Плазменная резка металла

Плазменная резка по металлу – это относительно новый метод обработки металлических изделий, который стал возможным благодаря развитию современных технологий. При этом методе используется плазма – поток газа, который превращается в инструмент для взаимодействия с металлом. Плазменная резка – это не просто нагревание и резание металла при помощи электродуги. Для достижения высококачественных результатов необходимо добавить газ, который будет ионизироваться, образуя плазменную струю. Полученная струя имеет температуру до +30 000 °C, что позволяет резать металл на высокой скорости и с предельной точностью. 

Один из основных компонентов плазменной резки металла – это сам газ. Он добавляется в рабочую зону, где взаимодействует с электрической дугой, образуя плазму. Для этого применяются различные газы, включая аргон, водород и кислород. Каждый газ имеет свои особенности и может быть использован в зависимости от нужного результата.

Что нужно для плазменной резки

При плазменной резке металла плазморез используется вместе с плазмой и плазмотроном для создания плазменной дуги.

Что такое плазмотрон

Плазмотрон – это электронный прибор, который используется для создания, контроля и управления плазменными потоками. Он состоит из вакуумной камеры, в которой находится катод – источник электронов, и анод – электрод, создающий электрическое поле, необходимое для создания плазмы.

При подаче напряжения на катод он начинает эмитировать электроны, которые затем попадают на анод и создают электрическое поле в камере. Под воздействием этого поля некоторые электроны из атомов газа в камере получают достаточно энергии, чтобы стать ионами, что приводит к образованию плазмы.

Плазмотроны используются в различных приложениях, включая магнитную гидродинамику, плазменные ускорители и плазменную резку. В плазменной резке плазмотрон создает плазменный поток, который нагревает металл до высоких температур и расплавляет его, тем самым обеспечивая качественный рез.

Конструкция плазмотрона

Конструкция плазмотрона может немного различаться в зависимости от модели и производителя, но в общих чертах она состоит из нескольких основных компонентов.

Основные компоненты плазмотрона:

• Электрод – это проводник, через него проходит высокочастотный ток для создания плазменной дуги.
• Сопло, или по–другому насадка, обеспечивает поступление газа, который используется в тех же целях, что и электрод. Сопло также направляет и управляет распылением плазмы в точке резки.
• Расходомер регулирует подачу газа и его скорость. Показатели различаются в зависимости от толщины металлического изделия или листа.
• Провода и кабели – это элементы, которые обеспечивают подачу электричества и сигналов управления к электроду и соплу через блок питания.
• Охлаждение – плазмотрон генерирует большое количество тепла, поэтому охлаждение является необходимым компонентом. Охлаждение может осуществляться жидкостью, инертным газом или воздухом.
• Керамические держатели – это детали, используемые для крепления электрода и сопла в плазмотроне.

Плазмотроны могут быть различной мощности в зависимости от толщины металла для обработки. Они могут иметь сменные сопла и электроды для обеспечения максимальной эффективности и долговечности при резке различных материалов. Конструкция плазмотрона может быть достаточно сложной и технологичной. 

Что такое плазма

Плазма – это как бы «четвертое состояние вещества», которое является переходным состоянием между газом и жидкостью или плотными телами. Создается путем подачи электрического разряда в газ, который проходит через электрическое поле между электродами плазмотрона. Это приводит к ионизации газа и образованию плотной струи плазмы. Высокая температура плазмы (около 30 000 °C), расплавляет и испаряет металл, с поверхности отделяются его расплавленные капли, в результате получается чистый и гладкий рез.

Плазма – ключевой элемент плазменной резки, так как это единственный способ создать достаточно высокую температуру и обеспечить выброс энергии, которые требуются для расплавления металла. 

Что такое плазморез

Плазморез – это специальное оборудование для плазменной резки металлических материалов, основанное на использовании плазменного потока высокотемпературной плазмы. Он состоит из источника питания, контроллера и плазмотрона.

В плазморезе плазмотрон создает струю плазмы высокой энергии, которая направляется на поверхность листа или другой металлической заготовки. Под воздействием высоких температур металл быстро расплавляется, затем удаляется из реза струей сжатого воздуха. 

Основными преимуществами плазменной резки по сравнению с другими методами являются высокая скорость и возможность резки широкого спектра материалов, а также создание прямолинейных и криволинейных резов с меньшими деформациями и остаточными напряжениями. 

