Что нужно знать о плазменной резке металла. Принцип работы плазменной резки

Резка металла - технологический процесс разделения монолитной детали на отдельные части. Операция выполняется механическим способом (рубка, распиливание), гидроабразивным (суспензия из воды и абразивного материала) или термическим (нагрев).

Последний вид - это газокислородная, лазерная и плазменная резка металла.

Что такое плазменная резка? Это обработка металлических изделий, где резцом служит струя плазмы.

Плазма, представляет собой поток ионизированного газа, разогретого до нескольких тысяч градусов. Содержит частицы с положительным и отрицательным зарядом. Имеет квазинейтральные свойства. То есть, в бесконечно малом объёме, суммарный заряд уравновешивается и равен нулю.

Тем не менее, наличие свободных радикалов, означает, что плазма является проводником электричества. Сочетание высокой температуры, электропроводности и высокой скорости потока (больше скорости звука) позволило в прошлом веке разработать и создать для резки металла плазменное оборудование.

Принцип действия

Как работает плазма, - применяются два способа обработки металлических деталей:

• рез прямого действия, или плазменно-дуговая резка металлов;
• рез косвенным воздействием.

Резак прямого действия

Между резаком (катодный узел) и изделием (анод) зажигают электрическую дугу. Катод (электрод) помещён внутрь корпуса, имеющего сопло. Газ, под давлением, проходя мимо электрода, разогревается до высоких температур и ионизируется. Высокая скорость потока создаётся при прохождении сопла. Электродуга плавит металл. Раскалённый газ обеспечивает вывод из зоны нагрева.

Резак косвенного действия

Этот метод позволяет обрабатывать обычные металлы, но, и с малой электрической проводимостью, и диэлектрики. В отличие от предыдущей схемы, источник электроискры помещён в резаке. Поэтому, воздействие на обрабатываемые изделия оказывает только поток плазмы. Стоит такое оборудование значительно дороже, нежели модели прямого действия.

Оба вида резаков имеют общее научно-техническое название, - плазматрон (буквально, - генератор плазмы).

Преимущества плазменной обработки

По сравнению с другими видами обработки металла, этот способ обладает рядом потребительских свойств:

• возможность обработки заготовок из различных металлов, а также неметаллических изделий;
• скорость обработки небольших толщин (до 50 мм) в 25 раз выше, нежели посредством ;
• локальный разогрев детали происходит только в месте воздействия, что способствует отсутствию тепловых напряжений и деформации изделия;
• качественный и чистый распил метала, - в месте обработки малая шероховатость поверхности;
• отсутствие взрывоопасных веществ и предметов, - горючих газов, баллонов под давлением и т.п.;
• способ позволяет производить сложные геометрические резы.

Какое оборудование применяют

Для резки металла плазмой выпускаются агрегаты промышленного и бытового назначения. Первые представляют собой сложный многофункциональный комплекс с автоматизированным процессом (станки с ЧПУ). Вторые - небольшие аппараты, работающие от сети 220V или 380 V.

Источник плазменной резки в бытовых приборах, - инвертор (сварочный генератор) или трансформатор. Первый вид меньше по габаритам, удобнее в обращении. Второй - обладает высокой надёжностью, длительным сроком эксплуатации. Рабочее тело - подготовленный атмосферный воздух.

Мощности ручного агрегата хватает для распила металла толщиной до 15–20 мм. Отдельные модели оснащены функцией бесконтактного зажигания дуги. В комплектацию входит плазмотрон и устройство подготовки воздуха.

Используются в домашних мастерских, условиях профессионального производства и строительства:

• плазменная река листового металла;
• обработка цилиндрических изделий, в том числе стальных труб;
• вырезка сложных геометрических фигур, в том числе отверстий;
• обработка керамических и каменных изделий и другие виды промысла.

Этот вид оборудования существенно превосходит по своему функционалу и удобству пользования обычную газокислородную резку. Не только по габаритам, но и по технике безопасности.

Модель бытового плазматрона показана на фото.

Свойства технологии

Промышленные и бытовые приборы объединяют общие принципы работы плазменной резки:

• создание электродуги;
• образование ионизированного газа;
• создание высокоскоростного потока плазмы;
• воздействие этой активной средой на обрабатываемый материал.

Для плазменно-дуговой резки характерны:

• Температура потока. Величины находятся в диапазоне 5000–30000°C. Определяется видом обрабатываемого материала: нижние значения используют для цветных металлов, верхние - для тугоплавких сталей.
• Скорость потока. Значения в пределах 500–1500 м/с. Настраивается под определённый вид обработки:
  • толщина заготовки;
  • вид материала;
  • тип распила (прямой или криволинейный);
  • длительность работы плазматрона.
• Газ, применяемый для плазменной резки. При обработке чёрных металлов (сталей) используют активную группу, - кислород (O2) и воздух. Для цветных металлов и сплавов, - неактивную: азот (N2), аргон (Ar), водород (H2), водяной пар. Объясняется тем, что цветные металлы окисляются кислородом (начинают гореть), поэтому применяется среда защитных газов. Кроме этого, комбинируя состав газовой смеси, можно повысить качество обработки.
• Ширина разреза. Здесь наблюдается прямая последовательность: с ростом показателей, увеличивается ширина реза. На её величину влияет:
  • толщина метала и его вид;
  • диаметр сопла;
  • сила тока;
  • расход газа;
  • скорость реза.
• Производительность. Определяется скоростью обработки. Например, для бытовых агрегатов и по ГОСТ, величина не превышает 6,5–7 м/мин (~0,11 м/сек). Зависит от толщины, вида металла, скорости газовой струи. Естественно, что с увеличением размеров, скорость обработки падает.

