Режимы плазменной резки металла

Плазменная резка

Плазменная резка заключается в проплавлении разрезаемого металла за счет теплоты, генерируемой сжатой плазменной дугой, и интенсивном удалении расплава плазменной струей.

Общепринятые обозначения

PAC – Plasma Arc Cutting – резка плазменной дугой

Технология плазменной резки

Плазма представляет собой ионизированный газ с высокой температурой, способный проводить электрический ток. Плазменная дуга получается из обычной в специальном устройстве – плазмотроне – в результате ее сжатия и вдувания в нее плазмообразующего газа. Различают две схемы:

  • плазменно-дуговая резка и
  • резка плазменной струей.

Рисунок. Схемы плазменной резки

При плазменно-дуговой резке дуга горит между неплавящимся электродом и разрезаемым металлом (дуга прямого действия). Столб дуги совмещен с высокоскоростной плазменной струей, которая образуется из поступающего газа за счет его нагрева и ионизации под действием дуги. Для разрезания используется энергия одного из приэлектродных пятен дуги, плазмы столба и вытекающего из него факела.

При резке плазменной струей дуга горит между электродом и формирующим наконечником плазмотрона, а обрабатываемый объект не включен в электрическую цепь (дуга косвенного действия). Часть плазмы столба дуги выносится из плазмотрона в виде высокоскоростной плазменной струи, энергия которой и используется для разрезания.

Плазменно-дуговая резка более эффективна и широко применяется для обработки металлов. Резка плазменной струей используется реже и преимущественно для обработки неметаллических материалов, поскольку они не обязательно должны быть электропроводными.

Более подробная схема плазмотрона для плазменно-дуговой резки приведена на рисунке ниже.

Рисунок. Схема режущего плазмотрона

В корпусе плазмотрона находится цилиндрическая дуговая камера небольшого диаметра с выходным каналом, формирующим сжатую плазменную дугу. Электрод обычно расположен в тыльной стороне дуговой камеры. Непосредственное возбуждение плазмогенерирующей дуги между электродом и разрезаемым металлом, как правило, затруднительно. Поэтому вначале между электродом и наконечником плазмотрона зажигается дежурная дуга. Затем она выдувается из сопла, и при касании изделия ее факелом возникает рабочая режущая дуга, а дежурная дуга отключается.

Столб дуги заполняет формирующий канал. В дуговую камеру подается плазмообразующий газ. Он нагревается дугой, ионизируется и за счет теплового расширения увеличивается в объеме в 50-100 раз, что заставляет его истекать из сопла плазмотрона со скоростью до 2-3 км/c и больше. Температура в плазменной дуге может достигать 25000-30000°С.

Фото. Плазменная резка металла

Электроды для плазменной резки изготавливают из меди, гафния, вольфрама (активированного иттрием, лантаном или торием) и других материалов.

Фото. Сопла (в разрезе) для плазменной резки – медное (слева) и медное с вольфрамовой вставкой компании Thermacut (справа)

Количество тепла, необходимое для выплавления реза (эффективная тепловая мощность qр), поступает из столба плазменной дуги и определяется выражением:

где Vр – скорость резки (см/с);
F – площадь поперечного сечения зоны выплавляемого металла (см 2 );
γ – плотность металла (г/см 3 );
с – теплоемкость металла, Дж/(г·°С);
Тпл – температура плавления металла (°С);
T – температура металла до начала резки (°С);
q – скрытая теплота плавления (°С).

Произведение Vр·F·γ определяет массу выплавляемого металла за единицу времени (г/с). Для заданной толщины металла имеется определенное числовое значение эффективной тепловой мощности qр, ниже которого процесс резки невозможен.

Скорость потока плазмы, удаляющего расплавленный металл, возрастает с увеличением расхода плазмообразующего газа и силы тока и уменьшается с увеличением диаметра сопла плазмотрона. Она может достигать около 800 м/с при силе тока 250А.

