Что такое плазменная резка металлов? Плазменная резка для начинающих.

Главная

Выгребная яма

На сегодняшний день трудно представить тяжелую промышленность без использования сварки и резки металла. На большинстве промышленных предприятий, занимающихся обработкой металлических изделий, используется особый способ резки — плазменный.

Плазменная резка — это процесс обработки материалов, при котором режущим элементом является струя плазмы.

Немногие знают, как осуществляется плазменная резка металла своими руками и каковы основные этапы данного процесса. Чаще всего толщина обрабатываемых изделий составляет менее 20 см. Именно для резки металла такой толщины и применяются плазменные аппараты.

Характеристика резки изделий с помощью плазмы

Те, кто для разделения металла применяет кислородный резак, знают, что плазменная резка во многом отличается от этого метода. Здесь вместо режущего газа используется струя плазмы. Как и при обычной сварке, при плазменной резке используется электрическая дуга. Она зажигается непосредственно между поверхностью предмета и электродом. Подаваемый газ при этом становится плазмой. Интересен тот факт, что температура последней может достигать нескольких десятков тысяч градусов (от 5 до 30 тысяч). При этом скорость струи нередко достигает 1500 м/с. Плазменная резка металла подходит для изделий толщиной до 20 см. Что же касается подаваемого в сопло газа, то он бывает нескольких типов: активный и неактивный.

К первой категории относится кислород и воздушная смесь, ко второй — азот, водород, а также некоторые инертные газы, например, аргон. Выбор того или иного газа зависит от металла. Если это черный металл, то рекомендуется применять активные газы. Неактивные подходят больше для цветных металлов (алюминия, меди) и их сплавов. Ручная плазменная резка бывает поверхностной и разделительной. Последняя используется гораздо чаще. Нужно знать, что подобный способ резки металла является наиболее автоматизированным. Плазменная резка включает в себя использование специальных автоматических (программируемых) станков.

Вернуться к оглавлению

Положительные и отрицательные стороны

Плазменная резка имеет свои положительные и негативные стороны. К преимуществам, во-первых, относится возможность использования оборудования для резки любого металла. Достигается это благодаря повышенной температуре в рабочей зоне. Во-вторых, немаловажным аспектом является высокая скорость работы. Это обеспечивает наилучшую продуктивность. В-третьих, плазменная резка отлично подходит для вырезания изделий различной геометрической формы. Простым газовым методом этого добиться невозможно. В-четвертых, большое значение имеет то, что подобная резка металла является точной и быстрой. Здесь в значительной степени снижается вероятность получения некачественных изделий, так как работа автоматизирована.

В-пятых, всем известно, что простая кислородная резка может представлять опасность для человека и окружающих. Плазменная резка наименее опасна. В-шестых, подобная работа может проводиться как на открытом воздухе, так и под водой. Важно и то, что затраты на 1 м материала намного меньше, в силу всего этого плазменная резка все чаще применяется на крупных промышленных объектах. Что же касается отрицательных сторон этого процесса, то оборудование является довольно дорогим, поэтому такая методика редко используется в домашних условиях.

Вернуться к оглавлению

Какой аппарат выбрать

Плазменная резка металла начинается с подготовки оборудования. Для этого потребуется выбрать качественный аппарат. Выделяют 2 типа оборудования: инверторное и трансформаторное. Инверторы знакомы многим, так как с их помощью осуществляется сварочное дело. Они пришли на смену трансформаторам. Инверторные агрегаты имеют небольшие габариты, они компактны, эстетичны и потребляют меньше энергии. При приобретении оборудования нужно обращать внимание на такие характеристики, как длительность работы в активном режиме и мощность. Недостаток такого агрегата в том, что он довольно чувствителен к скачкам напряжения в сети.

Оборудование для резки по типу трансформаторов наиболее надежное и долговечное. Особенностью трансформаторов является то, что при высокой мощности их можно применять для автоматизированной резки. Ручной метод тоже применяется. Если резку металла предполагается проводить в частной мастерской или на промышленных объектах, то целесообразнее приобретать аппарат трансформаторного типа. Он также широко распространен при изготовлении автомобилей. Нужно помнить, что любая плазменная резка — дорогое удовольствие.

Аппарат будет стоить недешево. Важным критерием при выборе оборудования является максимальная толщина резки. Для цветных металлов (меди) она всегда меньше. Если в техническом паспорте указана максимальная толщина 10 мм, то данный показатель относится к нецветным металлам.

Вернуться к оглавлению

Особенности ручной дуговой плазменной резки

Для резки изделий из металла нередко используется ручной метод. Особенность его в том, что не требуется высокой квалификации, чтобы разрезать изделие. Работу может выполнить любой человек, зная все основные этапы процесса. Приобретя плазменный резак, можно разрезать не только металл, но и плитку, древесину и другие материалы. Плазменная резка ручным способом начинается с осмотра оборудования, сопла, электродов. Сопло и электроды должны быть надежно закреплены. Чтобы сэкономить материалы, целесообразно зажигать дугу как можно реже. Чтобы аппарат начал работать, в него требуется подать сжатый воздух.

