Плазменная резка – это современный метод теплового разделения металлических заготовок. Метод основан на использовании энергии ионизированного газа и отличается исключительно высокой температурой струи (до 30 тысяч градусов), позволяющей быстро и точно резать самые тугоплавкие сплавы и металлы.
Газоплазменная резка используется как на больших стационарных станках, так и в ручных установках ограниченной мощности.
| Ручная плазменная резка по недорогой цене от компании «НФЗМ» |
Содержание
Что представляет собой процесс?
Для ионизации потока газа используются два фактора:
- электродуга;
- сужение сопла в месте истечения, существенно поднимающее давление в струе.
Под таким воздействием атомы газа теряют электроны со своих орбит, превращаясь в положительно заряженные ионы. Сами электроны служат отрицательно заряженными ионами. Вещество превращается в плазму, разогретую до очень высоких температур.
Плазменная струя направляется на заготовку, испаряет металл в зоне контакта и выносит его за пределы зоны разреза.
Сравнение с лазерной
Плазменная и лазерная резка металла — это два наиболее современных способа раскроя.
Лазерный раскрой металла основан на действии высокоэнергетического светового луча, сконцентрированного в очень узкий пучок. Луч лазера испаряет молекулы, после него остается очень тонкий и гладкий разрез.
Толщина заготовки для современных лазерных резаков ограничена 20 мм. При этом они демонстрируют высокую производительность.
Лазерная резка благодаря высокой концентрации энергии очень мало разогревает заготовку, сводя к минимуму тепловые деформации, особенно для тонколистовых деталей.
Плазмообразующие газы
Газы для плазменной резки делятся на две группы. К перовой относятся инертные и малоактивные, такие, как аргон, азот, водород, реже аммиак и гелий. Ко второй — активные газы: кислород, углекислый газ, водяной пар, подготовленный воздух.
Применимость газов и их смесей для резки.
Подготовка воздушных масс заключается в тщательной фильтрации от механических загрязнений и удалении частиц масла и воды на сепараторах.
Принцип работы
Принцип действия плазменного резака основан на использовании высокой тепловой энергии ионизированного газа, или плазмы. Для ее получения струю газа подвергают резкому сжатию, одновременно на нее воздействуют электродугой. Дуга разжигается между центральным вольфрамовым электродом и соплом, либо между электродом и заготовкой. Поток плазмы направляют в зону разреза, там он испаряет узкую область металла, формируя линию разделки. Во избежание перегрева в сопло встроена система жидкостного охлаждения.
Резак прямого действия
Предварительная дуга будет зажигаться между заготовкой и вольфрамовым электродом. Она ионизирует газ, и далее рабочий разряд идет уже через него. Применяется для резки металлов, имеющих высокую проводимость.
Прямое (слева) и косвенное (справа) действие.
Косвенного
Таким способом можно резать низкопроводящие металлы и даже диэлектрические материалы. Дуга разжигается между центральным неплавким электродом и латунным соплом. На заготовку действует только поток плазмы. Такие плазмотроны обходятся дороже и при покупке, и в эксплуатации.
Преимущества
Плазменный резак обладает следующими достоинствами:
- справляется с любыми металлами и сплавами, в том числе самыми тугоплавкими;
- высокая скорость резки;
- высокая точность, уступающая лишь лазерной;
- рез под углом, фигурная резка;
- возможность работы с любой толщиной заготовки;
- минимум отходов и вредных выделений;
- высокая безопасность работы.
Присущ методу и ряд недостатков:
- цена оборудования;
- дорогостоящее обслуживание и ремонт аппаратов;
- высокая шумность во время работы.
Тем не менее, сопоставляя выгоды и недостатки, все больше предприятий и частных мастерских делают свой выбор в пользу прогрессивного метода раскроя.
Какое оборудование применяют?
Применяется две большие группы плазморезательного оборудования:
- Индустриальные установки для раскроя листовых заготовок. Это высоко автоматизированные комплексы, работающие под программным управлением. Плазменные резаки крепятся на подвижных порталах или на манипуляторах.
- Ручной плазменный резак по металлу. Устройство размером со средний инверторный аппарат, справляется с листом в 1-2 см толщиной. Линией реза управляет рука оператора. Портативный резак снабжен также системой осушения и отделения масла из воздуха.
Выбор аппарата
Чтобы правильно выбрать оборудование, нужно исходить из своих потребностей. Для их оценки нужно спрогнозировать объем и номенклатуру работ, которые будут выполняться с помощью резака.
При ограниченном объеме работ подойдет инвертор для плазменной резки. Он экономичен, компактен, легко переносится к месту работы. Однако такие устройства перегреваются и требуют периодического охлаждения.
Для серьезной работы в течение всей смены потребуется трансформаторное устройство. Оно обладает серьезными массогабаритными характеристиками и может разрезать заготовки большой толщины.
По мощности
Потребляемая мощность определяет максимальный рабочий ток, и, следовательно, максимальную толщину раскраиваемых заготовок. Детали до 3 см поддадутся резаку с током 90 ампер. Более солидные детали потребуют от 100 до 170 ампер.
Соответственно мощности подбирается форма и размер наконечника сопла.
По времени и скорости разрезания материала
Скорость резания зависит от следующих факторов:
- материал заготовки;
- ее толщина;
- рабочий ток.
Так, алюминий будет разрезан существенно быстрее стали.
[stextbox id=’alert’]Если скорость резания — критически важный параметр, нужно уделить внимание времени беспрерывной работы устройства.[/stextbox]
Горелка
Мощность горелки следует выбирать, исходя из оценок объемов работы и средней продолжительности разреза. Ее должно хватать для того, чтобы успеть выполнить этот разрез за один прием, между двумя стадиями охлаждения.
Сопло опытные резчики советуют брать медное, оно лучше других материалов охлаждается.
Рукоятка должна удобно лежать в руке и снабжена съемным ограничителем, поддерживающим постоянное расстояние до детали.
Для непродолжительного раскроя тонколистовых заготовок подойдет воздушная горелка. Для работы с толстыми деталями лучше выбрать азотную.
Внешние характеристики
Если места разрезов удалены друг от друга, как это, например, происходит при демонтаже металлоконструкций, важными параметрами становятся масса и размеры устройства.
Свойства технологии
Аппараты профессионального и бытового класса имеют сходные конструкции и принцип действия:
- розжиг начальной электрической дуги;
- ионизация газовой струи;
- применение скоростного потока плазмы для резки металла.
Для технологии свойственны:
- Температура струи. Для цветных металлов и их сплавов устанавливают 5 тысяч оС, для высокотемпературных стальных сплавов- максимальное значение в 30 тысяч оС.
- Скорость истечения струи. Меняется в диапазоне 450-1600 метров в секунду. Определяется материалом и толщиной детали, криволинейностью линии реза.
- Ширина реза. Определяется типом сопла.
- Скорость резания. Достигает 6-7 метров в минуту.
[stextbox id=’warning’]С ростом толщины заготовки ширина реза увеличивается, а скорость уменьшается.[/stextbox]
Качество поверхности
Определяется квалификацией резчика и нормативными документами. Качество важно для последующей сварки. Задаются следующие параметры:
- отклонение линии реза от перпендикуляра к поверхности;
- оплавление кромки;
- класс шероховатости.
Качество поверхности после плазменной резки уступает только лазерной.
Виды
Различают следующие подвиды метода:
- Обычная. В качестве плазмообразующего газа применяется подготовленный воздух. Используется для обычной конструкционной низкоуглеродистой стали.
- Водная. Создаваемая водная завеса способствует охлаждению сопла и защищает рез от контакта с кислородом воздуха. Применяется для высоколегированных сплавов.
- В защитной газовой среде. Плазмообразующий инертный (или малоактивный) газ создает защитную атмосферу, предотвращающую. доступ воздуха к линии разреза. Используется для цветных и легких металлов, а также их сплавов.
По способу создания дуги и воздействия плазмы на материал заготовки различают также плазменно-дуговую и струйную резку.
Лазерноплазменная
Этот метод состоит в совместном применении плазменного пучка и лазерного луча в одной горелке. Лазерная установка применяется при раскрое заготовок не толще 6 мм. Если нужно разделать более серьезные детали, в ход идет плазменный резак. Такие станки выгодны небольшим предприятиям с широкой номенклатурой и средним объемом заказов. Они снабжены системой ЧПУ, позволяющей использовать компьютерные программы построения оптимальных раскроев. Единая решетка для размещения листов позволяет экономить время на подготовительно- завершающих операциях.
Области применения
Технология активно используется в следующих областях:
- раскрой листового металла;
- раскрой профильного проката;
- демонтаж металлоконструкций;
- художественная резка по металлу, создание декоративных изделий.
Раскрой заготовок применяется во всех машиностроительных отраслях, производстве сложных строительных конструкций и транспортных средств.
С увеличением выпуска ручных плазморезов их цена становится доступна и домашним мастерам, выполняющим много операций по разделке или демонтажу.
Точность и скорость резания
Точность и скорость резания не находятся в однозначной зависимости друг от друга. Если вести горелку слишком быстро, возможны частичные непрорезы. Если же, наоборот, задерживать ее на каких-либо участках, они будут перегреваться и может случиться прожог или термическая деформация.
Опытный и квалифицированный резчик выбирает скорость работы, исходя из материала заготовки и ее толщины. Он ведет горелку с постоянной скоростью, ровно и на постоянном расстоянии от детали.
Нормальной является конусность разреза от 3 до 10о. Допускается также оплавление кромок в начале линии.
Обработка цветных сплавов
При разделке цветных металлов и их сплавов следует соблюдать следующие рекомендации:
- Алюминий. При грубой скоростной разделке заготовок не толще 7 см в качестве газа применяется подготовленный воздух. Если нужно улучшенное качество поверхности реза или толщина доходит до 10 см, используют азот. Для деталей толще 10 см применяют аргонно-водородную смесь.
- Медь. Также рекомендована смесь аргона и водорода.
- Титан. Ввиду тугоплавкости металла и его сплавов, а также их высокой химической активности нагретого титана приходится применять аргон либо гелий.
Если же требуется особо точный раскрой или проводится формирование изделий со сложной пространственной формой, все чаще прибегают к лазерной резке цветных металлов.
Тонкости процесса раскроя металла
Главная тонкость в ходе плазменной резки — это выбор и поддержание правильного расстоянии от горелки до заготовки. При его занижении увеличивается ширина разреза и область температурного воздействия. Это может вызвать появление термических деформаций.
При пробивке сквозных отверстий расстояние увеличивают до 20-25 мм, далее горелку подводят на рабочую дистанцию.
Рабочий ток следует выставлять минимально возможный для стабильного горения дуги и плазменного пучка. Превышение минимальных значений ведет к повышенному расходу газа и износу сопел.
Как пользоваться плазморезкой?
Опытные резчики сформулировали ряд рекомендаций для облегчения освоения технологии начинающим мастерами:
- строго соблюдать постоянное расстояние от горелки до заготовки;
- при необходимости пользоваться упором, крепящимся сбоку на горелке и ограничивающим зазор;
- вести горелку равномерно, без рывков, с заданной скоростью;
- следить за перпендикулярностью плазменного пучка к поверхности детали отклонения приводят к снижению качества поверхности разреза;
- следить за пучком искр, вылетающих с тыльной стороны детали, если их мало или они пропали — металл прорезается не полностью и надо корректировать режим резки;
После завершения разреза горелку необходимо наклонить, чтобы дать выйти газам, скопившимся в шланге.
