Недостатки плазменно дуговой резки металлоконструкций тэц

Плазменная резка металла: виды, преимущества и недостатки

Плазменная резка металла представляет собой относительно инновационную технологию, позволяющую разрезать металлопрокат струей плазмы.

Разновидности способов плазменной обработки

Сегодня существует несколько разновидностей плазменной резки, среди которых можно выделить:

простой способ – резка осуществляется на основе электротока и воздуха (иногда, азота) при ограниченной длине электрической дуги. Эту технологию целесообразно применять при работе с низколегированной и мягкой сталью, толщиной 10 мм, поскольку, в этом случае резка плазмой обеспечивает такой же идеальный результат, как лазерная обработка, без заусениц на обрезной кромке, содержащей пониженное количество азота;
на основе защитного газа – вместо стандартного газа применяется плазмообразующее вещество, благодаря чему место среза автоматически защищается от воздействия атмосферных факторов;
на основе воды – при формировании среза вода охлаждает место среза, поглощая все токсины, выделяющиеся в воздух, а также защищает его от природных негативных воздействий.

Еще одна классификация подразделяет процесс на:

поверхностную резку;
разделительную резку (она применяется значительно чаще).

Некоторые специалисты предпочитают основывать классификацию на способах резки, выделяя:

дугообразную резку – металл используется в качестве части электрической цепи;
струйную резку – дугу образовывают электроды, сам металлопрокат в процессе не участвует.

Плазменная резка: ее преимущества и недостатки

До недавнего времени лучшим видом резки считалась лазерная резка, но специалисты доказали, что плазменная обработка имеет ряд преимуществ перед ней. К ним относится:

возможность обработки любого черного, легированного, тугоплавкого и цветного металла, а также материалов, не содержащих железа;
более высокая скорость резки, а также возможность выиграть дополнительное время, поскольку металл не требует предварительной обработки, например, прогревания;
возможность осуществлять художественную обработку повышенной точности и сложности, а также работать с материалом, расположенным под разными углами;
быструю и точную работу с металлом различной толщины;
получение максимально чистой поверхности, без деформационных стыков, швов, дефектов;
максимальная степень экологической чистоты процесса резки и безопасность его выполнения, поскольку в процессе не применяются взрывоопасные газовые баллоны;

К недостаткам плазменной резки можно отнести:

дороговизну процедуры;
ограниченную толщину металлических пластин (до 10 сантиметров);
высокую шумность установки;
необходимость иметь квалифицированных специалистов, которые будут обслуживать установку.

Как действует плазмотрон

Установка, производящая резку металла плазменным методом, называется плазмотрон. Ее можно использовать не только для работы с металлом, а например, с деревом или керамогранитом, кроме того, ее применение позволяет сваривать, закаливать, зачищать и отжигать металлические поверхности.

Принцип работы плазменной установки прост: между металлом, электродом и соплом агрегата формируется электрическая дуга (катод образовывает отрицательный, а сопло – положительный заряд). Далее преобразовывается вырывающийся из сопла газ в плазму, t° от 3000°С до 6000°С, которая и режет металлическую основу.

Благодаря наличию охлаждающей жидкости, катод и сопло не нагреваются до предела, а значит, их эксплуатационный период не ограничивается несколькими операциями, а влага, выделяемая в работе, впитывается специальным резервуаром, помогающим перемещать рабочую жидкость к нагревателям.

Технология плазменной резки

Резка осуществляется следующим образом:

Агрегат включается и через пару минут зажигается дежурная, а затем режущая дуга, которой нужно вести по металлу.
Регулирование скорости резки контролируется – если с другой стороны металлопроката появляются искры, работа осуществлена правильно, если искр нет, это означает, что металл не до конца разрезан. Это может произойти из-за высокой скорости резки или неправильного расположения горелки к металлическому листу.
После окончания резки, горелку следует наклонить и выключить.

Выбор плазмотрона

Существуют два вида плазморезок:

инверторные – требуют минимального количества энергии, обладают компактными габаритами, легкостью и внешней эстетикой. Но напряжение в плазмотроне является непродолжительным, что может помешать его работе;
трансформаторные агрегаты – долго работают, причем, даже при перепадах напряжения, имеют большие габариты и удельный вес, к тому же потребляют много энергии.

Выбирая плазморезку, нужно учитывать мощность агрегата – от этого параметра будет зависеть размер сопла, а также тип используемого газа. Так, например, для выполнения резки металла толщиной до 30 мм, достаточно приобрести агрегат с мощностью 60-90А, для работы с металлом большей толщины, лучше использовать установку, мощность которой достигает 170А.

Также нужно обратить внимание на:

силу тока;
возможное напряжение;
скорость работы (сколько сантиметров поверхности агрегат обрабатывает за минуту);
длительность работы (время, на протяжении которого агрегат работает, не нагреваясь);
мощность горелки.