С этой целью можно использовать баллоны, которые заполнены воздухом, компрессор или подключить оборудование к центральному трубопроводу (если резка проводится в промышленных условиях). Наиболее надежные аппараты оснащены специальным регулирующим устройством, с помощью которого поступающий воздух распределяется в аппарате.

Следующий этап — настройка оборудования. Для этого требуется правильно подобрать силу тока. Предпочтительно начать резать на сильном токе. При этом делается несколько пробных разрезов. Неправильно подобранный режим может привести к перегреванию металла и его разбрызгиванию. При оптимальном режиме горения дуги линия разреза должна быть ровной, а металл не должен деформироваться.

Если требуется резать листовой материал, то сопло горелки размещают близко к поверхности металла. Для этого включается кнопка питания на аппарате. Вскоре после этого должна загореться дежурная дуга, а после нее режущая. Дуга должна быть направлена под углом 90° к металлу. Горелка передвигается сверху вниз. Если автоматическая плазменная резка отличается высокой скоростью, то при ручном методе горелку нужно двигать медленно. В конце работы целесообразно ненадолго остановить продвижение горелки, чтобы завершить резку.

Вернуться к оглавлению

Резка различных металлов

Резка того или иного металла может иметь свои особенности. На сегодняшний день чаще применяется резка листового материала. Обычно он представлен сталью. Нередко приходится осуществлять резку алюминия. Если сварка этого металла затруднена ввиду образования на его поверхности защитной пленки в виде оксида алюминия, резка алюминия осуществляется вполне просто. Здесь важно помнить, что воздух и активные газы использовать не нужно.

Плазменная резка алюминия выполняется с использованием аргона или азота.

Аргон и азот являются химически менее активными элементами, поэтому в процессе резки и нагревания металла на нем не формируется оксидная пленка. Еще одним распространенным материалом является сталь. В данной ситуации резка проводится без использования защитных газов. Воздушно-дуговая плазменная резка отлично подходит для изделий из нержавеющей стали. Это наиболее доступный способ резки.

Вернуться к оглавлению

Резка плазменной струей

В отличие от дугового метода, при резке плазменной струей металл не участвует в формировании электрической цепи. Сама же электрическая дуга имеется, но она формируется непосредственно между внутренней частью сопла и электродом. Такая электрическая дуга необходима для того, чтобы сформировалась плазма. Это дает возможность резать материалы, которые не проводят электрический ток. Плазма в данной ситуации является высокоскоростной. Чаще всего этот метод применяется с целью разделения листового материала. Что касается использования электродов, то для плазменной резки подходят электроды на основе различных сплавов вольфрама.

Необходимо помнить, что для проведения резки материалов с помощью потока плазмы, нужно иметь в наличии необходимые инструменты и материалы. Они включают в себя аппарат для резки, источник электрического тока, спецодежду, обувь, маску, рукавицы, молоток, зубило, металлическую щетку. Нередко для осуществления подобной работы аппарат для плазменной резки делается своими руками. По мощности он может не уступать заводскому.

) струи плазмы называется плазменной резкой. Поток плазмы образуется в результате обдува газом сжатой электрической дуги. Газ при том нагревается и ионизируется (распадается на отрицательно и положительно заряженные частицы). Температура плазменного потока составляет около 15 тысяч градусов по Цельсию.

Виды и способы резки при помощи плазмы

Резка плазмой бывает:

поверхностная;
разделительная.

На практике широкое применение нашла разделительная плазменная резка. Поверхностная резка используется крайне редко.

Само резание осуществляется двумя способами:

плазменной дугой. При резании стали этим способом разрезаемый металл включается в электрическую цепь. Дуга образуется между вольфрамовым электродом резака и изделием.

плазменной струей. Дуга возникает в резаке между двумя электродами. Разрезаемое изделие в электрическую цепь не включается.

Плазменная резка превосходит по производительности кислородную. Но если режется материал большой толщины или титан, то предпочтение надо отдавать кислородной резке. Плазменная резка незаменима при резании (особенно ).

Виды газов, применяемых для плазменного резания.

Для образования плазмы используются газы:

активные – кислород, воздух. Применяются при резке черных металлов
неактивные – азот, аргон, . Применяются при резке цветных металлов и сплавов.

Сжатый воздух. Используется для резки:

меди и ее сплавов – при толщине до 60 mm;
алюминия и его сплавов – при толщине до 70 mm;
стали – при толщине до 60 mm.

Азот с аргоном. Применяется для резки:

высоколегированной стали толщиной до 50 mm.