Конструкция плазмореза

Плазменный резак состоит из нескольких основных компонентов, это:

• Исполнительный блок, «сердце» резака, включающий в себя источник плазменной дуги, механизм выдвижения резака и средства управления резаком.
• Плазменный воздушный компрессор, который используется для подачи воздуха или другого газа, необходимых для создания плазменной дуги.
• Система подачи газа, которая регулирует его выброс на расстоянии 10–15 мм от рабочей поверхности. Это снижает температуру и защищает стенки от брызг и окалины.
• Зажим и крепление, которые нужны для фиксации резака на рабочем столе, они обеспечивают его устойчивость.
• Портативные или стационарные столы, на которых размещают обрабатываемые части.
• Компьютер и специальное программное обеспечение для контроля и управления всеми этапами резки.

Конструкция плазменного резака может различаться в зависимости от модели и производителя, но перечисленные компоненты – базовые для большинства моделей. Более новые модели также могут иметь дополнительные функции, такие как встроенный лазерный указатель или система автоматического управления глубиной резки.

Какие бывают горелки у плазморезов

Существует несколько типов горелок, которые применяются в плазморезах. Вот некоторые из наиболее распространенных:

• С центральной подачей газа (CPG) – это самый распространенный тип горелки, который имеет центральное расположение электрода и сопла. Такая горелка предназначена для резки материалов разной толщины, и может использоваться для резки металла, нержавеющей стали и алюминия.
• С боковой подачей газа (LPG) – у таких горелок электрод расположен сбоку, а сопло находится на конце. Этот вид горелки в основном применяется для резки материалов малой толщины.
• Быстродействующие горелки широко используются в производстве и обладают солидной мощностью. При работе расходуется большое количество газа, что делает эту разновидность особенно эффективной для резки толстых металлических деталей.
• Полуавтоматические горелки применяются как на станках с ЧПУ, так и при ручной работе. Они соединяются с гибкими трубками для подачи газа и могут работать с материалами различной толщины, что делает их универсальными.
• Ручные горелки распространены в столярных мастерских. Этот вид горелки подходит для резки металлических деталей небольшой толщины.

Выбор горелки зависит от требований к резке, размеров обрабатываемых деталей и типа резака.

Какие газы используют при плазменной резке

Для плазменной резки используются различные газы, включая аргон, водород, кислород и смеси этих газов. Каждый из них имеет свои особенности и применяется в зависимости от типа металла, толщины и объекта обработки. 

Аргон

Аргон – инертный газ, он не вступает в реакцию с металлом и обеспечивает достаточное охлаждение нагретой металлической поверхности. Благодаря этому аргон очень часто используется в качестве газа для плазменной резки, особенно для тонких листов. Он не активен в большинстве химических реакций, поэтому его применение наиболее безопасно. 

Аргон используется в качестве газа для создания плазменной струи, которая необходима для эффективной резки металла. Он обеспечивает стабильность дуги, уменьшает риски окисления металла, а также улучшает качество поверхности реза.

Один из главных плюсов использования аргона – это его низкая стоимость. В сравнении с другими инертными газами он наиболее экономичный и доступный. 

Несмотря на все преимущества использования аргона при плазменной резке металла, у него есть и недостатки. Его применение ограничено тонкой резкой и может быть не слишком эффективным для работы с металлическими деталями большой толщины.

Водород

Водород – это еще один из газов, который подходит для плазменной резки металла. С его помощью режут металл большой толщины, поэтому он часто используется в тяжелой промышленности. Одной из основных характеристик водорода является обеспечение высокой температуры пламени. 

Водород легче антиподов, таких как газ аргон. Благодаря этому он быстро движется в плазменной струе, что позволяет резать металл с высокой скоростью. Водород также имеет хорошую теплопроводность, что помогает охлаждать резак и препятствовать перегреву оборудования.

Тем не менее у водорода есть и некоторые недостатки. Он взрывоопасен и может создавать опасные ситуации при работе с ним. Его использование требует дополнительных мер предосторожности, таких как строго контролируемая среда, чтобы избежать газового взрыва.

Кислород

Одной из основных характеристик кислорода является его высокая температура горения. Именно это свойство делает его идеальным для плазменной резки металла. Кислородный плазменный резак работает путем подачи кислорода через отдельный канал в плазменную струю.

Для работы используется жидкий кислород, который переводиться в газовую форму в специальном оборудовании. Поток газа может быть поднят до высочайших температур, что позволяет прожигать металлы на большую глубину в самых твердых деталях. Кислород более доступен, чем аргон или водород. 

Применение кислорода в плазменной резке также имеет свои недостатки. Это взрывоопасный газ, поэтому его необходимо использовать с большой осторожностью, обеспечивая постоянный контроль. Обязательно наличие специализированного оборудования, а оператор должен обладать хорошими профессиональными навыками. 

Азот

Главными преимуществами использования азота являются доступность, эффективность и высокое качество реза. Один из основных аспектов, который делает азот идеальным газом для плазменной резки, заключается в его стабильности при высоких температурах и высоком давлении. 

Азот снижает возможность окисления металла в процессе резки, что позволяет получить высококачественный рез. Он также обеспечивает стабильность дуги, что улучшает качество поверхности реза.

Этот газ позволяет эффективно резать как тонкие, так и более толстые металлические изделия. Он также хорошо подходит для резки материалов, которые являются термически чувствительными или не могут быть разрезаны другими способами.

Следует отметить, что азот – более дорогой газ по сравнению с аргоном или воздухом. Кроме того, использование азота в качестве газа для плазменной резки может приводить к образованию оксида азота, что может негативно сказываться на здоровье человека. Поэтому, при применении азота рекомендуется соблюдать все необходимые меры безопасности.

Сжатый воздух

Сжатый воздух – это газ, который традиционно используется в качестве дополнительного газа для плазменной резки. Он обладает несколькими характеристиками, которые делают его полезным при использовании с плазменным резаком, но его применение имеет ограничения.

Основное преимущество использования сжатого воздуха при плазменной резке заключается в его доступности и невысокой стоимости, по сравнению с другими газами, например, аргоном или азотом. Воздух – это простой газ, который легкодоступен и может быть получен из любого компрессора. Это позволяет снизить затраты на газ и сделать его использование более бюджетным по сравнению с другими газами.

Воздух содержит около 78% азота, который может привести к образованию оксида азота при высоких температурах. Оксид азота – это токсичный газ, который может негативно сказаться на здоровье человека. Кроме того, воздух содержит мало кислорода (около 21%), поэтому его использование может ухудшить качество реза. В результате, использование сжатого воздуха может давать менее качественные результаты по сравнению с другими газами.

У воздуха низкая термическая стабильность, что может способствовать быстрому разрушению электродов плазменного резака и уменьшению срока их службы.

Технология плазменной резки

Для плазменной резки необходимо выдать напряжение, которое зависит от размера устройства – 220 В для небольших устройств и 380 В для промышленных систем, которые могут работать с материалами большой толщины. Провода с током подходят к горелке плазмотрона, который имеет электроды – катод и анод. Подача газа осуществляется через специальные шланги и проходит через завихрители для направления потока на поверхность для резки. Во время резки плазменный поток образует ионизированную дугу, которая расплавляет металл и создает аккуратный разрез. Кнопка на плазмотроне используется для начала и окончания резки. Для сварки используют присадочную проволоку и инертный газ вместо воздуха.

Процесс плазменной резки металла можно разделить на следующие этапы:

• Подготовка – перед началом резки следует подготовить рабочую зону и выбрать оптимальные параметры резки, которые будут соответствовать толщине и типу металла.
• Генерация плазмы – для генерации плазмы используется специальная газовая горелка, которая создает электрическую дугу между катодом и анодом. В рабочую зону подается газ, который ионизируется дугой и превращается в плазму.
• Управление горелкой – оператор горелки управляет ее движением и скоростью резки. Горелка должна быть поднята над поверхностью металла на расстоянии около 1–2 мм, чтобы плазма могла достигнуть плотности, необходимой для резки.
• Нагрев металла – когда горелка приближается к металлической поверхности, электрическая дуга нагревает металл до очень высокой температуры. В результате, металл термически разлагается на ионы и свободные электроны.
• Резка металла – плазма, созданная горелкой, направляется на поверхность металла, который расплавляется и разрезается. Горелка двигается вдоль линии реза с определенной скоростью, поддерживая необходимую температуру и глубину реза.
• Завершение резки – когда вырезание закончено, горелка отодвигается от поверхности металла, и дуга становится неустойчивой, затем гасится.

Плазменная резка металла является очень эффективным и точным способом резки. Она обеспечивает чистый, красивый разрез и является необходимым процессом для множества индустрий.

Виды плазменной резки металла

Существует несколько способов производства плазменной резки металла:

• Ручная плазменная резка – процесс, при котором плазменный резак имеет форму пистолета и управляется оператором вручную. Этот метод распространен в небольших производственных мастерских и предприятиях, где требуется простота и мобильность.
• Механизированная плазменная резка – метод, при котором плазменные резаки устанавливаются на механизированных станках с ЧПУ. С помощью компьютерных программ плазморезы механически перемещаются и выполняют точную плазменную резку по заданным параметрам. Этот способ применим на больших предприятиях и заводах, где требуется высокая точность, скорость и повторяемость процесса.
• Мультитул – крупные заводы используют специальные роботизированные комплексы плазменной резки для обработки металлических конструкций. Мультитул позволяет выполнять не только операции плазменной резки, но и другие дополнительные работы: сварку, обработку поверхности и так далее.

Преимущества и недостатки плазменной резки

Несмотря на свою популярность и эффективность, плазменная резка имеет и свои недостатки, о которых стоит знать перед использованием этого метода.

Плюсы плазменной резки:

• Универсальность: может быть использована для работы с различными типами материалов, включая огромный выбор металлов, от стали до меди, алюминия, титана и других.
• Высокая скорость: позволяет работать на очень высоких скоростях, что позволяет сократить время обработки и снизить затраты на производство.
• Качество реза: благодаря использованию высокотемпературного плазменного потока, выполняется очень чистый и аккуратный рез, который требует минимальной последующей обработки.
• Отсутствие механической деформации: не создает давления на материал и не порождает механическую деформацию.
• Малые затраты на обслуживание: практически не требует замены расходных материалов, а уход за оборудованием сводится к простой чистке.
• Возможность резки толстых материалов: можно обрабатывать толстые материалы, включая металлические листы толщиной до 200 мм.

Минусы плазменной резки:

• Шумный процесс: может создавать довольно громкий шум во время работы.
• Затраты на приобретение оборудования: в связи с высоким уровнем технической сложности оборудования, стоимость его приобретения может быть значительна.
• Возможность искрения: может создавать искры, это опасно при контакте с легковоспламеняющимися материалами внутри помещений.
• Затраты на расходные материалы: при работе плазменный резак требует замены расходных материалов, таких как сопла и электроды.
• Влияние на окружающую среду: плазменная резка может порождать токсичные газы и пыль, поэтому следует соблюдать соответствующие меры предосторожности и правила безопасности.

Рез прямого действия

Рез прямого действия – это один из наиболее распространенных видов плазменной резки, при котором образуется одна прямая резательная линия. Это возможно благодаря движению плазмы в одном направлении без каких–либо его изменений. 

При выполнении прямого реза используется плазменный резак, который обычно состоит из специальной горелки с электродом и соплом. В начале процесса газ направляется в сопло, проходит через дугу, образует плазменный поток и нагревает обрабатываемую поверхность. В результате этого происходит расплавление металла и образование реза.

Преимущества резов прямого действия при плазменной резке:

• Быстрота и эффективность – плазменная резка способна быстро обрабатывать материалы больших толщин и выполнять заданную геометрию с точностью до 0,1 мм.
• Высокое качество реза – прямой рез обладает гладкой поверхностью без неровностей и искажений, в результате чего он подходит для многих видов производства.
• Применение современных технологий – с помощью компьютерных программ и управляющих систем, плазменная резка способна работать с высокой точностью и производительностью.

Рез прямого действия в плазменной резке – это очень эффективный и гибкий метод обработки металлических материалов, который нашел широкое применение в промышленности и производстве различного назначения.

Рез косвенным воздействием

Рез косвенным воздействием – это один из видов плазменной резки, который предусматривает формирование скоса реза в толщине материала. Процесс выполнения реза косвенным воздействием основан на направленном влиянии высокотемпературного плазменного потока, который формирует скос реза на обрабатываемом материале.

Для формирования скоса реза используется специальная насадка на головке плазменного резака, которая имеет возможность перемещаться вверх и вниз за счет вращения шпинделя. Плазменный поток, который используется для обработки материала, направляется не вдоль плоскости обрабатываемого материала, а под углом к нему. 

Глубина скоса определяется параметрами насадки и углом наклона плазменного газового потока. Под углом обзора расположены сопла, которые направляют плазменный поток в нужную сторону.

Преимущества резки косвенным воздействием:

• Благодаря скосу реза, площадь контакта становится больше, что может увеличить точность обработки и уменьшить деформацию материала.
• Так как скос обладает дополнительной поверхностью, материал вокруг кромки реза получает более равномерное воздействие. Это может снизить деформацию материала.
• Увеличение прочности элементов. Благодаря скосу реза материал может быть укреплен и стать более прочным.

Резка косвенным воздействием широко используется в различных отраслях промышленности, включая производство радиаторов, судостроение, строительство мостов и многое другое.

Что можно обрабатывать при помощи плазменной резки

Плазменная резка позволяет резать различные предметы и изделия из металла. Это тонколистовой металл, а также более толстые листы, трубы, профили, заготовки из стали, алюминия, меди, титана, никеля и других металлов. Также метод плазменной резки применяется для обработки металлических конструкций, судовых и авиационных компонентов, а также в производстве металлических изделий и деталей.