И последнее. Работать с агрегатом нужно в защитном костюме и очках, иметь щиток со стеклами затемнения. Кроме того, перед работой необходимо проверить закрепление установки и ее готовность к работе, и только, когда все в порядке, тогда можно приступать к рабочему процессу.

Принцип работы плазменной резки

Плазменную резку очень часто используют в таких отраслях промышленности, как судостроение, машиностроение, а также при изготовлении металлоконструкций, коммунальной сфере и т. п. Кроме этого, плазморез довольно часто используется в частной мастерской. С его помощью быстро и качественно разрезают любой материал, проводящий ток, и некоторые нетокопроводящие материалы – дерево, камень и пластик.

Технология плазменной резки позволяет разрезать листовой металл и трубы, выполнять фигурный рез или изготавливать детали. Работа осуществляется при помощи высокотемпературной плазменной дуги. Чтобы ее создать, потребуется только источник тока, воздух и резак. Чтобы работа выполнялась довольно легко, а рез получался ровным и красивым, следует выяснить, как осуществляется принцип работы плазменной резки.

Как устроен плазморез

Этот аппарат состоит из следующих элементов:

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.

Инверторы довольно легкие, в плане энергопотребления экономные, по цене недорогие, однако, способны разрезать заготовки небольшой толщины. Из-за этого их применяют только в частных мастерских и на маленьких производствах. У инверторных плазморезов КПД на 30% больше, чем у трансформаторных и у них лучше горит дуга. Часто используют их для работ в труднодоступных местах.

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

При нажатии на кнопку розжига начинается подача тока высокой частоты от источника питания (инвертора или трансформатора). В результате этого внутри плазмотрона образуется дежурная электрическая дуга, температура которой достигает 8 тыс. градусов. Столб этой дуги начинает заполнять весь канал.

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.

Читать еще: Как зарядить батарейку мультиметра

Следующий недостаток – достаточно жесткие требования, предъявляемые к отклонению от перпендикулярности реза. Угол отклонения не должен быть больше 10 – 50 градусов и зависит это от толщины детали. Если случается выход за эти пределы, то возникает довольно существенное расширение реза, что в результате влечет за собой быстрый износ расходных материалов.

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

Заключение

Принцип работы плазменной резки довольно прост. Кроме того, аппарат, который используется для этого, имеет большое количество преимуществ, в несколько раз превосходящие имеющиеся недостатки. Если его правильно эксплуатировать, то можно существенно сэкономить время и получить качественный результат.

Плазменно дуговая сварка

В настоящее время существует несколько разновидностей сварки металлов и стали. В последние годы все возрастающей популярностью пользуется дуговая плазменная сварка, позволяющая сваривать практически любые металлы.

Плазменная дуговая сварка что это такое?

Плазменной сваркой называют специализированный технологической процесс, во время которого металл или сталь локально расплавляются узко направленным плазменным потоком. Поток раскаленной плазмы создается специальным устройством (плазменным аппаратом), а температура потока может колебаться от 5 000 и до 30 000 градусов Цельсия.
Именно благодаря высокой температуре данному виду сварки удается справляться практически с любыми материалами вне зависимости от их тугоплавкости и плотности.

Технология плазменно-дуговой сварки

Для того, чтобы разобраться в этой технологии необходимо четко понимать, что такое плазма.

В технологическом плане сварка с помощью плазмы выглядит следующим образом. Для того, чтобы узко направить данное вещество на металл и параллельно максимально разогреть его используется два процесса: чрезвычайный разогрев дуги и принудительное вдувание газа.

Дуга разогревается до предельной температуры, что в свою очередь нагревает поток плазмы. Одновременно с этим, на дугу подается газ под высоким давлением, увеличивающийся в 50-70 раз. Энергия расширяющегося газа дополняется тепловой энергией, что усиливает плазму, делая ее крайне мощным источником энергии.

Для образования устойчивого плазменного потока используют либо чистый аргон, либо аргон с небольшими добавками гелия. В качестве защитного газа, отделяющего зону сварки от атмосферы, используют все тот-же аргон. Материалом для электрода служит вольфрам с торием или медью.

