Плазменная резка металла хорошо подходит для разделывания высоколегированных сталей. Такой метод превосходит газовые резаки минимальной зоной прогрева, позволяющей быстро произвести рез, но избежать деформации поверхности от перегрева. В отличие от механических способов реза («болгаркой» или станком), плазмотроны способны выполнять разделывание поверхности по любому рисунку, получая уникальные цельные формы с минимальными отходами материала. Как устроенны и работают подобные аппараты? Какова технология процесса резки?
Плазменная резка металла и ее принципы работы основаны на усилении электрической дуги, путем разгона газом под давлением. Это увеличивает температуру режущего элемента в несколько раз, в отличие от пропан-кислородного пламени, что позволяет быстро осуществить рез, не дав высокому коэффициенту теплопроводности материала передать температуру на остальную часть изделия и деформировать конструкцию.
Плазменная резка металла на видео дает общее представление о происходящем процессе. Суть метода следующая:
- Источник тока (питающийся от 220 V для небольших моделей, и 380 V для промышленных установок, рассчитанных на большую толщину металла) выдает требуемое напряжение.
- По кабелям ток передается на плазмотрон (горелку в руках сварщика-резчика). В устройстве находится катод и анод - электроды, между которыми загорается электрическая дуга.
- Компрессор нагнетает поток воздуха, передающегося по шлангам в аппарат. В плазмотроне имеются специальные завихрители, способствующие направлению и закручиванию воздуха. Поток пронизывает электрическую дугу, ионизируя ее и разгоняя температуру во много раз. Получается плазма. Данная дуга называется дежурной, поскольку горит для поддержания работы.
- Во многих случаях используется кабель массы, который подсоединяется к разрезаемому материалу. Поднеся плазмотрон к изделию, дуга замыкается между электродом и поверхностью. Такая дуга называется рабочей. Большая температура и давление воздуха пронизывают требуемое место в изделии, оставляя тонкий рез и небольшие наплывы, легко удаляемые постукиванием. Если контакт с поверхностью теряется, то дуга автоматически продолжает гореть в дежурном режиме. Повторное поднесение к изделию позволяет сразу продолжать резку.
- После окончания работы, кнопка на плазмотроне отпускается, что выключает все виды электрической дуги. Некоторое время выполняется продувка воздухом системы для удаления мусора и охлаждения электродов.
Режущий элемент - ионизированная дуга плазмотрона, позволяет не только разделывать материал на части, но и сваривать его обратно. Для этого используют присадочную проволоку, соответствующую по составу для конкретного вида металла, а вместо обычного воздуха подается инертный газ.
Разновидности плазменной резки и принципов работы
Разделывание металлов ионизированной высокотемпературной дугой имеет несколько модификаций по используемому подходу и предназначению. В одних случаях электрическая цепь, для выполнения реза, должна замкнуться между плазмотроном и изделием. Это подходит для всех видов токопроводящих металлов. От аппарата исходит два провода, один из которых проходит в горелку, а второй крепится к обрабатываемой поверхности.
Второй метод заключается в горении дуги между катодом и анодом, заключенными в сопле плазмотрона, и способности осуществить рез этой же дугой. Данный способ хорошо подходит к материалам неспособным проводить ток. В этом случае от аппарата исходит один кабель ведущий к горелке. Дуга постоянно горит в рабочем состоянии. Все это относится к воздушно-плазменной резке металла.
Но бывают модели плазморезов, где в качестве ионизирующего вещества используется пар от заливаемой жидкости. Такие модели работают без компрессора. В них имеется небольшой резервуар для заливки дистиллированной воды, подающейся на электроды. Испаряясь, создается давление, усиливающее электрическую дугу.
Преимущества плазморезов
Принципы работы плазменной резки, использующей высокотемпературную дугу, позволяют получать ряд преимуществ перед другими видами разделывания металла, а именно:
- Возможность обрабатывать любые виды стали, включая металлы с высоким коэффициентом теплового расширения.