Качество обработки

Качество реза - важный фактор при обработке металла, особенно, если это плазменная резка труб. Определяется режимом работы, мастерством исполнителя. Плазменно-дуговая резка регламентируется ГОСТ 14792-80. Международный стандарт качества - ISO 9013-2002.

Документами определяются основные критерии:

1. Допуск на перпендикулярность или угловатость. Показывает отклонения от перпендикуляра и плоскости реза к поверхности обрабатываемого изделия.
2. Оплавление верхнего края. Трещины в точках обработки не допускаются. Верхний край может быть острым, оплавленным, оплавленно-нависающим.
3. Шероховатость. По ГОСТ делится на три класса, 1, 2 и 3.

Виды плазменнй резки

Технология плазменной резки металла - это набор нескольких способов. Плазменно-дуговая резка подразделяется:

1. воздушно-плазменный способ резки металла;
2. газоплазменная;
3. лазерно-плазменный способ резки.

Первые два вида схожи по принципу действия, - электродуга плюс ионизированный поток раскалённого газа. Отличие в рабочем теле. В первом случае - воздух, во втором - какой-либо газ или водяной пар.

По способу обработки заготовок толщиной до 200 мм, применяется комбинированное оборудование. Современная промышленная установка сочетает термообработку газовой струёй или использование плазмотрона. Станки для резки оснащены модулем ЧПУ (числовое программное управление). Выполняют раскрой листового металла по прямой или криволинейной траектории.

Ручная плазменная резка - это классическая плазменно-дуговая резка. Переносные агрегаты (бытового уровня) режут чёрный металл с помощью воздушной ионизированной струи. Расширение ассортимента газов, влечёт значительное усложнение оборудования и рост его стоимости.

Лазерно-плазменная

Представляет собой комбинацию на одном станке. Лазерная резка применяется для работ с толщинами до 6 мм. Более размерные листы обрабатываются с помощью плазменно-дуговой резки.

Лазерная и пламенная резка, в сочетании на одном станке с ЧПУ, повышает производительность. Позволяют формировать различные линии раскроя, в том числе, рез отверстий.

Лазерная или плазменная резка, совмещённые на одном устройстве, значительно экономят производственные площади. Плазменно-дуговая резка используется на габаритных заготовках. Лазерная - при обработке мелких деталей с повышенными требованиями к точности раскроя.

Принципиальное отличие лазерного метода от плазменного, - источник нагрева. В лазере - это сфокусированный световой луч. Зона контакта чрезвычайно мала, поэтому удаётся получить локальное воздействие на деталь. Благодаря этому, ширина распила мала, качество раскроя выше, нежели плазматроном.

Из-за этого, плазменная резка труб постепенно сдаёт позиции там, где требуется высокая точность раскроя и предъявляется повышенное качество к краю изделия.

Обработка титана

В космической, авиационной, медицинской и других видах промышленности большую популярность завоёвывает титан и его сплавы. Сочетание прочности, малой плотности - основные плюсы этого вещества. Но, этот металл химически активен и тугоплавок.

Вследствие таких характеристик, его трудно подвергать механической и термической обработке. Режущий применять нельзя, - металл сгорит. Отсюда, резка титана хорошо освоена на плазматроне и лазерным способом.

Кроме обычного прямого раскроя, плазменно-лазерный способ позволяет выполнять пространственную обработку сложных геометрических форм, например, сопряжение нескольких отверстий.

Пример плазменной резки металла, посредством плазматрона, можно увидеть на видео.

Для резки металлов применяют несколько разных способов, которые отличаются друг от друга эффективностью и себестоимостью. Некоторые методы применяются только для решения промышленных задач , некоторые же можно использовать и в быту. К последним относится резка плазмой. Эффективность раскроя этим способом ограничивается только правильным выбором установки и опытом мастера. Что такое резка металла плазмой? На чем основывается принцип работ? В каких сферах используется этот метод раскроя металлов?

Основы плазменной резки

Для того чтобы понять основы раскроя металла при помощи плазменного способа, необходимо вначале понять, что такое плазма? От понимания того, каким образом устроен плазматрон, и принципа работы с этим прибором будет зависеть конечное качество порезки.

Плазменная термическая обработка металлов зависит от определенных параметров рабочей струи жидкости или газа, которые под давлением направляются на поверхность обрабатываемой площади. Для достижения требуемого эффекта струю нужно довести до следующих показателей:

1. Температура - для появления плазмы нужно воздух почти мгновенно разогреть до 5−30 тысяч градусов. Повышенная температура достигается за счет создания электрической дуги. Во время достижения требуемой температуры поток воздуха ионизируется и изменяет свои свойства, получая электропроводность. Технология плазменной обработки металла подразумевает применение осушителей, удаляющих влагу, а также систем нагнетания воздуха.
2. Скорость - на поверхность материала струя направляется под высоким давлением. Можно сказать, что раскрой металла плазмой основан на разогревании материала до температуры плавления и моментального его выдувания. При этом рабочая скорость струи составляет приблизительно 2−5 км/сек.
3. Наличие электрической цепи. Все о порезке плазмой металла узнать можно лишь на практике. Но определенные особенности нужно учесть еще до покупки установки. Так, есть плазмотроны прямого и косвенного воздействия. И если для первых обязательно, чтобы обрабатываемый материал был подсоединен в общую электросеть (выступая в качестве электрода) и пропускал электричество, то для последних нет этой необходимости. Плазма для порезки металла в этом случае получается при помощи электрода, который встроен внутри держателя. Этот вариант применяют для металлов и иных материалов, не проводящих электричества.

Еще один немаловажный момент, который необходимо учесть, - это то, что плазменная порезка толстого материала практически не производится, поскольку это малоэффективно и приводит к высоким финансовым затратам.

