Плазменная резка металла: оборудование, технология

Какое оборудование применяют?

Обычно используют два типа оборудования:

Трансформаторные. Могут разрезать металл толщиной до 40 мм.
Инверторные. КПД выше чем у трансформаторных аппаратов, однако, нельзя разрезать заготовку, толщина которой больше 30 мм.

Принцип работы у этих механизмов одинаковый. Состоят они из компрессора, источника питания и плазмотрона.

При выборе инструмента нужно изучить маркировку аппарата. Некоторые устройства предназначены только для разрезания. Другое оборудование позволяет выполнять дуговую сварку. В продаже есть универсальные аппараты, но по качеству они уступают специализированным аппаратам.

Может изменяться расположение компрессора. В некоторых моделях этот элемент встроен. У таких моделей низкая мощность. Модель со встроенным компрессором используется в гаражах, небольших мастерских. Для промышленного производства нужно применять аппараты с внешним компрессором.

Как работает плазмотрон

В качестве режущего инструмента в аппаратах используется струя плазмы.

Процесс резки металлических изделий:

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

Схема плазмотрона

Принцип работы плазмореза

Принцип работы плазменной резки металла зависит от используемого оборудования. Перед тем как начинать разрезать металлические листы и заготовки нужно изучить устройство плазмотрона:

Основная деталь — источник питания. Это может быть трансформатор или инвертор. Первый вариант обладает громоздкой конструкций и низким КПД. Однако трансформатор позволяет разрезать заготовки большой толщины. У инвертора множество достоинств. Это высокий показатель КПД, стабильная работа, небольшие габариты.
Плазмотрон — рабочая часть. Это инструмент, который состоит из нескольких частей. К ним относится электрод, колпачок, охладитель и сопло.
Компрессор — подаёт поток воздуха, который будет разогреваться во время работы. Если нет компрессора, плазматрон может перестать работать.

При соединении ключевых деталей устройства используются шланги и провода.

Принцип работы плазменного резака заключается в том, что с помощью оборудования создаётся поток разогретого ионизированного воздуха. Сам по себе воздух перестаёт быть диэлектриком и начинать проводить ток. После включения аппарата образуется дуга, с помощью которой происходит разрезание металлической заготовки. В момент соприкосновения плазмы и поверхности обрабатываемого материала, на него воздействует температура в 30000 градусов.

Как выбрать плазменный резак?

Оптимизация рабочего процесса на производстве и дома – важное условие качественного результата. Выбирать машину для плазменной резки следует обдуманно. Чтобы не ошибиться с покупкой, специалисты рекомендуют ответить на несколько вопросов.

С каким металлом предстоит работать? Для медных, латунных, алюминиевых, сплавов идеально подойдет плазморез с мощностью 6 А. Для работы с черными металлами и нержавейкой хватит мощности 4А.
В каких условиях будет работать устройство? Для продолжительной работы лучше выбирать резаки с внешней компрессорной подачей воздуха. Для небольших мастерских подойдет плазморез с внутренним компрессором.
Как часто планируется менять расходные материалы? Следует учитывать, что электроды и сопло – детали, которые нуждаются в периодической замене, и частота их изнашивания зависит от длительности и мощности работы резака. Выбирая плазморез необходимо убедиться, что расходные материалы имеются в магазине в наличии или под заказ.

Разновидности плазменной резки

Существует несколько видов ручной плазменной резки:

Использование потока защитного газа. Он защищает место реза от воздействия факторов окружающей среды. Благодаря этому получается более качественный рез.
Плазморезка с применением воды. Жидкость охлаждает обрабатываемую поверхность и сам плазмотрон. Дополнительно к этому вода защищает место реза от воздействия факторов окружающей среды при разогреве. Вода не позволяет расплавленному металлу испускать вредные испарения.
Простая. Классический способ использования плазмотрона. Для резки применяется электрический ток и поток воздуха. Не подходит для разрезания толстых металлических листов, легированных видов стали.

При разрезании заготовок может применяться дуга, которая образуется между двумя электродами.

Ручная плазменная резка

Как пользоваться плазморезом?

Плазменная резка – процесс несложный. Соблюдение простых правил необходимо для получения качественного результата. Во время работы плазморезом следует соблюдать пошаговую инструкцию:

Перед началом работы необходимо защитить себя, надев специальную одежду и очки. Помещение должно быть оснащено вытяжкой, на лицо можно надеть маску.
Чтобы избежать травм, до работы следует проверить все электрические шнуры на отсутствие повреждений, убедиться в соответствии тока с необходимыми параметрами резака.
Плазморез нужно подключить к сети и источнику сжатого воздуха.
Заготовка должна быть очищена от грязи, краски и других покрытий.
В зависимости от толщины материала подобрать оптимальную силу тока и скорость резания.
Резак продуть газом, через 30-40 сек. выполнить розжиг пилотной, а после нее – рабочей дуги.
Держа сопло под углом 90° к заготовке, аккуратно провести по намеченной траектории.
Работать необходимо, соблюдая режим ПВ – продолжительности включения.
После работы отключить аппарат в обратной последовательности.

Технология

При проведении работ следует придерживаться следующей технологии плазменной резки металла:

Сопло, из которого наружу будет вырываться поток воздуха, располагается у края металлического листа.
Мастер запускает аппарат с помощью кнопки включения. Включается начальная дуга, которая постепенно превращается в режущую.
Горелка располагается под наклоном в 90 градусов. Резка выполняется медленно и аккуратно.
Мастер должен контролировать появление брызг расплавленного металла. Если они не появляются, значит металлическую заготовку не получилось разрезать насквозь.
Нельзя прикасаться к соплу или направлять его в сторону других предметов сразу после выключения, поскольку некоторое время из него будет идти горячий воздух.

Если не получается прорезать металлический лист насквозь, необходимо изменить угол наклона, замедлить темп проведения работы или увеличить напряжение.

Технология плазменной резки

Преимущества и недостатки

Почти ни одно промышленное производство, которое каким-то образом связано с металлопрокатом, не может обойтись без порезки металла. Вырезание точных отверстий, фигурная декоративная резка, быстрое разрезание на заготовки листового металла — все это можно сделать довольно быстро при помощи плазмотрона. Преимущества этого способа состоят в следующем:

Экономичность — плазменный способ на фоне стандартных методов обработки материалов значительно выигрывает. Есть только одно ограничение, которое связано с толщиной материала. Экономически невыгодно и нецелесообразно разрезать при помощи плазмотрона сталь толщиной более 50 мм.
Мобильность плазменных ручных агрегатов.
Высокая скорость обработки деталей и производительность. В отличие от обычного электродного способа скорость работ увеличивается в 5−12 раз.
Раскрой всех разновидностей металлов (медь, алюминий, сталь, нержавейка, титан и т. д. ).
Безопасность.
Точность — от тепловой нагрузки деформации почти незаметны и впоследствии не потребуют дополнительной обработки. При этом точность плазменной резки составляет 0,24−0,34 мм.

Все эти достоинства плазменной резки объясняют, почему этот способ пользуется такой большой популярностью не только в производственных целях, но и в бытовых нуждах.

Но, говоря о преимуществах, нужно отметить и определенные отрицательные моменты:

Четкие требования касательно проведения обработки деталей. Мастеру необходимо строго соблюдать угол наклона резака в районе 10−50 градусов. При невыполнении этого правила ускоряется износ комплектующих деталей, а также нарушается качество реза.
Ограничения, которые связаны с толщиной реза. Даже у мощного оборудования наибольшая плотность обрабатываемого материала не может быть более чем 10 см.
Помимо этого, рабочее оборудование очень сложное, что делает абсолютно невозможным применение одновременно двух резаков, которые подсоединяются к одному агрегату.

Преимущества

Плазменные резаки для металла часто используются на строительных площадках и в частных мастерских. Востребованность объясняется преимуществами плазмореза:

С помощью плазмотрона можно обрабатывать разные виды металлов и сплавов.
Не нужно подготавливать рабочую поверхность. Высокого качества обработки можно достичь без очистки металла от ржавчины и краски.
При аккуратном и медленном ведении резака по обрабатываемой поверхности получается высокоточный рез. Не остаётся окалин и наплывов.
Даже при не большой толщине металлического листа, он не будет повреждён из-за сильного нагревания. Связано это с особенностями используемого оборудования.
С помощью плазмореза можно делать ровные, фигурные резы.

Во время работы плазмотрона практически не выделяется вредных веществ, что делает процесс обработки безопасным для здоровья.

Плазменная резка металлов — технологический процесс с использованием специального инструмента, который позволяет разрезать металлические листы. Выбор плазмотрона зависит от того, какие материалы будут обрабатываться. Если устройство выбрано неправильно, плазменная дуга не сможет разрезать металлическую заготовку.

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.

ВАЖНО ЗНАТЬ: Техника лазерной резки латуни

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.

Инструменты

0 votes

Голос за!

—

Голос против!

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.

Принцип работы аппарата плазменной резки металла
Устройство аппарата плазменной резки
Разновидности аппаратов плазменной резки
Трансформаторные и инверторные аппараты плазменной резки
Аппарат воздушно-плазменной резки и водно-плазменной резки
Контактные и бесконтактные аппараты плазменной резки

Принцип работы аппарата плазменной резки металла

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.

Устройство аппарата плазменной резки

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

Ручной аппарат плазменной 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.

Трансформаторные 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.

Инверторные аппараты плазменной резки 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.

Контактные и бесконтактные аппараты плазменной резки

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.