 мм;
• Ременная передача;
• Шаговые детали;
• Линейные направляющие HIWIN;
• Система, управляющая высотой факела THC;
• Блок управления;
• Стойка-терминал, в котором находится блок управления ЧПУ, стоит отдельно.

Характеристики станка :

• Скорость перемещения по столу 15 м/мин;
• Точность установки позиции плазмотрона 0,125 мм;
• Если использовать аппарат Powermax 65, то скорость реза будет 40 м/мин для 6 мм заготовки или 5 м/мин для заготовки толщиной 19 мм.

На подобный станок плазменной резки металла цена будет около 13000 у.е., не включая источник плазмы, который придется приобрести отдельно - 900 у.е.

Для изготовления такого станка комплектующие заказываются отдельно, а затем все собирается самостоятельно по такой схеме:

• Готовится основание для сварки стола, оно должно быть строго горизонтальным, это очень важно, лучше проверить уровнем.
• Сваривается рама станка в виде стола. Можно использовать трубы квадратного сечения. Вертикальные «ноги» необходимо усилить укосинами.

• Рама покрывается грунтовкой и краской, чтобы защитить от коррозии.

• Изготавливаются опоры для станка. Материал опор - дюраль, болты 14 мм, гайки лучше приварить к болтам.

• Сваривается водяной стол.

• Устанавливаются крепления для реек и ставятся рейки. Для реек используется металл в виде полосы 40 мм.
• Устанавливаются линейные направляющие.
• Корпус стола зашивается листовым железом и окрашивается.
• Устанавливается портал на направляющие.

• На портал устанавливается двигатель и концевые индуктивные датчики.
• Устанавливаются рельсовые направляющие, зубчастая рейка и двигатель оси Y.

• Устанавливаются направляющие и двигатель на оси Z.
• Устанавливается датчик поверхности металла.

• Устанавливается кран для слива воды из стола, ограничители для портала, чтобы не съехал со стола.
• Устанавливаются кабель-каналы Y,Z и X.

• Все провода прячутся в гофру.
• Устанавливается механизированная горелка.

• Далее изготавливается терминал с ЧПУ. Сначала сваривается корпус.
• В корпус терминала с ЧПУ устанавливается монитор, клавиатура, модуль ТНС и кнопки к нему.

Все, станок плазменной резки с ЧПУ готов.

Несмотря на то, что плазморез имеет достаточно простое устройство, все же не стоит браться за его изготовление без серьезных познаний в сварочном деле и большого опыта. Новичку проще заплатить за готовое изделие. А вот инженеры, желающие воплотить свои знания и умения в домашних условиях, что называется «на коленке», могут попробовать создать плазморез своими руками от начала и до конца.

С необходимостью раскроя металлических изделий постоянно сталкиваются в машиностроении, строительстве, коммунальных хозяйствах, творческих мастерских. Чтобы разрезать материал, применяются различные методы. Принцип работы плазменной резки металла и область применения данного метода, позволяют ему пользоваться популярностью при изготовлении металлических конструкций и изделий на предприятиях, в частных хозяйствах.

Виды резки при помощи плазмы

Плазменно-дуговой раскрой осуществляется двумя методами.

Ручной раскрой

В данном случае нарезание металлов плазмой проводится при использовании портативных непромышленных плазморезов, имеющих в составе:

• основной агрегат с трансформатором и выпрямительной подстанцией;
• силовой питающий кабель;
• воздушный шланг и кабель для подсоединения резака;
• плазменный пистолет.

Принцип плазменно-дуговой резки

Ручной плазменный агрегат немного весит (до 25 кг), работает от сети 220 В, универсален, доступен в продаже и стоит недорого.

Автоматический раскрой

Совместив технологию раскроя плазменным резаком с ЧПУ, получилось добиться высокой точности, качества и скорости реза. Агрегаты обладают большой мощностью, работают от сети постоянного тока – 380 В, в состоянии разрезать металл, имеющий толщину до 6 см.

Как работает плазмотрон

В качестве режущего инструмента в аппаратах используется струя плазмы.

Процесс резки металлических изделий:

1. От источника электрического питания ток по кабелю подается на горелку, где происходит образование электродуги между анодом и катодом.
2. Компрессор подает потоки газа, которые завихрителями направляются к электрической дуге.
3. При прохождении потоков через дугу происходит ионизация газа и разогрев до высокой температуры (до 30 тыс. градусов).
4. Газ превращается в плазменную струю.
5. При воздействии разогретого воздуха, выходящего под большим давлением, металл разрезается.

