Плазменная резка металла. Что нужно знать о плазменной резке металла Порядок работы ручной плазменной резки

Применение плазменной резки имеет широкое распространение. Она используется в машиностроении, коммунальной отрасли, при строительстве судов, изготовлении конструкций из металла. В основе плазменной резки лежит принцип, при котором ионизированный воздух начинает проводить электрический ток.

Разделку металла осуществляют плазма, представляющая собой разогретый ионизированный воздух, и плазменная дуга. Характерные для плазменной резки металла принципы работы будут описаны далее.

Что представляет собой плазменная резка

При резке металла плазмой происходит усиление электродуги. Это возможно благодаря действию газа, находящегося под давлением. Режущий элемент разогревается до высоких температурных значений, результатом чего становится высококачественная и быстрая разрезка металла.

В отличие от ее плазменный аналог не способствует перегреванию всего обрабатываемого изделия. Высокая температура возникает непосредственно в месте разделки металла, а остальные части изделия не прогреваются и не деформируются.

Принцип плазменной резки металла основывается на:

• выдаче необходимого напряжения источником тока (стандартное напряжение - 220 В, повышенное - 380 В, для резки металла на крупных предприятиях);
• передаче тока к плазмотрону (горелке) через кабели, в результате между анодом и катодом загорается электродуга;
• подаче компрессором по шлангам воздушных потоков в устройство;
• действии внутри плазмотрона завихрителей, направляющих потоки к электрической дуге;
• прохождении вихревых потоков воздуха через электродугу и создании ионизирующего воздуха, разогретого до высоких температур;
• замыкании рабочей дуги между электродом и обрабатываемой поверхностью при поднесении плазмотрона к ней;
• действии воздуха под большим давлением и высокой температурой на обрабатываемое изделие.

В результате получается разрез небольшой толщины с минимальными наплывами.

Дуга способна гореть в дежурном режиме, если аппарат не используется в конкретное время. При дежурном режиме горение поддерживается автоматически. При поднесении горелки к изделию дуга мгновенно переходит в рабочий режим и моментально разрезает металл.

После выключения аппарата производится его продувание для удаления мусора и остужения электродов.

Электродуга универсальна в своем действии. Она способна не только разрезать, но и сваривать металлические изделия. Для сваривания применяют присадочную проволоку, подходящую к конкретному типу металла. Через дугу пропускают не воздух, а инертный газ.

Структура плазмореза

Называют аппарат, которым осуществляется резка металлических изделий различными способами. В устройство агрегата входят элементы:

• источник электрического питания;
• компрессор;
• плазмотрон;
• кабель-шланги.

В качестве источников питания выступают несколько устройств:

• инвертор;
• трансформатор.

Каждое из устройств имеет ряд достоинств и недостатков. К достоинствам инвертора относятся:

• дешевизна;
• стабильность горения дуги;
• удобство при применении в участках с затрудненным доступом;
• небольшой вес;
• высокий КПД, превышающий аналогичный показатель для трансформатора на 30%;
• экономичность.

Какие есть недостатки и ограничения?

Основным недостатком инвертора является невозможность его использования для нарезания металлических изделий большой толщины.

Трансформатор эффективно используется при резке толстостенного металла, с которым не справится инвертор. Он выдерживает перепады сетевого напряжения, но отличается низким КПД. Неудобны трансформаторы по причине своего большого веса.

Компрессор представляет собой устройство, подающее воздух к электродуге. Механизм способствует созданию вихревых воздушных потоков, направляемых к ней. Компрессором обеспечивается четкое нахождение катодного пятна дуги в центре электрода. При нарушении процесса возникают последствия в виде:

• образования сразу двух электродуг;
• слабого горения дуги;
• поломки плазмотрона.

Через компрессор в процессе работы обычного непромышленного плазмореза пропускается только сжатый воздух. Он создает плазму и охлаждает электроды. На промышленных агрегатах применяют смеси газов на основе кислорода, гелия, азота, аргона, водорода.

Плазмотрон выполняет основную функцию аппарата - режет изделие. В его устройство входят:

• охладитель;
• электрод;
• колпак;
• сопло.

Внутри плазмотрона содержится гафниевый электрод, возбуждающий электродугу. Применяются циркониевые, реже бериллиевые и ториевые электроды. Их оксиды токсичны и даже радиоактивны.