Плазмообразующие газы

Технологические возможности процесса плазменной резки металла (скорость, качество и др.), а также характеристики основных узлов плазмотронов определяются прежде всего плазмообразующей средой. Влияние состава плазмообразующей среды на процесс резки:

  • за счет изменения состава среды возможно регулирование в широких пределах количества тепловой энергии, выделяющейся в дуге, поскольку при определенной геометрии сопла и данном токе состав среды задает напряженность поля столба дуги внутри и вне сопла;
  • состав плазмообразующей среды оказывает наибольшее влияние на максимально допустимое значение отношения тока к диаметру сопла, что позволяет регулировать плотность тока в дуге, величину теплового потока в полости реза и, таким образом, определять ширину реза и скорость резки;
  • от состава плазмообразующей смеси зависит ее теплопроводность, определяющая эффективность передачи разрезаемому листу тепловой энергии, выделенной в дуге;
  • в ряде случаев весьма значительной оказывается добавка тепловой энергии, выделившейся в результате химического взаимодействия плазмообразующей среды с разрезаемым металлом (она может быть соизмерима с электрической мощностью дуги);
  • плазмообразующая среда при взаимодействии с выплавляемым металлом дает возможность изменять его вязкость, химический состав, величину поверхностного напряжения;
  • подбирая состав плазмообразующей среды, можно создавать наилучшие условия для удаления расплавленного металла из полости реза, а также предотвратить образование подплывов на нижних кромках разрезаемого листа или делая их легко удаляемыми;
  • от состава среды зависит характер физико-химических процессов на стенках реза и глубина газонасыщенного слоя, поэтому для определенных металлов и сплавов некоторые плазмообразующие смеси недопустимы (например, содержащие водород и азот в случае резки титана); диапазон допустимых смесей также сужается с увеличением толщины разрезаемых листов и теплопроводности материала.

От состава плазмообразующей среды зависят и характеристики оборудования:

  • материал катода и конструкция катодного узла (способ крепления катода в плазмотроне и интенсивность его охлаждения);
  • конструкция системы охлаждения сопел;
  • мощность источника питания, а также форма его внешних статических характеристик и динамические свойства;
  • схема управления оборудованием, поскольку состав и расход плазмообразующего газа полностью определяют циклограмму формирования рабочей дуги.

При выборе плазмообразующей среды также важно учитывать себестоимость процесса и дефицитность используемых материалов.

Таблица. Наиболее распространенные плазмообразующие газы

Газ Обрабатываемый металл
Алюминий, медь и
сплавы на их основе
Коррозионно-стойкая
сталь
Углеродистая и
низколегированная
сталь
Сжатый воздух Для заготовительной машинной резки Для экономичной ручной и машинной резки
Кислород Не рекомендуется Для машинной резки повышенного качества
Aзотно-кислородная
смесь
Не рекомендуется Для машинной резки с повышенной скоростью
Азот Для экономичной ручной и машинной резки Для ручной и полуавтоматической резки
Aргоно-водородная
смесь
Для резки кромок повышенного качества Не рекомендуется
Читайте также:
Температура огня в костре

Резка с применением воздуха в качестве плазмообразующей среды называется воздушно-плазменной резкой.

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

Преимущества плазменной резки по сравнению с газовой резкой

  • значительно выше скорость резки металла малой и средней толщины;
  • универсальность применения – плазменная резка используется для обработки сталей, алюминия и его сплавов, меди и сплавов, чугуна и др. материалов;
  • точные и высококачественные резы, при этом в большинстве случаев исключается или заметно сокращается последующая механическая обработка;
  • экономичность воздушно-плазменной резки – нет потребности в дорогостоящих газах (ацетилене, кислороде, пропан-бутане);
  • возможность вырезать детали сложной формы;
  • очень короткое время прожига (при кислородной резке требуется продолжительный предварительный прогрев);
  • более безопасная, поскольку отсутствуют взрывоопасные баллоны с газом;
  • низкий уровень загрязнения окружающей среды.

Рисунок. Скорость воздушно-плазменной резки углеродистой стали в зависимости от ее толщины и мощности дуги.