Основные технологические аспекты

Работая с плазморезом, разрезающим металл, нужно учитывать многие нюансы, что обычно приходит с опытом, а именно:

Резка металла плазморезом

• следует обеспечить приток воздуха, которым охлаждается плазменный резак;
• подаваемый для резки газ не должен содержать частиц воды или масла, что может привести к поломке оборудования;
• заготовка должна быть очищена предварительно;
• для получения качественного реза следует правильно выставлять силу тока и давление газа;
• плазменный резак нужно вести со скоростью от 0,2 до 2 м/мин (она зависит от того, какой металл необходимо разрезать и от силы тока).
• сопло при плазменной резке металлов необходимо держать перпендикулярно заготовке (оптимальное расстояние между ними: 1,6-3 мм).

Опытные мастера рекомендуют следить за искрами с тыльной стороны разрезаемого материала. Если они не видны, возможно, превышена оптимальная скорость и металл не разрезан до конца. Однако замедление процесса может привести к появлению окалины и плохому качеству шва.

Схема подключения плазмотрона к трансформатору

Перед началом работы необходимо продуть пистолет при помощи газа. Для этого, нажав на соответствующую кнопку, на 30 секунд включается режим продувки плазмотрона. Это позволяет удалить из пистолета конденсат и различные загрязнения.

При разрезании материала электродуга может погаснуть. Эта проблема может быть вызвана износом электрода, недостаточной скоростью ведения пистолета и неверно выбранным расстоянием между соплом и заготовкой.

Для работы применяются агрегаты, предназначенные для разрезания изделий с упором резака на заготовку. В этом случае отпадает необходимость в соблюдении оптимального расстояния между ними. Но большинство плазмотронов рассчитаны на проведение работ с поддержанием некоторого зазора между соплом и металлом. Если есть трудности в обеспечении требуемого расстояния, можно подложить опору.

Качество реза во многом определяется состоянием сопла и электрода, которые являются расходными материалами. За их износом требуется следить и проводить своевременную замену, иначе невозможно получить стабильную электрическую дугу, на металле образуются наплывы и шлак.

Важным моментом при проведении работ является соблюдение правил техники безопасности. Специальная экипировка, включающая плотную одежду, защитные очки, маску и перчатки, позволят уберечься от вредных паров, высоких температур и излучения.

Виды применяемых газов

С помощью плазмотрона можно резать любой металл. Разница заключается в разновидности используемого при этом газа.

Плазменная резка металла при помощи воздуха

Использование воздуха для образования плазмы позволяет работать практически с любыми металлическими заготовками: из черной и нержавеющей стали, меди, латуни и др. Этот способ относится к наиболее бюджетным. На воздушно-плазменном методе устроено довольно примитивное оборудование, которое может использоваться, в том числе, и в частных хозяйствах. Качество и скорость реза – среднего уровня.

В профессиональном оборудовании применяется чистый кислород. Такие устройства позволяют добиться хорошего качества шва с небольшим слоем облоя, перпендикулярности реза и высокой скорости.

Резка защитными газами

Дорогое современное оборудование для плазменной резки металла работает на кислороде, аргоне, азоте и воздухе. Стоимость плазмотронов может превышать 10 миллионов рублей. Качество обработки изделий максимально приближено к тому, которого позволяет добиться лазерная резка.

Метод раскроя обеспечивает:

• скорость, составляющую от 2,5 до 10 м/мин;
• толщину струи, которая варьируется от 0,5 до 2 мм;
• толщину обрабатываемого изделия, находящуюся в пределах от 0,5 до 60 мм;
• давление газа, имеющее значение от 5 до 12 атм.;
• значение тока, которое находится в диапазоне от 20 до 800 А.

Плазменная резка металла – плюсы и минусы

Резка при помощи плазмы имеет конкурентов в виде трех аналогичных вариантов обработки заготовок: лазерного, гидроабразивного и газокислородного метода. Все они характеризуются определенными положительными и отрицательными аспектами применения.

