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:
- 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.
- 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.
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.
Плазменная резка позволяет разрезать металл, но не резцом — этот агрегат имеет струю плазмы.
Суть работы плазморезки такова: между соплом, электродом или разрезаемым материалом образовывается электрическая дуга.
Из сопла выходит газ, он преобразовывается в плазму после воздействия электричеством.
Металл разрезается плазмой, температура которой может достигать 30 тыс. градусов.
В статье подробно рассмотрена технология плазменной резки металла, принцип ее работы и некоторые нюансы.
Резка металла с помощью плазмы бывает нескольких видов.
Это зависит от того, в какой среде происходит процесс:
- Простой - при разрезании используется электрический ток, воздух, иногда вместо воздуха применяют азот. При таком способе длина электрической дуги ограничивается. Если толщина листа несколько миллиметров, то параллельность поверхностей можно сравнить с лазерной резкой. Данный параметр можно соблюсти, разрезая металл, толщина которого 10 мм. Такой способ применяется при разрезании низколегированной или мягкой стали. Кислород применяют в качестве режущего элемента. Кромка после разреза остается ровной, заусенцы не образовываются. Кроме этого, в обработанной кромке металла содержится пониженное содержание азота;
- С применением защитного газа - в качестве такого газа используются защитный, плазмообразующий. С применением такой резки качество разрезания металла увеличивается, так как срез защищен от воздействия окружающей среды;
- С водой - вода во время разрезания металла защищает срез от влияния окружающей среды, охлаждает плазмотрон, все вредные испарения поглощаются водой.
Плазменная резка может быть разделительной, поверхностной. Чаще всего применяют разделительную резку.
Также разделяют резку по способам: дугой - при разрезании металла материал является частью электроцепи и струей - при разрезании металл не является частью электроцепи, дуга образовывается между электродами.
Преимущества резки плазмой
Плазменная резка имеет свои плюсы перед лазерной резкой:
- плазморезкой можно обработать любой металл: цветной, черный, тугоплавкий;
- скорость разрезания проходит быстрее, чем работа газовой резкой;
- плазморезкой доступна художественная работа - заготовки можно делать любой геометрической формы, доступна фигурная резка повышенной сложности, художественная резка металла плазмой и деталей;
- независимо от того, какова толщина разрезаемого металла, можно разрезать заготовку быстро, точно;
- плазморезкой можно разрезать не только металл, но и материалы, не содержащие в своем составе железа;
- разрезание материалов с помощью плазмы проходит гораздо эффективнее, быстрее, чем обычная резка механическим способом;
- в сравнении с лазерной резкой, плазморезка способна обрабатывать листы материала большой ширины, под углом. Изделия получаются с наименьшим количеством дефектов, загрязнений;
- при работе в воздух выбрасывается минимальное количество загрязняющих веществ;
- перед тем, как разрезать металл, его не нужно прогревать, таким образом сокращается время прожига;
- безопасность во время плазменной резки на высоком уровне, так как нет необходимости использовать газовые баллоны, которые очень взрывоопасны.
Наряду с преимуществами плазморезка имеет некоторые недостатки:
- высокая стоимость плазмотрона;
- толщина металла, который можно разрезать плазмотроном, не должна быть более 10 см;
- во время работы агрегат издает большой шум, так как газ подается на высокой скорости, близкой к скорости звука;
- плазмотрон необходимо правильно обслуживать;
- к плазмотрону нельзя прикрепить резаки, чтобы металл обрабатывать вручную.
Принцип действия плазмотрона
Плазменная резка металла проводится своими руками, которые не имеют в этом деле большого опыта. В данном разделе рассмотрен принцип действия прибора для плазменной резки.
Если в наличии есть специальный аппарат, то с легкостью можно разрезать металл, плитку из керамики, дерево или пластик своими руками, доступна также фигурная резка.
Кроме этого, аппаратом можно производить сварку цветных, черных металлов, закаливать элементы, выполнять огневую зачистку или отжиг поверхностей, производить художественную резку.
