Технология плазменной резки металла

В прошлом на предприятиях металлические листы и заготовки разрезали с помощью громоздкого оборудования. С развитием технологий, появились новые способы разделения деталей на части. Для этого используются плазменная резка. С помощью специального оборудования можно разрезать металл любой толщины.

Что такое плазменная резка?

Многие слышали этот термин, однако не все могут ответить, что такое плазменная резка. Это технологический процесс, при котором металл разрезается с помощью струи плазмы. Нагрев начинается после включения электрической дуги. Она не похожа на дуговую сварку. В оборудовании, используемом для плазменной резки, дуга обжимается газом, который позволяет концентрировать тепловую энергию на обрабатываемой поверхности.

Какое оборудование применяют?

Обычно используют два типа оборудования:

  1. Трансформаторные. Могут разрезать металл толщиной до 40 мм.
  2. 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.

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:

  1. 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.
  2. Плазмотрон — рабочая часть. Это инструмент, который состоит из нескольких частей. К ним относится электрод, колпачок, охладитель и сопло.
  3. 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 плазматрона 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.

Разновидности плазменной резки

Существует несколько видов ручной плазменной резки:

  1. Использование потока защитного газа. Он защищает место реза от воздействия факторов окружающей среды. Благодаря этому получается более качественный рез.
  2. 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.
  3. 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.

Технология

При проведении работ следует придерживаться следующей технологии плазменной резки металла:

  1. Сопло, из которого наружу будет вырываться поток воздуха, располагается у края металлического листа.
  2. Мастер запускает аппарат с помощью кнопки включения. Включается начальная дуга, которая постепенно превращается в режущую.
  3. Горелка располагается под наклоном в 90 градусов. Резка выполняется медленно и аккуратно.
  4. Мастер должен контролировать появление брызг расплавленного металла. Если они не появляются, значит металлическую заготовку не получилось разрезать насквозь.
  5. 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.

Преимущества

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

  1. С помощью плазмотрона можно обрабатывать разные виды металлов и сплавов.
  2. Не нужно подготавливать рабочую поверхность. Высокого качества обработки можно достичь без очистки металла от ржавчины и краски.
  3. При аккуратном и медленном ведении резака по обрабатываемой поверхности получается высокоточный рез. Не остаётся окалин и наплывов.
  4. Даже при не большой толщине металлического листа, он не будет повреждён из-за сильного нагревания. Связано это с особенностями используемого оборудования.
  5. 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.

Срок службы пары «катод-сопло»

До 150-200 пробивок

До 300-600 пробивок

Срок службы сопла и катода зависят от интенсивности их охлаждения (жидкостью или охлаждающим газом), рациональных энергетических, технологических параметров и типа и величины расхода плазмообразующего газа.

Читать также:  Выпрямитель 12в своими руками

Для плазменной резки металла применяются активные и неактивные газы и составляемые из них газовые смеси. Активные газы — это кислород и кислородосодержащие смеси (например – воздух), а неактивные — азот, аргон, водород.

Применение активных газов, как правило, требуется при резке черных металлов. Неактивные газы (и их смеси) используются при резке цветных металлов и сплавов. В таблице 2 «Применение плазмообразующих газов в зависимости от вида металла» даны области применения плазмообразующих газов.

Применение плазмообразующих газов в зависимости от вида металла

Плазмообразующие газы

Медь и ее сплавы

Алюминий и его сплавы

Сталь

Титан

толщина до 60 мм

только высоколегированную толщиной до 50 мм

Азот с кислородом

при резке любой толщины

медь до 20 мм латунь до 90 мм

высоколегированные до 75 мм низкоуглеродистые до 30 мм

для любой толщины

Азот с водородом

Аргон с водородом

для высоколегированной до 100 мм

Режим плазменной резки характеризуется следующими основными взаимосвязанными и взаимозависимыми параметрами:

  • сила тока аппарата пламенной резки. Выбирается в зависимости от типа металла и его толщины;
  • диаметр сопла плазмотрона. Выбирается в зависимости от силы тока и давления плазмообразующих и охлаждающих газов;
  • скорость резки. Выбирается в зависимости от типа и толщины разрезаемого металла, силы тока, скоростных параметров станка для раскроя металла;
  • расстояние между торцом сопла и изделием. Определяется давлением плазмообразующего газа и силой тока;
  • тип, давление и расход плазмообразующего газа;
  • степень очистки плазмообразующего газа.