Через плазмотронное сопло проходит плазменная струя, разрезающая изделия. От его диаметра зависят качество резки, технология, скорость работы агрегата, ширина разреза и скорость охлаждения.

Через кабель проходит ток, идущий от инвертора или трансформатора. По шлангам движется сжатый воздух, образующий плазму в плазмотроне.

Понять, как работает , позволяет последовательное изучение этапов плазменной резки металлов:

• нажимается кнопка розжига, приводящая к началу подачи тока от трансформатора или инвертора к плазмотрону;
• внутри плазмотрона появляется дежурная электродуга с температурой 70000С;
• происходит зажигание дуги между наконечником сопла и электродом;
• происходит поступление сжатого воздуха в камеру, который проходит через дугу, нагреваясь и ионизируясь;
• в сопле происходит обжатие поступающего воздуха, вырывающегося из него единым потоком со скоростью 3 м/с;
• обжатый воздух, вырывающийся из сопла, разогревается до 300000С, превращаясь в плазму;
• при соприкосновении плазмы с изделием дежурная дуга гаснет, зажигается режущая (рабочая);
• рабочая дуга плавит металл в месте воздействия, результатом становится рез;
• части расплавленного металла сдуваются с изделия воздушными потоками, вырывающимися из сопла.

Любая технология плазменной резки металла зависит от скорости реза и расхода воздуха. Высокая скорость способствует появлению более тонкого реза. При низкой скорости и высокой силе тока ширина реза становится больше.

При усиленном расходе воздуха происходит увеличение скорости резки. Чем больше диаметр сопла, тем меньше скорость и шире рез.

Методики резки

На практике используются два способа нарезания металла плазмой:

• струей из плазмы;
• плазменно-дуговым способом.

Нарезание плазменной струей нашло применение при обработке неметаллических изделий, не способных проводить электроток. При указанном способе обработки изделие не является частью электросхемы. Горение дуги происходит между электродом и наконечником плазмотрона. Изделие разрезается плазменной струей.

Применение плазменно-дугового способа широко. Он используется при:

• нарезании профилей, труб;
• изготовлении изделий с прямолинейными контурами;
• обработке литья;
• формировании отверстий в металле;
• производстве сварочных заготовок.

Горение дуги происходит между электродом и изделием. Столб дуги совмещается с плазменной струей. Струя возникает за счет продуваемого через работающий компрессор газа, сильно нагревающегося и ионизирующегося в процессе. Газ способствует образованию плазмы, а за счет его высокой температуры увеличивается скорость нарезания обрабатываемого металла. Данный метод подразумевает применение дуги постоянного тока с прямой полярностью.

Разновидности резки плазмой

Выделяют три разновидности процесса:

• простая - с применением электротока и воздуха (альтернативой является азот);
• с применением воды, выполняющей функцию охлаждения плазмотрона, его защиты и поглощения выделений;
• с применением защитного газа, повышающего качество реза.

Плюсы и минусы плазморезки

Плюсы	Минусы
Универсальность применения (предназначена для обработки любых металлических изделий при условии, если подобрано устройство правильной мощности с требуемым давлением воздуха).	Небольшой диапазон толщины реза (не более 100 мм).
Минимальный вред окружающей среде.	Вред окружающей среде и здоровью (мастер, работавший с плазморезом, для которого в качестве газа предусмотрен азот, получает серьезное отравление).
Высокая производительность, уступающая только лазерной резке, но выигрывающая в себестоимости.	Высокая цена агрегата.
Высокое качество работы, отличающееся небольшой шириной реза и отсутствием сильного перегрева всего изделия при его обработке плазмой.	Сложная конструкция.
Отсутствие потребности в прогреве всего изделия, влияющего на его качество.	Повышенный уровень шума при работе.
Безопасность процесса по причине отсутствия необходимости использовать газовые баллоны.	Максимально допустимый угол отклонения от перпендикулярности реза составляет всего 100- 500 в зависимости от толщины изделия.

В настоящее время на крупных промышленных объектах и небольших предприятиях активно используется ручная плазменная резка, которая дает возможность произвести максимально точную обработку металлов практически любой толщины и конфигурации.

Еще совсем недавно для того, чтобы сделать необходимый рез на металлической поверхности, приходилось прибегать к достаточно громоздким и совершенно неудобным газовым резакам, которые к тому же не всегда могли справиться с поставленной задачей.

