Плазменная резка металла

Что можно резать: возможности плазмы

Говоря о возможностях плазмы, нужно понимать, как работает плазменная резка и сварка. Такая обработка производится за счет проплавления материала при помощи теплоты. Последняя генерируется сжатой плазменной дугой, после чего расплав выносится из зоны реза струей плазмы.

Эта технология универсальна, поэтому на данный момент активно используется в целом ряде областей. Она позволяет работать с большинством металлов, а также достигать рекордных показателей по скорости резки и толщине заготовок.

Отдельно стоит сказать об экономической составляющей вопроса

Работать с плазменной резкой можно без больших финансовых затрат, не менее важно, что она может производиться как с помощью машин, так и вручную

Назовем основные сферы, в которых применяют автоматизированную и ручную плазменную резку металлов.

1. Плазменная резка труб.

Самыми удобными считаются установки для плазменной резки труб, так называемые труборезы, снабженные центраторами. Они отличаются от классического труборезного оборудования высокой точностью обработки, которая остается недостижимой для газовой автогенной резки.

Немаловажно, что большая часть оборудования для резки труб при помощи плазмы позволяет производить вспомогательные операции. Среди них стоит назвать подготовку поверхности, зачистку шва, снятие фаски и разделывание кромок

Точное перемещение по трубе такого оборудования обеспечивается за счет специальных приводов.

2. Плазменная резка листового металла.

Чаще всего данная технология используется для раскроя тонких листов, поскольку другие методы не позволяют выполнять подобные операции

Немаловажно, что для ручной плазменной резки листового металла используются достаточно компактные и легкие приборы с небольшим расходом электроэнергии

Плазма справляется с большинством металлов, в том числе подходит для обработки стали, чугуна, бронзы, меди, латуни, титана, алюминия и сплавов этих металлов. Данная технология имеет только одно ограничение – по толщине листа, что связано с уровнем теплопроводности. При большей теплопроводности снижается толщина листа, который возможно раскроить при помощи данного метода.

3. Фигурная плазменная резка металла.

Подобная художественная обработка требует использования специализированного оборудования и активно используется в строительстве и многих отраслях производства. Благодаря ЧПУ и специальным программам удается производить плоские детали вне зависимости от их сложности.

Плазма дает возможность вырезать сложные контуры на листах толщиной не более 100 мм. Стоит отметить, что результат не зависит от наличия на металле краски, коррозии, оцинковки и любых загрязнений. При фигурной обработке при помощи плазмы область реза нагревается до +30 000 °C, а настолько высокая температура позволяет плавить любые металлы.

4. Плазменная резка чугуна.

На данный момент это наиболее надежная и эффективная технология. Дело в том, что речь идет об одновременно экономичном, быстром и удобном методе, превосходящем по перечисленным характеристикам резку болгаркой и газом. Плазма позволяет работать с чугуном в тяжелой промышленности. Именно таким образом, например, подготавливают к утилизации скопившийся на территориях предприятий лом. Благодаря плазме делают глубинные разрезы в металле, за счет чего удается справляться с наиболее трудоемкими задачами.

5. Плазменная резка стали.

Такой способ отлично работает при раскрое стали различной толщины

Немаловажно, что плазма дает возможность резать нержавейку, что недоступно кислородной резке. В данном случае практически не происходит образования грата, поэтому удается сократить временные затраты и повысить продуктивность производства

Плазменная резка нержавеющей стали выгодно отличается от газовой целым рядом характеристик, таких как:

• высокий уровень безопасности;
• возможность производить детали любой сложности и формы;
• низкий уровень загрязнения окружающей среды;
• быстрый прожиг;
• универсальность и экономичность;
• большая скорость обработки листов стали малой и средней толщины;
• точность и высокое качество разрезов, что позволяет отказаться от финальной обработки.

При помощи резки рулонной стали очень быстро и точно изготавливают листы необходимого формата и штрипсы, то есть узкие полосы стали при продольном сечении.

Техника плазменной резки металла

Плазменная резка экономически целесообразна для обработки:

• алюминия и сплавов на его основе толщиной до 120 мм;
• меди толщиной до 80 мм;
• легированных и углеродистых сталей толщиной до 50 мм;
• чугуна толщиной до 90 мм.

Резак располагают максимально близко к краю разрезаемого металла. После нажатия на кнопку выключателя резака вначале зажигается дежурная дуга, а затем режущая дуга, и начинается процесс резки. Расстояние между поверхностью разрезаемого металла и торцом наконечника резака должно оставаться постоянным. Дугу нужно направлять вниз и обычно под прямым углом к поверхности разрезаемого листа. Резак медленно перемещают вдоль планируемой линии разреза. Скорость движения необходимо регулировать таким образом, чтобы искры были видны с обратной стороны разрезаемого металла. Если их не видно с обратной стороны, значит металл не прорезан насквозь, что может быть обусловлено недостаточным током, чрезмерной скоростью движения или направленностью плазменной струи не под прямым углом к поверхности разрезаемого листа.

Для получения чистого разреза (практически без окалины и деформаций разрезаемого металла) важно правильно подобрать скорость резки и силу тока. Для этого можно выполнить несколько пробных разрезов на более высоком токе, уменьшая его при необходимости в зависимости от скорости движения

При более высоком токе или малой скорости резки происходит перегрев разрезаемого металла, что может привести к образованию окалины.

Плазменная резка алюминия и его сплавов

толщиной 5-20 мм обычно выполняется в азоте, толщиной от 20 до 100 мм — в азотно-водородных смесях (65-68% азота и 32-35% водорода), толщиной свыше 100 мм — в аргоно-водородных смесях (35-50% водорода) и с применением плазматронов с дополнительной стабилизацией дуги сжатым воздухом. При ручной резке в аргоно-водородной смеси для обеспечения стабильного горения дуги содержание водорода должно быть не более 20%.

Воздушно-плазменная резка алюминия, как правило, используется в качестве разделительной при заготовке деталей для их последующей механической обработки. Хорошее качество реза обычно достигается лишь для толщин до 30 мм при силе тока 200 А.

Плазменная резка меди

может осуществляться в азоте (при толщине 5-15 мм), сжатом воздухе (при малых и средних толщинах), аргоно-водородной смеси. Поскольку медь обладает высокой теплопроводностью и теплоемкостью, для ее обработки требуется более мощная дуга, чем для разрезания сталей. При воздушно-плазменной резке меди на кромках образуются легко удаляемые излишки металла (грат). Резка латуни происходит с большей скоростью (на 20-25%), с использованием таких же плазмообразующих газов, что и для меди.

Плазменная резка высоколегированных сталей

эффективна только для толщин до 100 мм (для больших толщин используется кислородно-флюсовая резка). При толщине до 50-60 мм могут применяться воздушно-плазменная резка и ручная резка в азоте, при толщинах свыше 50-60 мм — азотно-кислородные смеси.

Резка нержавеющих сталей

толщиной до 20 мм может быть выполнена в азоте, толщиной 20-50 мм — в азотно-водородной смеси (50 % азота и 50 % водорода). Также возможно использование сжатого воздуха.

Плазменная резка низкоуглеродистых сталей

наиболее эффективна в сжатом воздухе (особенно для толщин до 40 мм). При толщинах свыше 20 мм разрезание может осуществляться в азоте и азотно-водородных смесях.

Для резки углеродистых сталей

используют сжатый воздух (как правило, при толщинах до 40-50 мм), кислород и азотно-кислородные смеси.

Таблица. Ориентировочные режимы воздушно-плазменной резки металла

Разрезаемый материал	Параметры режима
Толщина (мм)	Диаметр сопла (мм)	Сила тока (А)	Напряже- ние (В)	Расход воздуха (л/мин)	Скорость резки (м/мин)	Средняя ширина реза (мм)
Алюминий	5-15	2	120-200	170-180	70	2-1	3
30-50	3	280-300	170-190	40-50	1,2-0,6	7
Медь	10	3	300	160-180	40-60	3	3
20	1,5	3,5
30	0,7	4
40	0,5	4,5
50	0,3	5,5
60	3,5	400	0,4	6,5
Сталь 12Х18Н10Т	5-15	3	250-300	140-160	40-60	5,5-2,6	3
10-30	160-180	2,2-1	4
31-50	170-190	1-0,3	5

1 Особенности аппаратов и технологии плазменной резки

Плазменная резка – термический процесс разделительной обработки материалов, происходящей за счет их плавления. В качестве режущего исполнительного инструмента используется струя низкотемпературной плазмы, которую получают следующим образом. Между электродом плазменного аппарата и его соплом или разрезаемым металлом создается электрическая дуга, температура которой достигает 5000 °С.

Затем в сопло подается под давлением газ, что приводит к повышению температуры электрической дуги до 20 000 °С, в результате чего газ ионизируется и преобразуется в низкотемпературную плазму (высокотемпературный газ). Ионизация при нагреве от дуги возрастает, что ведет к повышению температуры газовой струи до 30 000 °С. При этом поток плазмы ярко светится, обладает высокой электропроводностью, проистекает из сопла со скоростью 500–1500 м/с, попадая на заготовку, локально ее разогревает и плавит в месте реза.

Для получения плазмы используют следующие газы:

• воздух;
• кислород;
• азот;
• водород;
• аргон;
• водяной пар.

Охлаждение сопла и удаление с поверхности реза расплавленных частичек материала осуществляется потоком газа или жидкости. Толщина разрезаемого плазменными установками металла может достигать 200 мм.

Эта технология крайне редко используется в быту, зато получила широкое распространение в различных промышленных отраслях. Плазменным аппаратом можно качественно, быстро, легко разрезать любой металл и другие материалы – пластик, камень. Благодаря этому, его используют в судостроении, машиностроении, коммунальной сфере, для ремонта техники, изготовлении рекламы и многого другого. Получаемый срез всегда аккуратный, ровный и красивый.

Технология плазменной резки

Перед первым использованием плазмотрона рекомендуется посмотреть видео и изучить, как проходит весь процесс.

1. Горелка плазмы размещается близко к краю заготовки.
2. Включается кнопка «Пуск». После этого сначала зажжется дежурная дуга, а затем режущая.
3. Горелку по обрабатываемому материалу следует вести медленно, с наклоном в 90 градусов.
4. С помощью контроля за появлением брызг регулируется скорость разрезания. Если с другой стороны металла брызг нет, то материал полностью разрезать не удалось. Причинами могут быть: неправильный угол наклона горелки, низкий ток, высокая скорость аппарата.
5. После завершения процесса горелку необходимо наклонить, так как еще какое-то время будет идти воздух.

Если во время работы по какой-то причине погаснет плазменная дуга, то подачу газа нужно прекратить, затем аппарат заново включить и начать обработку.

Классификация видов плазменной резки

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

Простой

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

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

С применением защитного газа

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

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

С водой вместо воздуха

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

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

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

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

Принцип действия плазмотрона

Плазменная резка металла проводится своими руками, которые не имеют в этом деле большого опыта. В данном разделе рассмотрен принцип действия прибора для плазменной резки.

Если в наличии есть специальный аппарат, то с легкостью можно разрезать металл, плитку из керамики, дерево или пластик своими руками, доступна также фигурная резка.

Кроме этого, аппаратом можно производить сварку цветных, черных металлов, закаливать элементы, выполнять огневую зачистку или отжиг поверхностей, производить художественную резку.

Пример действия плазморезки можно посмотреть на видео.

Видео:

В отличие от лазерной, принцип резки плазмой заключается в нагревании до высокой температуры места нагрева именно плазмой. Она образуется в сопле из пара. Сопло имеет узкий канал.

В нем образовывается электродуга. Пар проходит через канал под давлением, вместе с этим дуга охлаждается.

Пар при выходе ионизируется, затем возникает струя плазмы, имеющая высокую температуру — до 6 тысяч градусов.

Схемы и чертежи помогут разобраться в конструкции плазморезки и в принципах образования режущей струи.

При проведении работ плазма не нагревает большой участок материала. Место, где разрез делала плазморезка, остывает гораздо быстрее, чем резка лазерной, механической техникой.

Рабочая жидкость в плазморезке призвана охлаждать сопло и катод, так как это самые нагруженные части аппарата.

Дуга стабилизируется в результате определенного отношения катода, сопла с паром. Резервуар плазмотрона содержит специальный материал, который впитывает влагу.

Он помогает рабочей жидкости переноситься к нагревателю. На катоде образовывается отрицательный заряд, на сопле — противоположный, в результате возникает дуга.

При воздействии плазморезкой своими руками, как и при лазерной, механической резке, следует быть осторожным и соблюдать правила безопасности.

При проведении резки специалисты рекомендуют одевать защитный костюм, иметь специальный щиток, у которого стекла затемненные. Видео в статье наглядно покажет, как проводить резку.

ВАЖНО ЗНАТЬ: Технология фрезеровки металла

Перед тем как приступать к работе, важно внимательно изучить схемы аппарата, осмотреть сопло, электрод, щиток на предмет закрепления. Если они закреплены не надежно, работать плазморезкой нельзя

Также нельзя ударять аппаратом о металл с целью удаления брызг — так аппарат может повредиться

Если они закреплены не надежно, работать плазморезкой нельзя. Также нельзя ударять аппаратом о металл с целью удаления брызг — так аппарат может повредиться.

Рекомендуется экономить материал при работе. Для этого не стоит часто зажигать плазменную дугу и обрывать ее.

Резка с помощью плазмы своими руками будет выполнена качественно, на срезе не будет окалины, заусенец, материал не деформируется, если при работе правильно рассчитать ток.

Чтобы это сделать, нужно применить действия, согласно схеме: подать высокий ток, произвести пару разрезов. По материалу будет видно, нужно снизить ток или оставить высоким.

Если для материала ток большой, то на нем будет образовываться окалина в результате его перегрева.

Видео:

Пара слов о горелке

Снова оцениваем природу металла или другого материала, который планируем разрезать. От этого будет зависеть мощность горелка плазмореза. Она должна быть достаточной для качественного реза.

При расчетах нужно учитывать факт, что вы можете встретиться со сложными условиями работы, которая, как назло, должны быть произведена в самые короткие сроки, то есть резка должна носить выраженных интенсивный характер.

Во многих источниках рекомендуется выбирать сопло из меди: оно прочное и отлично охлаждается воздухом, намного быстрее, чем сопла из других металлов.

Рукоятку горелку не упускаем из зоны внимания, это важная часть для комфортной, а значит качественной работы. На рукоятке можно зафиксировать дополнительные элементы, которые помогут держать сопло на одинаковом расстоянии от поверхности металла. Данный совет распространяется только на ручные модели аппаратов.

Если вы собираетесь резать тонкий металл, выбирайте модель с горелкой, которая предназначена для поступления воздуха.

Если же ваши планы связаны с массивными толстыми заготовками, покупайте резак с горелкой для приема защитного газа – азота, например.

Как правильно выбрать режим плазменной резки металла

Наиболее эффективной плазменная резка становится при правильном выборе ее технологического режима.

Базовые показатели процесса – качество и скорость работы – для установленной толщины обрабатываемого материала должны определяться:

• расходом газа, образующего плазму;
• током дуги;
• характеристиками применяемого оборудования.

Важное значение имеет создание газовой струи. Влияние на нее оказывает модель плазмотрона, а также установленный режим резки

Ошибка недопустима, поскольку приводит к появлению так называемой «двойной дуги», одна из которых идет по направлению «электрод – сопло», а вторая по направлению «сопло – поверхность заготовки». Ее появление приводит к разрушению и сопла, и электрода, кроме того, изменяется форма заготовки.

Скорость, с которой происходит резка плазмой, оказывает влияние на производительность, качество создаваемого среза, угол краев реза, количество образующегося грата. Если скорость ниже оптимальной, то разрез расширяется книзу, а поверхность становится неровной, к тому же у нижнего края появляется грат. Визуально данный режим резки выглядит как вертикально выходящий за нижний край заготовки факел горящего газа.

Видно, что по мере продвижения материал плавится еще до соприкосновения с дугой. Стабильность работы нарушается и становится возможным появление «двойной дуги». Если же скорость выше оптимально установленной, происходит сужение реза книзу. При этом факел, выходящий вниз, прижат к нижней поверхности заготовки. Кроме того, повышается вероятность того, что прорезывание остановится и появится сдвоенная дуга.

Если же скорость соответствует оптимальной, то ширина нижнего и верхнего края реза практически одинакова и разница минимальна. А выходящий факел имеет угол отклонения от вертикали ≤ 15–20°.

Снижение скорости обработки при сохранении тока и расхода сжатого воздуха способствует возрастанию напряженности дуги.

Качество сделанного реза определяется:

• углом наклона реза от перпендикуляра;
• радиусом верхнего края;
• шероховатостью реза;
• размерами зоны теплового воздействия.

Для создания реза высокого качества необходимо строгое соблюдение режима обработки.

Выбор плазмореза с ЧПУ для домашнего производства

Каким критериям стоит уделять наибольшее внимание при выборе перед покупкой недорогого плазмореза для домашнего производства изделий из листового металла? Перед принятием решения о покупке необходимо:

1. Указать производителю тип и толщину металла, который будет способен резать инструмент.
2. Узнать можно ли работать плазморезом на морозе (для большинства моделей при морозе необходимо аппарат и компрессор помещать в теплое помещение).
3. Определить тип резки – плазменно-дуговая или резка плазменной струей:

Также важные технические параметры и характеристики устройства:

Скорость резки плазмотрона под управлением ЧПУ

Этот параметр определяет производительность плазменного резака. Скорость резки зависит от типа и толщины материала относительно удельного напряжения плазменной электрической дуги. Естественно, чем выше скорость резания, тем эффективнее будет резак.

Максимальный ток резки

Сила тока плазменного резака является основным показателем его мощности, эффективности и максимальной толщины материалов, которые он способен обрабатывать. Этот показатель для плазменных резаков варьируется от 5 до 160 А. Современные плазморезы позволяют плавно регулировать силу тока в широком диапазоне.

Рабочий цикл

Это еще один чрезвычайно важный параметр устройства, определяющий темп работы. Рабочий цикл определяет, насколько быстро перегреется резак, и как скоро потребуется перерыв, чтобы снизить температуру рабочих компонентов. Рабочий цикл определяется процентом от 10 минут от времени, в течение которого устройство может работать, и времени, в течение которого оно должно перестать работать.

Рабочий цикл должен из минимум 35% работы и соответственно 65% времени простоя. Чем больше процент работы относительно простоя, тем более эффективным будет устройство. Профессиональные плазменные резаки способны работать на 60% и выше.

Параметры плазменного газа

Большинство плазменных резаков используют сжатый воздух с давлением от 4 до 7 бар. Чем выше давление, тем больше мощность плазменной струи и, следовательно, выше качество и скорость резки.

Охлаждение плазменной горелки

Охлаждение ручки – важный аспект, на который нужно обращать внимание. В большинстве плазменных резцов среднего размера рукоятка охлаждается сжатым воздухом из компрессора, тогда как в более крупных плазменных резцах промышленного типа из-за большей силы тока и выработки большего количества тепла рукоятка охлаждается жидкостью из встроенного охладителя. Благодаря данной бизнес-идее вы можете самостоятельно организовать домашнее производство широчайшего ассортимента продукции

Все что вам нужно станок компьютер и немного опыта работы в программах с векторной графикой, cad-системах, которым можно обучатся в интернет по онлайн курсам или видео-урокам. А дальше только масштабировать свой производственный бизнес. Изделия из металла отличаются надежностью и долговечностью. При нанесении на готовые металлические изделия акриловой краски их срок гарантийной эксплуатации начинается от 15-ти лет

Благодаря данной бизнес-идее вы можете самостоятельно организовать домашнее производство широчайшего ассортимента продукции. Все что вам нужно станок компьютер и немного опыта работы в программах с векторной графикой, cad-системах, которым можно обучатся в интернет по онлайн курсам или видео-урокам. А дальше только масштабировать свой производственный бизнес. Изделия из металла отличаются надежностью и долговечностью. При нанесении на готовые металлические изделия акриловой краски их срок гарантийной эксплуатации начинается от 15-ти лет.

Принципиальная схема устройства

На типовом чертеже самодельного плазмореза отображают следующие элементы:

1. Электрод. На этот компонент поступает напряжение от блока питания, благодаря чему осуществляется ионизация газовой среды. Для производства стержня используют тугоплавкие металлы – титан, гафний, цирконий.
2. Сопло. Узел пропускает воздух, создает направленную струю из ионизированного газа.
3. Охладитель. Отводит тепло от сопла, препятствуя перегреву плазмотрона.

Собираемый по типовой схеме аппарат имеет следующий принцип работы:

1. Нажатием на клавишу «Пуск» включается реле. Оно обеспечивает подачу электричества к управляющему блоку.
2. Второе реле направляет ток на инвертор. После этого включается система продувки горелки. Мощный воздушный поток попадает в камеру, прочищая ее.
3. Срабатывает осциллятор, который ионизирует рабочий газ, циркулирующий между анодом и катодом. На этой стадии появляется первичная дуга.
4. При поднесении горелки к металлу возникает разряд. Формируется режущая дуга.
5. С помощью геркона отключается подача тока для розжига. При пропаже режущей дуги она возобновляется.
6. После окончания резки реле включает компрессор. Нагнетаемый им воздух охлаждает сопло, удаляет продукты горения металла.

Какие есть недостатки и ограничения?

Силовой трансформатор

Основным недостатком инвертора является невозможность его использования для нарезания металлических изделий большой толщины.

Трансформатор эффективно используется при резке толстостенного металла, с которым не справится инвертор. Он выдерживает перепады сетевого напряжения, но отличается низким КПД. Неудобны трансформаторы по причине своего большого веса.

Компрессор представляет собой устройство, подающее воздух к электродуге. Механизм способствует созданию вихревых воздушных потоков, направляемых к ней. Компрессором обеспечивается четкое нахождение катодного пятна дуги в центре электрода. При нарушении процесса возникают последствия в виде:

• образования сразу двух электродуг;
• слабого горения дуги;
• поломки плазмотрона.

Через компрессор в процессе работы обычного непромышленного плазмореза пропускается только сжатый воздух. Он создает плазму и охлаждает электроды. На промышленных агрегатах применяют смеси газов на основе кислорода, гелия, азота, аргона, водорода.

Плазмотрон выполняет основную функцию аппарата — режет изделие. В его устройство входят:

• охладитель;
• электрод;
• колпак;
• сопло.

Внутри плазмотрона содержится гафниевый электрод, возбуждающий электродугу. Применяются циркониевые, реже бериллиевые и ториевые электроды. Их оксиды токсичны и даже радиоактивны.

Через плазмотронное сопло проходит плазменная струя, разрезающая изделия. От его диаметра зависят качество резки, технология, скорость работы агрегата, ширина разреза и скорость охлаждения.

Через кабель проходит ток, идущий от инвертора или трансформатора. По шлангам движется сжатый воздух, образующий плазму в плазмотроне.