Технология плазменной резки металла, виды плазмотронов

Резка металла — технологический процесс разделения монолитной детали на отдельные части. Операция выполняется механическим способом (рубка, распиливание), гидроабразивным (суспензия из воды и абразивного материала) или термическим (нагрев).

Последний вид — это газокислородная, лазерная и плазменная резка металла.

Плазменная резка — что это

Что такое плазменная резка? Это обработка металлических изделий, где резцом служит струя плазмы.

Отличия плазменной резки от лазерной

Плазма, представляет собой поток ионизированного газа, разогретого до нескольких тысяч градусов. Содержит частицы с положительным и отрицательным зарядом. Имеет квазинейтральные свойства. То есть, в бесконечно малом объёме, суммарный заряд уравновешивается и равен нулю.

Тем не менее, наличие свободных радикалов, означает, что плазма является проводником электричества. Сочетание высокой температуры, электропроводности и высокой скорости потока (больше скорости звука) позволило в прошлом веке разработать и создать для резки металла плазменное оборудование.

Принцип действия

Как работает плазма, — применяются два способа обработки металлических деталей:

  • рез прямого действия, или плазменно-дуговая резка металлов;
  • рез косвенным воздействием.

Резак прямого действия

Между резаком (катодный узел) и изделием (анод) зажигают электрическую дугу. Катод (электрод) помещён внутрь корпуса, имеющего сопло. Газ, под давлением, проходя мимо электрода, разогревается до высоких температур и ионизируется. Высокая скорость потока создаётся при прохождении сопла. Электродуга плавит металл. Раскалённый газ обеспечивает вывод из зоны нагрева.

Резак косвенного действия

Этот метод позволяет обрабатывать обычные металлы, но, и с малой электрической проводимостью, и диэлектрики. В отличие от предыдущей схемы, источник электроискры помещён в резаке. Поэтому, воздействие на обрабатываемые изделия оказывает только поток плазмы. Стоит такое оборудование значительно дороже, нежели модели прямого действия.

Оба вида резаков имеют общее научно-техническое название, — плазматрон (буквально, — генератор плазмы).

Преимущества плазменной обработки

По сравнению с другими видами обработки металла, этот способ обладает рядом потребительских свойств:

  • возможность обработки заготовок из различных металлов, а также неметаллических изделий;
  • скорость обработки небольших толщин (до 50 мм) в 25 раз выше, нежели посредством газопламенной резки;
  • локальный разогрев детали происходит только в месте воздействия, что способствует отсутствию тепловых напряжений и деформации изделия;
  • качественный и чистый распил метала, — в месте обработки малая шероховатость поверхности;
  • отсутствие взрывоопасных веществ и предметов, — горючих газов, баллонов под давлением и т.п.;
  • способ позволяет производить сложные геометрические резы.

Какое оборудование применяют

Для резки металла плазмой выпускаются агрегаты промышленного и бытового назначения. Первые представляют собой сложный многофункциональный комплекс с автоматизированным процессом (станки с ЧПУ). Вторые — небольшие аппараты, работающие от сети 220V или 380 V.

Источник плазменной резки в бытовых приборах, — инвертор (сварочный генератор) или трансформатор. Первый вид меньше по габаритам, удобнее в обращении. Второй — обладает высокой надёжностью, длительным сроком эксплуатации. Рабочее тело — подготовленный атмосферный воздух.

Мощности ручного агрегата хватает для распила металла толщиной до 15–20 мм. Отдельные модели оснащены функцией бесконтактного зажигания дуги. В комплектацию входит плазмотрон и устройство подготовки воздуха.

Используются в домашних мастерских, условиях профессионального производства и строительства:

  • плазменная река листового металла;
  • обработка цилиндрических изделий, в том числе стальных труб;
  • вырезка сложных геометрических фигур, в том числе отверстий;
  • обработка керамических и каменных изделий и другие виды промысла.

Этот вид оборудования существенно превосходит по своему функционалу и удобству пользования обычную газокислородную резку. Не только по габаритам, но и по технике безопасности.

Модель бытового плазматрона показана на фото.

Комплект поставки плазматрона «Горыныч»

Свойства технологии

Промышленные и бытовые приборы объединяют общие принципы работы плазменной резки:

  • создание электродуги;
  • образование ионизированного газа;
  • создание высокоскоростного потока плазмы;
  • воздействие этой активной средой на обрабатываемый материал.

Для плазменно-дуговой резки характерны:

  • Температура потока. Величины находятся в диапазоне 5000–30000°C. Определяется видом обрабатываемого материала: нижние значения используют для цветных металлов, верхние — для тугоплавких сталей.
  • Скорость потока. Значения в пределах 500–1500 м/с. Настраивается под определённый вид обработки:

    • толщина заготовки;
    • вид материала;
    • тип распила (прямой или криволинейный);
    • длительность работы плазматрона.
  • Газ, применяемый для плазменной резки. При обработке чёрных металлов (сталей) используют активную группу, — кислород (O2) и воздух. Для цветных металлов и сплавов, — неактивную: азот (N2), аргон (Ar), водород (H2), водяной пар. Объясняется тем, что цветные металлы окисляются кислородом (начинают гореть), поэтому применяется среда защитных газов. Кроме этого, комбинируя состав газовой смеси, можно повысить качество обработки.
  • Ширина разреза. Здесь наблюдается прямая последовательность: с ростом показателей, увеличивается ширина реза. На её величину влияет:

    • толщина метала и его вид;
    • диаметр сопла;
    • сила тока;
    • расход газа;
    • скорость реза.
  • Производительность. Определяется скоростью обработки. Например, для бытовых агрегатов и по ГОСТ, величина не превышает 6,5–7 м/мин (~0,11 м/сек). Зависит от толщины, вида металла, скорости газовой струи. Естественно, что с увеличением размеров, скорость обработки падает.

Качество обработки

Качество реза — важный фактор при обработке металла, особенно, если это плазменная резка труб. Определяется режимом работы, мастерством исполнителя. Плазменно-дуговая резка регламентируется ГОСТ 14792-80. Международный стандарт качества — ISO 9013-2002.

Документами определяются основные критерии:

  1. Допуск на перпендикулярность или угловатость. Показывает отклонения от перпендикуляра и плоскости реза к поверхности обрабатываемого изделия.
  2. Оплавление верхнего края. Трещины в точках обработки не допускаются. Верхний край может быть острым, оплавленным, оплавленно-нависающим.
  3. Шероховатость. По ГОСТ делится на три класса, 1, 2 и 3.

Виды плазменнй резки

Технология плазменной резки металла — это набор нескольких способов. Плазменно-дуговая резка подразделяется:

  1. воздушно-плазменный способ резки металла;
  2. газоплазменная;
  3. лазерно-плазменный способ резки.

Первые два вида схожи по принципу действия, — электродуга плюс ионизированный поток раскалённого газа. Отличие в рабочем теле. В первом случае — воздух, во втором — какой-либо газ или водяной пар.

По способу обработки заготовок толщиной до 200 мм, применяется комбинированное оборудование. Современная промышленная установка сочетает термообработку газовой струёй или использование плазмотрона. Станки для резки оснащены модулем ЧПУ (числовое программное управление). Выполняют раскрой листового металла по прямой или криволинейной траектории.

Ручная плазменная резка — это классическая плазменно-дуговая резка. Переносные агрегаты (бытового уровня) режут чёрный металл с помощью воздушной ионизированной струи. Расширение ассортимента газов, влечёт значительное усложнение оборудования и рост его стоимости.

Лазерно-плазменная

Представляет собой комбинацию способов раскроя металла на одном станке. Лазерная резка применяется для работ с толщинами до 6 мм. Более размерные листы обрабатываются с помощью плазменно-дуговой резки.

Лазерная и пламенная резка, в сочетании на одном станке с ЧПУ, повышает производительность. Позволяют формировать различные линии раскроя, в том числе, рез отверстий.

Лазерная или плазменная резка, совмещённые на одном устройстве, значительно экономят производственные площади. Плазменно-дуговая резка используется на габаритных заготовках. Лазерная — при обработке мелких деталей с повышенными требованиями к точности раскроя.