Современное оборудование имеет не только компактные размеры, но и обладает высокими функциональными возможностями и большим потенциалом работы.

Следует отметить и то, что аппарат для плазменной ручной резки достаточно просто освоить, а сама технология выполнения работ доступна даже не квалифицированным умельцам.

В специализированных магазинах можно найти большой выбор ручных устройств, предназначенных для плазменной резки металлов.

Несмотря на то, что цена на данное оборудование достаточно высокая, оно пользуется большим спросом, в первую очередь, из-за своих функциональных возможностей.

На видео, которое размещено ниже, можно наблюдать технологию работы на ручном устройстве для резки при помощи плазмы.

Ручная плазменная резка, при которой используется ручной плазменный аппарат, можно отнести к термической обработке, при которой материал плавится.

В данном конкретном случае основным режущим инструментом является поток низкотемпературной плазмы под большим давлением, которая образуется за счет некоторых специфических процессов.

Используемое для работы плазменное оборудование обязательно имеет специальный электрод, который при помощи сопла и рабочего металла создает электрическую дугу, внешняя температура которой в некоторых отдельных случаях достигает нескольких тысяч градусов по Цельсию.

В определенный момент в сопло начинает подаваться под большим давлением специальный газ, что способствует тому, что рабочая температура многократно повышается, а это, в свою очередь, приводит к ионизации газа и, соответственно, преобразование его в плазму, которую называют низкотемпературной.

Следует отметить и то, что ионизация имеет свойство при нагреве от дуги возрастать, а это делает температуру газового потока еще большей. Сам рабочий поток ярко светится и становится электропроводным.

Аппарат, используемый для обработки металла при помощи плазмы, способен локально разогревать металлическую заготовку и плавить ее непосредственно в необходимом месте реза.

Для того чтобы получить плазму, необходимо в определенных пропорциях смешать определенные виды газов.

За основу берется атмосферный воздух, который смешивается с кислородом, азотом, а также водородом и аргоном. В состав плазмы также входит водяной пар.

Для того чтобы при работе сопло не оплавилось под воздействием высоких температур, предусмотрено его специальное охлаждение за счет потока жидкости или газа.

Конечно, использовать в быту аппарат для плазменной резки достаточно проблематично, так как требуются определенные условия его эксплуатации, однако данное оборудование установлено на многих промышленных предприятиях.

Стоит отметить, что цена такого устройства достаточно высокая и для многих домашних мастеров просто не подъемная.

В настоящее время такое оборудование активно используется в самых разных сферах и дает возможность получать не только ровный, но и аккуратный рез.

Более подробно узнать о возможностях ручных аппаратов для плазменной резки можно на видео, которое размещено ниже.

Классификация и характеристики оборудования

То оборудование, которое используется для плазменной резки металлических заготовок, можно поделить в зависимости от его действия на обрабатываемую поверхность.

Для бесконтактной резки используется оборудование косвенного действия, в свою очередь, для контактной – прямого.

Резка косвенного действия используется при необходимости провести обработку неметаллических заготовок, соответственно, второй тип резки используется исключительно для работы с металлами.

В этом случае и аппарат, и сама обрабатываемая деталь включатся в единую схему, что и приводит к образованию необходимой дуги.

Идущий из сопла ионизированный поток газа равномерно прогревается по всему участку, вплоть до самой заготовки. Для того чтобы работать с металлом, требуется оборудование, предназначенное только для прямого действия.

Используемый для плазменной резки ручной аппарат получает питание от электрической сети.

Следует отметить, что данный тип резки металлов является не только востребованным, но и экономически обоснованным, даже несмотря на то, что цена оборудования достаточно высокая.

В настоящее время резка плазмой уже стала традиционным способом обработки металлов.

Для того чтобы выполнить необходимую раскройку материалов при использовании аппарата для плазменной резки, не нужно обладать специальной подготовкой и иметь квалификацию.

Работа выполняется достаточно быстро при минимальных трудозатратах.

За счет того, что в рабочем процессе активно участвует воздух, удается сократить расход газа, однако при этом значительно увеличивается вес и габариты используемого оборудования.

Современные устройства, которые применяются для ручной резки плазмой, имеют компактные размеры и привлекательный внешний вид.

