Плазменная резка

Принцип работы устройства

Перед работой нужно убедиться, что у компрессора достаточный показатель давления, а у водяных устройств жидкость разогрета до необходимой температуры.

1. От источника питания после нажатия на кнопку «розжиг» подаётся ток высокой частоты. Внутри прибора образуется дежурная электрическая дуга, весь канал заполняет столб дуги.
2. Сжатый воздух начинает поступать в камеру устройства. Проходя через электрическую дугу, он нагревается и увеличивается в объёме, перестаёт быть диэлектриком и проводит ток.
3. Со скоростью от 2 до 3 м/с из сопла прибора начинает вырываться поток воздуха, температура которого может достигать 30 тысяч градусов. Этот раскалённый воздух и является плазмой.
4. Вместо дежурной зажигается режущая дуга, которая, соприкасаясь с заготовкой металла, разогревает её в месте реза. В зоне плавки появляется рез, а образующиеся на заготовке частички расплавленного металла от потока воздуха разлетаются.
5. Отпустив кнопку «розжиг», горение дуги прекращается.
6. По краям реза отбивается шлак, при необходимости изделие зачищается от него.

Базовое знание принципа работы плазмотрона не только поможет понять, как управлять процессом резки, но и сделает работу лёгкой, а рез — ровным и красивым.

Влияние легирующих элементов на разрезаемость стали при плазменной резке

Легированные стали при плазменной резке несколько меняют свою структуру, принцип действия плазменной дуги, однако, сводит эти трансформации к минимуму. Под влиянием дуги металл испытывает существенное тепловое воздействие только в месте рассекания, остальные части обрабатываемой детали не успевают нагреваться. Таким образом, изменения могут возникнуть только на кромках реза.

Стали с содержанием никеля 6–10 % и хрома 12–14 имеют устойчивую структуру. Другие легирующие элементы могут образовывать феррит, а углерод при температуре 500–800 °C — карбиды.

Из-за интенсивного теплового воздействия дуги кромки реза оплавляются. Нагрев неравномерен и может вызывать разные местные напряжения. При несоблюдении технологии плазменной резки на материале возникают трещины.

При рассекании нержавейки термическое влияние бывает более обширным. Возможно образование карбидов хрома, что снижает стойкость металла к коррозии.

Плазменная резка предполагает также химические реакции, связанные с использованием газов (воздуха или кислорода).

Пара слов о горелке

Снова оцениваем природу металла или другого материала, который планируем разрезать. От этого будет зависеть мощность горелка плазмореза. Она должна быть достаточной для качественного реза.

При расчетах нужно учитывать факт, что вы можете встретиться со сложными условиями работы, которая, как назло, должны быть произведена в самые короткие сроки, то есть резка должна носить выраженных интенсивный характер.

Во многих источниках рекомендуется выбирать сопло из меди: оно прочное и отлично охлаждается воздухом, намного быстрее, чем сопла из других металлов.

Рукоятку горелку не упускаем из зоны внимания, это важная часть для комфортной, а значит качественной работы. На рукоятке можно зафиксировать дополнительные элементы, которые помогут держать сопло на одинаковом расстоянии от поверхности металла. Данный совет распространяется только на ручные модели аппаратов.

Если вы собираетесь резать тонкий металл, выбирайте модель с горелкой, которая предназначена для поступления воздуха.

Если же ваши планы связаны с массивными толстыми заготовками, покупайте резак с горелкой для приема защитного газа – азота, например.

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.

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 устроен плазморез

• источник питания;
• воздушный компрессор;
• плазменный резак или плазмотрон;
• кабель-шланговый пакет.

Источник питания для аппарата плазменной резки осуществляет подачу на плазмотрон определенной силы тока. Представляет собой инвертор или трансформатор.

Трансформаторы гораздо увесистее, тратят много энергии, но при этом имеют меньшую чувствительность к перепадам напряжения, и с их помощью разрезают заготовки большой толщины.

Плазменный резак считается главным элементом плазмореза. Его основными элементами являются:

• сопло;
• охладитель/изолятор;
• канал, необходимый для подачи сжатого воздуха;
• электрод.

Компрессор требуется для подачи воздуха. Принцип работы плазменной резки предусматривает применение защитных и плазмообразующих газов. Для аппаратов, которые рассчитаны на силу тока до 200 А, применяется только сжатый воздух как для охлаждения, так и для создания плазмы. Они способны разрезать заготовки толщиной в 50 мм.

Кабель-шланговый пакет используется для соединения компрессора, источника питания и плазмотрона. По электрическому кабелю от инвертора или трансформатора начинает поступать ток для возбуждения электрической дуги, а по шлангу осуществляется подача сжатого воздуха, который требуется для возникновения внутри плазмотрона плазмы.

Принцип работы

После того как возникла дежурная дуга, в камеру начинает поступать сжатый воздух. Вырываясь из патрубка, он проходит через электрическую дугу, нагревается, при этом увеличиваясь в объеме в 50 или 100 раз. Кроме того, воздух начинает ионизироваться и перестает быть диэлектриком, приобретая свойства проводить ток.

Сопло плазмотрона, суженное книзу, обжимает воздух, создавая из него поток, которое начинает вырываться оттуда со скоростью 2 – 3 м/с. В этом момент температура воздуха часто достигает 30 тыс. градусов. Именно такой раскаленный ионизированный воздух и является плазмой.

В то время, когда плазма начинает вырываться из сопла, происходит ее соприкосновение с поверхностью обрабатываемого металла, дежурная дуга в этот момент гаснет, а зажигается режущая. Она начинает разогревать заготовку в месте реза. Металл в результате этого плавится и появляется рез. На поверхности разрезаемого металла образуются небольшие частички расплавленного металла, сдуваемые с нее потоком воздуха. Таким образом осуществляется работа плазмотрона.

Преимущества плазменной резки

Работы по резке металла часто осуществляются на стройплощадке, в мастерской или цеху. Можно использовать для этого автоген, но не всех это устраивает. Если объем работ, связанный с резкой металла, слишком большой, а требования, предъявляемые к качеству реза, очень высоки, то следует подумать о том, чтобы использовать плазменный резак, имеющим следующие достоинства:

• Если мощность подобрана правильно, то аппарат плазменной резки позволяет в 10 раз повысить производительность. Такой параметр позволяет плазморезу уступить только промышленной лазерной установке, однако, он значительно выигрывает в себестоимости. Целесообразно с экономической точки зрения применять пламенную резку для металла, имеющего толщину до 50 – 60 мм.

• Универсальность. С помощью плазменной резки обрабатываются чугун, медь, сталь, алюминий и прочий металл. Необходимо просто выбрать оптимальную мощность и выставить конкретное давление воздуха.

• Высокое качество реза. Аппараты плазменной резки способны обеспечить минимальную ширину реза и кромки без перекаливания, наплывов и грата практически без дополнительной обработки. Кроме того, достаточно важен такой момент, что зона нагрева материала в несколько раз меньше, чем при использовании автогена. А так как термическое воздействие минимально на участке реза, то и деформация от этого вырезанных деталей будет незначительной, даже если они имеют небольшую толщину.
• Не происходит существенного загрязнения окружающей среды. С экономической точки зрения, если имеются большие объемы работ, то плазменная резка гораздо выгоднее кислородной или механической. Во всех остальных случаях учитывают не материалы, а трудоемкость использования.

Недостатки плазменной резки

Недостатки в работе плазменной резки тоже имеются. Первый из них – максимально допустимая толщина реза довольно небольшая, и у самых мощных агрегатов она редко бывает больше 80 – 100 мм.

не должен быть больше 10 – 50 градусов

Кроме того, рабочее оборудование довольно сложное, что делает совершенно невозможным использование двух резаков одновременно, которые подключаются к одному аппарату.