Принципиальное отличие лазерного метода от плазменного, — источник нагрева. В лазере — это сфокусированный световой луч. Зона контакта чрезвычайно мала, поэтому удаётся получить локальное воздействие на деталь. Благодаря этому, ширина распила мала, качество раскроя выше, нежели плазматроном.

Из-за этого, плазменная резка труб постепенно сдаёт позиции там, где требуется высокая точность раскроя и предъявляется повышенное качество к краю изделия.

Обработка титана

В космической, авиационной, медицинской и других видах промышленности большую популярность завоёвывает титан и его сплавы. Сочетание прочности, малой плотности — основные плюсы этого вещества. Но, этот металл химически активен и тугоплавок.

Вследствие таких характеристик, его трудно подвергать механической и термической обработке. Режущий газовый резак применять нельзя, — металл сгорит. Отсюда, резка титана хорошо освоена на плазматроне и лазерным способом.

Кроме обычного прямого раскроя, плазменно-лазерный способ позволяет выполнять пространственную обработку сложных геометрических форм, например, сопряжение нескольких отверстий.

Пример плазменной резки металла, посредством плазматрона, можно увидеть на видео.

Первые плазменные станки были изобретены в 50-х годах XX века. Оборудование было громоздким и дорогостоящим, использовалось оно только в некоторых отраслях промышленности. Но уже к концу двадцатого столетия плазменная резка металла стала доступной, и спрос на неё вырос.

Сегодня этот вид резки занимает одно из лидирующих мест в металлообрабатывающей отрасли. Оборудование, применяемое в технологии плазменной резки металла, постоянно модернизируется, становясь всё более практичным и удобным.

Виды и способы плазменной резки

Плазменной называется резка металла под большим потоком плазмы, которая образуется за счёт обдува газом электрической дуги. Нагреваясь, газ ионизируется на положительные и отрицательные частицы. Температура потока плазмы достигает нескольких тысяч градусов.

По видам плазменная резка бывает:

  • разделительная;
  • поверхностная.

При разделительной резке электрод утопает в разрезе металла. Угол между поверхностью металла и электродом должен быть от 60° до 90°, а при поверхностной он не может быть более 30°.

Существует два способа резки:

  • при помощи плазменной дуги;
  • при помощи плазменной струи.

При первом способе дуга горит между неплавящимся электродом и разрезаемым металлом. При втором — между формирующимся наконечником плазматрона и электродом. Изделие не включается в электрическую цепь при плазменной струе.

Для обработки металлов широко применяется плазменно-дуговая резка, а для обработки неметаллических заготовок — обработка плазменной струёй.

Классификация плазмотронов

Плазмотроны для резки металла делятся на электродуговые, высокочастотные и комбинированные.

По виду образования дуги:

  1. С дугой прямого действия, которая горит между металлическим изделием и неплавящимся электродом. Источник питания — постоянный ток.
  2. С дугой косвенного действия. Не связанная с изделием, она возбуждается и горит между анодом-соплом и катодом-электродом. Питание осуществляется переменным током.

По виду охлаждения:

  • воздушное;
  • водяное.

Более популярным является водяное охлаждение плазмотрона, так как теплоёмкость воздуха ниже, чем воды. Водяное охлаждение позволяет устанавливать на сопло и электрод высокие тепловые нагрузки, что увеличивает производительность плазменной сварки. Недостаток этого вида охлаждения состоит в усложнении конструкции самого устройства и необходимости постоянной подачи чистой воды.

По способу стабилизации дуги:

  • водяной;
  • вихревой;
  • двойной;
  • аксиальный одинарный;
  • магнитный.

Водяной способ стабилизации дуги сложен по конструкции, имеет ненадёжную систему автоматической подачи и регулирования электрода.

Наиболее простыми и распространёнными являются вихревой, двойной и аксиальный одинарный виды стабилизации дуги. Магнитный способ стабилизации дуги не очень эффективен. Он создаёт малый сжимающий столб дуги, устройство сложное в эксплуатации.

По виду электрода для работы с металлом:

  • газозащищённые;
  • расходуемые;
  • плёнкозащищённые.

Чаще других используются газозащищенные катоды с вольфрамовым стержнем. Расходуемые — это графитовые катоды. Из циркония, запрессованного в медной обойме, изготавливаются плёнкозащищенные электроды.

Устройство аппарата для резки плазмой

По своей сущности плазмотрон представляет собой генератор плазмы. Это надёжное и компактное устройство, в котором легко регулируется пуск, мощность и остановка рабочих режимов.

Плазмотрон состоит из конструктивных элементов:

  1. Кожух.
  2. Корпус фторопластовый.
  3. Электродный узел.
  4. Механизм закрутки воздушного потока.
  5. Втулка изоляционная.
  6. Электрод.
  7. Гайка сопла.
  8. Сопло.

Основными расходными материалами прибора являются сопло и электрод. Они изнашиваются с одинаковой интенсивностью, поэтому менять их следует одновременно. Несвоевременная замена повлияет на качество реза и приведёт к износу остальных элементов устройства.

Кожух применяется для защиты прибора от металлической пыли и брызг металла. Кожух и плазмотрон периодически необходимо чистить от загрязнений.

Принцип работы устройства

Перед работой нужно убедиться, что у компрессора достаточный показатель давления, а у водяных устройств жидкость разогрета до необходимой температуры.

  1. От источника питания после нажатия на кнопку «розжиг» подаётся ток высокой частоты. Внутри прибора образуется дежурная электрическая дуга, весь канал заполняет столб дуги.
  2. Сжатый воздух начинает поступать в камеру устройства. Проходя через электрическую дугу, он нагревается и увеличивается в объёме, перестаёт быть диэлектриком и проводит ток.
  3. Со скоростью от 2 до 3 м/с из сопла прибора начинает вырываться поток воздуха, температура которого может достигать 30 тысяч градусов. Этот раскалённый воздух и является плазмой.
  4. Вместо дежурной зажигается режущая дуга, которая, соприкасаясь с заготовкой металла, разогревает её в месте реза. В зоне плавки появляется рез, а образующиеся на заготовке частички расплавленного металла от потока воздуха разлетаются.
  5. Отпустив кнопку «розжиг», горение дуги прекращается.
  6. По краям реза отбивается шлак, при необходимости изделие зачищается от него.

Базовое знание принципа работы плазмотрона не только поможет понять, как управлять процессом резки, но и сделает работу лёгкой, а рез — ровным и красивым.

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 2019 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.

Преимущества и недостатки технологии резки

Эта технология по сравнению с прочими способами обработки имеет свои преимущества.

  1. Высокая производительность, лёгкость освоения.
  2. Плазменная резка обладает высокой точностью и разнообразием линий реза.
  3. Обрабатываемая поверхность не требует дополнительной шлифовки.
  4. В процессе работы загрязнение окружающей среды минимальное.
  5. Используемое ручное оборудование мобильно, имеет малый вес и габариты.

К недостаткам этого метода можно отнести небольшую, до 100 мм, толщину среза. Нельзя работать одновременно двумя приборами, а также отклоняться от перпендикулярности среза.

Выбор плазмотрона

Чтобы правильно выбрать аппарат для плазменной резки металла, нужно определиться, какими характеристиками должен обладать прибор. Исходными данными могут быть:

  • автоматизированный или ручной способ резки;
  • продолжительность работы;
  • расход электрической энергии;
  • толщина металла;
  • тип металла;
  • с какой частотой осуществляется замена расходных материалов;
  • отзывы пользователей об оборудовании и производителях.

Хорошим вариантом оптимальной цены и мощности является модель Сварог CUN 40 B (R 34). Это лёгкий и компактный прибор, который применяется в раскрое тонколистовых металлов менее 0,12 см. Он прост в управлении, неприхотлив в эксплуатации, расход сжатого воздуха минимальный.

К аппаратам с наилучшими показателями энергосбережения можно отнести модель AURORA PRO AIRFORCE 60 IGBT. Он подойдёт для резки материала, проводящего ток. Принцип работы основан на бесконтактном поджиге дуги. Результатом проведения резки является качественная работа без деформации металла.

Для резки толстого металла подойдёт модель BRIMA CUT 120. Устройство используется при резке цветного, углеродистого, нержавеющего металла и меди. Толщина металла может доходить до 35 мм. Он имеет встроенную регулировку дуги и плавно изменяет рабочие параметры устройства.

Как самостоятельно собрать плазменный резак из инвертора читайте в этой статье.

Как самостоятельно собрать плазменный резак из инвертора читайте в этой статье.

Безопасность эксплуатации прибора

Перед работой с устройством необходимо изучить паспорт производителя и нормативную документацию по технике безопасности ГОСТ 12 .3.003−86.

  1. Обслуживание оборудования и ремонт должны осуществляться с отключённой сетью.
  2. На рабочем месте не должно быть легковоспламеняющихся жидкостей и горючих материалов.
  3. Рабочее место необходимо обеспечить средствами пожаротушения, хорошо проветривать, а при необходимости следует установить искусственную вентиляцию.
  4. Специалист должен использовать при работе специальную одеждой, обувьюи другие средства защиты.
  5. При резке лучше использовать специальные столы, которые оснащены системой для удаления газов и пара.
  6. Если работы проводятся на открытом воздухе, необходим навес.
  7. Нельзя оставлять плазматрон долгое время включённым.

Соблюдение безопасности при эксплуатации прибора поможет избежать профессиональных заболеваний и травм.

Применение плазменной резки имеет широкое распространение. Она используется в машиностроении, коммунальной отрасли, при строительстве судов, изготовлении конструкций из металла. В основе плазменной резки лежит принцип, при котором ионизированный воздух начинает проводить электрический ток.

Разделку металла осуществляют плазма, представляющая собой разогретый ионизированный воздух, и плазменная дуга. Характерные для плазменной резки металла принципы работы будут описаны далее.

Что представляет собой плазменная резка

При резке металла плазмой происходит усиление электродуги. Это возможно благодаря действию газа, находящегося под давлением. Режущий элемент разогревается до высоких температурных значений, результатом чего становится высококачественная и быстрая разрезка металла.

В отличие от газовой резки ее плазменный аналог не способствует перегреванию всего обрабатываемого изделия. Высокая температура возникает непосредственно в месте разделки металла, а остальные части изделия не прогреваются и не деформируются.

Схема плазмореза

Принцип плазменной резки металла основывается на:

  • выдаче необходимого напряжения источником тока (стандартное напряжение — 220 В, повышенное — 380 В, для резки металла на крупных предприятиях);
  • передаче тока к плазмотрону (горелке) через кабели, в результате между анодом и катодом загорается электродуга;
  • подаче компрессором по шлангам воздушных потоков в устройство;
  • действии внутри плазмотрона завихрителей, направляющих потоки к электрической дуге;
  • прохождении вихревых потоков воздуха через электродугу и создании ионизирующего воздуха, разогретого до высоких температур;
  • замыкании рабочей дуги между электродом и обрабатываемой поверхностью при поднесении плазмотрона к ней;
  • действии воздуха под большим давлением и высокой температурой на обрабатываемое изделие.

Принцип работы плазменной резки

В результате получается разрез небольшой толщины с минимальными наплывами.

Дуга способна гореть в дежурном режиме, если аппарат не используется в конкретное время. При дежурном режиме горение поддерживается автоматически. При поднесении горелки к изделию дуга мгновенно переходит в рабочий режим и моментально разрезает металл.

После выключения аппарата производится его продувание для удаления мусора и остужения электродов.

Электродуга универсальна в своем действии. Она способна не только разрезать, но и сваривать металлические изделия. Для сваривания применяют присадочную проволоку, подходящую к конкретному типу металла. Через дугу пропускают не воздух, а инертный газ.

Таблица режимов плазменной резки

Структура плазмореза

Плазморезом называют аппарат, которым осуществляется резка металлических изделий различными способами. В устройство агрегата входят элементы:

  • источник электрического питания;
  • компрессор;
  • плазмотрон;
  • кабель-шланги.

Конструкция плазменного резака

В качестве источников питания выступают несколько устройств:

  • инвертор;
  • трансформатор.

Достоинство плазменной резки

Каждое из устройств имеет ряд достоинств и недостатков. К достоинствам инвертора относятся:

  • дешевизна;
  • стабильность горения дуги;
  • удобство при применении в участках с затрудненным доступом;
  • небольшой вес;
  • высокий КПД, превышающий аналогичный показатель для трансформатора на 30%;
  • экономичность.

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.

Технологические моменты плазменной резки

Понять, как работает плазморез, позволяет последовательное изучение этапов плазменной резки металлов:

  • нажимается кнопка розжига, приводящая к началу подачи тока от трансформатора или инвертора к плазмотрону;
  • внутри плазмотрона появляется дежурная электродуга с температурой 70000С;
  • происходит зажигание дуги между наконечником сопла и электродом;
  • происходит поступление сжатого воздуха в камеру, который проходит через дугу, нагреваясь и ионизируясь;
  • в сопле происходит обжатие поступающего воздуха, вырывающегося из него единым потоком со скоростью 3 м/с;
  • обжатый воздух, вырывающийся из сопла, разогревается до 300000С, превращаясь в плазму;
  • при соприкосновении плазмы с изделием дежурная дуга гаснет, зажигается режущая (рабочая);
  • рабочая дуга плавит металл в месте воздействия, результатом становится рез;
  • части расплавленного металла сдуваются с изделия воздушными потоками, вырывающимися из сопла.

Любая технология плазменной резки металла зависит от скорости реза и расхода воздуха. Высокая скорость способствует появлению более тонкого реза. При низкой скорости и высокой силе тока ширина реза становится больше.

При усиленном расходе воздуха происходит увеличение скорости резки. Чем больше диаметр сопла, тем меньше скорость и шире рез.

Методики резки

На практике используются два способа нарезания металла плазмой:

  • струей из плазмы;
  • плазменно-дуговым способом.

Нарезание плазменной струей нашло применение при обработке неметаллических изделий, не способных проводить электроток. При указанном способе обработки изделие не является частью электросхемы. Горение дуги происходит между электродом и наконечником плазмотрона. Изделие разрезается плазменной струей.

Применение плазменно-дугового способа широко. Он используется при:

  • нарезании профилей, труб;
  • изготовлении изделий с прямолинейными контурами;
  • обработке литья;
  • формировании отверстий в металле;
  • производстве сварочных заготовок.

Горение дуги происходит между электродом и изделием. Столб дуги совмещается с плазменной струей. Струя возникает за счет продуваемого через работающий компрессор газа, сильно нагревающегося и ионизирующегося в процессе. Газ способствует образованию плазмы, а за счет его высокой температуры увеличивается скорость нарезания обрабатываемого металла. Данный метод подразумевает применение дуги постоянного тока с прямой полярностью.

Разновидности резки плазмой

Выделяют три разновидности процесса:

  • простая — с применением электротока и воздуха (альтернативой является азот);
  • с применением воды, выполняющей функцию охлаждения плазмотрона, его защиты и поглощения выделений;
  • с применением защитного газа, повышающего качество реза.

Плюсы и минусы плазморезки

Плюсы Минусы
Универсальность применения (предназначена для обработки любых металлических изделий при условии, если подобрано устройство правильной мощности с требуемым давлением воздуха). Небольшой диапазон толщины реза (не более 100 мм).
Минимальный вред окружающей среде. Вред окружающей среде и здоровью (мастер, работавший с плазморезом, для которого в качестве газа предусмотрен азот, получает серьезное отравление).
Высокая производительность, уступающая только лазерной резке, но выигрывающая в себестоимости. Высокая цена агрегата.
Высокое качество работы, отличающееся небольшой шириной реза и отсутствием сильного перегрева всего изделия при его обработке плазмой. Сложная конструкция.
Отсутствие потребности в прогреве всего изделия, влияющего на его качество. Повышенный уровень шума при работе.
Безопасность процесса по причине отсутствия необходимости использовать газовые баллоны. Максимально допустимый угол отклонения от перпендикулярности реза составляет всего 100- 500 в зависимости от толщины изделия.

Видео по теме: Станок плазменной резки и раскроя металла с ЧПУ Metal Master

Что такое плазменная резка металла, технология процесса и критерии подбора аппаратов – об этом пойдёт речь в обзоре редакции HouseChief. Благодаря высокой точности и аккуратности получаемого результата, именно этот способ раскроя металла выходит на первый план. Тем более, на рынке строительных товаров появились бытовые аппараты подобного назначения, доступные непрофессионалам. Как выбрать такой аппарат? По каким критериям различаются модели? Обо всём этом и многом другом – в нашем материале.

Плазменная резка отличается высокой точностью и аккуратным разрезом

Что такое плазменная резка металла, технология процесса

Если объяснять эту технологию простыми словами, то плазменная резка – это процесс нагрева металла струёй плазмы. Для выполнения такой задачи используют специальный аппарат – плазморез. Он формирует высокотемпературную электродугу, которая располагается между соплом резака и материалом. Температура дуги достигает 5000ºС. Но её недостаточно для эффективной резки металла, так что дополнительно в рабочую область подаётся газ, который формирует плазму с температурой до 30000ºС.

Плазма ярко светится, скорость её выхода из сопла достигает 2019 м/с. Вместе всё это и режет металл, как горячий нож масло

Для чего можно использовать плазморезку

Плазменная резка востребована во многих отраслях. Между прочим, она используется не только для металлических деталей, но и для обработки пластика и камня.

Этот вид резки востребован в машиностроении, коммунальном хозяйстве и строительных работах

Плазморезкой можно кроить практически все металлы, с учётом их особенностей. Отличные результаты даёт резка низкоуглеродистых сталей. Именно по ним и рассчитываются стандартные параметры эффективности устройства. Высокоуглеродистые и легированные стали требуют усложнённого подхода с дополнительными настройками и режимами.

Цветные металлы режут с помощью смеси газов, состоящей из аргона, азота и водорода. Здесь важна высокая технологичность процесса и предельная аккуратность для устранения потерь в процессе работы

Важное о плазматроне

Задача плазматрона – объединить электродугу и газ в плазму. Для этой цели в приборе есть небольшое отверстие – сопло, через которое поступает газ. В бытовых приборах оно управляется вручную, держать его следует на весу, что усложняет процедуру раскроя. Отсутствие опыта такой работы приводит к появлению оплавленных краёв и неровностей.

Чтобы повысить качество обработки, можно воспользоваться различными приспособлениями в виде подставок и шаблонов

Для работы резака со сталью используют азот или воздух. Чтобы выдувать оплавленный метал из шва, газ должен направляться в сопло под давлением. Для этого его закачивают в ёмкости, которые и подключаются к плазморезке.

Какие газы используются в плазморезке

Для образования плазмы могут использоваться разные газовые смеси.

  1. Воздушно-плазменная резка предполагает применение воздуха. Так можно обрабатывать чёрные металлы, нержавеющую сталь, латунные и медные детали.
  2. Кислородная резка. Этот газ применяют в профессиональном инструменте, который позволяет быстро и качественно кроить металлические листы.
  3. Защитные газы. Резаки с такими видами смесей используется, в том числе в ювелирном деле, так как дают высокое качество реза. Установки с использованием защитных газов стоят до 12 миллионов рублей.

При работе с кислородом образуется минимальное количество оплавленного шлака

Плюсы и минусы плазменной резки

Чтобы определиться с достоинствами и недостатками плазмореза, нужно сравнить его работу с ближайшими конкурентами: лазерным, гидроабразивным и кислородно-газовым резаками. В результате сравнения можно отметить такие положительные параметры:

  • способность резки листов до 50 мм толщиной;
  • возможность обработки любых видов металлов: от чёрных до цветных;
  • высокую точность реза;
  • скорость работы до 7 м/мин.;
  • мобильность приборов с ручным управлением;
  • минимальное количество шлака и оплава.

Но вместе с тем, присутствуют и сложности, о которых следует знать:

  • сами аппараты и расходники к ним стоят довольно дорого;
  • конусность реза минимальна.

Приборы для плазменной резки

На прилавках специализированных магазинов вы встретите приборы двух типов: для бесконтактной и контактной резки.

Бесконтактная резка используется для обработки пластика и натурального камня. В таких устройствах плазма образуется между соплом и электродом.

Бесконтактная резка используется для обработки пластика и натурального камня

Контактная обработка подразумевает непосредственное соприкосновение электродуги с металлом. Именно такие устройства обычно приобретают для бытовых нужд.

Автоматические устройства

Такие приборы можно встретить на промышленных предприятиях. Они управляются с помощью компьютеризированных систем и позволяют точно кроить серийные листовые детали толщиной до 7 см. Обычно это очень мощные агрегаты, которые питаются от сети в 380 В.

Стоимость подобных агрегатов – от миллиона рублей и выше

Ручные резаки

Устройства с ручным управлением мобильны и довольно компактны. Они состоят из самого плазмотрона, шланга, трансформаторного блока и выпрямительной подстанции.

Работа с такими аппаратами может происходить в двух направлениях:

  • косвенной, бесконтактной резки струёй плазмы. Этот принцип используется для неметаллических поверхностей;
  • прямой контактной резки для металлических деталей.

Такие устройства используются не только в быту, но и на предприятиях, осуществляющих металлообработку

Вес таких приборов редко превышает 25 кг, работают они от сети с обычным напряжением в 220 В. Подобные устройства универсальны и стоят от 15 тысяч рублей.

Источники питания плазматрона

Не все приборы для ручной резки работают от переменного тока. Некоторые резцы могут иметь преобразователи и усилители. Но КПД у них ниже, чем у инструментов, получающих питание постоянным током. Получается, что только такие приборы являются универсальными для резки любых изделий.

Для цветных металлов, температура плавления которых ниже стали, достаточно использования резака с инвертором. Это самый оптимальный выход, позволяющий работать в мобильном режиме

Трансформаторы весят гораздо больше, но и мощность выдают соответствующую. Они не дают сбои при перепадах напряжения. Плюс трансформаторы можно использовать постоянно, не делая перерывы на остывание. Но и счётчик электроэнергии при этом мотает киловатты с космической скоростью.

Критерии выбора плазматрона

На что следует обратить внимание при выборе инструмента? Вот существенные критерии:

  1. Универсальность модели. Обратите внимание на аббревиатуры в наименовании: CUT – только для металлов,  TIG – аргонодуговая сварка и  MMA – использование штучных электродов.
  2. Наличие инвертора или трансформатора в качестве источника питания. Трансформаторный более мощный, инверторный – лёгкий.
  3. Контактная или бесконтактная резка. Бесконтактные модели, как правило, более мощные.
  4. Бытовое и промышленное назначение. Разница не только в стоимости и габаритах, но и в вольтаже подключаемой сети.
  5. Максимально возможная толщина обработки металлов. Она зависит от мощности прибора. Для резки 1 мм толщины нержавейки и чёрных металлов нужна сила тока в 4 А, для цветных металлов – 6 А.
  6. Длительность рабочего цикла. Этот параметр указывается в технических характеристиках изделия и считается в процентах. Например, показатель в 60% означает, что после 6 минут работы нужно дать прибору отдыхать 4 минуты. 100% показатель имеют модели трансформаторного типа. Во многих из них для охлаждения используется водяной контур.
  7. Наличие встроенного или наружного компрессора. Встроенные варианты не отличаются мощностью, так что их чаще можно встретить в качестве бытовых приборов. Они более компактны.
  8. Удобство пользования. Этот фактор формируется из длины шланга, и чем он длиннее, тем проще работать с прибором. Но слишком длинные шланги приводят к падению мощности.

Лучше брать прибор с запасом мощностиЕсли есть необходимость в длительной и непрерывной работе, лучше выбирать внешний компрессор

Практика использования плазменного резака и требования безопасности

Плазморез – потенциально опасный инструмент, так как использует электродугу и производит высокотемпературную плазму. По этой причине резаком не работают при отрицательных температурах. Не стоит браться за прибор при отсутствии опыта. Особенно важно следить за износом сопла и электродов. Их несвоевременная смена может привести к печальным последствиям.

Как работать плазменной резкой – в этом видеокурсе:

А у вас есть опыт работы плазменным резаком? Какую модель аппарата вы предпочитаете? Напишите об этом в комментариях!

Спасибо!

В ближайшее время мы опубликуем информацию.