В зависимости от силы электрического тока подаваемого на дугу плазмотрона, сварка подразделяется на следующие виды:

Небольшие токи (до 25 Ампер).
Наиболее распространенный вид плазменной сварки. Столь высокое распространение сварка на малом токе получила за счет того, что она позволяет нагревать лишь локальные участки металла и не повреждать все изделие целиком.
Как правило, дуга на небольшом токе имеет форму цилиндра, и это дает возможность полностью избежать сквозных прожогов стали или металла. Кроме того, с помощью небольших токов можно варить металлы в разных режимах, включая непрерывный и прямой режим с разными видами полярности. К примеру, алюминий можно варить только на малом токе, так как это позволяет разрушать оксидную пленку этого металла.
Средние токи (до 150 Ампер).
Подобный вид сварочных работ очень похож на сварку аргоном, но в отличии от нее характеризуется повышенной мощностью и точечной направленностью. Фактически, именно средние токи используют все преимущества, которые предоставляет раскаленная плазма.
Ток средней мощности гарантирует достаточно глубокое и узкое расплавление металла, без повреждения незапланированных участков детали. В случае необходимости, ток средней мощности позволяет не только сваривать металлы и стали, но и резать их, а также прорезать необходимые отверстия.
Высокие токи (свыше 150 Ампер).
Ток такой силы образует очень широкую дугу, с помощью которой происходит сквозное проплавление заготовки. Подобный вид сварки весьма специфичен, ведь в процессе деталь или заготовку фактически разрезают, а потом сваривают вновь.
С помощью высоких токов принято сваривать особо прочные стали, такие как титан, легированные стали и сплавы с большим содержанием алюминия. В большинстве случае, такая сварка используется в промышленности, когда необходима высокая производительность труда.

Сварка плазменной дугой прямого действия

Технологически сварка с помощью раскаленной плазмы может быть осуществлена двумя способами.

Первый способ – это прямое воздействие дуги на деталь, так называемый метод прямого действия. В этом случае, высокотемпературная дуга возникает непосредственно между электродом и материалом из которого изготовлена деталь.

Второй способ – косвенное воздействие дуги на деталь (метод непрямого воздействия). В этом случае, дуга находится между электродом и соплом сварочного аппарата.
Первый вариант получил более широкое распространение, так как с его помощью можно и сваривать твердые материалы, и резать их.

Основные преимущества плазменной сварки

Имеется несколько основных преимуществ, которые и сделали данную процедуру очень популярной и распространенной по всему миру. Причем преимущества настолько значительные, то сварка при помощи плазмы практически полностью вытеснили некоторые другие виды сварочных работ.

Высокая скорость резки металлов и сплавов.
Достаточно сказать, что металл толщиной в 200 миллиметров узконаправленный поток плазмы разрежет в 3-4 раза быстрее, чем устаревшая газовая сварка.
Универсальность.
С помощью качественного сварочного оборудования можно варить абсолютно все виды металлов, включая алюминиевые и медные сплавы, а также чугун и титан.
Высокая точность резки и сварки.
Шов получается настолько точным и аккуратным, что практически не требует дополнительной обработки. Если речь идет о массовом производстве деталей, то дальнейшей обработки не происходит вовсе.
Нет необходимости в дополнительных материалах.
Используя данный вид сварки нет необходимости в применении аргона, кислорода или ацетилена. Более того, не нужно даже подготавливать металл перед операцией. Резать или сваривать можно даже грязную поверхность или изделие, покрытое ржавчиной.
Абсолютная сохранность деталей.
Поскольку плазменная дуга узко направлена не происходит нагрева всей детали, то она не деформируется и не меняет своих форм. Не придется даже перекрашивать изделие целиком, так как краска останется неповрежденной.
Полная безопасность работ.
Во время сварочных работ не используются баллоны с газом или другие взрывчатые вещества. Все это делает процедуру не только безопасной, но и экологически чистой.

Видео

Предлагаем посмотреть небольшой ролик, который демонстрирует автоматическую плазменную сварку, обратите внимание на качество сварного шва:

Ручная дуговая плазменная сварка

Ручная плазменная сварка – наиболее простая разновидность сварочного процесса. Вся работа проводится вручную, без применения автоматизированных средств. Сварщик самостоятельно выбирает и силу тока, и температурный режим, и электрод. Естественно, что качество работы зависит от опыта сварщика и от качества плазменного генератора.

Конечно-же, данный вид работы имеет свои достоинства и недостатки. К преимуществам ручного вида работы можно отнести:

Возможность работы в любом положении (вертикальном или горизонтальном).
Возможность работы на ограниченном пространстве, куда невозможно поместить автоматический аппарат.
Легкий переход от одного свариваемого материала к другому. Достаточно сменить режим работы и электрод.
Простота и доступность используемого оборудования.

Однако, имеются и недостатки:

Низкая скорость работы (особенно по сравнению с автоматическими линиями).
Уровень сварки целиком и полностью зависит от опыта и умений сварщика.
Достаточно вредные условия работы.