Цена и технические параметры плазморезов

Помимо видов, плазморезы делятся на установки машинной автоматической резки и аппараты воздушно-плазменной ручной резки.

Рассмотрим возможную стоимость и технические характеристики обеих категорий.

Параметры ручных воздушно плазменных аппаратов

Ручной плазморез нашел свое применение в бытовой сфере, его также используют на маленьких предприятиях и в мастерских для вырезки и обработки различных деталей.

Ручной воздушно-плазменный резак не может обеспечить высокую производительность, так как в ходе рабочего процесса задействован труд оператора, который своими руками держит резак на весу и ведет им по линии реза.

В данном случае шов не может получить идеальную ровность.

Чтобы повысить качество результата работ, ручной воздушно-плазменный аппарат для резки дополняют вспомогательным упорным элементом.

ВАЖНО ЗНАТЬ: Выбор отрезной пилы по металлу

Видео:

Упор своими руками одевают на сопло, затем его прижимают к плоскости рабочей заготовки и ведут ручной резак. При этом больше не надо контролировать определенность расстояния между соплом и изделием.

В результате образуется ровный шов, исключающий появление окалин и наплывов. Указанный рабочий процесс можно посмотреть в следующем видео сюжете.

Также на рынке предлагают универсальные модели, которые можно применять как для резки, так и для сварки металлов. Цена на такой ручной плазменный аппарат с дополнительной функцией сварки доходит до 550 $.

Отличить данную модель при выборе позволяет производственная маркировка.

В пример возьмем аппарат FoxWeld Plasma 43 Multi, устройство совмещает в себе:

• Воздушно-плазменная резка, маркировка – CUT;
• функция аргонодуговой сварки – TIG;
• возможность дуговой сварки посредством штучного электрода – MMA.

Параметры аппаратов машинной резки

Установки машинной резки практически всегда дополняют ЧПУ (программное обеспечение).

Станок с ЧПУ функционирует в соответствии с записанной программой, при этом исключается в рабочем процессе участие человека.

Применение установки с ЧПУ позволяет значительно повысить производительность, при этом качество резки аппарат выполняет с идеальной точностью.

После эксплуатации автоматического устройства с ЧПУ нет необходимости дополнительно обрабатывать кромки заготовок.

Оператору достаточно своими руками ввести в ЧПУ специальную схему и установка строго повторит любую геометрическую форму фигуры. Увидеть, как работает такая установка, можно в предложенном видео.

Видео:

Цена на станки с ЧПУ во много раз превышает стоимость ручного плазмореза с функцией сварки.

Оборудование состоит из мощного трансформатора и специальной поверхности, выполненной в виде стола, укомплектованного порталом и направляющими.

Цена на такое устройство с ЧПУ будет зависеть от габаритов и сложности установки. На данный момент цена на аппараты машинной резки с ЧПУ может составлять от 3000$ до 20000$.

Основные критерии выбора

Все станки для плазменной резки можно поделить на несколько основных групп:

• бюджетный вариант;
• оборудование с целью использования в промышленной сфере, созданной по простой технологии;
• оборудование для использования в промышленной сфере, созданной по сложной технологии.

У всех моделей есть свои ресурсы, уровень продуктивности и цена. Однако в специализированных магазинах цель – продать товар подороже, поэтому необходимо разбираться в факторах, по которым можно самостоятельно собрать оборудование для резки металла.

Схема плазменной резки.

Стоит отметить основные критерии выбора станка плазменного резания для изготовления своими руками:

1. У станка ЧПУ, созданного своими руками, должен быть портал, на котором устанавливаются направляющие двигатели, зубчатые рейки либо ремни. При помощи этого элемента можно регулировать жесткость и точность резки. Сама деталь должна быть как можно легче, чтобы обеспечить быстрое ускорение. Это влияет на качество резки угловых участков и небольших дырочек на большой скорости.
2. Агрегат должен обладать качественной стойкой, благодаря которой совершается управление над всеми системами. Это также позволяет правильно расположить каждый провод и шланг для качественной и продуктивной работы. Стойка помогает облегчить и улучшить сам процесс, а аккуратность сократит риск повреждения механизмов во время эксплуатации.
3. Следует аккуратно подходить к выбору краски для устройства. Используйте только известных и проверенных изготовителей. Лучше всего использовать дорогую порошковую окраску. Её особенность заключается в устойчивости ко всем внешним факторам. Качественные агрегаты грамотный сборщик всегда красит по отдельности по детально, в отличие от дешевого, где конструкция просто поливается краской. В последнем случае станок ненадежный, некачественный и быстро поломается.
4. У станка также должна быть система, удаляющая дым. При эксплуатации данного оборудования возникает много дыма, который при попадании в организм, может навредить. Чтобы избежать неприятного фактора, достаточно установить водоналивной стол либо механизм с принудительной вентилированной системой. Эти детали имеют вид ванны с водой, куда крепится опора с ламели, чтобы уложить материал. Необходимо отметить, что лист должен быть чуть ниже уровня воды. Благодаря этому, во время процесса, дым и другие негативные компоненты пропадают под водой. Вода может превратиться в кислоту, поэтому её регулярно надо менять, а сам механизм тщательно промывать.
5. Для работы с агрегатом необходимо подготовить рабочий стол соответствующего размера, дабы можно было комфортно работать. Поверх стола кладется металлический лист. Сам стол зачастую либо интегрированный в портал, либо расположен раздельно.
6. Двигатель в оборудовании для резки металла с ЧПУ должен обладать запасом мощности, чтобы как можно дольше сохранить его работоспособность. Качество зубчатых реек, шестеренок, приводных ремней и направляющих должно быть безупречным, поскольку это влияет на точность резки, воспроизводимость шума при выполнении работы, а также на ресурс рабочего стола. Бывают серводвигатели либо шаговые. В первом случае деталь окажется эффективнее, нежели шаговая, за счет «запоминания» своего последнего положения в пространстве. Они также выполняют специфические задачи и, в отличие от шаговых, являются более уместными в рассматриваемой конструкции с другим порядком точной резки.

Плазменная резка и ее преимущества

Плазменная резка – процесс резки электропроводящих материалов с использованием плазменной электрической дуги при температуре до +30 000 °C.

Первое преимущество использования плазменного резака – нет необходимости подготавливать устройство к началу работы, например, нагревать горелку или материал, который необходимо разрезать. Плазменный резак сразу готов к использованию и обеспечивает высокую эффективность, достигая очень высоких скоростей обработки материала. Например, производительность плазменного резака с ЧПУ в сравнении с кислородно-газовым методом выше почти в семь раз, что кардинально влияет на эффективность работы.

Резак может использоваться для резки различных материалов и особенно металлов различной толщины. Стандартный диапазон толщины составляет от 0,5 мм до 160 мм. Плазменный резак характеризуется, прежде всего, высокой точностью резки и способностью обработки материала вертикально и под углом. Резак минимально влияет на структуру разрезаемого материала, что обусловлено чрезвычайно узкой зоной резания и низким нагревом. Устройство очень быстро пробивает материал, гарантируя небольшой разрыв и минимальную потерю материала, а края и поверхность остаются гладкими и без лишних дефектов.

Как работает плазменная резка

устройство плазменной резки

Плазма представляет собой ионизированный газ, который обладает электропроводностью и содержит в себе заряженные частицы. В качестве плазмообразующих могут использоваться активные газы (кислород или смесь газов — воздух)  и неактивные газы (водород, аргон, азот). Их нагревание и ионизация при помощи дугового разряда происходят в плазмотроне. Чем выше поднимется температура газа, тем больше он будет ионизирован. Температура плазменного потока достигает до 6000 градусов по Цельсию.

