Как работает плазморез по металлу

Поскольку защитный газ (обычно аргон) почти не ионизируется и не ускоряется электрическим полем дуги, он довольно быстро "воспламеняется" и смешивается с воздухом. Поэтому оптимальное расстояние между сварочной ванночкой и концом горелки – это очень маленький диапазон, который необходимо поддерживать во время работы.

Плазменная резка и особенности плазменно-воздушного оборудования

Воздушно-плазменная резка является одним из наиболее эффективных методов резки практически всех металлов и их сплавов. Существует множество разновидностей аппаратов плазменной резки, поэтому важно знать наиболее важные особенности и характеристики, которые следует учитывать при выборе оборудования.

Воздушно-плазменная резка является одним из наиболее эффективных методов резки практически всех видов металлов и их сплавов. Это объясняется не только высокой производительностью резки (экономичная, быстрая, эффективная), но и отличным качеством результатов. Плазменно-воздушное оборудование позволяет получать чрезвычайно тонкие и ровные кромки с минимальным количеством легко удаляемых заусенцев без искажения или деформации самого металла. Это возможно благодаря огромной температуре плазмы, которая создается путем подачи сжатого воздуха на электрическую дугу, возникающую между плазмотроном и заготовкой/деталью.

Существует множество разновидностей плазменно-воздушного металлообрабатывающего оборудования, поэтому важно знать основные характеристики и функции, которые следует учитывать при выборе этого оборудования.

Типы ручного оборудования для плазменной резки

Все оборудование для плазменной резки можно разделить на следующие типы:

• Ручные – ручные плазморезы, которые используются как в мастерской, так и на стройплощадке. Поскольку работа выполняется вручную, качество реза немного ниже из-за допусков на резку.
• Машинная резка – станки для использования в мастерских. Они позволяют получать идеальные срезы (в том числе криволинейные). Они имеют значительные размеры и менее мобильны, чем ручные типы плазморезов.

Их также можно классифицировать по принципу работы:

• Контактные – используются для резки токопроводящих металлов, так как в этом случае само изделие выступает в качестве анода. Между металлом и электродом образуется дуга.
• Бесконтактные – в этом случае разрезаемый металл не участвует в образовании дуги, которая образуется между внутренним электродом плазмотрона и его наконечником.

По типу источника питания:

• Инверторный – энергоэффективный, небольшой размер, стабильная дуга, но более требователен к качеству электроэнергии
• Трансформаторный – более тяжелый, крупный, но с большей продолжительностью нагрузки и более высокой входной мощностью.

Принцип резки одинаков для всех аппаратов. Плазменный газ подается в плазмотрон, в котором находится катод (электрод). Для этого используется встроенный или выносной компрессор, баллон со сжатым воздухом, который подается через фильтр и осушитель. Дуга зажигает плазму, которая поднимается из наконечника плазмотрона и разрезает лист толщиной 1 мм и более.

Благодаря высокой температуре и скорости плазменной дуги эффективность резки в несколько раз выше, чем при кислородной резке. Металл не деформируется и не коробится, а заусенцы на кромках реза легко удаляются, оставляя ровный край.

Основные виды плазменной резки металла

Чтобы понять, для чего нужна плазменная резка, важно разобраться в самом процессе резки. Во-первых, она позволяет работать с листами толщиной до 220 мм.

В контуре электрической дуги между наконечником сопла и неплавящимся электродом возникает искра, за которой следует воспламенение поступающего газа. Когда горящий газ ионизируется, он превращается в управляемую плазму. Скорость ее выхода очень высока и составляет от 800 до 1 500 м/с.

Выходное отверстие имеет сужение, которое позволяет поднять скорость потока плазмы и температуру до +20 000 °C. Эта горячая, узконаправленная струя плазмы расплавляет металл при попадании в него на месте. Важно отметить, что это обеспечивает небольшое увеличение тепла в зоне вокруг разреза.

Существует одно ключевое различие между двумя основными методами: плазменно-дуговой и плазменно-струйной резкой. Первый метод предполагает заключение поверхности заготовки в проводящий контур. Плазменно-струйная резка, с другой стороны, предполагает создание высокотемпературной заготовки в рабочем контуре плазмотрона. В этом случае металлический лист не является частью токопроводящего контура.

Этот метод позволяет резать материалы, которые не способны проводить электричество.

Дуга горит между формирующим наконечником плазмотрона и электродом, а заготовка, разрезаемая плазменным лучом, не подключена к электрической цепи.

Такая технология используется для токопроводящих материалов. Суть заключается в том, что между разрезаемой заготовкой и электродом горит электрическая дуга, столб которой выровнен с лучом плазмы. Плазма генерируется путем нагрева и ионизации подаваемого газа. Он продувается через сопло, зажимает дугу, придает ей проникающие свойства, позволяя плазме образовываться.

Что необходимо для плазменной резки: инструменты и расходные материалы

Что необходимо для плазменной резки в первую очередь? Плазменный резак. Это означает, что он позволяет резать материалы с помощью плазмы. Он генерирует высокотемпературный поток ионизированного воздуха, который может разрезать заготовку.

Технология основана на свойстве воздуха проводить электричество, когда он переходит в ионизированное состояние. Плазморез производит плазму (или ионизированный воздух при высокой температуре) и сварочную дугу в плазмотроне – вместе они позволяют резать металл.

Источником питания может быть электричество:

Этот аппарат особенно ценится специалистами, поскольку он практически не реагирует на колебания напряжения в сети, что необходимо для качественной плазменной резки. Кроме того, с его помощью можно резать даже толстые металлические листы. Однако следует учитывать большой вес аппарата и низкую производительность.

Единственным недостатком этого аппарата является то, что он не может обрабатывать более толстые детали. Однако этот недостаток с лихвой компенсируется его преимуществами:

• Обеспечивает стабильную электрическую дугу;
• КПД на 30% выше, чем у трансформатора;
• он дешевле, экономичнее и легче по сравнению с трансформатором;
• удобство работы в труднодоступных местах.

• Плазменный резак.

Это плазменный резак для резки деталей и основной компонент плазмореза.

Конструкция этого устройства включает в себя:

Он обеспечивает тангенциальную или вихревую подачу воздуха, чтобы катодная точка плазменной дуги в процессе работы не смещалась от центра электрода.

Классификация плазморезов

Прежде чем выбрать плазморез, стоит обсудить различные типы оборудования, которые подходят для разных областей применения.

Оборудование для плазменной резки делится на различные типы в зависимости от области применения:

• Трансформатор – Способен резать листовой металл толщиной до 4 см.
• Инверторныйболее экономичный, но и более эффективный (его производительность на 30% выше, чем у трансформаторного метода) и позволяет резать листовой металл толщиной до 3 см. Преимуществом инверторных плазморезов является их компактная конструкция, позволяющая использовать их в труднодоступных местах, а также стабильная электрическая дуга.

Как выбрать подходящий аппарат плазменной резки? Оборудование должно соответствовать типу применения резки. Существует два различных типа оборудования:

• для ручной резки – подходят для резки деталей небольшой толщины (0,1-1 см). Этот тип оборудования используется в быту или небольших мастерских для изготовления дверей, ворот, калиток, плит, а также подходит для резки замков и петель, гнутых коробок и т.д. Более дорогие машины могут работать с заготовками толщиной от 1 до 3 см. Преимуществом ручных плазморезов является их мобильность и простота использования.
• Для автоматической резки – в этих машинах режущая головка перемещается на портальном или консольном рычаге. Управление осуществляется с помощью ЧПУ. Резка может осуществляться от 2 до 4 режущих головок одновременно. Эти машины используются для резки заготовок размером от 1×1 м до 3×30 м. Для их установки требуется достаточно места, а оборудование для автоматической плазменной резки трудно транспортировать.

3 основных параметра для выбора плазмореза

1. Сила тока. При выборе плазмореза важно обратить внимание на требуемую силу тока. Это влияет на толщину заготовки и скорость. Чем выше сила тока, тем горячее металл и тем быстрее он плавится. Машина на 40 А может резать заготовки максимальной толщиной 1-1,2 см, а при 160 А толщина металла увеличивается до 4 см. Приведенные выше значения являются максимально допустимыми и не подходят для постоянного использования. Кроме того, необходимо учитывать тип разрезаемого металла. Например, сила тока 6 А достаточна для резки меди, латуни и алюминия толщиной 1 мм. Для нержавеющей стали и черных металлов достаточно 4 А. Рассмотрим пример. Необходимо разрезать стальную заготовку толщиной 20 мм. Умножьте толщину заготовки на 4 (А). Поэтому в данном случае выбирайте станок с силой тока 80 А. Для медных сплавов умножьте толщину заготовки на 6 (А), т.е. 20 (мм) × 6 (А) = 120 (А). Чтобы выбрать наиболее подходящий плазморез для вашего применения, используйте максимальное полученное значение. Чтобы избежать перегрузки системы, лучше всего добавить к полученному результату небольшой запас. Большинство плазморезов имеют регулируемую силу тока, что позволяет устанавливать различные параметры для разных металлов. Различают ступенчатую и бесступенчатую регулировку. В последнем случае ток можно регулировать максимально точно, в зависимости от типа металла и толщины заготовки.
2. Интенсивность использования оборудования. Прежде чем выбрать плазморез, важно определить частоту его использования. Он может понадобиться для нечастых работ, например, в сельской местности, или для ежедневной резки листового металла, то есть при выборе следует руководствоваться спецификой предполагаемой работы. Рабочий цикл системы плазменной резки составляет 10 минут, включая время, необходимое для перерывов. Частота этих перерывов зависит от процента рабочего времени (ПРВ). Например, если время включения составляет 60%, то время работы составит 6 минут, с перерывом в 4 минуты. Этот параметр зависит от силы тока: чем выше сила тока, тем ниже SWR. Установки с SWR более 50% рассчитаны на длительную работу в течение дня. Установки с SWR менее 50% не подходят для непрерывной работы, так как перерывы на отдых будут превышать время, затрачиваемое на фактическую работу.

Методы плазменной сварки

Существует множество различных сплавов и пар сплавов, которые имеют очень разное поведение при плавлении. Они могут иметь различную вязкость в зависимости от температуры, газообразования, смешиваемости сплавов и скорости затвердевания. Кроме того, очень важную роль играет гравитация – масса ванны может быть довольно высокой, а поверхностное натяжение сплава – довольно низким. В таких условиях ванна будет просто протекать, если ее не загерметизировать каким-либо образом, что возможно не во всех случаях.

Техника и особенности процесса во всех пространственных положениях

С технической точки зрения существует множество различных положений сварки. При сварке отдельных заготовок работа несколько облегчается тем, что положение можно уменьшить до горизонтального, когда горелка находится сверху.

Это наиболее благоприятное расположение при сварке, но оно не всегда технологически возможно. Например, при сварке шва на корпусе корабля горелку необходимо расположить любым возможным способом – корабль нельзя развернуть в доке, как игрушку. Поэтому положение горелки должно быть выбрано таким образом, чтобы защитить ванну от распространения за допустимые пределы.

Интересно: Принцип плазменно-дуговой сварки

Например, при сварке вертикального шва горелку располагают немного ниже шва, а луч плазмы направляют вверх. Регулируя угол и расстояние от ванны, можно "выдувать" стекающий металл вверх. Это происходит динамически по мере продвижения сварки и требует хороших ручных навыков.

Вертикальные швы следует сваривать снизу вверх.

Сварка цветных металлов плазморезом

Сразу следует сказать, что плазма – это всего лишь мощный источник локального нагрева. Ее, если можно так выразиться, лучше "сфокусировать", по аналогии с фотографией. В этом отношении она уступает только лазерной сварке. Плазменная струя обеспечивает хороший провар в узкой зоне. Все остальное поведение металла зависит только от его химической природы.

Сравнение технологий лазерной и плазменной сварки

Лазерная сварка осуществляется с помощью мощных непрерывных или импульсных лазеров. Очень высокие температуры достигаются за счет фокусировки пятна на очень маленькой площади. На световой луч не влияют магнитные поля или движение газа, поэтому лазер можно легко "направить" в труднодоступные места. Изменяя апертуру луча, можно очень плавно регулировать ширину зоны нагрева. Производительность лазерной сварки примерно в 50 раз выше, чем дуговой. Например, лист стали толщиной 20 мм сваривается со скоростью 100 метров в час за один проход.

Интересно: Принцип плазменной сварки

Однако лазерная сварка имеет свои недостатки – низкая производительность из-за высокой отражательной способности (0,1-2%) и очень высокая цена оборудования. Тем не менее, есть области, где лазерная сварка незаменима. Например, в электронной промышленности она используется для производства многих устройств, особенно миниатюрных. Поэтому рабочее место лазерного сварщика для ручной работы обычно не похоже на строительную площадку или гараж:

Какие газы используются и их характеристики

Плазменная резка металла – это процесс плавления и удаления расплавленного металла с помощью тепла, выделяемого плазменной дугой. Скорость и качество резки зависят от среды, генерирующей плазму. Кроме того, плазмообразующая среда влияет на глубину газового слоя и характер физико-химических процессов на кромках реза. При обработке алюминия, меди и сплавов на их основе используются следующие плазмообразующие газы:

• Сжатый воздух;
• Кислород;
• Смесь азота и кислорода;
• Азот;
• Смесь аргона и водорода.

Основными компонентами воздуха являются азот (78,18%) и кислород (20,8%). Сочетание этих двух газов создает очень богатую энергией смесь. Воздух используется в качестве плазменного газа для резки нелегированной стали, низколегированной стали, высоколегированной стали и алюминия. Воздух обычно используется для ручной резки, а также для резки тонких листов. При резке нелегированной стали с использованием воздуха в качестве плазмообразующего газа края реза получаются прямыми и достаточно гладкими. Однако воздух в качестве газа для резки увеличивает содержание азота на поверхности реза. Если кромки реза не подвергнуть дополнительной обработке, в сварном шве могут образоваться поры.

Кислород используется в качестве плазмообразующего газа для резки нелегированных и низколегированных сталей. Когда кислород смешивается с расплавленным материалом, вязкость расплавленного материала уменьшается, делая его более текучим. В результате обычно получается режущая кромка без скоса и закругленная верхняя кромка. Можно достичь более высоких скоростей резки, чем при использовании азота или воздуха. В отличие от азота или воздуха, кислород не насыщает поверхность резки азотом, что означает, что риск образования пор при последующей сварке сводится к минимуму.

Аргон – единственный инертный газ, который может быть получен промышленным способом методом разделения воздуха при объемной доле 0,9325 г. Будучи инертным газом, он химически нейтрален. Благодаря своему высокому атомному весу (39,95) аргон способствует вытеснению расплавленного материала из зоны резки за счет высокой плотности импульса генерируемой плазменной струи. Из-за относительно низкой теплопроводности и энтальпии аргон не является идеальным газом для плазменной резки, поскольку он допускает только относительно низкие скорости резки, что приводит к округлым, шелушащимся поверхностям.

Преимущества и недостатки плазменной резки:

Преимущества:

• Может резать все электропроводящие материалы. Газовая резка, хотя также подходит для резки толстых металлов, ограничена черными металлами;
• Хорошее качество при толщине до 50 мм;
• Максимальная толщина до 150 мм;
• Можно резать в воде, что приводит к снижению SSTV. Также снижается уровень шума;
• Меньший радиус резки по сравнению с газовой резкой;
• Более высокая скорость резки по сравнению с кислородной резкой.

• Более высокая GVW по сравнению с лазерной резкой;
• Качество более тонких листов и плит хуже, чем при лазерной резке;
• Допуски не такие точные, как при лазерной резке;
• Не достигается такая же толщина, как при гидроабразивной или газовой резке;
• Оставляется подрез, который не образуется при гидроабразивной резке;
• Более широкий рез, чем при лазерной резке;
• Кроме того, сам процесс довольно сложен и требует высокой квалификации оператора;
• Заготовка должна быть расположена вертикально.
• При резке металла в воздух выделяется много вредных газов.

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поставьте лайк, поделитесь ею с друзьями и оставьте комментарий!