Видео

В следующем ролике демонстрируется ручная сварка плазмой, точечная и шовная:

Плазменно-дуговая наплавка

Данный процесс представляет собой нанесения покрытия на изделие с отличной плотностью и в несколько слоев. При этом, толщина покрытия составит всего лишь несколько миллиметров. Таким образом, удается получать детали с отличными защитными характеристиками и отменной коррозийной стойкостью. Кроме того, с помощью дуговой наплавки можно восстанавливать износ изделий и придавать им новые свойства.

Можно ли своими руками?

Конечно можно! Несмотря на то, что самодельный сварочный аппарат будет не столь качественным и универсальным, как заводской, создать его самостоятельно все-же можно.
Простейший плазменный генератор состоит из следующих деталей:

• Источник тока.
• Плазмотрон.
• Баллон (или компрессор) необходимый для подачи газа.

Имея три эти устройства и правильно рассчитанную электрическую схему можно собрать свой собственный сварочный аппарат. Эта работа не такая простая, как может показаться на первый взгляд, но справится с ней самостоятельно можно.

Это же относится к сварочным работам своими руками. Варить самостоятельно не сложно, главное регулярно практиковаться и не боятся браться за работу, какой бы сложной она не казалась.

Плазменная резка – принцип работы плазмотрона

Для эффективной обработки ряда металлов часто используется плазменная резка, принцип работы которой заключается в применении плазменной дуги.

1 Технология плазменной резки металла

Интересующий нас процесс резки плазменной дугой в мировой практике «скрывается» под аббревиатурой PAC. Под плазмой понимают высокотемпературный ионизированный газ, который может проводить электроток. А плазменная дуга формируется в агрегате под названием плазмотрон из обычной электрической.

Последнюю сжимают, а затем привносят в нее газ, обладающий возможностью образования плазмы. Чуть ниже будет рассказано о том, какое значение для процесса плазменной резки имеют такие плазмообразующие газы.

Технологически существует две методики резки:

Плазменно-дуговая. В данном случае дуга горит между материалом, который обрабатывается, и сварочным электродом неплавящегося типа. Плазменная высокоскоростная струя при такой технологии совмещается со столбом плазменной дуги. Сам же процесс резки обеспечивается высокой энергией плазмы столба, приэлектродных пятен и факела, исходящего из указанного столба. Именно озвученный принцип плазменной резки металла чаще всего используется на современных предприятиях, так как он признается максимально эффективным.
Плазменной струей. Такой вид обработки рекомендован для резки неметаллов. Дуга в этом случае горит между наконечником (его называют формирующим) плазмотрона и сварочным стержнем, а само обрабатываемое изделие в электрическую схему процесса не включается. Из плазмотрона выносится некоторый объем плазмы столба. Его энергия и дает возможность выполнять обработку неметаллических изделий.

2 Плазменная резка – принцип работы плазмотрона

Плазмотрон представляет собой устройство плазменной резки, в корпусе которого размещают небольшую по сечению дуговую камеру цилиндрической формы. На выходе из нее имеется канал, который создает сжатую дугу. С задней стороны такой камеры располагается сварочный стержень.

Читать еще: Как обнулить электросчетчик меркурий 201

Между наконечником устройства и электродом зажигают предварительную дугу. Эта стадия необходима, так как возбуждения дуги между разрезаемым материалом и электродом добиться практически невозможно.Указанная предварительная дуга выходит из сопла плазмотрона, соприкасается с факелом, и в этот момент создается уже непосредственно рабочий поток.

После этого формирующий канал полностью заполняется столбом плазменной дуги, газ, образующий плазму, поступает в камеру плазмотрона, где происходит его нагрев, а затем ионизация и увеличение в объеме. Описанная схема обуславливает высокую температуру дуги (до 30 тысяч градусов по Цельсию) и такую же мощную скорость истекания газа из сопла (до 3 километров в секунду).

3 Плазмообразующие газы и их влияние на возможности резки

Плазмообразующая среда – это, пожалуй, ключевой параметр процесса, который определяет его технологический потенциал. От состава данной среды зависит возможность:

настройки показателя теплового потока в зоне обработки металла и плотности тока в нем (за счет изменения отношения сечения сопла к току);
варьирования объема тепловой энергии в широких пределах;
регулирования показателя поверхностного напряжения, химсостава и вязкости материала, который подвергается резке;
контроля глубины насыщенного газом слоя, а также характера химических и физических процессов в зоне обработки;
защиты от появления подплывов на металлических и алюминиевых листах (на их нижних краях);
формирования оптимальных условий для выноса из полости реза расплавленного металла.

Кроме того, многие технические параметры оборудования, используемого для плазменной резки, также зависят от состава описываемой нами среды, в частности следующие:

конструкция охлаждающего механизма для сопел устройства;
вариант крепления в плазмотроне катода, его материал и уровень интенсивности подачи на него охлаждающей жидкости;
схема управления агрегатом (его циклограмма определяются именно расходом и составом газа, используемого для формирования плазмы);
динамические и статические (внешние) характеристики источника питания, а также показатель его мощности.