Для обеспечения нормального процесса плазменной резки и получения необходимого качества необходим рациональный выбор параметров режима.

Одним из параметров качества реза является образование грата. Грат представляет собой затвердевшую смесь металла и его оксида, приставшую к нижней части поверхности после выполнении плазменной резки. На верхней кромке поверхности листа металла, прошедшего плазменную резку, могут также быть брызги.

На формирование грата оказывает влияние множество переменных значений, в частности:

  • скорость резки;
  • расстояние, на котором находится плазменный резак от поверхности листа;
  • сила тока и напряжение плазменной дуги;
  • тип и давление плазмообразующего и охлаждающего газа.

Имеется также зависимость от таких переменных значений как сам материал, его толщина, состояние поверхности и перепады температуры материала во время резки. Грат может также образовываться, если скорость резки слишком велика или слишком мала. Обычно в середине диапазона между этими двумя предельными величинами находится та величина, при которой отсутствует грат.

Другим важным параметром резки является конусность реза (угловое отклонение).

В горелке поток газа плазмы, выходя из горелки, вращается, поддерживая однородный столб газа. Это вращение проявляется в том, что одна сторона реза получается более прямоугольной, чем другая. Если смотреть по направлению перемещения, то правая сторона реза является более прямоугольной, чем левая.

Чтобы прямоугольная сторона реза находилась на внутреннем диаметре круга, плазмотрон надо двигать по кругу против часовой стрелки. Чтобы прямоугольная сторона реза находилась на наружном диаметре, плазмотрон надо двигать по часовой стрелке. Также нужно учитывать температурный градиент в плазменной дуге. Наибольшая передача температуры от плазменной дуги к металлу происходит в верхней части реза, что заставляет плавиться в верней части реза большее количество материала, чем в нижней части. Соответственно, это также влияет на конусность реза. На конусность влияет и степень обжатия плазменной дуги, что обусловлено устройством плазмотрона. Чем большему обжатию со стороны завихрённого плазмообразующего газа (а в некоторых моделях плазмотронов – и со стороны охлаждающего газа) подвергается плазменная дуга, тем меньшим получается конусность реза. Угол отклонения реза также зависит от расстояния, на котором находится плазмотрон от листа металла и от скорости резки. При плазменной резке без повышенного обжатия плазменного дуги угол резки с обеих сторон обычно составляет от 4 до 8 градусов. При использовании повышенного обжатия плазменной дуги угол резки может быть уменьшен до величины меньше 1 градуса.

Плазменная резка с повышенным обжатием плазменной дуги (прецизионная плазменная резка) даёт возможность добиться очень хорошего качества реза и высокой точности. Данная технология обеспечивает для элементов допуск ±0,2 мм и высокую точность повторения, позволяя, таким образом, получить качество кромки реза сопоставимое по качеству с теми кромками, которые даёт лазер. Также плазменная резка с повышенным обжатием плазменной дуги на станках для раскроя металла с высшим классом точности, например на МТР «Юпитер», позволяет достичь результатов:

  • Грат либо не образовывается вовсе, либо создаётся в ограниченном количестве;
  • Высокая точность контура при острых углах и кромках;
  • Узкий допуск неровности поверхностей реза;
  • Узкая зона, подверженная тепловому воздействию, незначительное искривление;
  • Минимальная высота от вершин до впадин, гладкая поверхность реза;
  • Возможность выполнения отверстий малых диаметров.

Ширина реза. Действует практическое правило, по которому ширина реза при плазменной резке составляет от полутора до двух величин диаметра выхода сопла. Ширина реза зависит от скорости резки. Если уменьшить скорость резки, то рез становится шире.

Металлургический эффект (зона, подверженная тепловому влиянию). По сравнению с кислородной резкой, зона, подверженная тепловому влиянию, меньше приблизительно на одну треть, если для нелегированных сталей используется плазменная резка. При обработке с помощью плазменной резки других материалов зона подверженная тепловому влиянию, варьирует, смотря по тому, что это за материал.