Применять эту газовую смесь для резания меди, алюминия, и черной стали не рекомендуется;

Чистый азот. Используется для резания (h=толщина материала):

меди h равной до 20 mm;
латуни h равной до 90 mm;
алюминия и его сплавов h равной до 20 mm;
высоколегированных сталей h равной до 75 mm, низколегированных и низкоуглеродистых — h равной до 30 mm;
титана – любой толщины.

Азот с водородом. Применяется для резки:

меди и ее сплавов средних толщин (до 100 mm);
алюминия и сплавов средних толщин – до 100 mm.

Азотоводородная смесь непригодна для резки любых сталей и титана.

Аргон с водородом. Применяется при резке:

Меди, алюминия и сплавов на их основе толщиной от 100 мм и выше;
Высоколегированной стали толщиной до 100 мм.

Для резки углеродистых, низкоуглеродистых и низколегированных сталей, а также для титана аргон с водородом применять не рекомендуется.

Оборудование для плазменной резки: виды и краткая характеристика.

Для механизации плазменной резки созданы полуавтоматы и машины переносные различных модификаций.

1. могут работать как с активными, так и с неактивными газами. Толщина разрезаемого материала колеблется от 60 до 120 мм.

Расход газа:

воздух – от 2 до 5 м куб/час;
аргон – 3 м куб/час;
водород – 1 м куб/час;
азот – 6 м куб/час.

Скорость перемещения – от 0,04 до 4 м/мин.
Рабочее давление газа – до 0,03 МПа.
Вес полуавтоматов составляет 1,785 – 0,9 кг в зависимости от модификации.

2. Переносные машины используют сжатый воздух.

Толщина разрезаемого материала – не более 40 мм.
Расход сжатого воздуха – от 6 до 50 м куб/час;
Охлаждение плазмотронов – водой или воздухом.
Скорость перемещения – от 0,05 до 4 м/мин.
Рабочее давление газа – до 0,4 – 0,6 МПа.
Вес переносных машин – до 1,8 кг в зависимости от модификации.
Плазмотроны, охлаждаемые водой, могут эксплуатироваться только при плюсовых температурах окружающей среды.
Полуавтоматы и переносные машины пригодны для промышленного использования.

Для ручной резки выпускаются два комплекта:

КДП-1 с плазмотроном РДП-1;
КДП-2 с плазмотроном РДП-2.

Резание плазмой

Аппарат КДП-1 используется для резки алюминия (до 80 мм), нержавеющих и высоколегированных сталей (до 60 мм) и меди (до 30 мм).

Максимальный рабочий ток – 400 А.

Максимальное напряжение холостого хода источника питания – 180 В.

Плазмотрон РДП-1 работает с азотом, аргоном или смеси этих газов с водородом.

Охлаждается плазмотрон РДП-1 водой, потому его можно использовать при температуре выше 0 градусов Цельсия.

Аппарат КДП-2 уступает первому по мощности дуги (всего 30 кВт). Преимущество этой модели в том, что охлаждение плазмотрона РДП-2 осуществляется воздухом. В результате комплект может быть использован на открытом воздухе при любой температуре окружающего воздуха.

Комплектность аппаратов ручной резки:

режущий плазмотрон;
кабель-шланговый пакет;
коллектор;
зажигалка для возбуждения режущей дуги.

Комплекты для ручной плазменной резки выпускаются беспультовыми. Такое конструктивное решение рационально для выполнения ограниченного объема работ с загрузкой оборудования не более чем на 40 – 50%. Но на время работы их приходится доукомплектовывать сварочными выпрямителями и преобразователями.

При том не следует забывать, что с точки зрения техники безопасности для ручной резки допускается величина напряжения холостого хода источника питания не более 180 В.

Плазменная резка металлов выполненная своими руками: некоторые тонкости процесса.

Началом процесса резания металлов считается момент возбуждения плазменной дуги. Начав резку, необходимо поддерживать постоянное расстояние между соплом плазмотрона и поверхностью материала. Оно должно быть от 3 до 15 мм.
Необходимо стремиться к тому, чтобы в процессе работы ток был минимальным, потому что при увеличении силы тока и расхода воздуха снижается ресурс работы сопла плазмотрона и электрода. Но при этом уровень тока должен обеспечивать оптимальную производительность резки.
Наиболее сложной операцией является пробивка отверстий. Сложность заключается в возможном образовании двойной дуги и выходе из строя плазмотрона. Потому при пробивке плазмотрон должен быть поднят над поверхностью металла на 20 – 25 мм. Опускается плазмотрон в рабочее положение только после того, как металл будет пробит насквозь. При пробивке отверстий в листах большой толщины специалисты рекомендуют использовать защитные экраны с отверстиями диаметром 10-20 мм. Экраны помещаются между изделием и плазмотроном.
Для ручной резки высоколегированных сталей в качестве плазмосодержащего газа применяется азот.
При ручной резке алюминия с применением аргоноводородной смеси содержание водорода не должно превышать 20% для повышения стабильности горения дуги.
Резку меди выполняют с использованием водородосодержащих смесей. А вот латунь требует азота или азотоводородной смеси. При этом резка латуни происходит на 20% быстрее, чем меди.
После резки медь обязательно зачищают на глубину 1-1,5 мм. Для латуни это требование не является обязательным.