Они дополнительно для повышения удобства эксплуатации оснащаются подъемными ручками, всевозможными колесиками, а их корпуса производятся преимущественно из легких композитных материалов.

На видео ниже представлен ручной аппарат для плазменной резки.

Конструктивные особенности

Ручное плазменное оборудование состоит из нескольких технологических элементов, которые и обеспечивают его работоспособность.

Одним из главных элементов является сам плазмотрон, функционирование которого обеспечивает источник заданного питания с определенными рабочими параметрами.

Также в состав ручного плазменного аппарата в обязательном порядке входят набор кабелей, специальных шлангов с соответствующим сечением.

Дополнительно работу плазменного аппарата обеспечивает универсальный компрессор. Стоит отметить, что плазмотрон, который и выполняет роль резака, имеет достаточно сложную конструкцию.

В его состав входят непосредственно само сопло и специальный электрод, между которыми особым образом устроен изолятор с высокими показателями термостойкости.

Именно в плазмотроне происходит преобразование дуги электричества в тепловую энергию плазмы. Скорость, а также форму потока плазмы регулирует сопло, имеющее сложную конструкцию.

При работе на ручном плазменном аппарате оператор самостоятельно контролирует ровность линии реза.

Большое значение при работе на ручном плазменном аппарате имеет опыт оператора.

Так как рабочий аппарат человек постоянно держит на весу, возможны непроизвольные движения, которые могут привести к появлению дефектов и снижению качества выполняемого раскроя.

Неопытный оператор может сделать рез не только неровным, но и с наплывами и следами рывков.

Чтобы этого не произошло, выпускаются самые разные дополнительные устройства в виде упоров и подставок.

При их использовании даже у неопытного оператора рез получается максимально ровный и качественный.

Ручной агрегат для плазменной резки металлов — это огромные функциональные возможности в области обработки металлов различной толщины и конфигурации.

Посмотреть, как производится процесс резки металлов при помощи аппарата плазменного ручного типа, можно на видео, которое размещено ниже.

Качество выполняемой обработки напрямую зависит от конфигурации и типа сопла, так, в частности, его диаметр может влиять на скорость образования и формирование самой дуги.

Кроме этого, этот показатель оказывает влияние на объем пропускаемого воздуха или газа, а также ширину реза.

Правильно подобранный диаметр позволяет получить на выходе чистый и качественный рез с ровными кромками.

Следует отметить то, что сопло можно в любой момент поменять на новое, а кроме этого, есть возможность увеличить его длину, что позволит несколько улучшить режущие характеристики.

Перед началом работ на ручном аппарате следует тщательно проверить всю схему подключения используемого оборудования, а также исправность кабелей и шлангов.

Не следует перегружать аппарат, так как это может привести к его поломке.

Несмотря на то, что цена такого типа оборудования достаточно высокая, оно достаточно быстро окупается. Все же цена не должна быть определяющим фактором при выборе оборудования.

На видео, которое размещены в нашей статье, можно увидеть все достоинства плазменной резки при помощи ручного типа устройства.

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.

Резка металла - технологический процесс разделения монолитной детали на отдельные части. Операция выполняется механическим способом (рубка, распиливание), гидроабразивным (суспензия из воды и абразивного материала) или термическим (нагрев).

Последний вид - это газокислородная, лазерная и плазменная резка металла.

Что такое плазменная резка? Это обработка металлических изделий, где резцом служит струя плазмы.

Плазма, представляет собой поток ионизированного газа, разогретого до нескольких тысяч градусов. Содержит частицы с положительным и отрицательным зарядом. Имеет квазинейтральные свойства. То есть, в бесконечно малом объёме, суммарный заряд уравновешивается и равен нулю.

Тем не менее, наличие свободных радикалов, означает, что плазма является проводником электричества. Сочетание высокой температуры, электропроводности и высокой скорости потока (больше скорости звука) позволило в прошлом веке разработать и создать для резки металла плазменное оборудование.

Принцип действия

Как работает плазма, - применяются два способа обработки металлических деталей:

• рез прямого действия, или плазменно-дуговая резка металлов;
• рез косвенным воздействием.

Резак прямого действия

Между резаком (катодный узел) и изделием (анод) зажигают электрическую дугу. Катод (электрод) помещён внутрь корпуса, имеющего сопло. Газ, под давлением, проходя мимо электрода, разогревается до высоких температур и ионизируется. Высокая скорость потока создаётся при прохождении сопла. Электродуга плавит металл. Раскалённый газ обеспечивает вывод из зоны нагрева.

Резак косвенного действия

Этот метод позволяет обрабатывать обычные металлы, но, и с малой электрической проводимостью, и диэлектрики. В отличие от предыдущей схемы, источник электроискры помещён в резаке. Поэтому, воздействие на обрабатываемые изделия оказывает только поток плазмы. Стоит такое оборудование значительно дороже, нежели модели прямого действия.

Оба вида резаков имеют общее научно-техническое название, - плазматрон (буквально, - генератор плазмы).

Преимущества плазменной обработки

По сравнению с другими видами обработки металла, этот способ обладает рядом потребительских свойств:

• возможность обработки заготовок из различных металлов, а также неметаллических изделий;
• скорость обработки небольших толщин (до 50 мм) в 25 раз выше, нежели посредством ;
• локальный разогрев детали происходит только в месте воздействия, что способствует отсутствию тепловых напряжений и деформации изделия;
• качественный и чистый распил метала, - в месте обработки малая шероховатость поверхности;
• отсутствие взрывоопасных веществ и предметов, - горючих газов, баллонов под давлением и т.п.;
• способ позволяет производить сложные геометрические резы.

Какое оборудование применяют

Для резки металла плазмой выпускаются агрегаты промышленного и бытового назначения. Первые представляют собой сложный многофункциональный комплекс с автоматизированным процессом (станки с ЧПУ). Вторые - небольшие аппараты, работающие от сети 220V или 380 V.

Источник плазменной резки в бытовых приборах, - инвертор (сварочный генератор) или трансформатор. Первый вид меньше по габаритам, удобнее в обращении. Второй - обладает высокой надёжностью, длительным сроком эксплуатации. Рабочее тело - подготовленный атмосферный воздух.

Мощности ручного агрегата хватает для распила металла толщиной до 15–20 мм. Отдельные модели оснащены функцией бесконтактного зажигания дуги. В комплектацию входит плазмотрон и устройство подготовки воздуха.

Используются в домашних мастерских, условиях профессионального производства и строительства:

• плазменная река листового металла;
• обработка цилиндрических изделий, в том числе стальных труб;
• вырезка сложных геометрических фигур, в том числе отверстий;
• обработка керамических и каменных изделий и другие виды промысла.

Этот вид оборудования существенно превосходит по своему функционалу и удобству пользования обычную газокислородную резку. Не только по габаритам, но и по технике безопасности.

Модель бытового плазматрона показана на фото.

Свойства технологии

Промышленные и бытовые приборы объединяют общие принципы работы плазменной резки:

• создание электродуги;
• образование ионизированного газа;
• создание высокоскоростного потока плазмы;
• воздействие этой активной средой на обрабатываемый материал.

Для плазменно-дуговой резки характерны:

• Температура потока. Величины находятся в диапазоне 5000–30000°C. Определяется видом обрабатываемого материала: нижние значения используют для цветных металлов, верхние - для тугоплавких сталей.
• Скорость потока. Значения в пределах 500–1500 м/с. Настраивается под определённый вид обработки:
  • толщина заготовки;
  • вид материала;
  • тип распила (прямой или криволинейный);
  • длительность работы плазматрона.
• Газ, применяемый для плазменной резки. При обработке чёрных металлов (сталей) используют активную группу, - кислород (O2) и воздух. Для цветных металлов и сплавов, - неактивную: азот (N2), аргон (Ar), водород (H2), водяной пар. Объясняется тем, что цветные металлы окисляются кислородом (начинают гореть), поэтому применяется среда защитных газов. Кроме этого, комбинируя состав газовой смеси, можно повысить качество обработки.
• Ширина разреза. Здесь наблюдается прямая последовательность: с ростом показателей, увеличивается ширина реза. На её величину влияет:
  • толщина метала и его вид;
  • диаметр сопла;
  • сила тока;
  • расход газа;
  • скорость реза.
• Производительность. Определяется скоростью обработки. Например, для бытовых агрегатов и по ГОСТ, величина не превышает 6,5–7 м/мин (~0,11 м/сек). Зависит от толщины, вида металла, скорости газовой струи. Естественно, что с увеличением размеров, скорость обработки падает.