Мало знать, как работает плазменная резка, кроме этого следует правильно подбирать комбинацию газов для создания плазмообразующей среды, принимая во внимание цену применяемых материалов и непосредственно себестоимость операции резки.

Как правило, для полуавтоматической и ручной обработки коррозионностойких сплавов, а также машинной и экономичной ручной обработки меди и алюминия используют среду, образованную азотом. А вот уже низколегированная углеродистая сталь лучше режется в кислородной смеси, которую категорически нельзя применять для обработки изделий из алюминия, стойкой против коррозии стали и меди.

4 Достоинства и недостатки плазменной резки

Сам принцип работы плазменной резки обуславливает преимущества данной технологии перед газовыми методиками обработки неметаллических и металлических изделий. К главным достоинствам использования плазменного оборудования можно отнести следующие факты:

универсальность технологии: практически все известные материалы можно резать при помощи плазменной дуги, начиная от чугуна и меди и заканчивая алюминиевыми и стальными холоднокатаными листами;
высокая скорость операции для металлов средней и малой толщины;
резы получаются по-настоящему качественными и высокоточными, что нередко дает возможность не производить дополнительную механическую обработку изделий;
минимальное загрязнение воздуха;
отсутствие необходимости выполнять предварительный прогрев металла для его резки, что позволяет уменьшать (и существенно) время прожига материала;
высокая безопасность выполнения работ, обусловленная тем, что для резки не нужны баллоны с газом, являющиеся потенциально взрывоопасными.

Стоит отметить, что по некоторым показателям газовые технологии признаются более целесообразными, нежели плазменная резка. К недостаткам последней обычно относят:

сложность конструкции плазмотрона и его дороговизну: естественно, это увеличивает себестоимость выполнения каждой операции;
относительно малую толщину реза (до 10 сантиметров);
высокий уровень шума в процессе обработки, который возникает из-за того, что из плазмотрона газ вылетает на околозвуковой скорости;
необходимость высококачественного и максимально грамотного техобслуживания агрегата;
повышенный уровень выделения вредных веществ при применении в качестве плазмообразующего состава азота;
невозможность подключения к одному плазмотрону двух резаков для ручной обработки металлов.

Еще один минус описанного в статье вида обработки заключается в том, что отклонение от перпендикулярности реза допускается не более, чем на угол от 10 до 50 градусов (конкретная величина угла зависит от толщины изделия). Если увеличить рекомендованный показатель, отмечается значительное расширение режущей области, а это становится причиной необходимости частой замены используемых материалов.

Теперь вы знаете, что такое плазменная резка, и прекрасно ориентируетесь во всех ее особенностях.

Преимущества плазменной резки

Преимущества и недостатки плазменной резки по сравнению с другими методами резки металлов?

Резка металлов — проблема, с которой приходится сталкиваться и в цеху, и на стройплощадке, и в мастерской. Простые решения вроде автогена устроят многих, но не всех. Если объем работ по резке металла большой, а требования к качеству реза высоки, то стоит подумать об использовании аппарата плазменной резки (плазмореза).
Первые установки и аппараты плазменной резки появились более полувека назад, но широкому кругу мастеров они стали доступны только в последние два десятилетия.

ПРЕИМУЩЕСТВА:
Какие преимущества в работе дает аппарат или станок плазменной резки металла в работе?

1. При правильном подборе мощности он позволит в 4-10 раз (по сравнению кислородной горелкой) повысить производительность. По этому параметру плазморез уступит лишь промышленной лазерной установке, зато намного выиграет в себестоимости. Экономически целесообразно использовать плазменную резку на толщинах металла до 50-60мм. Кислородная же резка более предпочтительна при раскрое стальных листов толщиной свыше 50 мм.

2. УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ. Плазменная резка позволяет обрабатывать и сталь, и чугун, и алюминий, и медь, и титан, и любой другой металл, причем работы выполняются с использованием одного и того же оборудования: достаточно выбрать оптимальный режим по мощности и выставить необходимое давление воздуха. Важно отметить и то, что качество подготовки поверхности материала особого значения не имеет: ржавчина, краска или грязь помехой не станут.

3. ТОЧНОСТЬ и ВЫСОКОЕ КАЧЕСТВО РЕЗА. Современные плазморезы обеспечивают минимальную ширину реза и «чистые» без наплывов, перекаливания и грата кромки, почти не требующие дополнительной обработки. Немаловажно и то, что зона нагрева обрабатываемого материала намного меньше, чем при использовании автогена, а поскольку термическое воздействие на участке реза минимально, то и тепловые деформации вырезанных деталей незначительны, даже если они небольшой толщины.

4. БЕЗОПАСНОСТЬ, обусловленная отсутствием взрывоопасных газовых баллонов.

5. НИЗКИЙ уровень загрязнения окружающей среды. Касательно экономической стороны вопроса, то совершенно очевидно, что при больших объемах работ плазменная резка выгоднее той же кислородной или, например, механической. В остальных же случаях нужно учитывать не материалы, а трудоемкость использования. Например, сделать фигурный рез в толстом листе недолго и автогеном, но может потребоваться продолжительная шлифовка краев.

НЕДОСТАТКИ:

Ну а теперь поговорим о недостатках. Первый из них — относительно скромная максимально допустимая толщина реза, которая даже у мощных аппаратов редко превышает 80-100 мм. В случае же с кислородной резкой максимально допустимая толщина реза для стали и чугуна может достигать 500 мм.

Следующий недостаток метода — довольно жесткие требования к отклонению от перпендикулярности реза. В зависимости от толщины детали угол отклонения не должен превышать 10-50°. При выходе за эти пределы наблюдается значительное расширение реза и, как одно из следствий, быстрый износ расходных материалов.

Наконец, сложность рабочего оборудования делает практически невозможным одновременное использование двух резаков, подключенных к одному аппарату, что с успехом применяется при резке штучным электродом.

Процесс плазменной резки (принцип работы плазмореза)

Для начала определим, что же есть плазма. В данном случае это нагретый электрической дугой до высокой температуры (порядка 25000 °C) воздух в ионизированном состоянии. Последнее означает, что он утрачивает свойства диэлектрика и приобретает способность проводить электрический ток. В процессе резки плазменный поток становится проводником для тока, расплавляющего металл, и сам же его выдувает.

Рабочий орган аппарата называется плазмотрон. Под этим словом подразумевается плазменный резак с кабель-шланговым пакетом, подключаемый к аппарату. Иногда плазмотроном ошибочно называют аппарат плазменной резки целиком. Разновидностей плазмотронов достаточно много. Но наиболее распространены и более всего пригодны для резки металлов плазмотроны постоянного тока прямой полярности. По виду дуги различают плазмотроны прямого и косвенного действия. В первом случае разрезаемое изделие включено в электрическую цепь, и дуговой разряд возникает между металлической деталью и электродом плазматрона. Именно такие плазмотроны применяются в устройствах, предназначенных для обработки металлов, включая и аппараты воздушно-плазменной резки. Плазматроны косвенного действия применяются, в основном, для обработки неэлектропроводных материалов (у них электрическая дуга возникает в самом резаке).

Сопло — важнейший элемент, определяющий возможности плазмотрона. При плазменной резке применяются сопла небольшого (до 3 мм) диаметра и большой (9-12 мм) длины. От размера диаметра сопла плазмотрона зависит количество воздуха, которое способен пропустить плазмотрон, этот параметр необходимо учитывать при подборе компрессора. Это также влияет на ширину реза и охлаждение плазмотрона. Что касается длины, то чем она больше, тем выше качество реза. Однако чрезмерное увеличение этого параметра ведет к снижению надежности работы и быстрому разрушению сопла. Считается, что длина канала должна быть больше диаметра в 1,5-1,8 раза.

Электродом (катодом) внутри плазматрона служит металлический стержень — другие конструкции в недорогих аппаратах не применяются. То же можно сказать и о материале: разновидностей изобилие, но массово используется лишь электрод из гафния.

Теперь пару слов о рабочих газах, используемых при плазменной резке. Их можно разделить на плазмообразующие и защитные (транспортирующие). Для резки в обычных плазменных системах бытового назначения (сила тока дуги — ниже 200 А, максимальная толщина реза — до 50 мм) сжатый воздух применяют и как плазмообразующий, и как защитный газ. При этом достигается удовлетворительное качество реза, хотя и наблюдается некоторое азотирование и окисление обрабатываемой поверхности. В более сложных системах применяются иные газовые смеси, содержащие кислород, азот, водород, гелий, аргон.

Читать еще: Двухтарифный счетчик электроэнергии меркурий как снимать показания

Выбор аппарата плазменной резки

Даже самые доступные аппараты плазменной резки сложны и довольно дороги в сравнении, например, со сварочными, поэтому к выбору недешевой техники нужно подходить осознанно. Прежде всего необходимо определиться, как обычно, с целями и задачами.

Первый параметр, без учета которого бесполезно учитывать остальные, — это максимально допустимая толщина реза. Данная величина обычно приводится для углеродистой стали, реже — для нержавеющей, еще реже — для алюминия и очень редко — для меди. Поскольку на максимально допустимую глубину реза сильно влияет теплопроводность материала, то для сплавов на основе меди этот показатель примерно на 30% ниже, чем для сплавов на основе железа. И если в технических характеристиках аппарата заявлена максимально допустимая толщина реза стали в 10 мм, это будет означать, что максимальная глубина реза медных сплавов составит 7 мм. Таким образом, вторым по важности показателем станет тип сплава, с которым предстоит работать.

Следующий фактор — планируемый режим эксплуатации плазмореза. Как и в случае со сварочными аппаратами, он определяется параметром «ПВ» (продолжительность включения), который определяет отношение времени работы аппарата ко времени, необходимому для его охлаждения. В некоторых промышленных аппаратах плазменной резки ПВ может приближаться к 100%, для ручной же резки металла вполне достаточно 40-50%.

На практике это выглядит следующим образом. Если ПВ плазмореза составляет 50%, то в течение часа эксплуатации он должен 30 минут работать и 30 минут остывать. При ручной резке приходится время от времени перемещаться или перемещать изделие и периодически выключать кнопку поджига на плазмотроне. Это время как раз и идет в зачет охлаждения, и поэтому работа кажется непрерывной. Такая формула дает сбой при работе с толстыми листами металла или при автоматической плазменной резке с ЧПУ, когда время реза может быть значительным. Дело в том, что параметр ПВ определяется для 10-минутного цикла, поэтому в начале смены, пока аппарат холодный, он будет отработать без перерыва и 15 минут даже при низком ПВ, а вот при цикличной работе может отключиться и после 5 минут непрерывной резки.

Когда ключевые параметры, определяющие принципиальную возможность использования аппарата, определены, следует уделить внимание такому аспекту, как удобство использования. Тут первостепенное значение приобретает мобильность, точнее, радиус действия, на который можно свободно удаляться от малоподвижного аппарата, «прикованного» к своему месту компрессором. Так, длина кабель-шлангового пакета плазмотрона может варьироваться до десятков метров. Кстати, важна не только длина: некоторые производители заявляют ее на уровне 30 м и более, но «забывают» сообщить о том, имеются ли евроразъемы на плазмотроне и источнике. Если таких разъемов нет, то укоротить или удлинить плазмотрон вряд ли получится, и всякий раз разматывать его для того, чтобы резать небольшие по размерам листы, будет утомительно. Главный же минус длинного плазматрона не в этом, а в том (и производители об этом, как правило, тоже умалчивают!), что при его длине свыше 20 метров наблюдается потеря мощности, причем довольно ощутимая. Поэтому разумнее всего выбирать плазмотрон небольшой (6-12 м) длины, оснащенный евроразъемом, чтобы при необходимости была возможность удлинить конструкцию, используя быстронаращиванмый удлинитель плазмотрона. Это будет, кстати, удобно и при работе на открытом воздухе в неблагоприятных условиях, когда выносить из помещения аппарат нежелательно. Однако, как уже отмечалось, использовать удлинитель нужно лишь в случае действительной необходимости.

Очень важный вопрос — проблема расходных материалов: электродов (катодов) и сопел. Важно, чтобы они были доступны и недороги. Как правило, износ этих деталей происходит или одновременно или с небольшим «разбросом» (один катод на два сопла). Одного сопла в среднем хватает на целую рабочую смену (при работе с деталями, толщиной до 10 мм).

Момент, не относящийся напрямую к плазматрону, но требующий обязательного учета, — это система подачи воздуха. Если отбросить самые маломощные модели, оборудованные встроенным компрессором и воспринимаемые многими профессионалами как малополезные игрушки, то следует помнить, что для работы плазматрону нужен мощный компрессор. И не он один: при достаточно большом расходе воздуха (100-250 л/мин при 0,4-0,6 МПа) жесткие требования предъявляются и к его качеству, а значит не обойтись без вспомогательных устройств — таких как влаго- и маслоотделители, фильтры. Поступать в аппарат воздух должен равномерно, без пульсаций, поскольку они серьезно влияют на стойкость сопел и электродов, на стабильность поджига дуги и, как следствие, на качество реза, а значит, нужен объемный ресивер.

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ДЛЯ ЛЮБИТЕЛЯ

Среди современных устройств плазменной резки можно выделить отдельную и наиболее интересную для рядового потребителя категорию — переносные инверторные источники плазмы, применяемые при ручной резке. Их основные достоинства: низкое энергопотребление, компактность, небольшой вес, эргономичный дизайн. Недостатки: ограничение по максимальной мощности (не более 70 А), и, как следствие, по максимальной толщине реза (до 15-20 мм). Также придется мириться с невысокой продолжительностью включения и чувствительностью к перепадам напряжения. Оборудование, выходящие за рамки этого типа, как правило, рассчитано на промышленное применение.