- Разрезание материалов не проводящих электрический ток.
- Высокая скорость проводимых работ.
- Легкая обучаемость рабочему процессу.
- Разнообразные линии реза, включая фигурные формы.
- Высокая точность резки.
- Малая последующая обработка поверхности.
- Меньшее загрязнение окружающей среды.
- Безопасность для сварщика ввиду отсутствия газовых баллонов.
- Мобильность при транспортировке оборудования имеющего малые размеры и вес.
Технология плазменной резки металла
Как работает плазменная резка показано на видео. Посмотрев несколько таких уроков можно приступать к самостоятельным пробам. Процесс осуществляется в следующей последовательности:
- Разрезаемое изделие выставляется так, чтобы под ним был просвет в несколько сантиметров. Для этого используются подкладки под края, или конструкция устанавливается на край стола, чтобы обрабатываемая часть была над полом.
- Разметку линии реза лучше выполнять черным маркером, если работа ведется на нержавеющей стали или алюминии. Когда предстоит разделать «черный» металл, то линию лучше провести тоненьким мелком, который четче виден на темной поверхности.
- Важно убедиться, что шланг от горелки не лежит рядом с местом реза. Сильный перегрев может его испортить. Начинающие сварщики могут из-за волнения это не увидеть и повредить оборудование.
- Надеваются защитные очки. Если работать предстоит долго, то лучше воспользоваться маской, которая закроет не только глаза, но и все лицо от ультрафиолета.
- Если резка будет вестись на подложках выставленных на полу, то следует подложить лист металла, чтобы брызги не испортили покрытие пола.
- Перед началом работы необходимо убедиться, что компрессор набрал достаточное давление, а водяные модели разогрели жидкость до нужной температуры.
- Запуском кнопки зажигается дуга.
- Держать плазмотрон необходимо перпендикулярно разрезаемой поверхности. Допускается небольшой угол отклонения относительно этого положения.
- Начало реза лучше производить с края изделия. Если необходимо начать с середины, то желательно просверлить тоненькое отверстие. Это поможет избежать перегрева и впадины в этом месте.
- При ведении дуги необходимо соблюдать дистанцию к поверхности в 4 мм.
- Для этого важен упор под руки, который осуществляется локтями об стол или об колени.
- При ведении реза важно зрительно удостоверяться в появлении просвета на пройденном участке, иначе придется проводить резку повторно.
- Когда линия разреза заканчивается, необходимо соблюсти предосторожность, чтобы деталь не упала на ноги.
- Отпускание кнопки прекращает горение дуги.
- Молотком отбивается тонкий слой шлака по краям реза. Если есть необходимость, то проводится дополнительная зачистка изделия на наждачном круге.
Используемое оборудование
Чтобы осуществлять плазменную резку используются различные аппараты и приспособления. Источник тока может быть небольших размеров, и содержать в себе трансформатор, несколько реле и осциллятор. Маленькие модели очень компактны для переноса и работы на высоте. Они способны разрезать металлы до 12 мм толщиной, чего достаточно для большинства видов работ на производстве и дома. Крупные аппараты имеют похожую схему устройства, но обладают более мощными параметрами за счет использования материалов большего сечения, и повышенными входящими значениями напряжения. Такие модели перевозятся на тележках, а работа с изделиями ведется плазмотроном, крепящимся к кронштейну. Им можно резать материалы толщиной до 100 мм.
Плазмотроны как больших, так и малых аппаратов устроены одинаково, но отличаются по размерам. У всех есть рукоятка и кнопка пуска. В каждом имеется электрод стержневой (катод) и внутреннее сопло (анод), между которыми горит дуга. Завихритель потоков направляет воздух и разгоняет температуру. Изолятор защищает внешние части от перегрева и преждевременного контакта электродов. Наружные сопла устанавливаются в зависимости от разрезаемой толщины. Наконечники закрывают сопло от брызг расплавленного металла. На конец плазмотрона могут одеваться различные насадки, помогающие сохранять дистанцию во время работы и убирающие нагар с фасок. Компрессор подает воздух через шланг, а его выход регулируется клапаном.