Принцип работы

Главный принцип работы резки металла плазмой можно описать таким образом:

1. Компрессор подает на горелку плазмотрона воздух под давлением.
2. Поток воздуха мгновенно разогревается за счет действия на него электрического тока. С учетом разогревания воздушная масса через себя начинает пропускать электричество, вследствие этого и образуется плазма. В определенных моделях плазмотрона вместо воздушного потока применяют инертные газы.
3. Резка плазмой металла, если ее более подробно рассмотреть, производится способом узконаправленного быстрого разогревания поверхности до требуемой температуры с дальнейшим выдуванием расплавленного материала.
4. Во время проведения работ неизбежно появляются некоторые отходы, которые включают в себя высечку либо остатки листового материала после высечения требуемых деталей, а также остатки расплавленного металла и окалины.

Поскольку процесс связан с мгновенным нагревом обрабатываемого материала до жидкого состояния, то его толщина при порезке должна составлять:

• медь - 8 см;
• алюминий - до 12 см;
• чугун - до 9 см;
• легированная и углеродистая сталь - до 5 см.

Есть два основных метода обработки материалов, от которых будут зависеть характеристики плазменной порезки. А именно:

1. Плазменно-струйная - в данном случае дуга появляется непосредственно в плазмотроне. Плазменно-струйный способ обработки является универсальным, так как дает возможность обрабатывать неметаллические материалы. Единственным минусом считается необходимость регулярной замены электродов.
2. Плазменно-дуговая - этот вариант подойдет для любых разновидностей металла, которые могут проводить через себя электрический ток. Как правило, плазменно-дуговую порезку применяют для промышленного оборудования. Смысл этого метода сводится к тому, что плазма появляется благодаря дуге, которая возникает непосредственно между плазмотроном и поверхностью обрабатываемого материала.

Плазменная резка работает по принципу обычной дуговой, но без применения привычных электродов. При этом эффективность этого метода обработки зависит непосредственно от толщины обрабатываемого материала.

Точность и скорость порезки

Как и во время любого иного способа термической обработки, при плазменной порезке происходит некоторое оплавление металла, что сказывается на качестве реза. Есть и иные особенности, являющиеся характерными для данного способа. А именно:

1. Оплавление краев - вне зависимости от того, какие режимы обработки материала применяются, и от профессионализма мастера, который производит работы, не получается избежать незначительного оплавления поверхности во время самого начала проведения работ.
2. Конусность - с учетом производительности установки и профессионализма мастера конусность может варьироваться в пределах 4−12 градусов.
3. Скорость проведения работ - обычная порезка металла при помощи плазматрона производится быстро и с невысоким расходом электроэнергии. Согласно ГОСТ и техническим характеристикам ручного оборудования, скорость плазменной резки составляет не больше 6500 мм/мин.
4. Характеристики реза - скорость и качество реза будут зависеть от того, какие конкретно операции требуется произвести. Таким образом, разделительный разрез с низким качеством делается быстрее всего, причем в основном ручные установки могут резать металл до 65 мм. Для фигурной обработки деталей возможна толщиной материала до 45 мм.

От уровня профессионализма мастера значительно будет зависеть качество проведения работ. Точный и чистый рез с минимальным отклонением от требуемых размеров может сделать лишь работник с профильным образованием. Без необходимой подготовки сделать фигурную порезку вряд ли выйдет.

Обработка цветных сплавов

Во время обработки цветных металлов применяются различные способы резки с учетом плотности материала, его типа и иных технических показателей. Для разрезания цветных металлов необходимо соблюдение таких рекомендаций:

1. Резка алюминия - для материала толщиной до 7 см, может применяться сжатый воздух. Использование его нецелесообразно во время низкой плотности материала. Качественный рез алюминиевого листа до 2 см достигается во время применения чистого азота, а с толщиной 7−10 см при помощи водорода с азотом. Порезка плазмой алюминия при толщине более 10 см производится смесью водорода с аргоном. Такой же состав советуют применять для толстостенной высоколегированной стали и меди.
2. Порезка нержавеющих сталей - для проведения работ не советуют применение сжатого воздуха, с учетом толщины материала может использоваться чистый азот или смеси с аргоном. Нужно учесть, что нержавеющая сталь довольно чувствительна к действию переменного тока, что может приводить к изменению ее структуры и более быстрому выходу из эксплуатации. Порезка нержавейки производится при помощи установки, которая использует принцип косвенного действия.

Сфера использования плазменной порезки

Применение плазмотронов такой большой популярностью пользуется не зря. Во время относительно простой эксплуатации, а также не очень высокой стоимости ручного оборудования (в отличие от других устройств для резки) можно добиться высоких показателей касательно качества полученного реза.

Использование плазменной порезки металла получило свое распространение в таких производственных сферах:

1. Сооружение металлоконструкций.
2. Обработка металлопроката - при помощи плазмы можно разрезать почти любой вид металла, в том числе черный, тугоплавкий и цветной.
3. Разные сферы промышленности, авиастроение, капитальное строительство зданий, машиностроение и т. д. - во всех этих областях не обойтись без применения плазменных резаков.
4. Обработка деталей и художественная ковка. При помощи плазменного резака можно изготовить деталь почти любой сложности.

Использование станков с плазменной резкой ручных установок не заменило. Таким образом, художественная резка плазмой дает возможность изготовить уникальные детали, которые точно соответствуют замыслу художника для применения их в качестве декоративных украшений лестниц, перил, заборов, ограждений и т. д.

Преимущества и недостатки

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

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

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

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

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

Сравнение лазерной и плазменной резки

Отличие плазменной от лазерной резки металла состоит в способах действия на поверхность материала. Лазерное оборудование обеспечивает большую скорость обработки деталей и производительность, причем после выполнения работ отмечается меньший процент оплавления. Недостатком лазерных устройств является их высокая цена, а также то, что толщина обрабатываемого материала обязана быть не более 2 см.

Плазмотрон, в отличие от лазера, стоит гораздо дешевле, а также имеет более широкие функциональные возможности и сферу применения.

Для резки металлов используют несколько различных методов отличающихся друг от друга себестоимостью и эффективностью. Некоторые способы используются исключительно для промышленных целей другие также можно применять и в быту.

К последним относится плазменная резка металлов. Эффективность плазменного раскроя ограничивается опытом мастера и правильным выбором установки.

• Что такое плазменная резка металла?
• На чем основан принцип проведения работ?
• Какие сферы применения имеет этот способ раскроя материалов?

Основы резки металлов плазмой

Чтобы понять основы резки металла с помощью плазменного метода следует для начала уяснить, что же такое плазма? От правильного понимания того как устроен плазматрон и принципов работы с ним зависит качество конечного результата.

Термическая плазменная обработка металлов зависит от параметров рабочей струи газа или жидкости, направленной под давлением на обрабатываемую поверхность. Для достижения необходимых результатов струю доводят до следующих характеристик:

• Скорость - струя направляется под высоким давлением на поверхность материала. Можно сказать, что плазменный раскрой металла основан на разогревании металла до температуры плавления и быстрого выдувания его. Рабочая скорость струи при этом составляет от 1,5 до 4 км в сек.
• Температура - для образования плазмы необходимо практически моментально разогреть воздух до 5000-30000°C. Высокая температура достигается благодаря созданию электрической дуги. При достижении необходимой температуры воздушный поток ионизируется и меняет свои свойства, приобретая электропроводность. Технология плазменной резки металла подразумевает использование систем нагнетания воздуха, а также осушителей, которые удаляют влагу.
• Наличие электрической цепи. Все о раскрое металла плазмой можно узнать только на практике. Но некоторые особенности необходимо учитывать еще до приобретения установки. Так, существуют плазмотроны косвенного и прямого воздействия. И если для вторых обязательно, чтобы обрабатываемый материал пропускал электричество и был включен в общую электрическую сеть (выступая в роли электрода), то для первых такой необходимости нет. Плазма для резки металла в таком случае получается с помощью встроенного электрода внутри держателя. Этот способ используют для металлов и других материалов, которые не проводят электричество.

Еще один важный момент, который следует учитывать, это то, что плазменная резка толстого металла практически не выполняется, так как это ведет к увеличенным материальным затратам и малоэффективно.

Характеристики и принцип резки металла плазмой

Основной принцип работы плазменной резки металла можно описать следующим образом:

Так как процесс связан с моментальным разогревом разрезаемого материала до жидкого состояния, толщина металла при резке составляет:

• алюминий до 120 мм;
• медь 80 мм;
• углеродистая и легированная сталь до 50 мм;
• чугун до 90 мм.

Существуют два основных способа обработки материалов, от которых зависят характеристики плазменной резки. А именно:

1. Плазменно-дуговая - способ подходит для всех видов металла, которые в состоянии проводить электрический ток. Обычно плазменно-дуговую резку используют для промышленного оборудования. Суть способа сводится к тому, что плазма образовывается за счет дуги, которая появляется непосредственно между поверхностью обрабатываемого материала и плазмотроном.
2. Плазменно-струйная – в этом случае дуга возникает в самом плазмотроне. Плазменно-струйный вариант обработки более универсален, позволяет разрезать неметаллические материалы. Единственным недостатком является необходимость периодической замены электродов.

Плазменная резка металла работает как обычная дуговая, но без использования привычных электродов. Но эффективность способа обработки прямо пропорциональна толщине обрабатываемого материала.

Скорость и точность резки металла плазмой

Как и при любом другом виде термической обработки, при плазменной резке металла происходит определенное оплавление металла, что отражается на качестве реза. Существуют и другие особенности, которые являются характерными для этого метода. А именно:

От профессионализма мастера во многом зависит качество выполнения работ. Чистый и точный рез с минимальным отклонением от необходимых размеров может выполнить только работник с профильным образованием. Без соответствующей подготовки выполнить фигурную резку вряд ли получится.

Плазменная резка цветных металлов

При обработке цветных металлов используются разные способы резки в зависимости от типа материала, его плотности и других технических характеристик. Для разрезания цветных сплавов требуется соблюдения следующих рекомендаций.

Где применяется плазменный раскрой металла

Использование плазмотронов не зря пользуется такой большой популярностью. При относительно простой эксплуатации и незначительной стоимости ручной установки (по сравнению с другим оборудованием для резки) удается достичь высоких показателей относительно качества реза.

Применение плазменной резки металла получило распространение в следующих сферах производства:

Применение станков с плазменной резкой не заменило ручных установок. Так художественная резка металла плазмой позволяет сделать уникальные детали точно соответствующие замыслу художника, для использования их в качестве декоративных украшений для заборов и лестниц, а также перил, ограждений и т. д.

Резка металла плазмой – преимущества и недостатки

Без резки металла не может обойтись практически ни одно промышленное предприятие, так или иначе связанное с металлопрокатом. Быстрое разрезание листового материала на заготовки, декоративная фигурная резка металла плазмой, вырезание точных отверстий – все это можно выполнить достаточно быстро с помощью плазмотрона. Плюсы, которые имеет метод, заключаются в следующем:

• Высокая производительность и скорость обработки деталей. По сравнению с обычным электродным методом можно выполнить объемы работ от 4 до 10 раз больше.
• Экономичность - плазменный метод намного выигрывает на фоне стандартных способов обработки материалов. Единственные ограничения связанны с толщиной металла. Нецелесообразно и экономически невыгодно разрезать с помощью плазмы сталь толще 5 см.
• Точность - деформации от тепловой обработки практически незаметны и не требуют дополнительной обработки впоследствии.
• Безопасность.

Все эти преимущества плазменной резки металла объясняют, почему метод пользуется настолько широкой популярностью не только в промышленных, но и бытовых целях.

Но говоря о плюсах необходимо заметить и некоторые отрицательные стороны:

• Ограничения, связанные с толщиной реза. Даже у мощных установок максимальная плотность обрабатываемой поверхности не может быть выше, чем 80-100 мм.
• Жесткие требования относительно выполнения обработки деталей. От мастера требуется четко придерживаться угла наклона резака от 10 до 50 градусов. При несоблюдении этого требования нарушается качество реза, а также ускоряется износ комплектующих.

Сравнение плазменной и лазерной резки металла

Отличие лазерной резки металла от плазменной заключается в методах воздействия на поверхность материала.

Лазерные установки обеспечивают большую производительность и скорость обработки деталей, при этом после выполнения операции наблюдается меньший процент оплавленности. Минусом лазерного оборудования является его высокая стоимость, а также то, что толщина разрезаемого материала должна быть меньше 20 мм.

По сравнению с лазером плазмотрон имеет меньшую стоимость, более широкую сферу применения и функциональные возможности.

Плазменная резка – новая великолепная технология, позволяющая разрезать металлы солидной толщины и любой природы, даже самой капризной. В качестве режущего предмета выступает не нож, а плотная струя плазмы, которая позволяет формировать идеально точный рисунок реза в единицу заданного времени.

Этот способ работы с металлом содержит множество достоинств, которые мы разберем ниже. А сейчас начнем с физики – нужно разобраться с сутью процесса.

Технология плазменной резки металла отдает главную женскую роль нашей любимой электрической дуге. Он формируется между электродом и соплом. Иногда вместо электрода выступает металл, который нужно разрезать. Разберемся, что такое плазменная резка.

Начало процесса – включение источника электрического питания и подача тока высокой частоты в плазменный резак. Источник питания включается автоматически после нажатия тумблера розжига в аппарате.

Сначала формируется так называемая промежуточная дуга – она имеет временный характер и соединяет электрод с наконечником сопла резака. Нагревается эта дежурная дуга до уровня температуры около 8000°С.

Это важный момент общего процесса плазменной резки – нужно помнить, что настоящая дуга между электродом и металлом образуется не сразу, а через ее промежуточный вариант.

Следующий этап процесса – поступление воздуха из компрессора, который обычно прилагается к аппарату резки металла. Компрессор подает воздух в сжатом виде. Этот воздух поступает в камеру плазмотрона, в котором находится и уже раскалена временная электрическая дуга.

Дуга нагревает сжатый воздух, объем которого при нагреве увеличивается во много раз. Дополнительно к нагреву и увеличению объема воздух начинает ионизироваться и трансформироваться в настоящий проводник электрического тока. Он превращается в ту самую плазму

Малый диаметр сопла дает возможность разгонять поток этой раскаленной плазмы до огромных скоростей, с которыми струя вылетает из аппарата. Скорость потока может достигать трех метров в секунду.

Схема работы плазменной резки.

Температура воздуха – запредельная, вплоть до 30 000°С. При этих условиях электрическая проводимость воздуха – плазмы практически равна проводимости разрезаемого металла.

Настоящая конечная дуга появляется мгновенно, как только поток плазмы достигает и касается поверхности металла. Временная дуга, в свою очередь, автоматически выключается. Металл начинает плавится точно в месте среза.

Жидкие металлические капли сразу же сдуваются струей сжатого воздуха. Это и есть принцип плазменной резки. Как видите, все просто, логично и понятно.

Классификация видов плазменной резки

Виды плазменной резки будут зависеть от среды, в которой проводятся работы по металлу:

Простой

Главное отличие способа – ограниченность электрической дуги. Для резки используется электрический ток и воздух. Иногда вместо воздуха применяются газ в виде азота. Если металлически лист тонкий – всего несколько миллиметров, процесс можно сравнить с лазерным разрезанием.

При этом способе толщина металлов не должна превышать 10-ти мм. Способ отлично работает для низколегированных сплавов стали и других мягких металлов. Режущим элементом выступает кислород, из которого формируется сжатая струя, превращающаяся в итоге в плазму.

В разрезах получаются очень ровные кромки, не требующие дальнейшей доработки.

С применением защитного газа

При этом способе вместо воздуха используются защитные газы, которые превращаются в плазменный поток после преобразования в плазмотроне. Качество срезов в данном случае значительно повышается благодаря отличной защите процесса от воздействия окружающей среды.

Газ для плазменной резки не представляет из себя ничего необычного: это может быть водород или аргон – «газовая классика».

С водой вместо воздуха

Отличны способ со многими преимуществами, одно из которых – отсутствие необходимости в дорогостоящей и громоздкой системе охлаждения.

Существуют и другие критерии классификации плазменной резки. К примеру, виды резки бывают разделительными и поверхностными. Первый из них используется чаще.

Еще один параметр – способ резки. Один вид – резка дугой, в котором разрезаемый металл выступает в качестве элемента электрической цепи. Другой вид – резка струей, когда электрическая дуга соединяет электроды, а не металлическую заготовку.

Плазменные резаки представлены на рынке в самых разнообразных вариантах, так что их можно классифицировать по маркам, производителям и многим другим техническим и торговым параметрам.

Есть, например, ручная плазменная резка – самый демократичный способ и по цене, и по простоте исполнения. Есть машинные автоматические технологии, устройства для которых намного дороже и сложнее.

Преимущества резки плазмой

Принцип работы плазменной резки.

Самой близкой технологией является лазерная резка металлов, поэтому логично будет перечислить преимущества в сравнении с «соседкой»:

• Плазменной резке по плечу металлы любой природы, в том числе цветные, тугоплавкие и другие, сложные для обработки.
• Скорость процесса значительно выше, чем резка газовым резаком.
• Одна из значительных особенностей – возможность производить резы любой формы, включающие и геометрические узоры, и фигурную резку самой высокой сложности. Иными словами, резка с помощью плазмы – это реализация самых смелых творческих идей по металлу и другим трудно поддающимся материалам.
• Плазменному резаку нипочем любая толщина металла: скорость и качество никоим образом не теряются.
• Этому способу поддаются не только металлы, но и другие материалы: он вполне универсальный.
• Резка плазмой и быстрее, и эффективнее по качеству кромки, чем любые другие механические способы резки.
• В данном методе возможна работа не только перпендикулярно к поверхности металла, но под углом, что помогает освоить широкие листы металла.
• С экологической точки зрения это вполне благополучный вид работы с металлом с минимальным выбросом вредных веществ или загрязнений в воздух.
• Отличная экономия времени из-за отсутствия необходимости предварительно нагревать металл.
• Поскольку в методе не используются взрывоопасные газовые баллоны, он значительно безопаснее, чем другие способы.

Недостатки плазморезки

Ни один способ обработки металлов не обходится без недостатков, и плазменная резка здесь не исключение.

Недостатки плазменной резки следующие:

• Дороговизна всего модельного ряда аппаратов для плазменной резки, включая даже самые простые ручные варианты.
• Пределы толщины металла для резки плазмой: предельная толщина всего 100 миллиметров.
• Это шумный способ работы, потому что сжатый воздух или газ подаются с огромной скоростью.
• Оборудование непростое, дорогое и требующее грамотного и постоянного технического обслуживания.

Еще одной отличительной положительно характеристикой метода является то, что во время процесса происходит нагрев лишь небольшого локального участка. Да и остывает этот участок намного быстрее, чем при лазерной или механической резке.

Охлаждение необходимо только для двух составных элементов – катода и сопла, как самых нагруженных. Это без проблем производится с помощью рабочей жидкости.

Плазменная дуга и струя.

Дуга начинает работать стабильно в результате рабочего соотношения катода и сопла с паром из сжатого раскаленного воздуха. На катоде локализуется отрицательный заряд, на наконечнике сопла – соответственно положительный. В результате этого образуется промежуточная дуга.

Лишняя влага впитывается специальным материалом, который находится в резервуаре камеры плазмотрона.

Правила безопасности при данном методе имеют строжайший характер, потому что все аппараты плазменной резки могут быть очень травматичными для мастера. Особенно это касается моделей с ручным управлением.

Все будет в порядке, если вы будете соблюдать рекомендации по защитной амуниции мастера: щиток, затемнённые очки, защитные ботинки и т.д. В этом случае вы сможете уберечься от главных факторов риска данного метода – капель расплавленного металла, высокого напряжения и раскаленного воздуха.

Еще один совет по безопасности – ни в коем случае не стучать резаком по металлу для удаления металлических брызг, как это делают некоторые мастера. Вы рискуете повредить аппарат, но главное – поймать кусочки расплавленного металла, например, лицом или другой незащищенной частью тела. Лучше поберечь себя.

Экономия расходных материалов занимает не последнее место в эффективной резке. Для этого зажигаем электрическую дугу не слишком часто, а точно и в срок, чтобы не обрывать ее без надобности.

Экономия ресурсов также распространяется на силу и мощность тока. Если рассчитать его правильно, вы получите не только экономию, но и отличный срез без заусениц, окалины и деформации металла.

Для этого следует работать по следующей схеме: сначала подать ток высокой мощности, сделать пару – тройку разрезов с его помощью. Если сила и мощность тока великоваты, на металле сразу же будет образовываться окалина из-за значительного перегрева.

После осмотра срезов будет ясно, оставить ток на этом уровне или изменить его. Иными словами, работаем экспериментально – малыми пробами.

Как работать плазморезкой?

Электрическая схема плазменного генератора.

Резка металлов с помощью плазменного потока – слишком серьезное дело, чтобы заниматься им без предварительного изучения и тщательной подготовки. Это поможет вам сделать резку эффективнее со всех точек зрения, и, что весьма немаловажно, минимизировать риски, связанные с производственными опасностями.

Прежде всего нужно знать принцип работы плазменной резки – видеть картинку физических явлений целиком.

Плазменную горелку следует держать очень близко к поверхности и краю металла, в отличие от лазерной резки. Когда тумблер с «пуском» включится, первой загорится временная электрическая дуга, и только затем – настоящая, которая будет главным режущим элементом. Горелку с режущей дугой нужно вести по материалу ровно и медленно.

Скорость резки следует строго контролировать. Это можно делать, наблюдая за искрами с обратной стороны листа разрезаемого металла. Если этих искр нет, то это значит, что разрезка металла произошла неполная.

Такое может произойти по нескольким причинам: из-за слишком большой скорости ведения горелки или прохождения аппарата, либо слишком недостаточной мощности подаваемого тока, либо несоблюдения прямого угла в 90° между горелкой и поверхностью металла.

Дело в том, что полная проплавка металла происходит лишь при наклоне плазморезки к поверхности металла под прямым углом и ни градусом больше или меньше.

После завершения работы резак нужно наклонить. Воздух будет выходить и после выключения аппарата – непродолжительное время.

Перед работой невредно изучить схему вашего аппарата: именно в ней можно прочитать самую достоверную информацию по допускаемой толщине металла, который можно прорезать или сделать в нем отверстие. Устройство плазменного резака может различаться, все зависит от функций его назначения.

Выбор аппарата для плазменной резки

Покупка любого технического оборудования – дело, для которого не нужно жалеть времени и усилий: слишком высок риск неудачного решения и потери денег. А деньги здесь немалые, вы не найдете плазменного резака дешевле 500 USD в принципе.

Сначала разбираемся с параметрами и техническими характеристиками прибора.

Две большие группы плазморезов – это инверторные и трансформаторные. Названия говорят сами за себя.

Открытая и закрытая плазменная струя.

Если вам нужен компактный резак для работы с металлами небольшой толщины, вы можете остановить свой выбор на резаке инверторного типа. Они забирают немного энергии, легкие и с небольшими габаритами.

Вместе с тем работают они с перерывами и легко выходят из строя при перепадах сетевого напряжения. Цена на такие приборы вполне умеренная, из всех плазморезов это самые недорогие.

Другое дело – трансформаторные резаки. Здесь и с габаритами, и с весом «все в порядке»: серьезные аппараты по всем параметрам.

Энергии потребляют много, зато работать они могут практически без перерыва в течение целого дня. И толщина металла может быть побольше, чем при резке инверторной моделью. Стоимость таких устройств высокая – от 3000 до 20000 USD.

Выбор плазменного резака по мощности

Рассуждения начинаем со свойств и технических характеристик деталей, которые вы планируете обрабатывать и резать. Именно это этого рассчитывается мощность режущего прибора, потому что в нем будут различаться и сопло по своему диаметру, и тип используемого газа.

Применение плазменной резки – область чрезвычайно широкая, поэтому говорить нужно только о ваших конкретных нуждах.

К примеру, если толщина металлических заготовок около 30-ти мм, вам будет вполне достаточно резака с мощностью 90А. Он легко справится с вашим материалом.

А вот если ваш металл потолще, ищите подходящую модель в диапазоне мощности от 90 до 170А.

Выбор резака по времени и скорости разрезания материала

Скорость плазменной резки металла измеряют в сантиметрах за одну минуту. Эта скорость у разных аппаратов тоже разная и зависит от их общей мощности и природы разрезаемого металла.

Например, при всех прочих равных медленнее всего режется сталь, чуть быстрее – медь и ее сплавы. И еще быстрее – алюминий со своими алюминиевыми сплавами.

Устройство плазменного резака.

Если для вас важна скорость, не забывайте о таком показателе, как длительность работы без перегрева, то есть без перерыва. Если в технической спецификации к аппарату написано, что длительность работы 70%, это означает, что после семи минут резки аппарат должен быть выключенным в течение трех минут, чтобы остыть.

Среди трансформаторных резаков встречаются чемпионы с продолжительностью работы в 100%. Иными словами, они могут работать целый день без отключения. Стоят они, конечно, немало. Но если у вас впереди длинные разрезы, думайте о покупке «чемпионских» трансформаторных плазменных резаков.

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.

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.

Плазменная резка металла хорошо подходит для разделывания высоколегированных сталей. Такой метод превосходит газовые резаки минимальной зоной прогрева, позволяющей быстро произвести рез, но избежать деформации поверхности от перегрева. В отличие от механических способов реза («болгаркой» или станком), способны выполнять разделывание поверхности по любому рисунку, получая уникальные цельные формы с минимальными отходами материала. ? Какова технология процесса резки?

Плазменная резка металла и ее принципы работы основаны на усилении электрической дуги, путем разгона газом под давлением. Это увеличивает температуру режущего элемента в несколько раз, в отличие от пропан-кислородного пламени, что позволяет быстро осуществить рез, не дав высокому коэффициенту теплопроводности материала передать температуру на остальную часть изделия и деформировать конструкцию.

Плазменная резка металла на видео дает общее представление о происходящем процессе. Суть метода следующая:

1. Источник тока (питающийся от 220 V для небольших моделей, и 380 V для промышленных установок, рассчитанных на большую толщину металла) выдает требуемое напряжение.
2. По кабелям ток передается на плазмотрон (горелку в руках сварщика-резчика). В устройстве находится катод и анод - электроды, между которыми загорается электрическая дуга.
3. Компрессор нагнетает поток воздуха, передающегося по шлангам в аппарат. В плазмотроне имеются специальные завихрители, способствующие направлению и закручиванию воздуха. Поток пронизывает электрическую дугу, ионизируя ее и разгоняя температуру во много раз. Получается плазма. Данная дуга называется дежурной, поскольку горит для поддержания работы.
4. Во многих случаях используется кабель массы, который подсоединяется к разрезаемому материалу. Поднеся плазмотрон к изделию, дуга замыкается между электродом и поверхностью. Такая дуга называется рабочей. Большая температура и давление воздуха пронизывают требуемое место в изделии, оставляя тонкий рез и небольшие наплывы, легко удаляемые постукиванием. Если контакт с поверхностью теряется, то дуга автоматически продолжает гореть в дежурном режиме. Повторное поднесение к изделию позволяет сразу продолжать резку.
5. После окончания работы, кнопка на плазмотроне отпускается, что выключает все виды электрической дуги. Некоторое время выполняется продувка воздухом системы для удаления мусора и охлаждения электродов.

Режущий элемент - ионизированная дуга плазмотрона, позволяет не только разделывать материал на части, но и сваривать его обратно. Для этого используют присадочную проволоку, соответствующую по составу для конкретного вида металла, а вместо обычного воздуха подается инертный газ.

Разновидности плазменной резки и принципов работы

Разделывание металлов ионизированной высокотемпературной дугой имеет несколько модификаций по используемому подходу и предназначению. В одних случаях электрическая цепь, для выполнения реза, должна замкнуться между плазмотроном и изделием. Это подходит для всех видов токопроводящих металлов. От аппарата исходит два провода, один из которых проходит в горелку, а второй крепится к обрабатываемой поверхности.

Второй метод заключается в горении дуги между катодом и анодом, заключенными в сопле плазмотрона, и способности осуществить рез этой же дугой. Данный способ хорошо подходит к материалам неспособным проводить ток. В этом случае от аппарата исходит один кабель ведущий к горелке. Дуга постоянно горит в рабочем состоянии. Все это относится к воздушно-плазменной резке металла.

Но бывают модели плазморезов, где в качестве ионизирующего вещества используется пар от заливаемой жидкости. Такие модели работают без компрессора. В них имеется небольшой резервуар для заливки дистиллированной воды, подающейся на электроды. Испаряясь, создается давление, усиливающее электрическую дугу.

Преимущества плазморезов

Принципы работы плазменной резки, использующей высокотемпературную дугу, позволяют получать ряд преимуществ перед другими видами разделывания металла, а именно:

• Возможность обрабатывать любые виды стали, включая металлы с высоким коэффициентом теплового расширения.
• Разрезание материалов не проводящих электрический ток.
• Высокая скорость проводимых работ.
• Легкая обучаемость рабочему процессу.
• Разнообразные линии реза, включая фигурные формы.
• Высокая точность резки.
• Малая последующая обработка поверхности.
• Меньшее загрязнение окружающей среды.
• Безопасность для сварщика ввиду отсутствия газовых баллонов.
• Мобильность при транспортировке оборудования имеющего малые размеры и вес.

Технология плазменной резки металла

Как работает плазменная резка показано на видео. Посмотрев несколько таких уроков можно приступать к самостоятельным пробам. Процесс осуществляется в следующей последовательности:

1. Разрезаемое изделие выставляется так, чтобы под ним был просвет в несколько сантиметров. Для этого используются подкладки под края, или конструкция устанавливается на край стола, чтобы обрабатываемая часть была над полом.
2. Разметку линии реза лучше выполнять черным маркером, если работа ведется на нержавеющей стали или алюминии. Когда предстоит разделать «черный» металл, то линию лучше провести тоненьким мелком, который четче виден на темной поверхности.
3. Важно убедиться, что шланг от горелки не лежит рядом с местом реза. Сильный перегрев может его испортить. Начинающие сварщики могут из-за волнения это не увидеть и повредить оборудование.
4. Надеваются защитные очки. Если работать предстоит долго, то лучше воспользоваться маской, которая закроет не только глаза, но и все лицо от ультрафиолета.
5. Если резка будет вестись на подложках выставленных на полу, то следует подложить лист металла, чтобы брызги не испортили покрытие пола.
6. Перед началом работы необходимо убедиться, что компрессор набрал достаточное давление, а водяные модели разогрели жидкость до нужной температуры.
7. Запуском кнопки зажигается дуга.
8. Держать плазмотрон необходимо перпендикулярно разрезаемой поверхности. Допускается небольшой угол отклонения относительно этого положения.
9. Начало реза лучше производить с края изделия. Если необходимо начать с середины, то желательно просверлить тоненькое отверстие. Это поможет избежать перегрева и впадины в этом месте.
10. При ведении дуги необходимо соблюдать дистанцию к поверхности в 4 мм.
11. Для этого важен упор под руки, который осуществляется локтями об стол или об колени.
12. При ведении реза важно зрительно удостоверяться в появлении просвета на пройденном участке, иначе придется проводить резку повторно.
13. Когда линия разреза заканчивается, необходимо соблюсти предосторожность, чтобы деталь не упала на ноги.
14. Отпускание кнопки прекращает горение дуги.
15. Молотком отбивается тонкий слой шлака по краям реза. Если есть необходимость, то проводится дополнительная зачистка изделия на наждачном круге.

Используемое оборудование

Чтобы осуществлять плазменную резку используются различные аппараты и приспособления. Источник тока может быть небольших размеров, и содержать в себе трансформатор, несколько реле и осциллятор. Маленькие модели очень компактны для переноса и работы на высоте. Они способны разрезать металлы до 12 мм толщиной, чего достаточно для большинства видов работ на производстве и дома. Крупные аппараты имеют похожую схему устройства, но обладают более мощными параметрами за счет использования материалов большего сечения, и повышенными входящими значениями напряжения. Такие модели перевозятся на тележках, а работа с изделиями ведется плазмотроном, крепящимся к кронштейну. Им можно резать материалы толщиной до 100 мм.

Плазмотроны как больших, так и малых аппаратов устроены одинаково, но отличаются по размерам. У всех есть рукоятка и кнопка пуска. В каждом имеется электрод стержневой (катод) и внутреннее сопло (анод), между которыми горит дуга. Завихритель потоков направляет воздух и разгоняет температуру. Изолятор защищает внешние части от перегрева и преждевременного контакта электродов. Наружные сопла устанавливаются в зависимости от разрезаемой толщины. Наконечники закрывают сопло от брызг расплавленного металла. На конец плазмотрона могут одеваться различные насадки, помогающие сохранять дистанцию во время работы и убирающие нагар с фасок. Компрессор подает воздух через шланг, а его выход регулируется клапаном.

Изобретение плазменной резки позволило ускорить работу со многими легированными сталями, а точность линии реза и возможность производить изогнутые фигуры, помогают получать разнообразные изделия для производственных процессов. Понимание функционирования аппарата и сути выполняемой им работы поможет быстро освоить это полезное изобретение.