Источником электропитания может быть:

трансформатор . Достоинством его является то, что он практически не чувствителен к перепадам напряжения электросети и позволяет резать заготовки большой толщины, а недостатком – значительный вес и низкий КПД;
инвертор . Единственным его недостатком является то, что он не позволяет резать заготовки большой толщины. Достоинств много:
- при питании от него стабильно горит дуга;
- КПД на 30 % выше, чем у трансформатора;
- дешевле, экономичнее и легче трансформатора;
- его удобно использовать в труднодоступных местах.

Плазмотрон

Плазмотрон – это плазменный резак, с помощью которого разрезается заготовка. Он является основным узлом плазмореза.

Конструкция плазмотрона состоит из следующих составляющих:

охладитель;
колпачок.

Компрессор

Компрессор в плазморезе требуется для подачи воздуха. Он должен обеспечивать тангенциальную (или вихревую) подачу сжатого воздуха, которая обеспечит расположение катодного пятна плазменной дуги строго по центру электрода. Если этого не будет обеспечено, то возможны неприятные последствия:

плазменная дуга будет гореть нестабильно;
могут образоваться одновременно две дуги;
плазмотрон может выйти из строя.

Принцип работы

Принцип действия плазмотрона заключается в следующем. Создаётся поток высокотемпературного ионизированного воздуха, электропроводность которого равна электропроводности разрезаемой заготовки (т.е. воздух перестаёт быть изолятором и становится проводником электрического тока).

Образуется электрическая дуга, которая локально разогревает обрабатываемую заготовку: металл плавится и появляется рез. Температура плазмы в этот момент достигает 25000 – 30000 °С. Появляющиеся на поверхности разрезаемой заготовки частички расплавленного металла будут сдуваться с нее потоком воздуха из сопла.

Технология

Технология плазменной резки металла вкратце может быть описана следующим образом. Плазменной обработке поддаются все виды металлов толщиой до 220 мм.

Эффект появляется после воспламенения плазмообразующего газа при образовании искры в контуре электрической дуги (между наконечником форсунки и неплавящимся электродом. От искры загорается поток газа, здесь же он ионизируется, превращаясь в управляемую плазму (с крайне высокой, 800 и даже 1500 м/с скоростью выхода).

В выходном отверстии, от сужения, происходит ускорение потока плазмообразующего носителя. Высокоскоростная плазменная струя позволяет получить температуру на выходе около 20 0000с. Узконаправленная струя в тысячи градусов буквально проплавляет материал в точечной области воздействия, нагрев вокруг места обработки незначительный.

Плазменно-дуговой способ используется с замыканием обрабатываемой поверхности в проводящий контур. Другой вид резки (плазменной струей) — работает при наличии стороннего (косвенного) образования высокотемпературного компонента в рабочей схеме плазмотрона. Нарезаемый металл не включен в проводящий контур

Резка плазменной струей

Раскрой заготовок плазменной струей применяется для обработки материалов, не проводящих электрический ток. При резке этим методом дуга горит между формирующим наконечником плазмотрона и электродом, а сам разрезаемый объект в электрической цепи не участвует. Для разрезания заготовки используется струя плазмы.

Плазменно-дуговая резка

Подвергаются токопроводящие материалы. При выполнении резки этим методом дуга горит между разрезаемой заготовкой и электродом, её столб совмещен со струей плазмы. Последняя образуется за счет поступления газа, его нагрева и ионизации. Газ, продуваемый через сопло, обжимает дугу, придает ей проникающие свойства и обеспечивает интенсивное плазмообразование. Высокая температура газа создает высочайшую скорость истечения и увеличивает активное воздействие плазмы на плавящийся металл. Газ выдувает из зоны реза капли металла. Для активизации процесса используется дуга постоянного тока прямой полярности.

Плазменно-дуговая резка применяется при:

производстве деталей с прямолинейными и фигурными контурами;
вырезании отверстий или проемов в металле;
изготовлении заготовок для сварки, штамповки и механической обработки;
обработке кромок поковок;
резке труб, полос, прутков и профилей;
обработке литья.

Виды плазменной резки

В зависимости от среды, существуют три вида плазменной резки:

простой. Этот метод подразумевает использование только воздуха (или азота) и электрического тока;
с защитным газом. Применяются два вида газа: плазмообразующий и защитный, который сохраняет зону реза от влияний окружающей среды. В результате повышается качество реза;
с водой. В этом случае вода выполняет функцию, аналогичную защитному газу. Кроме того, она охлаждает компоненты плазмотрона и поглощает вредные выделения.

Основанная на указанных принципах плазменная резка обеспечивает не только высокопроизводительное производство, но и совершенно пожаробезопасное: применяемые в технологии материалы не огнеопасны.

Видео

Посмотрите ролики, где наглядно объясняется, как происходит плазменная резка:

Принцип работы воздушно-плазменной резки металла

Воздушно-плазменная резка: на чем основан принцип осуществления. Плазма, производящая резку, является разогретым газом с высоким значением электропроводности . Его еще называют ионизованным. Генерируется плазма специальным дуговым элементом. Принято называть этот способ резки плазменным.

Обычная дуга сжимается плазмотроном. Ионизованный газ вдувается в нее, с помощью чего она может генерировать горячий воздух. Она способна производить обработку, при помощи повышенной температуры.Металл разрезается, плавясь при этом.

Осуществление обработки металла происходит благодаря, как плазменной дуге, так и струе. В первом варианте на металлическое изделие оказывается прямое воздействие, во втором — косвенное. Наиболее распространенным и действенным является метод резки с помощью действия напрямую. Для материала, который не обладает электропроводностью (как правило это неметаллические изделия) применяют способ непрямого влияния. При любом из вариантов разрезаемый материал не теряет агрегатного состояния и его конструкция слабо подвергается деформации.

Принцип работы плазменного резака

Плазмотрон – это техническое устройство, которое образует электрический разряд между электродом (катодом) и поверхностью обрабатываемого изделия (анодом), это происходит в потоке газа который образует плазму.

Принцип работы устройства: для охлаждения применяется вода или газ, для получения плазмы используется плазмообразующий газ. Поток входящего в камеру газа подвергается нагреванию до высоких температур после чего ионизируется, тем самым приобретает свойства плазмы. Плазмообразующий газ и охлаждающий подаются в различные каналы плазматрона . При подаче питания между катодом и соплом образуется так называемый вспомогательный разряд, визуально её можно видеть как небольшой факел.

Основная (рабочая дуга) образуется при касании второстепенного разряда обрабатываемой поверхности, которая в данном случае выполняет роль анода (плюс). Стабилизация разряда может осуществляться магнитным полем, водой либо газом, зачастую стабилизирующий газ является и плазмообразующим. После этого можно проводить резку материала, нанесение покрытий, сварку, наплавку или даже добычу полезных ископаемых, путём разрушения горных пород.

Условно конструкцию плазмотрона можно представить как несколько основных элементов:

изолятор;
электрод;
сопло;
механизм для подвода плазмообразующего газа;
дуговая камера.

Конструкция и принцип работы плазмотрона с совмещенным соплом и каналом

Особенностью плазмотрона, использующего воздушно-плазменную резку является совмещение канала и сопла. Воздух проходит через канал сопла наружу. Принцип работы схож, при подаче электропитания промеж катодом и соплом образуется вспомогательный разряд. Воздух закрученный по спирали, стабилизирует и сжимает столб рабочего разряда. Он же предотвращает соприкосновение электрической дуги стенок соплового канала.

Типы плазмотронов

Плазмотроны можно условно разделить на три глобальных типа

электродуговые;
высокочастотные;
комбинированные.

Устройства работающие на основе электрической дуги оснащены одним катодом, который подключен к источнику питания постоянного тока. Для охлаждения применяют воду, которая находится в охладительных каналах.

Можно выделить следующие виды электродуговых аппаратов

с прямой дугой;
косвенной дугой (плазмотроны косвенного действия);
с использованием электролитического электрода;
вращающимися электродами;
вращающейся дугой.

Автомат: принцип работы

Станок плазменной автоматической резки имеет:

пульт управления,
плазмотрон
рабочий стол для заготовок.

Автомат для резки (Китай)
Источник фото: ru.made-in-china.com

На пульте управления происходит корректировка предварительно установленных программ, если резка отклоняется от установленных параметров. Для оперативного исправления в процессе работы и выбора оптимальных режимов резания.

Через установленный на рабочем столе лист, пропускается электрический ток. Между поверхностью листа и плазмотроном пробегает первичная электродуга. В которой сжатый воздух, разогревается до состояния плазмы. Первичная дуга скрывается в раскаленной ионизированной струе, которая и режет металла.

Резка начинается с середины или с края. Чем чаще происходит прерывание дуги и зажигание новой искры, тем меньше становится ресурс сопла и катода. Грамотный оператор автоматической резки выбирает режимы резания по таблице и отталкиваясь от конкретных условий (толщина металла, диаметр сопла). Благодаря чему можно добиться значительного сокращения расходов. По окончанию операции, автомат самостоятельно оповестит оператора, выключит и отведет плазмотрон от материала.

Какие газы используются, их особенности

Плазменная резка металла представляет собой процесс проплавления и удаления расплава за счет теплоты, получаемой от плазменной дуги. Скорость и качество резки определяются плазмообразующей средой. Также, плазмообразующая среда влияет на глубину газонасыщенного слоя и характер физико-химических процессов на кромках среза. При обработке алюминия, меди и сплавов, изготовленных на их основе, используются следующие плазмообразующие газы:

Сжатый воздух;
Кислород;
Азотно-кислородная смесь;
Азот;
Аргоно-водородная смесь.

ВАЖНО ! Для некоторых марок металла недопустимо применение определенных плазмообразующих смесей (к примеру, для резки титана нельзя использовать смеси, содержащие в составе азот или водород).

Все газы, используемые при выполнении плазменной обработки, условно делятся на защитные и плазмообразующие .

В целях бытового назначения (толщина до 50 мм, сила тока дуги – менее 200 А) применяется сжатый воздух, который может использоваться как защитный, так и плазмообразующий газ, а в более сложных условиях промышленного назначения применяются другие газовые смеси, которые содержат кислород, азот, аргон, гелий или водород.

Достоинства и недостатки плазменной резки

Обработка металлов аппаратами или станками плазменной резки дает в работе целый ряд преимуществ .

По сравнению с кислородной горелкой, плазморез обладает более высокой мощностью , и соответственно, производительностью , и по данному параметру уступает только лазерным установкам промышленного масштаба.
Плазменная резка выгодна с экономической точки зрения при толщине металла до 60 мм. Для резки материалов с толщиной более 60 мм рекомендуется использовать кислородную резку.
Современные плазморезы отличаются высокоточной и качественной обработкой металлов. Срез получается «чистый», с минимальной шириной, благодаря чему, практически не требует дополнительной шлифовки.
Также, плазменно-дуговая обработка характеризуется универсальностью применения, безопасностью и низким уровнем загрязнения окружающей среды.

Из недостатков можно отметить скромную толщину среза (до 100 мм), а также невозможность одновременной работы двух плазморезов и соблюдение жестких требований к отклонениям от перпендикулярности среза.

Возможности плазменной резки

Сфера применения плазменной резки очень разнообразна, благодаря своей универсальности и диапазону обрабатываемых металлов и металлических сплавов. Автоматизированная и ручная плазменная резка материалов широко применяется на предприятиях и во многих отраслях промышленности для выполнения обработки:

Оставить свой отзыв

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:

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.
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.
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:

Компрессор подает на горелку плазмотрона воздух под давлением.
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.
Резка плазмой металла, если ее более подробно рассмотреть, производится способом узконаправленного быстрого разогревания поверхности до требуемой температуры с дальнейшим выдуванием расплавленного материала.
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:

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.
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:

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.
Конусность - с учетом производительности установки и профессионализма мастера конусность может варьироваться в пределах 4−12 градусов.
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.
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:

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.
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:

Сооружение металлоконструкций.
Обработка металлопроката - при помощи плазмы можно разрезать почти любой вид металла, в том числе черный, тугоплавкий и цветной.
Разные сферы промышленности, авиастроение, капитальное строительство зданий, машиностроение и т. д. - во всех этих областях не обойтись без применения плазменных резаков.
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:

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.
Мобильность плазменных ручных агрегатов.
Высокая скорость обработки деталей и производительность. В отличие от обычного электродного способа скорость работ увеличивается в 5−12 раз.
Раскрой всех разновидностей металлов (медь, алюминий, сталь, нержавейка, титан и т. д.).
Безопасность.
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:

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.
Ограничения, которые связаны с толщиной реза. Даже у мощного оборудования наибольшая плотность обрабатываемого материала не может быть более чем 10 см.
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.

Машиностроение и тяжелую промышленность нельзя представить без сварки и резки металлических поверхностей. На крупных производственных объектах, занимающихся обработкой, применяется специальная резка металла плазмой.

Плазма, что это?

Под плазменным элементом понимают токопроводящий газ, ионизирующийся под действием высоких температур. Значение температурного показателя в рабочей зоне достигает 25 000 – 30 000 градусов. Газ подается к обрабатываемому изделию под давлением, то есть струей.

Эта разновидность резки подразумевает сочетание двух дуг – газовой и электрической. Источник плазменной резки производится в специальном приборе, называемым плазмотроном.

Как устроен плазморез?

Плазменный раскрой металла включает нескольких составных систем:

энергоисточник;
резак;
компрессорная установка или баллон с газом для подачи воздуха;
соединительные кабели.