Изобретение плазменной резки позволило ускорить работу со многими легированными сталями, а точность линии реза и возможность производить изогнутые фигуры, помогают получать разнообразные изделия для производственных процессов. Понимание функционирования аппарата и сути выполняемой им работы поможет быстро освоить это полезное изобретение.
Ручная плазменная резка является незаменимым универсальным методом обработки металлов своими руками. Устаревшие громоздкие газовые резаки уже не идут в сравнения с постоянно совершенствующимися, мобильными и доступными аппаратами для плазменной резки. С их помощью обучение методики высокоскоростной резки металлов не требует нескольких лет, а становится доступным после практических занятий.
Технология выполнения ручной плазменной резки металла
Ручная резка плазмой и обучение технологии обработки металла зависит от вида конкретного оборудования, а именно типа плазмотрона.
Особенности агрегатов плазменной резки
Плазменный резак косвенного действия. Используется для не металлических материалов, и он основан на получении реза непосредственной струей плазмы, выходящей из сопла под большим давлением. Это специфическая техника, которая не является востребованной для применения вне производства.
Плазменный резак прямого действия. Металлическая деталь подключается к электрической сети и является непосредственным участником образования сварочной дуги в потоке газа. Все металла руками работает на данном принципе.
Самой востребованной и экономически выгодной обработкой металла руками является применение воздушно-плазменной резки. Такой способ раскроя металла стал уже традиционным для ручной обработки, так как позволяет в разы сократить время выполнения реза и не требует наличия специальных навыков работы с режущими газами.
Использование воздуха в качестве плазмо-обрабатывающего газа имеет свои преимущества (экономия на расходном газе) и недостатки (габаритный, тяжелый аппарат). Недостатки вызваны наличием - источника питания. Современный дизайн ручных установок для плазменного раскроя направлен на удобное использование инверторов, поэтому они имеют несколько ручек, подъемных ремней, колесики для передвижения и корпус из легкого материала.
Конструкция оборудования для ручной резки
Главным элементом конструкции является плазменный резак (плазмотрон), который в свою очередь состоит из нескольких частей:
- Форсунка.
- Катод.
- Сопло с защитным клапаном.
- Роликовый упор.
- Головка резака.
- Кабель-шланг.
Их вид влияет на работу всей режущей установки.
Плазменная резка руками напрямую зависит от вида сопла, используемого в плазмотроне. Определяющей его характеристикой является диаметр, который влияет на:
- скорость формирования режущей дуги и всего процесса обработки металла;
- количество пропускаемого газа (воздуха);
- ширину получаемого реза;
- чистоту получаемого реза, гладкость кромок;
- скорость охлаждения расплавленного металла.
Сопло относится к часто заменяемым деталям аппарата ручной резки и поэтому его вид можно подобрать самостоятельно. Для улучшения общих характеристик работы режущей системы можно увеличить длину сопла, но не более чем в полтора раза.
Инструкция выполнения ручной плазменной резки
- Установка аппарата. Инвертор плазменной резки должен размещаться на свободном пространстве, чтобы со всех сторон к нему был доступ воздуха.
- Сборка аппарата. Подключение всех кабелей проводится строго по инструкции аппарата с соблюдением техники безопасности.
- Подключение аппарата в сеть. Подобное оборудование подключается к сети с напряжением в 220 - 230 В. Перепады напряжения в сети не должны сказаться на выходной мощности резака.
- Выбор материала. Все аппараты для ручной резки имеют ограниченную мощность и предназначены для раскроя металла находящегося в определенном диапазоне толщин. За счет уменьшения силы тока можно добиться качественного реза и для меньшей толщины, но не желательно применять аппарат для толщин, выходящих из рекомендованных рамок.
- Образование дежурной дуги. При включении аппарата возникает электрическая дуга длиной не более 40 мм и с током в ней не более 65 - 70 А.
- Образование режущей дуги. При касании к подключенной к аппарату металлической поверхности ток увеличивается в разы, повышается расход воздуха и в несколько раз увеличивается температура режущего факела. При этом дежурная дуга автоматически отключается.
- Непрерывное время работы. Оборудование для ручной плазменной резки рассчитано не более чем на 30 минутную непрерывную работу, после чего ему необходимо время для остывания.
Для бытового применения ручных аппаратов раскроя использование сжатого воздуха является достаточным. Защитные газы и газо-воздушные смеси необходимы для более сложной обработки металла большой толщины, они являются востребованными на производстве.
Критерии выбора аппарата для ручной плазменной резки
При подборе аппарата следует обратить внимание на несколько важных вопросов:
- Сфера применения. Обучение технологии плазменной обработки металла или использование для металла только одного вида требует аппаратов с разной силой тока. Так же чем толще обрабатываемый металл, тем больше должна быть рабочая сила тока.
- Возможность простой и плавной регулировки параметров аппарата. Наличие ступенчатой регулировки усложнит процесс подбора и настройки рабочей силы тока для разных металлов.
- Условия эксплуатации. Класс электрозащиты, пожаробезопасности, а так же возможность работы в условиях пониженных температур имеют значения.
- Тип аппарата. Наличие встроенного компрессора для получения рабочего сжатого воздуха не является обязательным для каждого аппарата. Многие полупрофессиональные модели имеют отдельный мобильный блок компрессора. Такие модели являются более долговечными и рассчитаны на постоянное интенсивное использование.
- Экономичность. Стоит обратить внимание не только на показатели энергопотребления, но и расход воздуха, который не должен превышать количество, производимое самим аппаратом за одну минуту.
Для обработки различных металла своими руками целесообразней использовать инвертор плазменной резки. Он наиболее эффективен для работы с коррозионностойкими нержавеющими сталями (толщиной 4 - 6 см), с чугуном, с титаном и с мягкими металлами (алюминий, медь). В настоящее время цена подобного оборудования является приемлемой, а модельный ряд от разных производителей ориентирован на любого покупателя.
Преимущества использования ручной плазменной резки
Основными преимуществами плазменной резки являются:
- Компактность оборудования.
- Небольшой уровень энергозатрат;
- Надежность получения реза различных металлов.
- Высокий КПД.
- Высокоскоростная обработка металла.
- Независимость от перепадов напряжения в сети.
- Наличие принудительного воздушного охлаждения и защиты от перегрева.
- Простой запуск устройства.
Универсальность подобных аппаратов позволяет работать с различными металлами и при этом не перегревать зону термического влияния резака, что исключает возникновения дефектов.
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:
- Допуск на перпендикулярность или угловатость. Показывает отклонения от перпендикуляра и плоскости реза к поверхности обрабатываемого изделия.
- Оплавление верхнего края. Трещины в точках обработки не допускаются. Верхний край может быть острым, оплавленным, оплавленно-нависающим.
- 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:
- воздушно-плазменный способ резки металла;
- газоплазменная;
- 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 металла в Москве на базе «Ковка Элит» позволяет выполнить раскрой металла высокоэффективным современным способом высокой точности. Нержавеющая, низкоуглеродистая, высокоуглеродистая сталь, медь, латунь, чугун, алюминий и титан поддаются плазменному соплу безоговорочно. С появлением плазмотронов стало возможным изготовление изумительной красоты узорчатых панелей, ваз и других декоративных изделий и предметов интерьера для украшения убранства дома, приусадебного участка.