Чтобы осуществить плазменную резку пластин металла, сперва нужно их надежно закрепить на станке. Затем между обрабатываемым материалом и форсункой происходит короткое замыкание, в результате которого зажигается электрическая дуга. Чтобы зажечь основную дугу, может использоваться дежурная. Она образуется при помощи осциллятора и имеет силу тока 25-60 А. Затем под большим давлением в сопло подается газ, который под воздействием электричества превращается в плазму, которая выходит из аппарата со скоростью 500 – 1500 м/с. Технология плазменной резки металла предполагает, что металл в области разреза расплавляется и выдувается во время перемещения резака.

плазмотрон

Знаете ли вы, что принцип плазменной резки металла несколько отличается для каждой из ее разновидностей? Это обстоятельство стоит учитывать, так как грамотный подбор инструментов и материала – залог энергоэффективности проводимых работ.

• При ручной резке плазменной струей электрод и детали сопла, даже если источник питания отключен, соединены. Если нажать триггер, через этот контакт пойдет постоянный ток, который также запустит поток плазменного газа. Электрод и сопло разомкнутся только тогда, когда давление плазменного газа будет оптимальным. Затем возникнет электрическая искра, и под действием высоких температур образуется плазма. Электрический ток переместится на контур, охватывающий электрод и разрезаемый металл. Если триггер отпустить, подача тока и воздуха прекратится.
• При высокоточной резке плазменной струей электрод и детали сопла не соприкасаются. Для их изоляции предназначен завихритель. Когда включается источник тока, начинается предварительная подача газа в плазмотрон. Вспомогательная дуга в это время служит для питания сопла (подключение к «+» потенциалу) и электрода (подключение к «-» потенциалу). Затем вырабатывается высокочастотная искра, и ток от электрода к соплу идет уже через образованную плазму. Плазменная струя начинает разрезание металла, и контур тока переходит от электрода на обрабатываемую поверхность. После этого источник тока устанавливает оптимальную силу тока, происходит регулировка потока газа.

Зная, как работает аппарат плазменной резки, а также специфику работ, которые вам предстоят, можно собрать устройство плазменной резки своими руками, благо инструкции для этого широко представлены на просторах интернета. Наиболее подходящий для преобразования механизм — сварочный инвертор. Бытовым плазморезом можно не только разрезать металл, но и произвести плазменную сварку.

Что можно резать: возможности плазмы

Говоря о возможностях плазмы, нужно понимать, как работает плазменная резка и сварка. Такая обработка производится за счет проплавления материала при помощи теплоты. Последняя генерируется сжатой плазменной дугой, после чего расплав выносится из зоны реза струей плазмы.

Эта технология универсальна, поэтому на данный момент активно используется в целом ряде областей. Она позволяет работать с большинством металлов, а также достигать рекордных показателей по скорости резки и толщине заготовок.

Отдельно стоит сказать об экономической составляющей вопроса

Работать с плазменной резкой можно без больших финансовых затрат, не менее важно, что она может производиться как с помощью машин, так и вручную

Назовем основные сферы, в которых применяют автоматизированную и ручную плазменную резку металлов.

1. Плазменная резка труб.

Самыми удобными считаются установки для плазменной резки труб, так называемые труборезы, снабженные центраторами. Они отличаются от классического труборезного оборудования высокой точностью обработки, которая остается недостижимой для газовой автогенной резки.

Немаловажно, что большая часть оборудования для резки труб при помощи плазмы позволяет производить вспомогательные операции. Среди них стоит назвать подготовку поверхности, зачистку шва, снятие фаски и разделывание кромок. Точное перемещение по трубе такого оборудования обеспечивается за счет специальных приводов

Точное перемещение по трубе такого оборудования обеспечивается за счет специальных приводов.

2. Плазменная резка листового металла.

Чаще всего данная технология используется для раскроя тонких листов, поскольку другие методы не позволяют выполнять подобные операции

Немаловажно, что для ручной плазменной резки листового металла используются достаточно компактные и легкие приборы с небольшим расходом электроэнергии

Плазма справляется с большинством металлов, в том числе подходит для обработки стали, чугуна, бронзы, меди, латуни, титана, алюминия и сплавов этих металлов. Данная технология имеет только одно ограничение – по толщине листа, что связано с уровнем теплопроводности. При большей теплопроводности снижается толщина листа, который возможно раскроить при помощи данного метода.