Энергоисточник

В качестве энергобазы может выступать:

Инвертор. Имеет массу достоинств: обеспечивает стабильность образования дуги; высокий показатель КПД, в отличие от трансформатора; легкий вес и невысокая стоимость; возможность применения в малодоступном месте. Единственным минусом системы является то, что он неспособен резать детали более 30 мм.
Трансформатор. Основным достоинством устройства является устойчивость к перепадам напряжения электросети. Также можно отметить, что он дает резать металлические детали большой толщины. Главный недостаток – существенная масса, низкий КПД.

Плазмотрон

Это устройство представляет собой электроплазменный резак, благодаря которому разрезается металлическая деталь. Он считается главным «механизмом» плазмореза.

Плазмотрон включает:

Рабочий электрод;
Рабочее сопло;
Изолирующий элемент, обладающий высокой термоустойчивостью.

Горелка плазмореза

Необходимо предварительно определиться с материалом, который необходимо прорезать и условиями работы.

Стоит отметить, что системы с медным соплом обладают значительной прочностью и быстро охлаждаются воздушными массами. А это очень хорошо.

На рукояти плазморезов подобного вида есть возможность закрепить вспомогательные элементы, поддерживающие насадку сопла на требуемой дистанции. Это облегчает процесс эксплуатирования.

Для разреза тонкого металла следует выбрать установку, в горелку которой поступает кислород, а для толстого изделия – азот.

Показатели мощности

Главным принципом в работе плазменной резки считается мощность. Выбирая мощность агрегата необходимо учитывать свойства изделия, с чем придется работать. По этому признаку будут отличаться габариты сопла и вид газообразной смеси.

Чтобы справиться с изделием из металла 30 мм достаточно выбрать мощность агрегата 50-90А.

Если толщина реза превышает 30 мм, то профессионалы советуют приобрести плазморез с мощностью 100-170А.

Покупая агрегат, следует учесть силу тока и напряжение, которое он способен выдержать.

Быстрота, время, затраченное на разрез

Данное значение измеряется в см, которые разрезает агрегат за 1 или 5 мин

Если на устройстве указывается, что длительность эксплуатирования равна 80 процентам, то этот показатель означает, что резак будет работать 8 мин, а далее 2 мин аппаратура будет остывать.

Если при эксплуатировании потребуется делать длинные разрезы, то рационально выбирать устройства с увеличенной продолжительностью работы.

Раскрой струей плазмы

Принцип оптимальной работы плазменной резки заключается в разрезании металлических деталей струей плазмы, не проводящей электричество. При раскрое этим способом дуга возникает между насадкой плазмотрона и рабочим электродом, а возделываемое изделие в электрической цепочке не участвует. Для разреза детали применяется плазменная струя.

Плазменно – дуговая резка характеризуется тем, что воздействию подвергаются токопроводящие элементы. Дуга при этом способе образуется между возделанной деталью и рабочим электродом, ее основание совмещается с электроплазменным потоком. Струя возникает в результате поступления газа и последующей его ионизацией.

Метод плазменно-дуговой резки используется при:

изготовление изделий с различными фигурными очертаниями;
проделывание сквозных проемов в металлическом элементе;
производство деталей для сваривания, штамповки и контактного возделывания;
плазменная резка труб;
литейная обработка.

Плазменно-дуговая резка достаточно эффективна и хорошо себя зарекомендовала в возделывании металлов.

Разновидности плазменного раскроя

Разрезание поверхностей из металла с использованием плазмы различают на несколько типов, все зависит от атмосферы процесса:

Простой способ. При разрезе применяется воздух либо азот и электричество. Длиновые показатели электрической дуги ограничены. Этот метод применим для стали с низким содержанием вспомогательных примесей, то есть низколегированного типа. Газообразный кислород выступает в роли режущего компонента. Для данного метода характерна – ровная кромка и отсутствие заусениц. Основное использование - ручная резка.
Смешение двух газов. Одна газовая составляющая плазменной резки направляется на возникновение плазмы, другая выполняет защитную функцию от неблагоприятного воздействия атмосферы. Качественные характеристики разрезания металла увеличиваются.
С водной защитой. Эта модификация предполагает применение в технологии воды, вместо газообразного элемента. Водная основа обеспечивает оптимальное охлаждение сопла и заготовительного элемента. Все вредные вещества поглощаются водными массами.
Со впрыскиванием воды. Газ направляется на образование плазмы, а водные массы в вихревую дугу. Это позволяет увеличить ее сжатие, тем самым повышая плотность и температурные показатели.

Технологические особенности резки

Как работает плазменная резка? Принцип работы плазмореза заключается в локальном нагревании поверхности металла в зоне раздела и его последующем плавлении. Нагревание происходит потоком плазмы, который формируется путем специального оборудования. Технологические особенности получения плазмы выглядят так:

На первом этапе образовывается электродуга, разжигающееся между электродом устройства и соплом. Температурные показатели могут достигать 5 тысяч градусов.
Подается газовый элемент, повышая температурное значение уже до 20 тысяч.
Происходит взаимодействие газа и электрической дуги – ионизация. Температура увеличивается до 30 тысяч градусов.

Для полученной струи плазмы для резки металла плазмой характерно: яркая потоковая вспышка и усиленный выход из сопла устройства. Струя разогревает поверхность и расплавляет деталь в точечной области воздействия, в результате чего выполняется резка металла плазмой.

Как осуществляется ручная электроплазменная разрезка?

Принцип плазменной резки металла начинается с подключения устройства, тем самым собирая все составные части в единую систему. Далее инвертор либо трансформатор подключают к сети переменного тока и металлической детали.

Осуществление резки предусматривает удерживание сопла агрегата к обрабатываемой поверхность на дистанцию 4 см и вспышка дежурной дуги, вследствие которой будет возникать ионизация газа. Далее в сопло поступает газообразный воздух, в результате чего должен сформироваться электроплазменный поток.

Стоит отметить, что когда электроплазменная струя сформирована, первоначальная дуга отключается автоматом. Задача вспомогательной струи заключается в поддержание ионизации потока плазменного компонента. Бывают случаи, когда рабочая дуга угасает, значит нужно перекрыть доступ газа в сопло и повторить процедуру заново.

Плюсы и минусы плазменного раскроя

К основным положительным характеристикам применения плазменной системы относят следующие аспекты:

Универсальность технологического процесса.
Автоматическая плазменная резка.
Высокие показатели скорости операции при работе с материалами средней и малой толщины.
Высокоточный и качественный рез, исключив дополнительных механических операций.
При работе с электроплазменной средой практически исключается загрязнение воздуха.
Нет необходимости предварительного разогрева поверхности, что снижает временные рамки прожига.
Выполняемые работы считаются относительно безопасными, так как нет необходимости волочить за собой баллоны с газом, которые являются взрывоопасными.

К минусам электроплазменной технологии относят:

Ценовая составляющая плазмотрона и его конструкционные особенности, что повышает себестоимость выполнения работ по резке металла.
Незначительная толщина прореза.
Высокие показатели шума, так как газовый элемент из плазмотрона выходит на околозвуковой скорости.
Необходимо качественное техническое обслуживание агрегата.
Если в качестве газообразного элемента используется азот, то это способствует выделению большого количества вредных веществ в атмосферу.
К конфигурации плазмотрона нельзя подключить дополнительный плазменный резак для ручной обработки металлической поверхности.

Также существенным недостатком при работе плазменной установки считается отклонение от перпендикуляра резания на угол не более 50 градусов.

Основные аспекты правил безопасности

Технология плазменной резки металла является опасной для рабочего и окружающих. При осуществлении операции профессионалы своего дела рекомендуют использовать защитный костюм сварщика и специальный щиток с затемненными стеклами. При разрезе металлических поверхностей возможно воздействие нежелательных эффектов:

Тепловой микроклимат в зоне работающего человека;
Облучение ультрафиолетовым спектром;
Влияние расплавленного металла;
Увеличенное напряжение;

Температурные показатели при резке плазмой достигают тысяч градусов по Цельсию. Человек может получить ожоги во время проведения резки. Ожоговый риск снижается, если процесс автоматизирован. Излучение, которое возникает в период эксплуатирования устройства способно вызвать ожоги глазного сектора работающего. Чтобы это не произошло достаточно пользоваться маской либо щитком с защитными темными стеклами. На практике щиток менее комфортен, так как приходится постоянно придерживать рукой, а это сковывает и ограничивает движения сварщика.

Техника безопасности на месте резки металла плазмой включает в себя внимательный осмотр оборудования на наличие неисправностей. Стоит помнить, что неисправным устройством пользоваться нельзя, даже если очень нужно. При проведении резания не следует стучать плазмотроном для удаления расплавленных остатков. В противном случае он повредится. Также во время проведения работ необходимо постоянного контролировать напряжение сети.

Плазменно-дуговая резка и раскрой металлических поверхностей струей плазмы достаточно широко используются в промышленном секторе. Плазменная современная резка труб с ЧПУ по праву является незаменимым оборудованием для производственных компаний, так как все можно сделать с высокой точностью и производительностью. Плазморезом можно пользоваться для разделения различных элементов. Что важно, то устройство подходит и для спаивания. Например, с его помощью проводятся различные операции закалки, зачистки, а также сваривание припоями. Металлическая поверхность в этой ситуации быстрее охлаждается, нежели при стандартной резке кислородом.

Внешние особенности

При плазморезке собственными силами следует обратить внимание на компактность прибора. Ими просто управлять и не требуют особого опыта. Если чувствуете неуверенность в своих силах, то рекомендуем посмотреть обучающее видео.

Разделы