Пример действия плазморезки можно посмотреть на видео.
В отличие от лазерной, принцип резки плазмой заключается в нагревании до высокой температуры места нагрева именно плазмой. Она образуется в сопле из пара. Сопло имеет узкий канал.
В нем образовывается электродуга. Пар проходит через канал под давлением, вместе с этим дуга охлаждается.
Пар при выходе ионизируется, затем возникает струя плазмы, имеющая высокую температуру - до 6 тысяч градусов.
Схемы и чертежи помогут разобраться в конструкции плазморезки и в принципах образования режущей струи.
При проведении работ плазма не нагревает большой участок материала. Место, где разрез делала плазморезка, остывает гораздо быстрее, чем резка лазерной, механической техникой.
Рабочая жидкость в плазморезке призвана охлаждать сопло и катод, так как это самые нагруженные части аппарата.
Дуга стабилизируется в результате определенного отношения катода, сопла с паром. Резервуар плазмотрона содержит специальный материал, который впитывает влагу.
Он помогает рабочей жидкости переноситься к нагревателю. На катоде образовывается отрицательный заряд, на сопле - противоположный, в результате возникает дуга.
При воздействии плазморезкой своими руками, как и при лазерной, механической резке, следует быть осторожным и соблюдать правила безопасности.
Аппарат крайне травматичен для человека — высокое напряжение, нагрев, расплавленный материал.
Перед тем как приступать к работе, важно внимательно изучить схемы аппарата, осмотреть сопло, электрод, щиток на предмет закрепления.
Если они закреплены не надежно, работать плазморезкой нельзя. Также нельзя ударять аппаратом о металл с целью удаления брызг - так аппарат может повредиться.
Резка с помощью плазмы своими руками будет выполнена качественно, на срезе не будет окалины, заусенец, материал не деформируется, если при работе правильно рассчитать ток.
Чтобы это сделать, нужно применить действия, согласно схеме: подать высокий ток, произвести пару разрезов. По материалу будет видно, нужно снизить ток или оставить высоким.
Если для материала ток большой, то на нем будет образовываться окалина в результате его перегрева.
Технология работы плазморезкой
Перед тем как начать разрезание плазмой, стоит знать, как проходит весь процесс. В отличие от лазерной резки, горелку плазмы стоит разместить близко к краю материала.
После включения кнопки «пуск» будет зажжена сначала дежурная дуга, потом режущая. Горелку с режущей дугой необходимо медленно вести по материалу.
Причин можно отметить несколько: высокая скорость прохождения аппарата, низкий ток, горелка не находилась под углом в 90 гр. к разрезаемому металлу. Как правильно установить угол резки, показано на видео.
После завершения процесса, горелку нужно наклонить, как показывают схемы. Стоит помнить, что после выключения пуска, воздух будет идти еще какое-то время.
Проплавить полностью металл плазморезка сможет в тот момент, когда наклон составит 90 градусов и выше.
После включения аппарата — дождаться появления режущей дуги, создать между горелкой и материалом прямой угол. Так любая фигурная конструкция может получить отверстие.
При работе с плазморезкой стоит изучить схемы аппарата - в них указана наибольшая толщина металла, в котором можно сделать отверстие. Технология плазменной резки подробно показана на видео.
Как выбрать плазмотрон?
Чтобы производить резку металла плазморезкой своими руками, важно купить оборудование.
Резка с помощью плазмы может производиться двумя видами плазморезки:
- Инвенторная - имеет компактные размеры, для ее работы необходимо малое количество энергии, аппарат легкий с привлекательным дизайном. В то же время у него непродолжительное включение, перепады напряжения негативно скажутся на аппарате;
- Трансформаторная - высокая длительность включения, если напряжение будет скакать, плазморезка не выходит из строя. Размер, вес агрегата достаточно большие, энергии такая плазморезка также потребляет много.
При выборе плазмотрона для резки своими руками, рекомендуется обратить внимание на параметры.
Такая плазморезка сможет максимально удовлетворить потребности мастера и выполнить работу.
Мощность
В зависимости от того, каковы характеристики изделия, которое необходимо разрезать, выбирается мощность. Будет отличаться и размер сопла, тип газа.
Так, при мощности 60-90А плазморезка сможет справиться с металлом толщиной 30 мм.
Если необходимо разрезать большую толщину, то рекомендуется купить плазморезку с мощностью 90-170А.
Выбирая агрегат, учтите силу тока, напряжение, которое он сможет выдержать.
Время, скорость разрезания материала
Этот показатель меряют в см, которые аппарат сможет разрезать за 1 минуту. Одни плазморезки смогут разрезать металл за 1 минуту, а другие за 5.
При этом толщина материала будет одинаковая.
Если важно сократить время на резку, то стоит учесть скорость разрезания.
Аппараты отличаются временем работы - длительность разрезания металла, не перегреваясь.
Если указано, что длительность работы составляет 70 процентов, то это значит, что плазморезка будет работать 7 минут, после чего 3 минуты она должна остывать.
Если необходимо сделать длинные разрезы, то рекомендуется выбирать агрегаты с высокой продолжительностью работы.
Горелка плазморезки
Стоит оценить материал, который придется разрезать. Горелка плазморезки должна обладать мощностью, чтобы качественно его разрезать.
При этом стоит учесть, что условия работы могут быть сложными, резка - интенсивной.
Считается, что агрегаты с медным соплом очень прочные, почти не бьются, охлаждаются воздухом очень быстро.
На рукоятки таких плазморезок можно закрепить дополнительные элементы, поддерживающие наконечник сопла на определенном расстоянии. Это во много раз облегчает работу.
Если плазморезкой будет проводиться разрезание тонкого металла, то можно выбрать агрегат, в горелку которого поступает воздух.
Если планируется плазменная резка толстого металла, нужно предпочесть плазмотрон, в горелку которого будет подаваться азот.
Внешние характеристики
При плазморезке своими руками чаще всего выбирают переносные плазморезки, которые отличаются компактными размерами.
Ими не сложно управлять, не имея достаточного опыта, доступна фигурная резка.
Стационарные агрегаты имеют большой вес, предназначены для разрезания более толстых материалов, их цена соответственно будет больше.
Раскрой материалов потоком плазмы является высокотехнологичным, эффективным способом качественной их обработки. Ручная плазменная резка, проводимая соответствующим оборудованием, расширяет область применения этого вида работ.
2 Основная классификация плазменного оборудования для резки
Все устройства для плазменной резки делятся на:
- косвенного действия – для бесконтактной резки;
- прямого действия – для контактной.
Резаки первого типа используются для обработки неметаллических материалов. Такая техника является специфической и не востребована вне производства. При бесконтактном способе электрическая дуга зажигается между электродом и соплом плазмотрона.
Устройствами прямого действия режут различные металлы. При работе с ними разрезаемая деталь включена в электрическую схему плазменного аппарата, и электрическая дуга зажигается между ней и электродом, расположенном в сопле. Поток ионизированного газа подвергается нагреву на всем участке между местом своего выхода и поверхностью заготовки – струя плазмы обладает большей мощностью, чем в устройствах первого типа. Ручная плазменная выполняется только с помощью оборудования данного типа, контактным способом.
3 Устройства для ручной плазменной резки металлов
Они состоят из плазмотрона, источника питания, набора кабелей и шлангов, с помощью которых производится соединение плазмотрона с источником питания и газовым баллоном или компрессором. Плазмотрон (плазменный резак) – главный элемент такого оборудования. Иногда по ошибке так называют весь аппарат. Возможно, это обусловлено тем, что применяемые для плазмореза источники питания не отличаются от подобных им устройств и могут использоваться вместе со сварочным оборудованием. А единственным элементом, который отличает плазменный аппарат от другого устройства, и является плазмотрон. Его основные составляющие:
- сопло;
- электрод;
- термостойкий изолятор, расположенный между ними.
Плазмотрон – это оборудование, которое энергию электрической дуги преобразует в тепловую энергию плазмы.Внутри его корпуса имеется цилиндрическая камера с выходным каналом (соплом) очень маленького диаметра. В тыльной части камеры установлен электрод, который служит для образования электрической дуги. Сопло отвечает за скорость и форму потока плазмы. Аппарат ручной плазменной резки применяется для раскроя металла вручную – оператор держит плазмотрон в руках и ведет его над линией реза.
Так как рабочий инструмент находится все время на весу, и поэтому может быть подвержен перемещениям из-за непроизвольных движений исполнителя, это неизменно отражается на качестве раскроя. Рез может быть неровным, с наплывами, следами рывков и так далее. Для облегчения и улучшения качества работы существуют специальные подставки, упоры, надеваемые на сопло плазмотрона. Они позволяют поставить оборудование непосредственно на заготовку и вести его вдоль линии реза. Зазор между металлом и соплом в этом случае всегда будет соответствовать предъявляемым требованиям.
При ручной резке плазмообразующим и защитным (для охлаждения сопла и удаления продуктов резки) газом может быть воздух или азот. Они подаются от магистрали, баллона или встроенного в оборудование компрессора.
4 Источники питания ручных плазменных аппаратов для резки
Все источники питания ручных аппаратов работают от электросетей переменного тока. Большинство из них преобразуют получаемую электроэнергию в напряжение постоянного тока, а остальные служат только для усиления переменного тока. Такое распределение обусловлено тем, что у плазмотронов, работающих на постоянном токе, более высокий КПД. Переменный ток применяется в ряде случаев – к примеру, для раскроя алюминия и сплавов из него.
Источником питания может служить инвертор или трансформатор, подающий на плазмотрон ток большой силы. Инверторы обычно используют на маленьких производствах и в быту. Они обладают меньшими габаритами, весом и в энергопотреблении намного экономнее, чем трансформаторы. Инверторы чаще всего входят в состав ручного аппарата для . К достоинствам инверторных устройств относят КПД, который выше, чем у трансформаторных, на 30 %, и стабильное горение электрической дуги, а также компактность и возможность проводить работы в любых труднодоступных местах.
К недостаткам – ограничение по мощности (максимальная сила тока обычно составляет 70–100 А). Как правило, инверторные аппараты используют при разрезании заготовок сравнительно небольшой толщины.
Трансформаторные источники питания получили свое название из-за используемых в их конструкции низкочастотных трансформаторов. Они обладают гораздо большими габаритами и массой, но при этом могут иметь и более высокую, чем инверторные источники, мощность. Трансформаторные аппараты применяют для ручной и механизированной резки металлов различных толщин. Они более надежны, потому что при скачках напряжения не выходят из строя. Продолжительность их включения выше, чем у инверторных аппаратов, и может достигать значений в 100 %.
Продолжительность включения (ПВ) оказывает прямое влияние на специфику работы с оборудованием. Например, если ручная плазменная резка металла, оборудование для которой имеет ПВ 40 %, длилась без перерыва 4 минуты, то затем аппарату необходимо дать 6 минут отдыха для того, чтобы он остыл. Устройства с ПВ 100 % используют в производстве, где аппарат эксплуатируется на протяжении всего рабочего дня. Существенный недостаток трансформаторного оборудования – высокое энергопотребление.
5 Принцип работы аппаратов для ручной плазменной резки
После того, как установка ручной плазменной резки собрана (произведены все подключения и соединения ее элементов), металлическую заготовку подсоединяют к аппарату (инвертору или трансформатору) предусмотренным для этого кабелем. Оборудование подключают к электросети, плазмотрон подносят к обрабатываемому материалу на расстояние до 40 мм и производят зажигание дежурной (инициирующей ионизацию) электрической дуги. Затем открывают подачу газа.
После получения плазменной струи, которая обладает высокой электропроводимостью, в момент ее соприкосновения с металлом образуется рабочая (режущая) электрическая дуга. Одновременно автоматически отключается дежурная. Рабочая дуга поддерживает непрерывность процесса ионизации подаваемого газа, образования плазменного потока. Если она по какой-то причине погаснет, то требуется прекратить подачу газа, заново включить плазменный аппарат и зажечь дежурную дугу, а после этого пустить газ.
Плазменная резка — вид плазменной обработки материалов, при котором в качестве режущего инструмента вместо резца используется струя плазмы.
(Википедия)
Плазменная резка на сегодняшний день считается одним из наиболее эффективных способов прямолинейного и фигурного раскроя металла. Позволяет выполнять резание всех видов сталей, алюминия, меди, чугуна, титана, листового и профильного проката, осуществлять скос кромок под определенным углом.
Характерные преимущества процесса
Плазменная резка металла характеризуется такими особенностями:
- Высокая производительность. В 5-10 раз выше скорость раскроя сравнительно с газокислородным способом. Уступает по данному параметру лишь лазерному резанию.
- Универсальность. Возможен раскрой практически любого материала, достаточно установить оптимальные параметры процесса - мощность и давление газа.
- Качество подготовки не имеет особого значения - лакокрасочное покрытие, грязь или ржавчина на металле для плазменной резки не страшны.
- Повышенное качество и точность. Современные агрегаты обеспечивают минимальную ширину реза, относительно чистые без чрезмерного количества окалины на кромках - в большинстве случаев не нуждаются в дополнительной механической обработке и даже зачистке.
- Небольшая зона термического влияния способствует минимизации деформации вырезаемых заготовок в результате воздействия повышенной температуры.
- Возможность фигурной вырезки сложных геометрических форм.
- Безопасность процесса в отличие от газо-кислородной резки, где присутствуют баллоны со сжатым кислородом и горючим газом.
- Агрегаты для плазменной резки металла просты в обслуживании и эксплуатации.
Что представляет собой процесс плазменной резки металла?
Плазма - токопроводящий ионизированный газ высокой температуры. Образуется струя в специальном устройстве - плазмотроне . Он состоит из таких основных элементов:
- Электрод (катод) - оснащен вставкой из материала с высокой термоэлектронной эмиссией (гафний, цирконий), которая выгорает в процессе эксплуатации и при выработке более 2 мм требует замены.
- Механизм закрутки газового потока.
- Сопло - как правило, изолированное от катода специальной втулкой.
- Кожух - защищает внутренние компоненты от брызг расплавленного металла и металлической пыли.
Имеет 2 провода - анод (с положительным зарядом) и катод (с отрицательным зарядом). «Плюсовой» провод подсоединяется к разрезаемому металлопрокату, «минусовой» - к электроду.
В начале процесса плазменной резки металла поджигается дежурная дуга между катодом и наконечником, которая выдувается из сопла, а при касании к обрабатываемому изделию образует уже режущую дугу.
При заполнении формирующего канала в плазмотроне столбом дуги в дуговую камеру под давлением в несколько атмосфер начинает подаваться плазмообразующий газ, который подвергается нагреву и ионизации, что способствует его увеличению в объеме. Это ведет к его истеканию из сопла с большой скоростью (до 3 км/сек.), а температура дуги в этот момент может достигать от 5000 до 30000 °C.
Небольшое отверстие в сопле сужает дугу, что способствует ее направленному воздействию в определенную точку на металле, который практически мгновенно нагревается до температуры плавления и выдувается из зоны реза.
После прохождения плазмотроном по заданному контуру получается заготовка необходимых размеров и формы с ровными кромками и минимальным количеством окалины на них.
Плазмообразующие газы для раскроя различных металлов
Для плазменной резки металлов могут использоваться как активные, так и неактивные газы. Их выбор осуществляется в зависимости от разновидности металла и его толщины:
- Азотоводородная смесь предназначена для меди, алюминия и сплавов на их основе. Максимально возможная толщина - 100 мм. Неприменима для титана и всех марок сталей.
- Азот с аргоном используется в основном для плазменной резки высоколегированных марок сталей, толщина которых не превышает 50 мм, но не рекомендована смесь для черных металлов, титана, меди и алюминия.
- Азот. С его помощью выполняется раскрой сталей с низким содержанием углерода и легирующих элементов толщиной до 30 мм, высоколегированных - до 75 мм, меди и алюминия - до 20 мм, латуни - до 90 мм, титана неограниченной толщины.
- Сжатый воздух. Оптимально подходит для воздушно-плазменной резки черных металлов и меди толщиной до 60 мм, а также алюминия - до 70 мм. Не предназначен для титана.
- Смесь аргона с водородом - раскрой сплавов на основе алюминия и меди, сталей с большим содержанием легирующих элементов толщиной свыше 100 мм. Не рекомендуется использовать для низкоуглеродистых, углеродистых, низколегированных марок сталей и титана.
Но недостаточно просто подключить баллон с необходимым плазмообразующим газом, так как от его состава зависят многие технические характеристики оборудования:
- мощность и внешние (статистические и динамические) характеристики источника питания;
- циклограмма аппарата;
- способ крепления катода в плазмотроне, а также материал, из которого он изготовлен;
- тип конструкции механизма охлаждения для сопла плазмотрона.
Советы по плазменной резке цветных и легированных металлов:
- При ручном раскрое высоколегированных марок сталей в качестве плазмообразующего газа рекомендуется использовать азот.
- Для обеспечения стабильного горения дуги при ручном резании алюминия аргоноводородной смесью в ней должно содержаться не более 20 % водорода.
- Латунь лучше всего режется азотом и азотоводородной смесью, а также характеризуется более высокой скоростью раскроя.
- Медь после разделительного резания в обязательном порядке подвергается зачистке по плоскости реза на глубину 1-1,5 мм. К латуни данное требование не относится.
Области применения плазменной резки
Благодаря высокой производительности, универсальности и доступной стоимости плазменная резка металлов пользуется огромным спросом во многих отраслях промышленности:
- металлообрабатывающие предприятия и компании;
- авиа-, судо- и автомобилестроение;
- строительная промышленность;
- предприятия тяжелого машиностроения;
- металлургические заводы;
- изготовление металлоконструкций.
Все сферы использования перечислить просто невозможно - ручные аппараты и автоматические машины для плазменной резки металлов можно встретить практически повсеместно. Их применяют как крупные заводы по изготовлению металлоконструкций, так и небольшие фирмы, специализирующиеся на художественной ковке и обработке деталей.
Особое место среди данного оборудования занимают машины для плазменной резки металлов с ЧПУ - они сводят к минимуму человеческий фактор, значительно повышают производительность. Но основным их преимуществом является сокращение расхода металлопроката благодаря возможности создания специальных программ. Высококвалифицированные технологи разрабатывают карты раскроя, представляющие собой виртуальный лист металла определенных размеров, на котором они максимально плотно укладывают заготовки с учетом ширины реза и многих других параметров процесса с целью более рационального использования металлопроката.
Тонкости процесса раскроя металла
Для получения качественной заготовки в процессе плазменной резки требуется поддержание постоянного расстояния между соплом и разрезаемым металлом - как правило, в пределах 3-15 мм. В противном случае возможно увеличение ширины реза, зоны термического влияния, несоответствие заготовки заданным размерам.
Ток в процессе работы должен быть минимальным для определенного материала и толщины. Завышенные его значения и, соответственно, повышенный расход плазмообразующего газа являются причиной ускоренного износа катода и сопла плазмотрона.
Самая сложная операция в процессе плазменной резки металла - пробивка отверстий. Это вызвано большой вероятностью образования двойной дуги и поломкой плазмотрона. Пробивка производится на увеличенном расстоянии между катодом и анодом - между соплом и поверхностью материала должно быть 20-25 мм. После сквозной пробивки плазмотрон опускается в рабочее положение.