Азотация кромки реза. В случае выполнения плазменной резки с использованием в качестве плазмообразующего и охлаждающего газа воздуха или азота поверхность металла в области реза насыщается азотом (происходит азотация кромки реза). При использовании кислорода в качестве плазмообразующего и охлаждающего газа азотация кромки резко уменьшается или исчезает вообще.

Читать также:  Как правильно сварить тонкий металл инверторной сваркой

Наиболее распространённые отклонения по качеству, связанные с плазменной резкой, и способы их устранения

Критерий

Отклонение

Возможная причина отклонения

Устранение отклонения

Технология плазменной резки металла

Слишком большое угловое отклонение

Резак не установлен под требуемым углом.

Установить резак под правильным углом

Расстояние между соплом и разрезаемым металлом слишком велико.

Уменьшить расстояние между плазмотроном и разрезаемым металлом

Слишком маленькая сила тока

Увеличить силу тока

Слишком высокая скорость резки

Отрегулировать скорость резки

Неверное направление движение резака

Изменить направление движения плазмотрона (например с движения по часовой стрелки на движение против часовой стрелки)

Сопло разрушено эрозией

Технология плазменной резки металла

Грат из-за высокой скорости

Слишком высокая скорость резки

Отрегулировать скорость резки

Рез слишком узкий, бороздки по диагонали или в виде буквы S

Слишком маленькая сила тока

Увеличить силу тока

Незначительное образование грата, грат твёрдый

Расстояние между соплом и разрезаемым металлом слишком велико.

Уменьшить расстояние между плазмотроном и разрезаемым металлом

Технология плазменной резки металла

Грат из-за низкой скорости

Слишком низкая скорость

Рез широкий, бороздки направлены вертикально

Слишком высокая сила тока

Уменьшить силу тока

Образование грата в большом количестве, грат с пузырьками

Расстояние между соплом и разрезаемым металлом слишком мало.

Увеличить расстояние между плазмотроном и разрезаемым металлом

Технология плазменной резки металла

Скруглённые верхние кромки

Вторичный газ не подходит

Используйте другой газ

Расстояние между соплом и разрезаемым металлом слишком велико.

Уменьшить расстояние между плазмотроном и разрезаемым металлом

Слишком высокая скорость резки

Отрегулировать скорость резки

Технология плазменной резки металла

Брызги на верхней кромке

Слишком низкая скорость резки

Отрегулировать скорость резки

Расстояние между соплом и разрезаемым металлом слишком велико.

Уменьшить расстояние между плазмотроном и разрезаемым металлом

Сопло разрушено эрозией

Ориентировочные режимы плазменной резки металла с плазмообразующим газом — воздухом

Вся статья написана на бытовом языке, без сложных технических терминов, и поэтому она доступна для понимания любому заинтересованному посетителю, в том числе, не связанному с металлообработкой.

Технология плазменной резки металлаСодержание:

1. Технология плазменной резки

1.1 Принцип работы плазменной резки

Начнем мы с краткой расшифровки такого слова «плазма». Итак…

Технология плазменной резки металла

Много непонятных слов? Не страшно! Это определение нужно только для понимания сути – нагреваем газ примерно до 10000 о С, создаем давление и ионизацию – получаем плазму. Далее переходим к определению плазменной резки.

Технология плазменной резки металла

Итак, сейчас, я думаю, у Вас должно уже появиться представление, относительно того, что есть плазменная резка. Если нет, то предлагаю Вам посмотреть материал, в котором подробно все рассказывается.

1.2 Газы, используемые в плазменной резке

Теперь давайте остановимся поподробнее на газах, используемых в плазменной резке.

Воздушно-плазменная резка

В данном случае, в качестве плазмообразующего газа используется воздух. Это, пожалуй, самый дешевый вариант плазменного раскроя. Воздух подходит для резки почти всех видов металлов: чёрная сталь, нержавейка, медь, латунь и др. Воздух дает средние показатели относительно качества и скорости раскроя и подходит для большинства пользователей плазменной резки. Подробнее об этой резки можно почитать здесь.

Кислородная плазменная резка

Кислород используется в более профессиональных системах плазменной резки, где необходимо получить наилучшее качество и наибольшую скорость раскроя. Говоря о качестве, мы имеем ввиду перпендикулярность реза и минимальное количество шлака (облоя) с нижней стороны вырезаемой детали.

Плазменная резка с использованием защитных газов

Данная технология используется в передовых профессиональных системах плазменного раскроя. Комплексы такого оборудования стоят от 5 до 12 млн. рублей. В качестве режущего газа могут быть использованы: Кислород (О2), Азот (N2), Аргон (Ar) и воздух. Эти же газы могут использоваться как защитные, в определенных пропорциях. Использование защитных газов позволяет приблизить плазменную резку толстых заготовок (до 50 мм) к качеству лазерной.

Наиболее часто используемые показатели плазменной резки:

Толщина разрезаемого металла0,5-70 ммЗависит от тока резкиТолщина плазменной струи0,5-2 ммЗависит от толщины металлаСкорость плазменной резки250-10000 мм/минЗависит от тока резки и толщины металлаДавление газа5-12 АтмЗависит от мощности источника плазмыТок плазменной резки20-800 AЗависит от толщины металла

1.3 Раскрой разных видов металлов

Плазменная резка подходит для раскроя почти всех металлов, но в отдельности для каждого вида металла существуют свои особенности. Рассмотрим наиболее востребованные металлы.

Плазменная резка стали

Существует много видов стали, мы не будем углубляться в марки и состав. Основное значение для плазменного раскроя имеет содержание в стали углерода – именно этот параметр определяет качество, которого получится добиться при плазменной резке.

Низкоуглеродистая сталь наиболее подходит для плазменного раскроя. Именно на неё ориентируются все производители источников плазмы создавая карты резки и табличные значения тока и скорости раскроя для разных толщин стали.

Высокоуглеродистая сталь (в том числе оцинкованная сталь) так же поддается плазменной резке, но тут для получения качественного реза нужна будет тонкая настройка оборудования и эксперименты с режимами раскроя.

Легированные стали так же можно резать плазмой (наиболее известная — нержавеющая сталь). Поскольку легированные стали используются в промышленности гораздо реже, табличных показателей для их раскроя производители аппаратов плазмы не предоставляют. Но по опыту, можем сказать, что показатели отличаются от раскроя низкоуглеродистой стали, в ту или иную сторону, в пределах 20%. Высоколегированную толстостенную сталь рекомендуют резать не воздухом, а смесью газов: азота, аргона и в некоторых случаях водорода, дабы не повредить её структуру вокруг реза.

Плазменная резка цветных металлов

Технология плазменной резки металла

При раскрое цветных металлов, таких как: алюминий, медь, титан, для получения качественного реза используют так же смесь газов: азота, аргона и водорода. Это связано с высокой стоимостью цветных металлов – не стабильный раскрой может привести к существенным денежным потерям в виде испорченных заготовок. Воздухом резать данные материалы тоже возможно, но как правило, в небольших объемах и со средним качеством кромки.

Читать также:  Бур для льда для рыбалки

2. Ручная плазменно-дуговая резка металлов

Технология плазменной резки металлаРучная плазменная резка производится при помощи портативных (мобильных) аппаратов плазменной резки, состоящих из:

  1. Основного аппарата, содержащего трансформатор и выпрямительную подстанцию.
  2. Силового кабеля питания.
  3. Шлангопакета, идущего от аппарата до плазменного пистолета. Шлангопакет содержит воздушный шланг и силовой кабель.
  4. Плазматрона (плазменного пистолета) – в нём происходит формирование плазмы.

Существует два основных способа ручного плазменного раскроя:

  1. Косвенная резка плазменной струей. Данный метод используют в основном для резки не
    металлических материалов. Электрическая дуга, формирующая плазму, в этом случае загорается между электродом и соплом плазматрона. Разрезаемый материал в формировании плазмы не учувствует, а резка осуществляется вырывающейся из резака плазменной струей.
  2. Прямая плазменно-дуговая резка. Это как раз наш случай, так как данный метод используется для резки металлов. Он используется как в ручной, так и в механизированной плазменной резке. Электрическая дуга загорается между электродом и разрезаемым металлом и совмещаясь со скоростным потоком воздуха образует плазму. Получаемая плазменная струя обладает такой мощностью, что буквально испаряет металл в процессе резки.

Ручная плазменно-дуговая резка на столько хорошо себя зарекомендовала, что применяется сейчас почти на всех предприятиях, имеющих цех металлообработки. Большое количество частников предлагают выездные услуги плазменной резки, т.к. ручные аппараты очень мобильны, их можно переносить в руках или на плечевом ремне.