Расчет стоимости услуг плазменной резки
Конструкционная Cталь
| Толщина материала, мм | Стоимость (руб/м) |
|---|---|
| 2 | 20 |
| 3 | 25 |
| 4 | 25 |
| 5 | 40 |
| 6 | 40 |
| 8 | 55 |
| 10 | 55 |
| 12 | 70 |
| 14 | 70 |
| 16 | 95 |
| 18 | 95 |
| 20 | 110 |
- Стоимость одной пробивки: Н*1.5 руб.
- Стоимость резки контура: М=L*H*K
- L-длина вырезаемого контура
- K-коэффициент стоимости процесса
- К=7.5 (для плазменной резки)
Нержавеющая сталь
| Толщина материала, мм | Стоимость (руб/м) |
|---|---|
| 2 | 37 |
| 3 | 48 |
| 4 | 48 |
| 5 | 74 |
| 6 | 74 |
| 8 | 90 |
- Стоимость одной пробивки: Н*2 руб.
- Стоимость резки контура: М=L*H-10
- L-длина вырезаемого контура
- H-толщина разрезаемого металла
Примечание
- цены приведены за работу, без учета стоимости материала
- возможно изготовление заказа из нашего материала
- при использовании собственного материала необходимо обязательно согласовать его количество.
- при предоставлении чертежей на бумажном носителе перевод его в электронный вид оплачивается из расчета 500 руб/час.
Видео
Фото наших работ
Технологические возможности процесса
В кузнечном цехе «Ковка Элит» вы можете заказать обычный или фигурный раскрой металла различного объёма и назначения. Плазменная резка металла, цена которой ниже лазерной, гидроабразивной, позволяет выполнить:
- оперативный и качественный раскрой металлолистов разного размера и толщины
- обработку кромки
- фигурную вырезку заготовок для сварки, штамповки
- высокоточную пробивку проёмов, отверстий
- обработку литых элементов
- нарезку труб, профилей, прутков
- художественную резку
Особенности технологии плазменной резки
Плазменная резка металла является высокотемпературным процессом, разогрев режущего газа до состояния плазмы происходит до t 30000ºC! Ионизированная струя под давлением 5 атм подаётся в сопло плазмотрона и, благодаря имеющемуся свойству электропроводности, образует на поверхности обрабатываемого материала электрическую дугу.
Технология плазменной резки крайне редко применяется в быту, зато в промышленной сфере получила очень широкое распространение. Благодаря тому, что с помощью плазмореза можно легко, быстро и качественно разрезать практически любой токопроводящий металл, а также другие материалы - камень и пластик, его используют в машиностроении, судостроении, коммунальной сфере, изготовлении рекламы, для ремонта техники и многого другого. Срез всегда получается ровным, аккуратным и красивым. Тех, кто только собрался освоить данную технологию, может интересовать резонный вопрос, что собой представляет аппарат плазменной резки, каков принцип его работы, а также какие разновидности плазморезов бывают и для чего используется каждый из них. Все это даст общее понимание технологии плазменной резки, позволит сделать правильный выбор при покупке и освоить работу с аппаратом.
Как работает плазморез? И что подразумевается под словом «плазма»? Для работы плазмореза необходимо только две вещи - электричество и воздух. Источник энергии подает на резак (плазмотрон) токи высокой частоты, благодаря чему в плазмотроне возникает электрическая дуга, температура которой 6000 - 8000 °С. Затем в плазмотрон направляется сжатый воздух, который на большой скорости вырывается из патрубка, проходит через электрическую дугу, нагревается до температуры 20000 - 30000 °С и ионизируется. Воздух же, который ионизировался, теряет свойства диэлектрика и становится проводником электричества. Плазмой как раз и является этот воздух .
Вырываясь из сопла, плазма локально разогревает заготовку, в которой необходимо выполнить рез, металл плавится. Образованные на лобовой поверхности реза частички расплавленного металла сдуваются потоком воздуха, вырывающимся на огромной скорости. Так происходит резка металла.
Скорость плазменного потока (разогретого ионизированного воздуха) возрастает, если увеличить расход воздуха. Если же увеличить диаметр сопла, через которое плазма вырывается, то скорость уменьшится. Параметры скорости плазмы примерно таковы: на токе 250 А она может быть 800 м/с.
Чтобы рез получился ровным, плазмотрон необходимо держать перпендикулярно плоскости реза, максимальное допустимое отклонение 10 - 50 °. Также большое значение имеет скорость реза. Чем она меньше, тем ширина реза становится больше, а поверхности реза становятся параллельными. То же самое происходит при увеличении силы тока.
Если увеличить расход воздуха, то ширина реза уменьшится, зато кромки реза станут непараллельными.
Аппарат плазменной резки состоит из источника питания , плазмотрона и кабель-шлангового пакета , с помощью которого соединяются источник питания и компрессор с плазмотроном.
Источником питания для аппарата плазменной резки может служить трансформатор или инвертор, которые подают на плазмотрон большую силу тока.
Плазмотрон , собственно, и является главным элементом аппарата - плазменным резаком. Иногда по ошибке весь аппарат называют плазмотроном. Возможно, это связано с тем, что источник питания для плазмореза не отличается никакой уникальностью, а может быть использован вместе со сварочным аппаратом. А единственным элементом, отличающим плазморез от другого аппарата, и является плазмотрон.
Основные составляющие плазмотрона - электрод, сопло и изолятор между ними.
Внутри корпуса плазмотрона находится цилиндрическая камера малого диаметра, выходной канал из которой довольно мал и позволяет формировать сжатую дугу. В тыльной стороне дуговой камеры располагается электрод, служащий для возбуждения электрической дуги.
Электроды для воздушно-плазменной резки могут быть изготовлены из бериллия, гафния, тория или циркония. На поверхности этих металлов образуются тугоплавкие оксиды, предотвращающие разрушение электрода. Но для образования этих оксидов нужны определенные условия. Самыми распространенными являются электроды из гафния. А вот из бериллия и тория их не делают, и виной тому те самые оксиды: оксид бериллия - крайне радиоактивен, а оксид тория - токсичен. Все это может крайне негативно сказаться на работе оператора.
Так как возбуждение электрической дуги между электродом и заготовкой обрабатываемого металла напрямую затруднительно, сначала зажигается так называемая дежурная дуга - между электродом и наконечником плазмотрона. Столб этой дуги заполняет весь канал. После этого в камеру начинает подаваться сжатый воздух, который, проходя сквозь электрическую дугу, нагревается, ионизируется и увеличивается в объеме в 50 - 100 раз. Сопло плазмотрона сужено книзу и формирует из разогретого ионизированного газа/воздуха поток плазмы, вырывающийся из сопла со скоростью 2 - 3 км/с. При этом температура плазмы может достигать 25 - 30 тыс. °С. В таких условиях электропроводимость плазмы становится примерно такой же, как и у обрабатываемого металла.
Когда плазма выдувается из сопла и касается факелом обрабатываемого изделия, образуется режущая плазменная дуга - рабочая, а дежурная дуга гаснет. Если вдруг по какой-то причине рабочая дуга тоже погасла, необходимо прекратить подачу воздуха, снова включить плазмотрон и сформировать дежурную дугу, а затем пустить сжатый воздух.
Сопло плазмотрона может иметь различные размеры и от этого зависят возможности всего плазмотрона и технология работы с ним. Например, от диаметра сопла плазмотрона зависит количество воздуха, которое может проходить сквозь этот диаметр за единицу времени. От количества расхода воздуха зависит ширина реза, скорость работы и скорость охлаждения плазмотрона. В плазморезах используют сопла не больше 3 мм диаметром, зато довольно длинные - 9 - 12 мм. Длина сопла влияет на качество реза, чем длиннее сопло, тем качественнее рез. Но здесь нужно быть осторожным, везде важна мера, так как слишком большое сопло будет быстрее изнашиваться и разрушаться. Оптимальной считается длина, в 1,5 - 1,8 раз больше диаметра сопла.
Крайне важно, чтобы катодное пятно фокусировалось строго по центру катода (электрода). Для этого используют вихревую подачу сжатого воздуха/газа. Если вихревая (тангенциальная) подача воздуха нарушена, то катодное пятно будет смещаться относительно центра катода вместе с дугой. Все это может привести к нестабильному горению плазменной дуги, образованию двойной дуги и даже выходу плазмотрона из строя.
В процессе плазменной резки используются плазмообразующие и защитные газы. В аппаратах плазменной резки с силой тока до 200 А (можно разрезать металл толщиной до 50 мм) используют только воздух. В таком случае воздух является плазмообразующим газом и защитным, а также охлаждающим. В сложных промышленных портальных аппаратах используют другие газы - азот, аргон, водород, гелий, кислород и их смеси.
Сопло и электрод в аппарате плазменной резки являются расходными материалами, которые необходимо своевременно заменять, не дожидаясь их полного износа.
В основном плазморезы принято покупать в готовом виде, главное - правильно подобрать нужный агрегат, тогда не придется ничего «доделывать напильником». Хотя в нашем отечестве есть «Кулибины», которые могут сделать аппарат плазменной резки своими руками, закупив некоторые детали отдельно.
Разновидности аппаратов плазменной резки
Плазморезы различают по нескольким различным параметрам. Аппараты плазменной резки могут представлять собой переносные установки, портальные системы, шарнирно-консольные машины, специализированные конструкции и установки с координатным приводом. Особенно выделяются машины плазменной резки с ЧПУ (числовым программным управлением), которые минимизируют вмешательство человека в процесс резки. Но помимо этих существуют и другие градации.
Аппараты для ручной и машинной резки
Используется для резки металла вручную, когда плазмотрон держит в руках оператор-человек и ведет его по линии реза. В связи с тем, что плазмотрон все время находится на весу над обрабатываемой заготовкой, рука человека может слегка дрогнуть даже в процессе обычного дыхания, все это отражается на качестве реза. На нем могут быть наплывы, неровный рез, следы рывков и т.д. Чтобы облегчить работу оператору, существуют специальные упоры, которые надеваются на сопло плазмотрона. С помощью него можно поставить плазмотрон непосредственно на заготовку и аккуратно вести его. Зазор между соплом и обрабатываемой заготовкой всегда будет одинаковым и соответствующим требованиям.
Аппараты машинной резки представляют собой плазморезы портального типа и аппараты автоматического раскроя деталей и труб. Такие аппараты используются на производстве. Качество реза таким плазморезом получается идеальным, дополнительная обработка кромок не требуется. А программное управление позволяет делать резы различной фигурной формы в соответствии с чертежом без страха дернуть рукой в неподходящий момент. Рез выполняется точно и гладко. На подобные аппараты плазменной резки металла цена на порядок выше, чем на ручные аппараты.
Трансформаторные и инверторные аппараты плазменной резки
Существуют трансформаторные и инверторные плазморезы.
тяжелее инверторных и больше по размеру, зато они более надежны, так как не выходят из строя в случае скачков напряжения. Продолжительность включения таких аппаратов выше, чем у инверторных, и может достигать 100 %. Такой параметр, как продолжительность включения, напрямую влияет на специфику работы с аппаратом. Например, если ПВ равна 40 %, это означает, что 4 минуты резак может работать без перерыва, а затем ему необходимо 6 минут отдыха, чтобы остыть. ПВ 100 % используется в производстве, там, где работа аппарат продолжается весь рабочий день. Недостатком трансформаторного плазмореза является высокое энергопотребление.
С помощью трансформаторных плазменных резаков можно обрабатывать заготовки большей толщины. На подобный аппарат воздушно-плазменной резки цена выше, чем на инверторный. Да и представляет он собой короб на колесиках.
Используются чаще в быту и на маленьких производствах. Они намного экономнее в энергопотреблении, обладают меньшим весом и габаритами и чаще всего представляют собой ручной аппарат. Достоинством инверторного плазмореза является стабильное горение дуги и КПД на 30 % выше, компактность и возможность вести работы в труднодоступных местах.
Аппарат воздушно-плазменной резки и водно-плазменной резки
Стоит отметить, что существуют не только аппараты воздушно-плазменной резки, принцип действия которых и устройство были описаны выше, но и аппараты водно-плазменной резки.
Если в воздушно-плазменных резаках воздух выступает и как плазмообразующий, и как защитный, и как охлаждающий газ, то в водно-плазменных резаках вода выступает в качестве охладителя, а водяной пар плазмообразователя.
Достоинствами воздушно-плазменной резки являются низкая цена и небольшой вес, зато недостаток - ограничена толщина разрезаемой заготовки, зачастую не более 80 мм.
Мощность водно-плазменных резаков позволяет разрезать толстые заготовки, зато их цена несколько выше.
Принцип работы аппарата водно-плазменной резки заключается в том, что вместо сжатого воздуха в нем используется водяной пар. Это дает возможность отказаться от использования компрессора для воздуха или газовых баллонов. Водяной пар более вязкий по сравнению с воздухом, поэтому его необходимо намного меньше, запаса в баллончике хватает примерно на месяц-два. Когда в плазмотроне протекает электрическая дуга, в него подается вода, которая испаряется. Одновременно с этим рабочая жидкость поднимает катод отрицательного полюса от катода положительного полюса сопла. В результате загорается электрическая дуга, пар ионизируется. Еще до того, как плазмотрон приблизится к обрабатываемой заготовке, загорается плазменная дуга, которая выполняет резку. Ярким представителем данной категории плазморезов является аппарат Горыныч, на такой аппарат плазменной резки цена около 800 у.е.
В зависимости от того, включен разрезаемый материал в электрическую схему плазменной резки или нет, зависит тип резки - контактный и бесконтактный.
Контактная плазменная резка или резка плазменной дугой выглядит так: дуга горит между электродом плазмотрона и обрабатываемой деталью. Это еще называется дугой прямого действия. Столб электрической дуги совмещен с плазменной струей, которая вырывается из сопла на большой скорости. Продуваемый через сопло плазмотрона воздух обжимает дугу и придает ей проникающие свойства. За счет высокой температуры воздуха 30000 °С, повышается скорость его истечения и плазма оказывает сильной механическое воздействие на выдуваемый металл.
Контактный тип резки применяется при работах с металлами, которые могут проводить электричество. Это изготовление деталей с прямолинейными и криволинейными контурами, резка труб, полос и прутков, выполнение отверстий в заготовках и многое другое.
Бесконтактная плазменная резка или резка плазменной струей выглядит так: электрическая дуга горит между электродом и формирующим наконечником плазмотрона, часть плазменного столба выносится за пределы плазмотрона через сопло и представляет собой высокоскоростную плазменную струю. Именно данная струя и является режущим элементом.
Бесконтактная резка используется при работе с нетокопроводящими материалами (неметаллами), например, камнем.
Работа с аппаратом плазменной резки и технология воздушно-плазменной резки - это целое искусство, требующее знаний, терпения и соблюдения всех правил и рекомендаций. Знание и понимание устройства плазмореза помогает выполнять работу качественно и аккуратно, так как оператор понимает, какие процессы происходят в плазмотроне и за его пределами в тот или иной момент, и может ими управлять. Также немаловажно соблюдать все меры предосторожности и технику безопасности, например, работать с плазморезом необходимо в костюме сварщика, в щитке, перчатках, в закрытой обуви и плотных штанах из натуральной ткани. Некоторые окислы, выделяемые в процессе резки металла, могут нанести непоправимый вред легким человека, поэтому необходимо работать в защитной маске или хотя бы обеспечить хорошую вентиляцию в рабочей зоне.