3. Фигурная плазменная резка металла.

Подобная художественная обработка требует использования специализированного оборудования и активно используется в строительстве и многих отраслях производства. Благодаря ЧПУ и специальным программам удается производить плоские детали вне зависимости от их сложности.

Плазма дает возможность вырезать сложные контуры на листах толщиной не более 100 мм. Стоит отметить, что результат не зависит от наличия на металле краски, коррозии, оцинковки и любых загрязнений. При фигурной обработке при помощи плазмы область реза нагревается до +30 000 °C, а настолько высокая температура позволяет плавить любые металлы.

4. Плазменная резка чугуна.

На данный момент это наиболее надежная и эффективная технология. Дело в том, что речь идет об одновременно экономичном, быстром и удобном методе, превосходящем по перечисленным характеристикам резку болгаркой и газом. Плазма позволяет работать с чугуном в тяжелой промышленности. Именно таким образом, например, подготавливают к утилизации скопившийся на территориях предприятий лом. Благодаря плазме делают глубинные разрезы в металле, за счет чего удается справляться с наиболее трудоемкими задачами.

5. Плазменная резка стали.

Такой способ отлично работает при раскрое стали различной толщины

Немаловажно, что плазма дает возможность резать нержавейку, что недоступно кислородной резке. В данном случае практически не происходит образования грата, поэтому удается сократить временные затраты и повысить продуктивность производства. Плазменная резка нержавеющей стали выгодно отличается от газовой целым рядом характеристик, таких как:

Плазменная резка нержавеющей стали выгодно отличается от газовой целым рядом характеристик, таких как:

• высокий уровень безопасности;
• возможность производить детали любой сложности и формы;
• низкий уровень загрязнения окружающей среды;
• быстрый прожиг;
• универсальность и экономичность;
• большая скорость обработки листов стали малой и средней толщины;
• точность и высокое качество разрезов, что позволяет отказаться от финальной обработки.

При помощи резки рулонной стали очень быстро и точно изготавливают листы необходимого формата и штрипсы, то есть узкие полосы стали при продольном сечении.

Виды металлов для плазменной резки

Обработка материала плазменной резкой возможна только, если он теплопроводен, металлы подходят наилучшим образом. Технология позволяет рассекать листы солидной толщины. Плазменный факел способен справиться с цветными и черными сплавами, легированной и нержавеющей сталью.

Принцип плазменной резки металла таков, что почти любая деталь из практически любого материала может быть распилена на части или получить отверстия нужного размера и конфигурации. В основном в работу берутся сталь, чугун, бронза, медь, латунь, титан, алюминий и сплавы из них.

Важна толщина металла. Также большое значение имеет теплопроводность. Чем она выше, тем меньше может быть толщина рассекаемого листа. Если начать работу с толстой заготовкой высокой теплопроводности, то не успеет материал прожечься насквозь, как начнет плавиться.

Принцип технологии плазменной резки

Рисунок 2 — Принцип плазменной резки

Технология плазменной резки металла подразумевает, как уже было сказано, использование плазмотрона. Это устройство, в корпусе которого находится дуговая камера цилиндрической формы. На выходе камеры — канал, задача которого — создание сжатой дуги. С тыльной стороны камеры — сварочный стержень.

Главный принцип плазменной резки заключается в соблюдении последовательности технологических операций. Сначала зажигается предварительная дуга между электродом и наконечником. Это нужно для появления дуги между электродом и рассекаемым материалом. Предварительная дуга выходит из сопла, соприкасается с факелом, тогда же и создается рабочий поток.

На следующем этапе формирующий канал заполняется столбом плазмы. Рабочий газ поступает в камеру инструмента, нагревается, ионизируется и увеличивается в объеме. На выходе дуга имеет температуру до 30 000 °C и скорость до 3 км/с.