Достоинства плазменно-дугового метода

Преимущества резки плазмой:

• Способ – универсален , с его помощью можно обрабатывать любой металл, правильно подобрав режим.
• При обработке не перегревается сам металл (перегрев пагубно сказывается на его характеристиках, а также увеличивает продолжительность процесса).
• Ширина реза небольшая , его качество позволяет в ряде случаев не прибегать к дальнейшей обработке шва.
• Не загрязняется окружающая среда.
• Метод отличает хорошая производительность : с его помощью можно разрезать металл толщиной до 6 см.
• Отсутствие необходимости в применении газовых баллонов позволяет обеспечить безопасность рабочего процесса.

Недостатки, которыми обладает плазменный способ

Наряду с многочисленными преимуществами использования плазменной резки металла, присутствуют и некоторые отрицательные моменты:

• Здоровью человека может быть нанесен вред из-за высокого уровня шума при работе, применение азота может привести к отравлению.
• Плазменный агрегат имеет достаточно сложную конструкцию и высокую стоимость.
• Расходные материалы, к которым относятся сопло и электроды, тоже стоят недешево.

Научившись работать с плазмотроном, можно выполнять как несложные работы по разрезанию листовых и трубных материалов, так и фигурную резку, нарезание отверстий.

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:

1. изолятор;
2. электрод;
3. сопло;
4. механизм для подвода плазмообразующего газа;
5. 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

1. электродуговые;
2. высокочастотные;
3. 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:

1. пульт управления,
2. плазмотрон
3. 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 .

1. По сравнению с кислородной горелкой, плазморез обладает более высокой мощностью , и соответственно, производительностью , и по данному параметру уступает только лазерным установкам промышленного масштаба.
2. 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.
3. Современные плазморезы отличаются высокоточной и качественной обработкой металлов. Срез получается «чистый», с минимальной шириной, благодаря чему, практически не требует дополнительной шлифовки.
4. 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

) струи плазмы называется плазменной резкой. Поток плазмы образуется в результате обдува газом сжатой электрической дуги. Газ при том нагревается и ионизируется (распадается на отрицательно и положительно заряженные частицы). Температура плазменного потока составляет около 15 тысяч градусов по Цельсию.

Виды и способы резки при помощи плазмы

Резка плазмой бывает:

• поверхностная;
• разделительная.

На практике широкое применение нашла разделительная плазменная резка. Поверхностная резка используется крайне редко.

Само резание осуществляется двумя способами:

• плазменной дугой. При резании стали этим способом разрезаемый металл включается в электрическую цепь. Дуга образуется между вольфрамовым электродом резака и изделием.

• плазменной струей. Дуга возникает в резаке между двумя электродами. Разрезаемое изделие в электрическую цепь не включается.

Плазменная резка превосходит по производительности кислородную. Но если режется материал большой толщины или титан, то предпочтение надо отдавать кислородной резке. Плазменная резка незаменима при резании (особенно ).

Виды газов, применяемых для плазменного резания.

Для образования плазмы используются газы:

• активные – кислород, воздух. Применяются при резке черных металлов
• неактивные – азот, аргон, . Применяются при резке цветных металлов и сплавов.

1. Сжатый воздух. Используется для резки:

• меди и ее сплавов – при толщине до 60 mm;
• алюминия и его сплавов – при толщине до 70 mm;
• стали – при толщине до 60 mm.

1. Азот с аргоном. Применяется для резки:

• высоколегированной стали толщиной до 50 mm.

Применять эту газовую смесь для резания меди, алюминия, и черной стали не рекомендуется;

1. Чистый азот. Используется для резания (h=толщина материала):

• меди h равной до 20 mm;
• латуни h равной до 90 mm;
• алюминия и его сплавов h равной до 20 mm;
• высоколегированных сталей h равной до 75 mm, низколегированных и низкоуглеродистых — h равной до 30 mm;
• титана – любой толщины.

1. Азот с водородом. Применяется для резки:

• меди и ее сплавов средних толщин (до 100 mm);
• алюминия и сплавов средних толщин – до 100 mm.

Азотоводородная смесь непригодна для резки любых сталей и титана.

1. Аргон с водородом. Применяется при резке:

• Меди, алюминия и сплавов на их основе толщиной от 100 мм и выше;
• Высоколегированной стали толщиной до 100 мм.

Для резки углеродистых, низкоуглеродистых и низколегированных сталей, а также для титана аргон с водородом применять не рекомендуется.

Оборудование для плазменной резки: виды и краткая характеристика.

Для механизации плазменной резки созданы полуавтоматы и машины переносные различных модификаций.

1. могут работать как с активными, так и с неактивными газами. Толщина разрезаемого материала колеблется от 60 до 120 мм.

• Расход газа:

1. воздух – от 2 до 5 м куб/час;
2. аргон – 3 м куб/час;
3. водород – 1 м куб/час;
4. азот – 6 м куб/час.

• Скорость перемещения – от 0,04 до 4 м/мин.
• Рабочее давление газа – до 0,03 МПа.
• Вес полуавтоматов составляет 1,785 – 0,9 кг в зависимости от модификации.

2. Переносные машины используют сжатый воздух.

• Толщина разрезаемого материала – не более 40 мм.
• Расход сжатого воздуха – от 6 до 50 м куб/час;
• Охлаждение плазмотронов – водой или воздухом.
• Скорость перемещения – от 0,05 до 4 м/мин.
• Рабочее давление газа – до 0,4 – 0,6 МПа.
• Вес переносных машин – до 1,8 кг в зависимости от модификации.
• Плазмотроны, охлаждаемые водой, могут эксплуатироваться только при плюсовых температурах окружающей среды.
• Полуавтоматы и переносные машины пригодны для промышленного использования.

Для ручной резки выпускаются два комплекта:

• КДП-1 с плазмотроном РДП-1;
• КДП-2 с плазмотроном РДП-2.

Резание плазмой

Аппарат КДП-1 используется для резки алюминия (до 80 мм), нержавеющих и высоколегированных сталей (до 60 мм) и меди (до 30 мм).

Максимальный рабочий ток – 400 А.

Максимальное напряжение холостого хода источника питания – 180 В.

Плазмотрон РДП-1 работает с азотом, аргоном или смеси этих газов с водородом.

Охлаждается плазмотрон РДП-1 водой, потому его можно использовать при температуре выше 0 градусов Цельсия.

Аппарат КДП-2 уступает первому по мощности дуги (всего 30 кВт). Преимущество этой модели в том, что охлаждение плазмотрона РДП-2 осуществляется воздухом. В результате комплект может быть использован на открытом воздухе при любой температуре окружающего воздуха.

Комплектность аппаратов ручной резки:

• режущий плазмотрон;
• кабель-шланговый пакет;
• коллектор;
• зажигалка для возбуждения режущей дуги.

Комплекты для ручной плазменной резки выпускаются беспультовыми. Такое конструктивное решение рационально для выполнения ограниченного объема работ с загрузкой оборудования не более чем на 40 – 50%. Но на время работы их приходится доукомплектовывать сварочными выпрямителями и преобразователями.

При том не следует забывать, что с точки зрения техники безопасности для ручной резки допускается величина напряжения холостого хода источника питания не более 180 В.

Плазменная резка металлов выполненная своими руками: некоторые тонкости процесса.

• Началом процесса резания металлов считается момент возбуждения плазменной дуги. Начав резку, необходимо поддерживать постоянное расстояние между соплом плазмотрона и поверхностью материала. Оно должно быть от 3 до 15 мм.
• Необходимо стремиться к тому, чтобы в процессе работы ток был минимальным, потому что при увеличении силы тока и расхода воздуха снижается ресурс работы сопла плазмотрона и электрода. Но при этом уровень тока должен обеспечивать оптимальную производительность резки.
• Наиболее сложной операцией является пробивка отверстий. Сложность заключается в возможном образовании двойной дуги и выходе из строя плазмотрона. Потому при пробивке плазмотрон должен быть поднят над поверхностью металла на 20 – 25 мм. Опускается плазмотрон в рабочее положение только после того, как металл будет пробит насквозь. При пробивке отверстий в листах большой толщины специалисты рекомендуют использовать защитные экраны с отверстиями диаметром 10-20 мм. Экраны помещаются между изделием и плазмотроном.
• Для ручной резки высоколегированных сталей в качестве плазмосодержащего газа применяется азот.
• При ручной резке алюминия с применением аргоноводородной смеси содержание водорода не должно превышать 20% для повышения стабильности горения дуги.
• Резку меди выполняют с использованием водородосодержащих смесей. А вот латунь требует азота или азотоводородной смеси. При этом резка латуни происходит на 20% быстрее, чем меди.
• После резки медь обязательно зачищают на глубину 1-1,5 мм. Для латуни это требование не является обязательным.