Качество обработки

Качество реза - важный фактор при обработке металла, особенно, если это плазменная резка труб. Определяется режимом работы, мастерством исполнителя. Плазменно-дуговая резка регламентируется ГОСТ 14792-80. Международный стандарт качества - ISO 9013-2002.

Документами определяются основные критерии:

1. Допуск на перпендикулярность или угловатость. Показывает отклонения от перпендикуляра и плоскости реза к поверхности обрабатываемого изделия.
2. Оплавление верхнего края. Трещины в точках обработки не допускаются. Верхний край может быть острым, оплавленным, оплавленно-нависающим.
3. Шероховатость. По ГОСТ делится на три класса, 1, 2 и 3.

Виды плазменнй резки

Технология плазменной резки металла - это набор нескольких способов. Плазменно-дуговая резка подразделяется:

1. воздушно-плазменный способ резки металла;
2. газоплазменная;
3. лазерно-плазменный способ резки.

Первые два вида схожи по принципу действия, - электродуга плюс ионизированный поток раскалённого газа. Отличие в рабочем теле. В первом случае - воздух, во втором - какой-либо газ или водяной пар.

По способу обработки заготовок толщиной до 200 мм, применяется комбинированное оборудование. Современная промышленная установка сочетает термообработку газовой струёй или использование плазмотрона. Станки для резки оснащены модулем ЧПУ (числовое программное управление). Выполняют раскрой листового металла по прямой или криволинейной траектории.

Ручная плазменная резка - это классическая плазменно-дуговая резка. Переносные агрегаты (бытового уровня) режут чёрный металл с помощью воздушной ионизированной струи. Расширение ассортимента газов, влечёт значительное усложнение оборудования и рост его стоимости.

Лазерно-плазменная

Представляет собой комбинацию на одном станке. Лазерная резка применяется для работ с толщинами до 6 мм. Более размерные листы обрабатываются с помощью плазменно-дуговой резки.

Лазерная и пламенная резка, в сочетании на одном станке с ЧПУ, повышает производительность. Позволяют формировать различные линии раскроя, в том числе, рез отверстий.

Лазерная или плазменная резка, совмещённые на одном устройстве, значительно экономят производственные площади. Плазменно-дуговая резка используется на габаритных заготовках. Лазерная - при обработке мелких деталей с повышенными требованиями к точности раскроя.

Принципиальное отличие лазерного метода от плазменного, - источник нагрева. В лазере - это сфокусированный световой луч. Зона контакта чрезвычайно мала, поэтому удаётся получить локальное воздействие на деталь. Благодаря этому, ширина распила мала, качество раскроя выше, нежели плазматроном.

Из-за этого, плазменная резка труб постепенно сдаёт позиции там, где требуется высокая точность раскроя и предъявляется повышенное качество к краю изделия.

Обработка титана

В космической, авиационной, медицинской и других видах промышленности большую популярность завоёвывает титан и его сплавы. Сочетание прочности, малой плотности - основные плюсы этого вещества. Но, этот металл химически активен и тугоплавок.

Вследствие таких характеристик, его трудно подвергать механической и термической обработке. Режущий применять нельзя, - металл сгорит. Отсюда, резка титана хорошо освоена на плазматроне и лазерным способом.

Кроме обычного прямого раскроя, плазменно-лазерный способ позволяет выполнять пространственную обработку сложных геометрических форм, например, сопряжение нескольких отверстий.

Пример плазменной резки металла, посредством плазматрона, можно увидеть на видео.

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:

1. Высокая производительность. В 5-10 раз выше скорость раскроя сравнительно с газокислородным способом. Уступает по данному параметру лишь лазерному резанию.
2. Универсальность. Возможен раскрой практически любого материала, достаточно установить оптимальные параметры процесса - мощность и давление газа.
3. Качество подготовки не имеет особого значения - лакокрасочное покрытие, грязь или ржавчина на металле для плазменной резки не страшны.
4. 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.
5. Небольшая зона термического влияния способствует минимизации деформации вырезаемых заготовок в результате воздействия повышенной температуры.
6. Возможность фигурной вырезки сложных геометрических форм.
7. Безопасность процесса в отличие от газо-кислородной резки, где присутствуют баллоны со сжатым кислородом и горючим газом.
8. 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:

1. 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.
2. Механизм закрутки газового потока.
3. Сопло - как правило, изолированное от катода специальной втулкой.
4. 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.