Большинство аппаратов с плазмотронами воздушного охлаждения пригодны для резки металлических деталей толщиной до 50 мм. Для резки деталей толщиной свыше 50 мм или для увеличения производительности применяют более сложные и дорогие аппараты с плазмотронами водяного охлаждения

Максимальная глубина реза определяет толщину материала, которая может быть разрезана данным аппаратом в принципе. Скорость работы при этом в расчет не берется. Чтобы комфортно и быстро работать с деталями толщиной 3-4 мм, следует выбирать аппарат, максимально допустимая глубина реза которого — 8-10 мм.

Унифицированные разъемы для плазмотронов производятся в соответствии с европейскими стандартами и состоят из розеток (со стороны источника плазмы) и вилок (со стороны резака). Преимущество подобной системы заключается в возможности при необходимости удлинить или укоротить конструкцию без ощутимой потери мощности, прочности и электрического контакта.

Износ сопла заключается в нарушении его геометрической формы, что негативно влияет на качество реза. Износ же катода приводит к выработке стержня (допустимая глубина выработки — не более 1,5 мм), в результате чего может произойти пригорание катода к головке плазмотрона и его (плазмотрона) перегрев.

При минусовых температурах необходимо соблюдать определенные меры предосторожности. Поскольку в ресивере и шлангах образуется конденсат, который в случае замерзания может вывести из строя оборудование, то после окончания работ шланги обязательно продувают, а сам компрессор хранят в помещении с плюсовой температурой.

Плазменная резка металла: преимущества, недостатки и особенности

Плазменная резка металла имеет похожие черты, но и обладает некоторыми противоположными особенностями в сравнении с газокислородным методом. Данный тип резки был предложен вместе с первыми плазменными станками. Произошло это в середине прошлого века. Вместе с тем, учитывая общий уровень развития техники и технологий подобное оборудование было дорогостоящим и достаточно громоздким. Учитывая это, резка таким способом применялась только крупными промышленными предприятиями и далеко не во всех отраслях. На сегодняшний день ситуация изменилась, и плазменная резка стала более дешевой, популярной и востребованной.

Плазменная резкаСледует отметить, что недостатки, характерные для газокислородной обработки металла не характерны резке плазменной. Рассмотрим особенности данного способа обработки металла. Обработка производится посредством быстрого и интенсивного расплавления металла вдоль воображаемой линии разреза. За счет применения сжатой электрической дуги выделяется тепловая энергия и происходит нагрев металла. Кроме того, поток плазмы, следующий за электрической дугой, убирает расплавленный металл из области резки. Таким образом, плазма представляет собой сгусток ионизированного газа с температурой 15-20 тысяч градусов. Именно это является основной причиной большей эффективности плазменной резки металла в сравнении с газокислородной обработкой. При газокислородном способе резки рабочая температура достигает 1800 градусов, что на несколько порядков меньше, чем при плазменном способе.

Станок для плазменной обработки металла прошел в своем развитии определенный путь, несколько раз преображался и проходил модернизацию, приобретая при этом простоту в использовании и функциональность.

Учитывая технологические особенности, плазменная резка приобрела на сегодня наибольшую популярность и является наиболее востребованным способом обработки. К основным особенностям можно отнести то, что при осуществлении резки нет необходимости заправлять газовые баллоны или решать вопросы по их доставке. Не возникает потребность в применении присадок для обработки цветных металлов либо осуществление других мер, связанных с соблюдением технической и пожарной безопасности.

Для осуществления плазменной резки потребуется только электроэнергия и воздух. Кроме вышеназванного потребуются некоторые расходные материалы. К таковым относятся сопла и электроды. То есть, способ довольно экономичный.

В каких случаях плазменная резка наиболее предпочтительна? К ним относятся такие:

ситуация, когда есть необходимость резки алюминия или сплавов алюминия, сечение которого может достигать 120 мм;
когда необходимо порезать медь толщиной до 80 мм так же не обойтись без использования плазменного способа;
случаи, когда возникает потребность в резке углеродистых и высоколегированных сталей. При этом, толщина таких сталей не более 50 мм;
чугун сечением не более 90 мм также наиболее эффективно режется плазмой.

Применение плазменной резки отчасти распространяется и на металл сечением 120-200 мм. Хотя в этом случае все-таки более предпочтительным является газокислородный способ.

Эффективность применения плазменного станка и его правильное использование напрямую зависит от характеристик металла, который обрабатывается. К таким относится толщина материала и его теплопроводность. Тут зависимость довольно простая: чем выше теплопроводность материала, тем больше его теплоотвод и тем меньшей может быть толщина материала, который можно обрабатывать. Например, в связи с большей теплопроводностью меди толщина ее резки меньше, чем при обработке нержавеющей стали.