Основные преимущества ручных плазменных аппаратов:

Технология плазменной резки металла

  1. Мобильность, портативность (ручные аппараты малой и средней мощности весят от 10 до 25 кг).
  2. Доступность использования (работают от 220 V, сила тока зависит от мощности аппарата).
  3. Универсальность (возможность резки всех видов металлов).
  4. Доступная цена (ручные аппараты плазменной резки российского производства стоят от 15000 до 70000 руб.

3. Автоматическая плазменная резка

С появлением ручной плазменной резки данную технологию начали использовать совместно со станками с ЧПУ (числовое программное управление). Использование станков ЧПУ совместно с плазменным резаком позволяет производить раскрой листового металла, круглых и профильных труб с высокой точностью (±0,25-0,35 мм) и скоростью (до 7 м/мин).

Технология плазменной резки металла

Наиболее распространена автоматическая плазменная резка листового металла. Плазменные аппараты средней мощности режут листовой металл до 30 мм на пробой. Более профессиональные и мощные аппараты могут разрезать листы до 70 мм с высоким качеством.

Один и тот же аппарат плазменной резки может использоваться как для ручной резки, так и для автоматического раскроя, за исключением плазмотронов, которые разделяются на ручные и механизированные.

Для раскроя с ЧПУ как правило используются более мощные плазменные аппараты, чем для ручной резки. Наиболее востребованы аппараты мощностью от 65 до 125 А, питание у которых происходит от 380 V.

Плазменная резка на станке с ЧПУ позволяет резать металл толщиной до 60 мм с высоким качеством.

4. Применение плазменной резки

В силу своей универсальности и доступности плазменная резка сегодня применяется почти на всех средних и крупных предприятиях, занимающихся металлообработкой.
С применением плазменной резки изготавливаются металлоконструкции и изделия: двери, ворота, калитки, заборы, художественные орнаменты, узоры и флюгера, вешалки, отводы вентиляции, сваи и другие металлоизделия.

Многие предприниматели строят бизнес на плазменной резке, имея у себя оборудование и принимая заказы на раскрой металла.

5. Преимущества и недостатки плазменной резки

Чтобы говорить о преимуществах плазменной резки и ее недостатках, нужно определиться с чем мы будем сравнивать. У плазменного раскроя есть три основных конкурента – газо-кислородная резка, лазерная резка и гидроабразивная резка. Каждый из четырех видов раскроя имеет свою специфику применения. Подробное сравнение мы привели в предыдущей статье, рекомендуем Вам с ней ознакомиться.

Здесь же мы распишем основные преимущества и недостатки плазменной резки с практической точки зрения предприятий, которые ее используют. Итак…

Преимущества плазменной резки

  • Раскрой металла от 0,5 до 50 мм;
  • Раскрой всех видов металлов (алюминий, медь, титан, нержавейка, сталь и т.д.);
  • Точность плазменной резки 0,25-0,35 мм;
  • Скорость раскроя тонких металлов до 7 м/мин, быстрый пробой металла;
  • Мобильность ручных плазменных аппаратов;
  • Высокая степень готовности деталей (минимальная очистка от шлака).

Недостатки плазменной резки

  • Относительно высокая стоимость качественных плазменных аппаратов;
  • Высокая стоимость расходных материалов (сопло, электрод, защитный экран);
  • Наличие минимальной конусности реза;

Вот, в общем-то, все основные моменты, которые нужно знать, если Вы планируете использовать плазменную резку металлов в своих задачах.

По всем вопросам мы с радостью проконсультируем Вас по телефону 8 (800) 500-33-04!

Остались вопросы? Задайте их нашим специалистам!

Отправьте заявку и наш менеджер свяжется с вами в течение 3 минут!

Технология плазменной резки металла

© 2008-2018 ООО «ТеплоВентМаш» — производство станков плазменной, газовой и лазерной резки. Права защищены.

Ваша заявка принята

Наш менеджер свяжется с вами в ближайшее время!

Если вы авторизованы в WhatsApp через компьютер, можете воспользоваться кнопкой ниже

Если вы авторизованы в Viber через компьютер, можете воспользоваться кнопкой ниже

Если вы авторизованы в Telegram через компьютер, можете воспользоваться кнопкой ниже

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *