24artstroy.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Все, что нужно знать о плазменной резке

Все, что нужно знать о плазменной резке

Плазменная резка листового металла – разновидность термической обработки материалов, их разделение на части при помощи струи плазмы. В последние 15 лет плазморезы используются не менее интенсивно, чем гидроабразивные и лазерные устройства. Свидетельством этому – активный покупательский спрос и множество позитивных отзывов от профессионалов. Такие вопросы, как «что такое плазменная резка?» и «как она работает?» могут возникнуть у начинающего сварщика. Давайте найдем на них ответы и разберемся, почему резка металла плазмой так популярна.

Характерные преимущества процесса

Плазменная резка металла характеризуется такими особенностями:

  1. Высокая производительность. В 5-10 раз выше скорость раскроя сравнительно с газокислородным способом. Уступает по данному параметру лишь лазерному резанию.
  2. Универсальность. Возможен раскрой практически любого материала, достаточно установить оптимальные параметры процесса – мощность и давление газа.
  3. Качество подготовки не имеет особого значения – лакокрасочное покрытие, грязь или ржавчина на металле для плазменной резки не страшны.
  4. Повышенное качество и точность. Современные агрегаты обеспечивают минимальную ширину реза, относительно чистые без чрезмерного количества окалины на кромках – в большинстве случаев не нуждаются в дополнительной механической обработке и даже зачистке.
  5. Небольшая зона термического влияния способствует минимизации деформации вырезаемых заготовок в результате воздействия повышенной температуры.
  6. Возможность фигурной вырезки сложных геометрических форм.
  7. Безопасность процесса в отличие от газо-кислородной резки, где присутствуют баллоны со сжатым кислородом и горючим газом.
  8. Агрегаты для плазменной резки металла просты в обслуживании и эксплуатации.

3. Автоматическая плазменная резка

С появлением ручной плазменной резки данную технологию начали использовать совместно со станками с ЧПУ (числовое программное управление). Использование станков ЧПУ совместно с плазменным резаком позволяет производить раскрой листового металла, круглых и профильных труб с высокой точностью (±0,25-0,35 мм) и скоростью (до 7 м/мин).

Наиболее распространена автоматическая плазменная резка листового металла. Плазменные аппараты средней мощности режут листовой металл до 30 мм на пробой. Более профессиональные и мощные аппараты могут разрезать листы до 70 мм с высоким качеством.

Один и тот же аппарат плазменной резки может использоваться как для ручной резки, так и для автоматического раскроя, за исключением плазмотронов, которые разделяются на ручные и механизированные.

Для раскроя с ЧПУ как правило используются более мощные плазменные аппараты, чем для ручной резки. Наиболее востребованы аппараты мощностью от 65 до 125 А, питание у которых происходит от 380 V.

Плазменная резка на станке с ЧПУ позволяет резать металл толщиной до 60 мм с высоким качеством.

Как выполняется ручная плазменная резка?

Первое, что необходимо сделать для того чтобы начать использование аппарата для плазменной резки металла, — это собрать воедино все его составные элементы. После этого инвертор или трансформатор подсоединяют к заготовке из металла и к сети переменного тока.

Далее технология резки предусматривает приближение сопла устройства к заготовке на расстояние порядка 40 мм и зажигание так называемой дежурной дуги, за счет которой будет осуществляться ионизация рабочего газа. После того как дуга загорелась, в сопло подается воздушно-газовый поток, который и должен сформировать плазменную струю.

Когда из рабочего газа сформируется плазменная струя, обладающая высокой электропроводностью, между электродом и деталью создается уже рабочая дуга, а дежурная автоматически отключается. Задача такой дуги состоит в том, чтобы поддерживать требуемый уровень ионизации плазменной струи. Случается, что рабочая дуга гаснет, в таком случае следует перекрыть подачу газа в сопло и повторить все описанные действия заново. Лучше всего, если нет опыта выполнения такого процесса, посмотреть обучающее видео, где подробно показана ручная резка металла.

Принцип работы

Принцип действия плазменного резака основан на использовании высокой тепловой энергии ионизированного газа, или плазмы. Для ее получения струю газа подвергают резкому сжатию, одновременно на нее воздействуют электродугой. Дуга разжигается между центральным вольфрамовым электродом и соплом, либо между электродом и заготовкой. Поток плазмы направляют в зону разреза, там он испаряет узкую область металла, формируя линию разделки. Во избежание перегрева в сопло встроена система жидкостного охлаждения.

Резак прямого действия

Предварительная дуга будет зажигаться между заготовкой и вольфрамовым электродом. Она ионизирует газ, и далее рабочий разряд идет уже через него. Применяется для резки металлов, имеющих высокую проводимость.

Читать еще:  Электропила для резки металла

Прямое (слева) и косвенное (справа) действие.

Косвенного

Таким способом можно резать низкопроводящие металлы и даже диэлектрические материалы. Дуга разжигается между центральным неплавким электродом и латунным соплом. На заготовку действует только поток плазмы. Такие плазмотроны обходятся дороже и при покупке, и в эксплуатации.

Типы плазмотронов

На предприятиях широко применяется автоматическая и ручная резка плазмой.

Резать металл можно различными типами приборов.

  1. Плазменные резаки для резки металлов. В эту группу входит воздушно-плазменный и газоплазменный резак. Воздушно-плазменный резак выделяется простой конструкцией и применяется для резки чёрных металлов. Он может работать как от однофазной, так и трёхфазной сети. Газоплазменный аппарат работает на водяном паре, для образования плазмы применяется водород, аргон, кислород, азот.
  2. Индукционный резак. Это высокочастотное устройство, работающее по принципу индуктивно-связанной плазмы с температурой до 6000 К и высокой плотностью электронов.
  3. Комбинированные аппараты. Представлены симбиозом токов высокой частоты и электрической дуги. Электрический разряд сжимается под воздействием магнитного поля.
  4. Газовые устройства, работающее за счёт сжатия столба дуги плазмообразующим газом.
  5. Водяные устройства, рабочим телом которых является паровой газ. Высокотемпературный водяной пар способствует ускоренному сгоранию углерода.
  6. Магнитные резаки. Такие приборы малоэффективны и не пользуются популярностью. Их основное преимущество в том, что регулировка сжатия электрической дуги осуществляется без потери газа.

В зависимости от типа плазмотрона можно без труда обрабатывать сталь любых видов, в том числе металлы с высоким тепловым расширением, а также материалы, которые электрический ток не проводят.

Принцип работы

Для плазменной резки металла применяется воздействие струёй плазмы на заготовку. Плазма — это поток ионизированного газа, разогретого до температуры в тысячи градусов, который обладает электропроводностью и движется с большой скоростью. Формирование плазменной дуги из электрической производится аппаратом плазморез. Принцип работы плазмореза и этапы технологического процесса резки:

  • Формируется дежурная электрическая дуга, которая зажигается между электродом плазмореза и его соплом или обрабатываемым металлом.
  • После формирования дежурной дуги в камеру подаётся сжатый газ. Он расширяется в объёме и разогревается до температуры 20000 °C.
  • Электрическая дуга ионизирует газ, он становится проводником электричества и превращается в струю плазмы. Эта струя разогревает металл в зоне обработки, расплавляет его и производит резку.

Для металлов и неметаллических материалов применяются разные принципы газоплазменной резки. Имеются два способа обработки материалов:

  • Дуга горит между плазмотроном и изделием. Так работает резак прямого действия. Изделие при этом должно быть токопроводящим. Если требуется разрезать неметаллические изделия, применяется косвенный метод.
  • Дуга зажигается в самом плазмотроне между электродом и соплом. Электрод является катодом, а на сопло подаётся положительный потенциал.

Во втором случае обработке могут подвергаться любые материалы: пластмассы, камень, бетон. Потенциал к детали не подводится и электропроводность не требуется.

Плазменная резка металлов: описание технологии

В настоящее время существует несколько разных способов резки металлических изделий. Все методы отличаются друг от друга эффективностью и стоимостью. Но важным фактором является то, что некоторые способы могут использоваться только на промышленном предприятии, в то время как иные также могут применяться и в домашних условиях.

Среди методов, применяющихся в быту, особенно следует подчеркнуть плазменную резку металлов. Ведь, по сути, эффективность данного способа ограничивается тем, насколько опытен мастер и правильно ли была подобрана установка.

Для большего понимания давайте подробнее разберемся с тем, что представляет собой резка металла при помощи плазмы, как она осуществляется, а также в каких сферах она может применяться.

Основы плазменной резки металла

Прежде чем разбираться с основами плазменной резки металлических изделий, необходимо узнать, что такое плазма. Потому как от правильного понимания данного термина и принципов работы с плазматроном напрямую зависит качество конечного результата.

Для успешной резки металлов рабочая струя, состоящая из жидкости и газа и направленная на обрабатываемую поверхность, должна быть доведена до определенных характеристик. К данным характеристикам следует отнести:

  • скорость. Рабочая струя подается на поверхность металлического изделия под большим давлением. То есть плазменная резка подразумевает моментальный нагрев металла и его последующий выдув. Следует отметить, что скорость струи может достигать 1.5-4 км за секунду;
  • температуру. Так как для создания плазмы необходимо за максимально короткое время разогреть металлическое изделие до 5-30 тысяч градусов Цельсия, то для достижения такого показателя используется электрическая дуга. После того, как воздух достигнет необходимой температуры он ионизируется, поменяет свои свойства и обретет способность проводить электрический ток. В процессе плазменной резки также могут использоваться системы для нагнетания воздушного потока и специальные осушители для удаления излишков влаги;
  • наличие электроцепи. Сразу следует отметить, что абсолютно все о резке металлов при помощи плазмы можно узнать только на практике. Но все же определенные нюансы нужно учитывать еще перед покупкой установки. На современном рынке представлены плазматроны прямого и косвенного действия. Их основное отличие заключается в том, что первая разновидность устройств может использоваться только с теми материалами, которые могут проводить электрический ток и могут быть включены в электросеть, в то время как для второго вида данный нюанс не имеет абсолютно никакого значения. Именно поэтому использование плазматронов косвенного действия предоставляет возможность осуществлять раскройку металлов и каких-либо иных материалов, не проводящих ток.
Читать еще:  Приспособление для резки пенополистирола

Ко всему вышесказанному также следует добавить, что плазменная резка толстых металлических изделий практически никогда не используется. Почему? Все дело в том, что такого рода раскройка достаточно дорогостоящая и малоэффективна.

Как осуществляется резка металлов плазмой?

Основной принцип работы резки металлов при помощи плазмы следует описать следующим образом.

  • Во-первых, компрессор подает на горелку плазматрона воздух.
  • Во-вторых, благодаря практически моментальному нагреву воздушного потока при помощи электрического тока он начинает пропускать сквозь себя электричество и образовывать плазму. В некоторых устройствах вместо воздуха могут использоваться инертные газы.
  • В-третьих, резка металлической конструкции при помощи плазмы выполняется за счет моментального узконаправленного нагрева поверхности до определенной температуры и последующего выдувания расплавившегося металла.
  • В-четвертых, после того, как все работы по резке были окончены, образуются отходы, которые включают остатки металлического листа, высечку, окалины и остатки расплавленного металла.

Так как для успешной резки при помощи плазмы материал разогревается до жидкого состояния, то толщина металла не должна превышать определенного значения. К примеру, толщина алюминия не должна быть больше 120 мм, меди – более 80 мм, легированной и углеродистой стали более 50 мм, а чугуна – более 90 мм.

Виды плазменной резки металлов

В настоящее время существует два метода обработки металлических изделий, от которых зависят характеристики плазменной резки. Такими способами являются:

  • плазменно-дуговая резка. Данный метод идеально подходит для всех разновидностей металлов, которые могут проводить электрический ток. В большинстве случаев плазменно-дуговую резку применяют для промышленного оборудования. Вся суть метода состоит в том, что плазма образуется благодаря дуге, появляющейся между плазматроном и поверхностью обрабатываемого металла;
  • плазменно-струйная резка. В этом случае дуга создается непосредственно в самом плазматроне. Благодаря этому плазменно-струйная резка более универсальна и позволяет осуществлять раскройку неметаллических изделий. Главным недостатком данного способа является необходимость регулярной замены электродов.

Следует отметить, что резка металлов при помощи плазмы работает также, как и стандартная дуговая, но в данном случае не используются привычные нам электроды. Но нужно учитывать, что эффективность резки, прежде всего, зависит от толщины обрабатываемого материала.

Скорость и точность процесса плазменной резки металлов

Как и в случае с другими разновидностями термической обработки материалов, при плазменной резке металлов осуществляется оплавление изделия, что отражается на качестве среза. Кроме того, существуют и иные нюансы, характерные для вышеуказанного метода. А именно:

  • конусность. В зависимости от производительности установки и от того, насколько опытный мастер выполнял резку, конусность может составлять 3-10 градусов;
  • оплавление кромки. Вне зависимости от профессионализма мастера и режима резки металлической конструкции в начале выполнения работ будет присутствовать небольшое оплавление поверхности;
  • скорость резки. Стандартная процедура раскроя металла при помощи плазматрона выполняется достаточно быстро и с минимальным расходом напряжения и электроэнергии. Если учесть технические характеристики ручных установок и нормы ГОСТ, то скорость резки металла при помощи плазмы не должна быть более 6500 мм/минута;
  • характеристики реза. Скорость и качество выполнения плазменной резки зависит от операций, которые необходимо выполнить. К примеру, для обычного разделительного реза потребуется меньше всего времени и, кроме того, большинство установок могут разрезать даже металл, толщина которого достигает 64 мм. Ну а если необходимо осуществить фигурную резку, то это займет больше времени, а толщина обрабатываемого материала не должна превышать 40 мм.

Важным нюансом является то, что от мастерства специалиста во многом зависит скорость и качество выполнения плазменной резки. Именно поэтому точный и чистый рез с минимальным отклонением от необходимых размеров сможет осуществить только квалифицированный работник, имеющий профильное образование.

Читать еще:  Резка и полировка нержавеющей стали

Можно ли выполнять резку цветных металлов при помощи плазмы?

В зависимости от вида материала, его плотности и многих иных технических характеристик для обработки цветных металлов могут использоваться различные способы резки. Но в любом случае в процессе резки цветного сплава необходимо учитывать следующие рекомендации:

  • в процессе резки нержавеющей стали нежелательно использовать сжатый воздух. В зависимости от толщины материала может использоваться или же чистый азот, или азот, смешанный с аргоном. Кроме того, не стоит упускать такой нюанс, что нержавеющие стали чувствительные к воздействию переменных токов, так как это может привести к быстрому выходу материала из эксплуатации.
    Наиболее оптимальным решением для резки нержавейки будет использование установки косвенного воздействия;
  • для резки алюминия толщиной до 70 мм можно использовать сжатый воздух. Но его применение нецелесообразно в случае, если материал имеет малую плотность.

Сфера применения плазменного раскроя металлов

В настоящее время плазмотроны пользуются широкой популярностью и спросом. И это ничуть не удивительно, потому как если сравнивать с другим оборудованием для резки металла, то вышеуказанное устройство позволяет добиться высокого качества реза при относительно невысокой стоимости ручной установки.

Сегодня плазменная резка металлических конструкций используется в следующих отраслях промышленности:

  • обработка металлопроката. При помощи плазмы можно без каких-либо сложностей разрезать абсолютно любой металл, включая тугоплавкий, черный и цветной;
  • изготовление металлических конструкций;
  • обработка различных деталей и художественная ковка. Не сомневайтесь, при помощи плазменного резака удастся создать деталь практически любой сложности;
  • автомобилестроение, авиастроение, капитальное строительство и многое другое.

Следует отметить, что использование станков для плазменной резки не смогло заменить ручное оборудование.

Художественная плазменная резка металлов предоставляет уникальную возможность создать деталь, которая точно соответствует замыслу дизайнера или художника, что позволяет использовать ее для декоративного украшения лестниц, заборов, перил и т.п.

Основные достоинства и недостатки резки металлов плазмой

Сегодня плазменная резка металла используется практически в каждой отрасли промышленности. Причины такой распространенности скрываются в достоинствах процедуры. Так к преимуществам указанного выше метода следует отнести:

  • высокую скорость работы и производительность. Если сравнивать данный метод со стандартной электродной резкой, то плазменная резка предоставляет возможность выполнить все работы в несколько раз быстрее;
  • низкую стоимость. Если необходимо сэкономить, то резка при помощи плазмы – это идеальное решение. Главное и единственное ограничение скрывается в толщине материала. Ведь экономически невыгодно и нецелесообразно резать, к примеру, сталь, толщина которой составляет более 50 мм;
  • точность. Благодаря использованию современного оборудования деформации от тепловой обработки практически невидны и не нуждаются в дополнительной обработке;
  • безопасность резки.
    Что касается отрицательных сторон такого рода резки металла, то к минусам следует отнести:
  • ограничения, связанные с толщиной реза;
  • жесткие требования касательно выполнения обработки металлической детали.

Сравнение лазерной и плазменной резки металла

Основное отличие плазменной резки от лазерной состоит в методе воздействия на поверхность обрабатываемого материала.

Да, несомненно, лазерное оборудование обеспечивает меньший процент оплавленности, а также большую производительность и скорость обработки детали, но такого рода обработка будет стоить на порядок дороже и кроме того толщина обрабатываемого материала не должна превышать 20 мм.

Что касается резки плазменным способом, то в данном случае плазматрон меньше стоит и имеет более широкую область применения.

Сферы применения

Способ плазменного реза относится к универсальным. В строительной сфере и промышленности плазменная резка востребована в тех ситуациях, когда требуется разделение на фрагменты металлические тонкие листы, произвести рез стальных рулонов, сделать штрипсы из металла или подробить лом чугуна. Трубы также можно резать при помощи центратора трубореза, вне зависимости от их диаметра. Также в функциональных возможностях аппаратов есть зачистка швов, удаление кромок.

Основное применение – промышленные сферы:

  • машиностроение:
  • капитальное строительство;
  • авиа и судостроение.

Художественная плазменная резка также распространена в строительстве. При помощи неё делают ограждения, беседки, элементы в дизайне интерьера.

Используемая литература и источники:

  • Актуальные проблемы физики лазерной резки металлов / А.М. Оришич. — М.: Сибирское отделение РАН, 2012.
  • Плазменная техника и плазменные технологии / Н.П.Козлов. — М.: Инженер, 2003.
  • Статья на Википедии

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector