Что нужно знать о плазменной резке металла

Что нужно знать о плазменной резке металла

Плазменная резка широко используется в различных отраслях промышленности: машиностроении, судостроении, изготовлении рекламы, коммунальной сфере, изготовлении металлоконструкций и в других отраслях. К тому же, в частной мастерской плазморез тоже может пригодиться. Ведь с помощью него можно быстро и качественно разрезать любой токопроводящий материал, а также некоторые нетокопроводящие материалы — пластик, камень и дерево. Разрезать трубы, листовой металл, выполнить фигурный рез или изготовить деталь можно просто, быстро и удобно с помощью технологии плазменной резки. Рез выполняется высокотемпературной плазменной дугой, для создания которой нужен лишь источник тока, резак и воздух. Чтобы работа с плазморезом давалась легко, а рез получался красивым и ровным, не мешает узнать принцип работы плазмореза, который даст базовое понятие, как можно управлять процессом резки.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Аппарат под названием «плазморез» состоит из нескольких элементов: источника питания , плазменного резака/плазмотрона , воздушного компрессора и кабель-шлангового пакета.

Источник питания для плазмореза подает на плазмотрон определенную силу тока. Может представлять собой трансформатор или инвертор.

Трансформаторы более увесисты, потребляют больше энергии, но зато менее чувствительны к перепадам напряжения, и с помощью них можно разрезать заготовки большей толщины.

Инверторы легче, дешевле, экономнее в плане энергопотребления, но при этом позволяют разрезать заготовки меньшей толщины. Поэтому их используют на маленьких производствах и в частных мастерских. Также КПД инверторных плазморезов на 30 % больше, чем у трансформаторных, у них стабильнее горит дуга. Пригождаются они и для работы в труднодоступных местах.

Плазмотрон или как его еще называют «плазменный резак» является главным элементом плазмореза. В некоторых источниках можно встретить упоминание плазмотрона в таком контексте, что можно подумать будто «плазмотрон» и «плазморез» идентичные понятия. На самом деле это не так: плазмотрон — это непосредственно резак, с помощью которого разрезается заготовка.

Основными элементами плазменного резака/плазмотрона являются сопло , электрод , охладитель/изолятор между ними и канал для подачи сжатого воздуха.

Схема плазмореза наглядно демонстрирует расположение всех элементов плазмореза.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Внутри корпуса плазмотрона находится электрод , который служит для возбуждения электрической дуги. Он может быть изготовлен из гафния, циркония, бериллия или тория. Эти металлы приемлемы для воздушно-плазменной резки потому, что в процессе работы на их поверхности образуются тугоплавкие оксиды, препятствующие разрушению электрода. Тем не менее, используют не все эти металлы, потому что оксиды некоторых из них могут нанести вред здоровью оператора. Например, оксид тория — токсичен, а оксид бериллия — радиоактивен. Поэтому самым распространенным металлом для изготовления электродов плазмотрона является гафний. Реже — другие металлы.

Сопло плазмотрона обжимает и формирует плазменную струю, которая вырывается из выходного канала и разрезает заготовку. От размера сопла зависят возможности и характеристики плазмореза, а также технология работы с ним. Зависимость такая: от диаметра сопла зависит, какой объем воздуха может через него пройти за единицу времени, а от объема воздуха зависят ширина реза, скорость охлаждения и скорость работы плазмотрона. Чаще всего сопло плазмотрона имеет диаметр 3 мм. Длина сопла тоже важный параметр: чем длиннее сопло, тем аккуратнее и качественнее рез. Но с этим надо быть поаккуратнее. Слишком длинное сопло быстрее разрушается.

Компрессор для плазмореза необходим для подачи воздуха. Технология плазменной резки подразумевает использование газов: плазмообразующих и защитных. В аппаратах плазменной резки, рассчитанных на силу тока до 200 А, используется только сжатый воздух, и для создания плазмы, и для охлаждения. Такого аппарата достаточно для разрезания заготовок 50 мм толщиной. Промышленный станок плазменной резки использует другие газы — гелий, аргон, кислород, водород, азот, а также их смеси.

Кабель-шланговый пакет соединяет источник питания, компрессор и плазмотрон. По электрическому кабелю подается ток от трансформатора или инвертора для возбуждения электрической дуги, а по шлангу идет сжатый воздух, который необходим для образования плазмы внутри плазмотрона. Более детально, что именно происходит в плазмотроне, расскажем ниже.

Как только нажимается кнопка розжига, источник питания (трансформатор или инвертор) начинает подавать на плазмотрон токи высокой частоты. В результате внутри плазмотрона возникает дежурная электрическая дуга, температура которой 6000 — 8000 °С. Дежурная дуга зажигается между электродом и наконечником сопла по той причине, что образование дуги между электродом и обрабатываемой заготовкой сразу — затруднительно. Столб дежурной дуги заполняет весь канал.

После возникновения дежурной дуги в камеру начинает поступать сжатый воздух. Он вырывается из патрубка, проходит через электрическую дугу, вследствие чего нагревается и увеличивается в объеме в 50 — 100 раз. Помимо этого воздух ионизируется и перестает быть диэлектриком, приобретая токопроводящие свойства.

Суженное к низу сопло плазмотрона обжимает воздух, формирует из него поток, который со скоростью 2 — 3 м/с вырывается из сопла. Температура воздуха в этот момент может достигать 25000 — 30000 °С. Именно этот высокотемпературный ионизированный воздух и является в данном случае плазмой. Ее электропроводимость примерно равна электропроводимости металла, который обрабатывается.

В тот момент, когда плазма вырывается из сопла и соприкасается с поверхностью обрабатываемого металла, зажигается режущая дуга, а дежурная дуга гаснет. Режущая/рабочая дуга разогревает обрабатываемую заготовку в месте реза — локально. Металл плавится, появляется рез. На поверхности разрезаемого металла появляются частички расплавленного только что металла, которые сдуваются с нее потоком воздуха, вырывающегося из сопла. Это самая простая технология плазменной резки металла.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Катодное пятно плазменной дуги должно располагаться строго по центру электрода/катода. Чтобы это обеспечить, используется так называемая вихревая или тангенциальная подача сжатого воздуха. Если вихревая подача нарушена, то катодное пятно смещается относительно центра электрода вместе с плазменной дугой. Это может привести к неприятным последствиям: плазменная дуга будет гореть нестабильно, может образовываться две дуги одновременно, а в худшем случае — плазмотрон может выйти из строя.

Если увеличить расход воздуха, то скорость плазменного потока увеличится, также увеличится и скорость резки. Если же увеличить диаметр сопла, то скорость уменьшится и увеличится ширина реза. Скорость плазменного потока примерно равна 800 м/с при токе 250 А.

Скорость реза — тоже важный параметр. Чем она больше, тем тоньше рез. Если скорость маленькая, то ширина реза увеличивается. Если увеличивается сила тока, происходит то же самое — ширина реза увеличивается. Все эти тонкости относятся уже непосредственно к технологии работы с плазморезом.

Параметры плазмореза

Все аппараты плазменной резки можно разделить на две категории: ручные плазморезы и аппараты машинной резки.

Ручные плазморезы используются в быту, на маленьких производствах и в частных мастерских для изготовления и обработки деталей. Основная их особенность в том, что плазмотрон держит в руках оператор, он ведет резак по линии будущего реза, держа его на весу. В итоге рез получается хоть и ровным, но не идеальным. Да и производительность такой технологии маленькая. Чтобы рез получился более ровным, без наплывов и окалины, для ведения плазмотрона используется специальный упор, который одевается на сопло. Упор прижимается к поверхности обрабатываемой заготовки и остается только вести резак, не переживая за то, соблюдается ли необходимое расстояние между заготовкой и соплом.

На ручной плазморез цена зависит от его характеристик: максимальной силы тока, толщины обрабатываемой заготовки и универсальности. Например, существуют модели, которые можно использовать не только для резки металлов, но и для сварки. Их можно отличить по маркировке:

  • CUT — разрезание;
  • TIG — аргонодуговая сварка;
  • MMA — дуговая сварка штучным электродом.

Например, плазморез FoxWeld Plasma 43 Multi совмещает все перечисленные функции. Его стоимость 530 — 550 у.е. Характеристики, касающиеся плазменной резки: сила тока — 60 А, толщина заготовки — до 11 мм.

Кстати, сила тока и толщина заготовки — основные параметры, по которым подбирается плазморез. И они взаимосвязаны.

Чем больше сила тока, тем сильнее плазменная дуга, которая быстрее расплавляет металл. Выбирая плазморез для конкретных нужд, необходимо точно знать, какой металл придется обрабатывать и какой толщины. В приведенной ниже таблице указано, какая сила тока нужна для разрезания 1 мм металла. Обратите внимание, что для обработки цветных металлов требуется большая сила тока. Учтите это, когда будете смотреть на характеристики плазмореза в магазине, на аппарате указана толщина заготовки из черного металла. Если вы планируете резать медь или другой цветной металл, лучше рассчитайте необходимую силу тока самостоятельно.

Например, если требуется разрезать медь толщиной 2 мм, то необходимо 6 А умножить на 2 мм, получим плазморез с силой тока 12 А. Если требуется разрезать сталь толщиной 2 мм, то умножаем 4 А на 2 мм, получаем силу тока 8 А. Только берите аппарат плазменной резки с запасом, так как указанные характеристики являются максимальными, а не номинальными. На них можно работать только непродолжительное время.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Станок с ЧПУ плазменной резки используется на производственных предприятиях для изготовления деталей или обработки заготовок. ЧПУ означает числовое программное управление. Станок работает по заданной программе с минимальным участием оператора, что максимально исключает человеческий фактор на производстве и увеличивает производительность в разы. Качество реза машинным аппаратом идеально, не требуется дополнительная обработка кромок. А самое главное — фигурные резы и исключительная точность. Достаточно ввести в программу схему реза и аппарат может выполнить любую замысловатую фигуру с идеальной точностью. На станок плазменной резки цена значительно выше, чем на ручной плазморез. Во-первых, используется большой трансформатор. Во-вторых, специальный стол, портал и направляющие. В зависимости от сложности и размеров аппарата цена может быть от 3000 у.е. до 20000 у.е.

Аппараты машинной плазменной резки используют для охлаждения воду, поэтому могут работать всю смену без перерыва. Так называемый ПВ (продолжительность включения) равен 100 %. Хотя у ручных аппаратов он может быть и 40 %, что означает следующее: 4 минуты плазморез работает, а 6 минут ему необходимо для того, чтобы остыть.

Наиболее разумно будет приобрести плазморез готовый, заводского исполнения. В таких аппаратах все учтено, отрегулировано и работает максимально идеально. Но некоторые умельцы «Кулибины» умудряются смастерить плазморез своими руками. Результаты получаются не очень удовлетворительными, так как качество реза хромает. В качестве примера приведем урезанный вариант, как можно сделать плазморез самостоятельно. Сразу оговоримся, что схема далека от идеала и лишь дает общее понятие процесса.

Итак, трансформатор для плазмореза должен быть с падающей ВАХ.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Пример на фото: первичная обмотка — снизу, вторичная — сверху. Напряжение — 260 В. Сечение обмотки — 45 мм2, каждая шина 6 мм2. Если установить силу тока на 40 А напряжение падает до 100 В. У дросселя также сечение 40 мм2, наматывался той же шиной, всего около 250 витков.

Для работы нужен воздушный компрессор, естественно, заводского исполнения. В данном случае использовался агрегат производительностью 350 л/мин.

Самодельный плазморез — схема работы .

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Плазмотрон лучше приобрести заводской, он обойдется примерно в 150 — 200 у.е. В данном примере плазмотрон изготавливался самостоятельно: медное сопло (5 у.е.) и гафниевый электрод (3 у.е.), остальное «кустарщина». За счет чего расходники быстро вышли из строя.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Схема работает так: на резаке находится кнопка пуск, при ее нажатии реле (р1) подает на блок управления напряжение, реле (р2) подает напряжение на трансформатор, затем пускает воздух для продувки плазмотрона. Воздух осушает камеру плазмотрона от возможного конденсата и выдувает все лишнее, на это у него есть 2 — 3 секунды. Именно с такой задержкой срабатывает реле (р3), которое подает питание на электрод для поджига дуги. Затем включается осциллятор, который ионизирует пространство между электродом и соплом, как результат загорается дежурная дуга. Далее плазмотрон подносится к изделию и загорается режущая/рабочая дуга между электродом и заготовкой. Реле геркона отключает сопло и поджиг. Согласно данной схеме, если режущая дуга внезапно погаснет, например, если сопло попало в отверстие в металле, то реле геркона снова подключит поджиг и спустя несколько секунд (2 — 3) загорится дежурная дуга, а затем режущая. Все это при условии, что кнопка «пуск» не отпускается. Реле (р4) пускает воздух в сопло с задержкой, после того, как отпустили кнопку «пуск» и режущая дуга погасла. Все эти предосторожности необходимы для того, чтобы продлить ресурс сопла и электрода.


Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Самостоятельное изготовление плазмореза в «домашних» условиях дает возможность изрядно сэкономить, но о качестве реза говорить не приходится. Хотя если за работу возьмется инженер, то результат может быть даже лучше заводского исполнения.

Станок плазменной резки с ЧПУ может позволить себе не каждое предприятие, ведь его стоимость может достигать 15000 — 20000 у.е. Довольно часто такие организации заказывают выполнение работ плазменной резки на специальных предприятиях, но это тоже обходится недешево, особенно если объемы работ большие. Но ведь так хочется свой новый станок плазменной резки, а средств не хватает.

Помимо известных профильных заводов есть предприятия, которые занимаются производством станков плазменной резки, закупая лишь профильные детали и узлы, а все остальное изготавливают самостоятельно. В качестве примера мы расскажем, как делают станки плазменной резки с ЧПУ инженеры в производственном цеху.

Составляющие станка плазменной резки своими руками:

  • Стол 1270х2540 мм;
  • Ременная передача;
  • Шаговые детали;
  • Линейные направляющие HIWIN;
  • Система, управляющая высотой факела THC;
  • Блок управления;
  • Стойка-терминал, в котором находится блок управления ЧПУ, стоит отдельно.

Характеристики станка :

  • Скорость перемещения по столу 15 м/мин;
  • Точность установки позиции плазмотрона 0,125 мм;
  • Если использовать аппарат Powermax 65, то скорость реза будет 40 м/мин для 6 мм заготовки или 5 м/мин для заготовки толщиной 19 мм.

На подобный станок плазменной резки металла цена будет около 13000 у.е., не включая источник плазмы, который придется приобрести отдельно — 900 у.е.

Для изготовления такого станка комплектующие заказываются отдельно, а затем все собирается самостоятельно по такой схеме:

  • Готовится основание для сварки стола, оно должно быть строго горизонтальным, это очень важно, лучше проверить уровнем.
  • Сваривается рама станка в виде стола. Можно использовать трубы квадратного сечения. Вертикальные «ноги» необходимо усилить укосинами.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

  • Рама покрывается грунтовкой и краской, чтобы защитить от коррозии.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

  • Изготавливаются опоры для станка. Материал опор — дюраль, болты 14 мм, гайки лучше приварить к болтам.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резкаГотовится основание для сварки стола, оно должно быть строго горизонтальным, это очень важно, лучше проверить уровнем. Сваривается рама станка в виде стола.

  • Сваривается водяной стол.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

  • Устанавливаются крепления для реек и ставятся рейки. Для реек используется металл в виде полосы 40 мм.
  • Устанавливаются линейные направляющие.
  • Корпус стола зашивается листовым железом и окрашивается.
  • Устанавливается портал на направляющие.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

  • На портал устанавливается двигатель и концевые индуктивные датчики.
  • Устанавливаются рельсовые направляющие, зубчастая рейка и двигатель оси Y.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

  • Устанавливаются направляющие и двигатель на оси Z.
  • Устанавливается датчик поверхности металла.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

  • Устанавливается кран для слива воды из стола, ограничители для портала, чтобы не съехал со стола.
  • Устанавливаются кабель-каналы Y,Z и X.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

  • Все провода прячутся в гофру.
  • Устанавливается механизированная горелка.
  • Далее изготавливается терминал с ЧПУ. Сначала сваривается корпус.
  • В корпус терминала с ЧПУ устанавливается монитор, клавиатура, модуль ТНС и кнопки к нему.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Все, станок плазменной резки с ЧПУ готов.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Несмотря на то, что плазморез имеет достаточно простое устройство, все же не стоит браться за его изготовление без серьезных познаний в сварочном деле и большого опыта. Новичку проще заплатить за готовое изделие. А вот инженеры, желающие воплотить свои знания и умения в домашних условиях, что называется «на коленке», могут попробовать создать плазморез своими руками от начала и до конца.

Применяется при обработке проводящих металлов. Обрабатываемый материал получает энергию от источника тока посредством ионизированного газа. Стандартная система включает контур зажигания и резак, которые обеспечивают подачу электроэнергии, ионизацию и управление, необходимые для качественной высокопроизводительной резки различных металлов.

Выход источника постоянного тока задает толщину и скорость обработки материала и поддерживает дугу.

Контур зажигания выполняется в виде высокочастотного генератора переменного напряжения 5-10 тыс. В частотой 2 МГц, которое создает высокоинтенсивную дугу, ионизирующую газ до состояния плазмы.

Резак является держателем для расходных деталей — сопла и электрода — и обеспечивает охлаждение этих деталей газом или водой. Сопло и электрод сжимаются и поддерживают ионизированную струю.

Ручные и механизированные системы служат для разных целей и требуют разного оборудования. Только пользователь может определить, какая из них лучше всего подходит для его нужд.

Резка металла плазмой представляет собой термический процесс, при котором пучок нагревает электропроводный металл до температуры, превышающей точку его плавления, и удаляет расплавленный металл через проделанное отверстие. Между электродом в горелке, к которому подведен отрицательный потенциал, и заготовкой с положительным потенциалом возникает электрическая дуга и происходит резка материала ионизированным потоком газа под давлением при температуре от 770 до 1400 °C. Струя плазмы (ионизированного газа) концентрируется и направляется через сопло, где она уплотняется и становится способной расплавить и разрезать самые разные металлы. Это основной процесс как для ручной, так и для механизированной плазменной резки.

Ручная резка

Ручная резка металла плазмой производится с помощью достаточно небольших устройств с плазменной горелкой. Они маневренны, универсальны и могут быть использованы для выполнения различных задач. Их возможности зависят от силы тока режущей системы. Параметры установок ручной резки варьируются от 7-25 А до 30-100 А. Некоторые устройства, однако, позволяют получить до 200 ампер, но они не являются широко употребительными. В ручных системах в качестве плазмообразующего и защитного газа обычно используется технический воздух. Они сконструированы таким образом, чтобы их можно было использовать с различным входящим напряжением, которое может изменяться от 120 до 600 В, а также использоваться в одно- или трехфазных сетях.

Ручная плазма для резки металла обычно используется в мастерских, занимающихся обработкой тонких материалов, заводских службах технического обслуживания, ремонтных мастерских, пунктах приема металлолома, при строительно-монтажных работах, в судостроении, автомастерских и художественных мастерских. Как правило, ее применяют для обрезки излишков. Обычный 12-амперный плазменный аппарат разрезает максимум 5-мм слой металла со скоростью около 40 мм в минуту. 100-амперное устройство режет 70-мм слой со скоростью до 500 мм/мин.

Как правило, ручная система выбирается в зависимости от толщины материала и желаемой скорости обработки. Устройство, которое обеспечивает высокую силу тока, работает быстрее. Однако при резке с большой силой тока становится труднее контролировать качество работы.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Машинная обработка

Механизированная резка металла плазмой производится на установках, которые, как правило, значительно больше ручных, и используется в сочетании с раскройными столами, в том числе с водяной ванной или с платформой, оборудованной различными приводами и двигателями. Кроме того, механизированные системы оборудуются ЧПУ и управлением высотой струи режущей головки, которая может включать в себя предустановку высоты резака и контроль напряжения. Механизированные системы плазменной резки могут устанавливаться на другое металлообрабатывающее оборудование, такое как штамповочные прессы, или роботизированные системы. Размер механизированной конфигурации зависит от размера стола и используемой платформы. Раскроечный станок может быть меньше, чем 1200х2400 мм и больше, чем 1400х3600 мм. Такие системы не очень подвижны, поэтому до установки следует предусмотреть все их компоненты, а также место их расположения.

Требования к питанию

Стандартные источники питания обладают максимальным диапазоном силы тока от 100 до 400 А для кислородной резки и от 100 до 600 А для азотной. Многие системы работают в более низком диапазоне, например, от 15 до 50 А. Существуют системы с азотной резкой с силой тока 1000 А и выше, но они редки. Входное напряжение для механизированных плазменных систем составляет 200-600 В в трехфазной сети.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Требования к газу

Для резки мягкой и нержавеющей стали, алюминия, а также различных экзотических материалов обычно используются сжатый воздух, кислород, азот и смесь аргона с водородом. Их комбинации служат плазмообразующим и вспомогательным газом. Например, при резке мягкой стали пусковым газом часто является азот, плазмообразующим — кислород, а сжатый воздух используется как вспомогательный.

Кислород употребляется для мягкой углеродистой стали, потому что он производит высококачественные разрезы в материале толщиной до 70 мм. Кислород также может исполнять роль плазмообразующего газа для нержавеющей стали и алюминия, но результат получается не совсем аккуратным. Азот служит плазменным и вспомогательным газом, поскольку он обеспечивает отличную резку практически любого типа металла. Используется при больших токах и позволяет обрабатывать листовой прокат толщиной до 75 мм и в роли вспомогательного газа для азотной и аргон-водородной плазмы.

Сжатый воздух — наиболее распространенный газ как плазменный, так и вспомогательный. Когда производится слаботочный раскрой листового металла толщиной до 25 мм, оставляет окисленную поверхность. При резке воздухом, азотом или кислородом является вспомогательным газом.

Смесь аргона с водородом, как правило, используется для обработки нержавеющей стали и алюминия. Обеспечивает высококачественный разрез, и необходима для механизированной резки листов толщиной более 75 мм. Диоксид углерода также может быть использован в роли вспомогательного газа, когда производится резка металла плазмой азота, так как это позволяет работать с большинством материалов и гарантирует хорошее качество.

Смесь азота с водородом и метан также иногда применяются в процессе плазменной резки.

Что потребуется еще?

Выбор плазмы и вспомогательных газов — только два из важнейших решений, которые необходимо принимать во внимание при установке или использовании механизированной плазменной системы. Емкости для газа можно приобрести или арендовать, они доступны в различных размерах, и для их хранения необходимо создать соответствующие условия. Установка системы требует значительного количества электропроводки и труб для газа и охлаждающей жидкости. Помимо самой механизированной плазменной системы, требуется подобрать стол, раскроечный станок, ЧПУ и THC. OEM-производители обычно предлагают множество вариантов оборудования, которое подойдет для любой конфигурации устройства.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Нужна ли механизация?

Из-за сложности выбора механизированного процесса плазменной резки, необходимо уделить много времени исследованию различных конфигураций и критериев системы. Следует учесть:

  • типы деталей, которые будут вырезаться;
  • количество промышленных изделий в партии;
  • желаемую скорость и качество резки;
  • стоимость расходных материалов.
  • общую стоимость эксплуатации конфигурации, в том числе электроэнергии, газа и труда.

Размер, форма и количество производимых частей может определять необходимое производственное промышленное оборудование — тип ЧПУ, стола и платформы. Например, производство деталей небольшого размера может потребовать платформы со специализированным приводом. Реечные приводы, сервоприводы, приводные усилители и датчики, используемые на платформах, определяют качество резки и максимальную скорость системы.

Качество и скорость также зависит от того, какое ЧПУ и газы используются. Механизированная система с регулируемым током и потоком газа в начале и в конце резки уменьшит расход материалов. Кроме того, с ЧПУ с большим объемом памяти и выбором возможных установок (например, высоты факела в конце разреза) и быстрая обработка данных (входной/выходной коммуникации) снизит простои и увеличит скорость и точность работы.

В конечном счете решение о покупке или обновлении механизированной системы плазменной резки или использовании ручной должно быть обоснованным.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Плазменная резка металла: оборудование

Hypertherm Powermax45 — переносной аппарат с большим числом стандартных компонентов на основе инвертора, т. е. биполярного транзистора с изолированным затвором. Работать с ним очень легко, независимо от того, режется ли тонкая сталь или листовой прокат толщиной 12 мм со скоростью 500 мм/минуту или 25 мм со скоростью 125 мм/мин. Устройство способно генерировать большую мощность для резки различных видов токопроводящих материалов, таких как сталь, нержавеющая сталь и алюминий.

Система питания имеет преимущество перед аналогами. Входное напряжение — 200-240 В однофазного тока силой 34/28 А при мощности 5,95 кВт. Изменения входного напряжения сети компенсируются технологией Boost Conditioner, благодаря которой резак демонстрирует повышенную производительность на низких напряжениях, при колебаниях входной мощности, а также при питании от генератора. Внутренние компоненты эффективно охлаждаются с помощью системы PowerCool, обеспечивающей повышенную производительность, время работы и надежность устройства. Другой важной особенностью этого продукта является соединение горелки FastConnect, которое облегчает механизированное использование и повышает универсальность.

Факел Powermax45 имеет конструкцию с двойным углом, который продлевает срок службы сопла и снижает Он оснащен функцией Conical Flow, повышающей плотность энергии дуги, благодаря чему значительно сокращает дросс и производится высококачественная плазменная резка. Цена Powermax45 — 1800 $.

Hobart AirForce 700i

Hobart AirForce 700i обладает наибольшей режущей способностью данной линейки: номинальная толщина резки — 16 мм со скоростью 224 мм/мин, а максимальная — 22 мм. По сравнению с аналогами, рабочая сила тока устройства на 30% меньше. Плазменный резак подойдет для станций техобслуживания, ремонтных мастерских и при сооружении небольших построек.

Устройство отличается легким, но мощным инвертором, эргономичным пусковым предохранителем, эффективным потреблением воздуха и недорогими расходными материалами горелки, благодаря чему производится безопасная, качественная и недорогая плазменная резка. Цена AirForce 700i составляет 1500 $.

В комплект входит эргономичная ручная горелка, кабель, 2 сменных наконечника и 2 электрода. Потребление газа составляет 136 л/мин при давлении 621-827 кПа. Вес аппарата — 14,2 кг.

40-амперный выход обеспечивает исключительную производительность резки листового металла — быстрее, чем механические, газовые и плазменные устройства других изготовителей.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Miller Spectrum 625 X-treme

Miller Spectrum 625 X-treme — небольшой аппарат, достаточно мощный для резки различных видов стали, алюминия и других проводящих ток металлов.

Питается от сети переменного тока напряжением 120-240 В, автоматически подстраиваясь под поданное напряжение. Легкий и компактный дизайн делает устройство весьма портативным.

Благодаря технологии Auto-Refire дуга контролируется автоматически, избавляя от необходимости постоянно нажимать кнопку. Номинальная толщина резки при токе 40 А составляет 16 мм при скорости 330 мм/мин, а максимальная — 22,2 мм при 130 мм/мин. Потребляемая мощность — 6,3 кВт. Вес аппарата в ручном исполнении составляет 10,5 кг, а с машинным резаком — 10,7 кг. В качестве плазменного газа используется воздух или азот.

Надежность Miller 625 обеспечивается технологией Wind Tunnel. Благодаря встроенному высокоскоростному вентилятору пыль и мусор не попадают внутрь устройства. Светодиодные индикаторы информируют о давлении, температуре и мощности. Цена аппарата — 1800 $.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Lotos LTP5000D

Lotos LTP5000D — портативный и компактный плазменный аппарат. При весе 10,2 кг проблем с его перемещением не возникнет. 50-амперный ток, производимый цифровым преобразователем, а также мощный транзистор MOSFET обеспечивают эффективный рез мягкой стали толщиной 16 мм и 12 мм нержавеющей стали или алюминия.

Устройство автоматически подстраивается под напряжение и частоту сети. Длина шланга — 2,9 м. Вспомогательная дуга с металлом не контактирует, что позволяет использовать аппарат для резки ржавых, необработанных и окрашенных материалов. Устройство безопасно в использовании. Сжатый воздух, применяемый для резки, не вреден для человека. А крепкий ударопрочный корпус надежно защищает аппарат от попадания пыли и мусора. Цена Lotos LTP5000D — 350 $.

При покупке плазменного резака нужно всегда отдавать предпочтение качеству. Следует остерегаться искушения приобрести дешевый низкокачественный аппарат, так как его быстрый износ в долгосрочной перспективе приведет к гораздо большим затратам. Конечно, переплачивать также не стоит, есть достаточно достойных бюджетных вариантов без аксессуаров и высоких мощностей, которые могут никогда не понадобиться.

С необходимостью раскроя металлических изделий постоянно сталкиваются в машиностроении, строительстве, коммунальных хозяйствах, творческих мастерских. Чтобы разрезать материал, применяются различные методы. Принцип работы плазменной резки металла и область применения данного метода, позволяют ему пользоваться популярностью при изготовлении металлических конструкций и изделий на предприятиях, в частных хозяйствах.

Виды резки при помощи плазмы

Плазменно-дуговой раскрой осуществляется двумя методами.

Ручной раскрой

В данном случае нарезание металлов плазмой проводится при использовании портативных непромышленных плазморезов, имеющих в составе:

  • основной агрегат с трансформатором и выпрямительной подстанцией;
  • силовой питающий кабель;
  • воздушный шланг и кабель для подсоединения резака;
  • плазменный пистолет.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резкаосновной агрегат с трансформатором и выпрямительной подстанцией; силовой питающий кабель; воздушный шланг и кабель для подсоединения резака; плазменный пистолет.

Принцип плазменно-дуговой резки

Ручной плазменный агрегат немного весит (до 25 кг), работает от сети 220 В, универсален, доступен в продаже и стоит недорого.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Автоматический раскрой

Совместив технологию раскроя плазменным резаком с ЧПУ, получилось добиться высокой точности, качества и скорости реза. Агрегаты обладают большой мощностью, работают от сети постоянного тока – 380 В, в состоянии разрезать металл, имеющий толщину до 6 см.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Как работает плазмотрон

В качестве режущего инструмента в аппаратах используется струя плазмы.

Процесс резки металлических изделий:

  1. От источника электрического питания ток по кабелю подается на горелку, где происходит образование электродуги между анодом и катодом.
  2. Компрессор подает потоки газа, которые завихрителями направляются к электрической дуге.
  3. При прохождении потоков через дугу происходит ионизация газа и разогрев до высокой температуры (до 30 тыс. градусов).
  4. Газ превращается в плазменную струю.
  5. При воздействии разогретого воздуха, выходящего под большим давлением, металл разрезается.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резкаОт источника электрического питания ток по кабелю подается на горелку, где происходит образование электродуги между анодом и катодом.

Основные технологические аспекты

Работая с плазморезом, разрезающим металл, нужно учитывать многие нюансы, что обычно приходит с опытом, а именно:

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резкаОт источника электрического питания ток по кабелю подается на горелку, где происходит образование электродуги между анодом и катодом.

Резка металла плазморезом

  • следует обеспечить приток воздуха, которым охлаждается плазменный резак;
  • подаваемый для резки газ не должен содержать частиц воды или масла, что может привести к поломке оборудования;
  • заготовка должна быть очищена предварительно;
  • для получения качественного реза следует правильно выставлять силу тока и давление газа;
  • плазменный резак нужно вести со скоростью от 0,2 до 2 м/мин (она зависит от того, какой металл необходимо разрезать и от силы тока).
  • сопло при плазменной резке металлов необходимо держать перпендикулярно заготовке (оптимальное расстояние между ними: 1,6-3 мм).

Опытные мастера рекомендуют следить за искрами с тыльной стороны разрезаемого материала. Если они не видны, возможно, превышена оптимальная скорость и металл не разрезан до конца. Однако замедление процесса может привести к появлению окалины и плохому качеству шва.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резкаОпытные мастера рекомендуют следить за искрами с тыльной стороны разрезаемого материала. Если они не видны, возможно, превышена оптимальная скорость и металл не разрезан до конца.

Схема подключения плазмотрона к трансформатору

Перед началом работы необходимо продуть пистолет при помощи газа. Для этого, нажав на соответствующую кнопку, на 30 секунд включается режим продувки плазмотрона. Это позволяет удалить из пистолета конденсат и различные загрязнения.

При разрезании материала электродуга может погаснуть. Эта проблема может быть вызвана износом электрода, недостаточной скоростью ведения пистолета и неверно выбранным расстоянием между соплом и заготовкой.

Для работы применяются агрегаты, предназначенные для разрезания изделий с упором резака на заготовку. В этом случае отпадает необходимость в соблюдении оптимального расстояния между ними. Но большинство плазмотронов рассчитаны на проведение работ с поддержанием некоторого зазора между соплом и металлом. Если есть трудности в обеспечении требуемого расстояния, можно подложить опору.

Качество реза во многом определяется состоянием сопла и электрода, которые являются расходными материалами. За их износом требуется следить и проводить своевременную замену, иначе невозможно получить стабильную электрическую дугу, на металле образуются наплывы и шлак.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Важным моментом при проведении работ является соблюдение правил техники безопасности. Специальная экипировка, включающая плотную одежду, защитные очки, маску и перчатки, позволят уберечься от вредных паров, высоких температур и излучения.

Виды применяемых газов

С помощью плазмотрона можно резать любой металл. Разница заключается в разновидности используемого при этом газа.

Плазменная резка металла при помощи воздуха

Использование воздуха для образования плазмы позволяет работать практически с любыми металлическими заготовками: из черной и нержавеющей стали, меди, латуни и др. Этот способ относится к наиболее бюджетным. На воздушно-плазменном методе устроено довольно примитивное оборудование, которое может использоваться, в том числе, и в частных хозяйствах. Качество и скорость реза – среднего уровня.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

В профессиональном оборудовании применяется чистый кислород. Такие устройства позволяют добиться хорошего качества шва с небольшим слоем облоя, перпендикулярности реза и высокой скорости.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Резка защитными газами

Дорогое современное оборудование для плазменной резки металла работает на кислороде, аргоне, азоте и воздухе. Стоимость плазмотронов может превышать 10 миллионов рублей. Качество обработки изделий максимально приближено к тому, которого позволяет добиться лазерная резка.

Метод раскроя обеспечивает:

  • скорость, составляющую от 2,5 до 10 м/мин;
  • толщину струи, которая варьируется от 0,5 до 2 мм;
  • толщину обрабатываемого изделия, находящуюся в пределах от 0,5 до 60 мм;
  • давление газа, имеющее значение от 5 до 12 атм.;
  • значение тока, которое находится в диапазоне от 20 до 800 А.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Плазменная резка металла – плюсы и минусы

Резка при помощи плазмы имеет конкурентов в виде трех аналогичных вариантов обработки заготовок: лазерного, гидроабразивного и газокислородного метода. Все они характеризуются определенными положительными и отрицательными аспектами применения.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Достоинства плазменно-дугового метода

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резкаРезка при помощи плазмы имеет конкурентов в виде трех аналогичных вариантов обработки заготовок: лазерного, гидроабразивного и газокислородного метода.

  • Способ – универсален , с его помощью можно обрабатывать любой металл, правильно подобрав режим.
  • При обработке не перегревается сам металл (перегрев пагубно сказывается на его характеристиках, а также увеличивает продолжительность процесса).
  • Ширина реза небольшая , его качество позволяет в ряде случаев не прибегать к дальнейшей обработке шва.
  • Не загрязняется окружающая среда.
  • Метод отличает хорошая производительность : с его помощью можно разрезать металл толщиной до 6 см.
  • Отсутствие необходимости в применении газовых баллонов позволяет обеспечить безопасность рабочего процесса.

Недостатки, которыми обладает плазменный способ

Наряду с многочисленными преимуществами использования плазменной резки металла, присутствуют и некоторые отрицательные моменты:

  • Здоровью человека может быть нанесен вред из-за высокого уровня шума при работе, применение азота может привести к отравлению.
  • Плазменный агрегат имеет достаточно сложную конструкцию и высокую стоимость.
  • Расходные материалы, к которым относятся сопло и электроды, тоже стоят недешево.

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резка

Научившись работать с плазмотроном, можно выполнять как несложные работы по разрезанию листовых и трубных материалов, так и фигурную резку, нарезание отверстий.

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

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резкаДля 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

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резкаКак и во время любого иного способа термической обработки, при плазменной порезке происходит некоторое оплавление металла, что сказывается на качестве реза.

  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

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резкаВо время обработки цветных металлов применяются различные способы резки с учетом плотности материала, его типа и иных технических показателей.

  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

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резкаПрименение 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

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резкаПочти ни одно промышленное производство, которое каким-то образом связано с металлопрокатом, не может обойтись без порезки металла.

  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

Что нужно знать о плазменной резке металла. Плазменная резкаОтличие 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.

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