Недостатки плазменной резки по сравнению с газовыми способами резки:

  • максимальная толщина реза обычно составляет 80-100 мм (кислородной резкой можно обрабатывать чугун и некоторые стали толщиной до 500 мм);
  • более дорогое и сложное оборудование;
  • повышенные требования к техническому обслуживанию;
  • угол отклонения от перпендикулярности реза не должен превышать 10-50º в зависимости от толщины детали (в противном случае существенно расширяется рез, что приводит к быстрому износу расходных материалов);
  • практически отсутствует возможность использования двух ручных резаков, подключенных к одному аппарату;
  • повышенный шум вследствие истечения газа из плазматрона с околозвуковыми скоростями;
  • вредные азотсодержащие выделения (при использовании азота) – для уменьшения разрезаемое изделие погружают в воду.

Фото. Образцы, полученные в результате плазменной резки – с высоким разрешением (сверху) и обычной (снизу). У верхнего образца верхний угол острый, а верхний угол у нижнего образца закруглен.

Читайте также:
Термостол своими руками

Установки плазменной резки металла, плазмотроны.

Санкт-
Петербург

Технологические советы по выбору режимов воздушно-плазменной резки.

  • Правильный выбор технологического режима является необходимым условием эффективного использования возможностей процесса плазменной резки.
  • При заданной толщине разрезаемого металла основные показатели процесса &#151 скорость резки и качество поверхности определяются:
    • Током дуги;
    • Расходом плазмообразующего газа;
    • Техническими характеристиками используемого оборудования.

    Очень важна организация потока газа, которая определяется конструкцией плазмотрона и выбранным режимом резки. Ошибки в выборе режима резки могут привести к образованию «двойной дуги» &#151 дуги, горящей с электрода на сопло и с сопла на обрабатываемый лист металла. Двойное дугообразование разрушает электрод и сопло, а так же нарушает форму вырезаемой детали.

    Скорость плазменной резки определяет не только производительность процесса, но и качество поверхности реза, угол скоса кромок и количество грата.
    При скорости перемещения меньше оптимальной рез становится более широким внизу, чем сверху, на его поверхности наблюдаются неровности, на нижней кромке изделия образуются наплывы &#151 грат. Внешне такой режим характеризуется тем, что факел раскаленных газов, выходящих за нижнюю плоскость разрезаемого изделия, вертикален. Впереди по лини реза металл начинает плавиться раньше, чем его коснулась дуга. При этом нарушается стабильность процесса, увеличивается вероятность двойного дугообразования. При скорости больше оптимальной, рез сужается снизу, выходящий факел раскаленных газов прижимается к нижней плоскости листа; может прекратиться прорезание, увеличивается вероятность двойного дугообразования.
    При оптимальной скорости резки разница в ширине реза между его верхними и нижними участками минимальна. Факел, выходящий за нижнюю плоскость изделия, отклоняется от вертикальной оси на угол не более 15-20 &#176.
    Уменьшение скорости резки при прочих равных условиях, т.е. при неизменном токе и расходе воздуха, приводит к увеличению напряжения на дуге.

    Основной задачей выбора технологического процесса является получение заготовки или детали, соответствующей требованиям чертежа с максимальным качеством поверхности реза по ГОСТ 14792.

  • Качество поверхности реза определяется по следующим показателям:
    • отклонению плоскости реза от перпендикулярности;
    • шероховатостью поверхности;
    • радиусом на верхней кромке;
    • величиной зоны термического влияния.

    Получение качественной поверхности реза требует тщательной отработки режима.

    Ток режущей дуги должен быть минимальным, обеспечивающим необходимую производительность. Это позволяет произвести работу с минимальным расходом электродов, сопел и электроэнергии.

    Опыт показывает, что часто выбор тока определяет организация оплаты труда на предприятии. Если при оплате учитывается качество, расход электродов и сопел, экономия электроэнергии, то оператор старается использовать технологический режим, обеспечивающий резку на оптимальном токе. Если же оплата учитывает только количество изготовленных деталей, то, выбрав максимально возможные ток и скорость, оператор при кажущемся увеличении производительности расходует не только больше электродов и сопел, но и больше электроэнергии, и времени на смену деталей плазмотрона. Следует иметь в виду, что стойкость электрода резко снижается при увеличении тока свыше 350 А. Частые замены электродов и сопел приводят к снижению производительности и износу электрододержателя плазмотрона. Поэтому даже при резке больших толщин не рекомендуется превышать это значение тока.

    В таблице приведены ориентировочные соотношения тока дуги и диаметра сопла для плазмотронов
    ПВР-402М, ПВР-412 и ПВР-180.

    Тип плазмотрона Ток режущей дуги, А Диаметр отверстия сопла, мм Высота канала сопла, мм
    ПВР-180 50 1,1
    ПВР-180 100 1,4
    ПВР-180 150 1,7
    ПВР-412 200 2,5 4
    ПВР-412 300 3,0 5
    ПВР-402М, ПВР-412 400 4,0 6

    Следует учитывать, что высота канала сопла определяет падение напряжения в плазмотроне. При низком напряжении холостого хода источника питания большая высота канала сопла может ограничить прорезаемую толщину металла. Резку металла толщиной более 80 мм рекомендуется производить соплами с высотой канала на 1-2 мм меньше, чем указано в таблице.

  • Расход подаваемого в плазмотрон воздуха определяется двумя циклами горения дуги:
    • Зажиганием и горением дежурной дуги,
    • Горением основной (режущей) дуги на металл.

  • Расход воздуха при горении дежурной дуги должен обеспечивать надежное зажигание и выдувание факела из сопла плазмотрона. При увеличении расхода воздуха снижается надежность зажигания, а при меньшем расходе факел дуги может не выдуваться из сопла.

    Расход воздуха при горении основной (режущей) дуги должен обеспечивать стабилизацию дуги в сопле плазмотрона и максимальное удаление расплавленного металла из полости реза.

    Следует иметь в виду, что излишне высокий расход плазмообразующего газа приводит к снижению стойкости катодов плазмотрона в 2 &#151 3 раза.

    При резке металлов толщиной 80-100 мм и более большое значение имеет прорезание листа с края на всю его толщину. Для этого рекомендуется первоначально образовать на кромке листа вертикальную канавку глубиной 5-10мм. Канавка может быть получена снижением скорости резки или даже вертикальным перемещением плазмотрона, наклоненного под углом вдоль торца листа. В дальнейшем дуга стабилизируется кромками реза. После образования канавки и начала прорезания листа можно увеличить скорость резки.
    Для прорезания листов толщиной более 100 мм рекомендуется уменьшить обжатие дуги, что должно предотвратить обрыв дуги и позволить анодному пятну перемещаться по боковым поверхностям реза на большую глубину. С этой целью необходимо уменьшить на 1-2 мм длину канала сопла плазмотрона, увеличить на 1–2 мм диаметр отверстия сопла и на 20-30% уменьшить расход плазмообразующего газа.

  • Пробивка отверстий для вырезки замкнутого контура на толщинах более 10-15 мм требует особого внимания оператора. Для предотвращения попадания на плазмотрон капель расплавленного металла, выдуваемых из образуемого дугой кратера, необходимо увеличить расстояние между соплом и металлом сразу же после перехода дуги на металл (так называемый «подскок» предусмотрен на многих машинах для термической резки). После образования сквозного отверстия плазмотрон следует опустить.
    На машинах, оснащенных механизмом подъема и опускания плазмотрона, возможна пробивка толщин до 60 – 80 мм. Плазмотрон после возбуждения основной дуги должен подняться на высоту 15-25мм над поверхностью листа и, постепенно опускаясь, перемещаться вдоль линии реза. Тогда капли выплавленного металла по образующейся канавке удаляются в сторону, не попадая на плазмотрон.
  • Читайте также:
    Как сделать координатный стол своими руками

    Плазменная резка

    При данном методе резки, в качестве режущего инструмента используется струя высокотемпературной плазмы, мощность которой — позволяет резать черные, либо цветные металлы толщиной до 20 сантиметров.

    Чаще всего, осуществляется плазменная резка металла с ЧПУ, то есть с помощью специальных программируемых станков.

    Такие станки, позволяют осуществлять резку металлов по заданным параметрам в промышленных масштабах, обеспечивая высокую скорость и эффективность работы.

    Кроме того, плазменная резка на станках с ЧПУ позволяет обеспечить достаточно высокую безопасность работы с плазмой, при соблюдении всех правил техники безопасности.

    Инструменты для плазменной резки металлов, обычно обладают достаточно большими габаритами, а так же требуют мощного источника электрической энергии.

    Но современные технологии позволяют создавать и более компактные приборы, с помощью которых осуществляется ручная плазменная резка металла.

    Инструменты для ручной резки так же потребляют достаточно много энергии, кроме того — ручная резка осуществляется со значительно меньшей скоростью, чем такая же плазменная резка на станке с ЧПУ.

    Точность ручной плазменной резки несколько ниже, но на стороне этого метода — большая универсальность, так как приборы для ручной резки обладают небольшими габаритами и легко транспортируются практически куда угодно.

    Для работы такого прибора нужно только подключение к электросети.

    Технология и принцип работы

    Инструменты для плазменной резки позволяют работать практически с любыми металлами или сплавами, даже сверхпрочными либо отличающимися другими особыми свойствами.

    Также, технология плазменной резки металла позволяет значительно ускорить резку металлических деталей малой и средней толщины по сравнению с газопламенной резкой.

    Плазменно-дуговой способ

    Для того, чтобы создать плазму — между электродом аппарата для резки и разрезаемым металлом создается электрическая дуга, одновременно — из расположенного рядом с электродом сопла, подается газ под высоким давлением.

    Электрическая дуга преобразует струю газа в поток плазмы имеющий температуру от 5 до 30 тысяч градусов. При этом скорость движения струи плазмы достигает более полутора километров в секунду.

    Поток плазмы, имеющий такие показатели температуры и скорости движения, легко справляется с разрезанием любых даже самых прочных сплавов.

    При этом, плазменно дуговая резка металлов обеспечить высокое качество и чистоту получаемого среза и невысокий нагрев самой разрезаемой детали, что исключает тепловую деформацию заготовки, которая зачастую является серьезной проблемой при других методах разрезания металлов.

    Плазменно-дуговая резка металла подразумевает включение разрезаемого металла в электрическую цепь, то есть разрез осуществляется с помощью электрической дуги.

    Таким образом, режут металлы, которые другим способом обработать крайне сложно либо невозможно, к ним относятся коррозионностойкие стали, титан, медь.

    Также, с помощью этого метода легко режутся: алюминий, чугун и другие металлы, сплавы, черные либо цветные.

    При резке плазменной дугой происходит выплавление металла в точке разреза, затем расплавленный металл выдувается струей газа.

    Метод резки плазменной струей

    Также существует метод резки с помощью потока плазмы. При этом разрезаемый металл не является компонентом электрической цепи.

    В данном случае — электрическая дуга так же есть, но она проходит от наконечника электрода до внутренней стенки сопла плазмотрона.

    Таким образом, можно осуществлять резку неэлектропроводных материалов, разрезание металла осуществляется за счет воздействия высокоскоростной плазмы, электрическая дуга используется только для создания плазмы и придания ей большой скорости.

    Именно этот метод используется для изготовления аппаратов ручной плазменной резки.

    Технологии плазменной резки

    Метод резки струей плазмы незаменим при резке тонких листов металла, в других случаях (за исключением ручной резки) он используется достаточно редко.

    В ручной резке преимущественно используется именно метод резки потоком плазмы, так как с помощью этой технологии можно создавать компактные приборы с невысоким весом и энергопотреблением.

    Назначение форсунок

    Форсунки, по которым подается газ, требуют охлаждения, чаще всего используется воздушное охлаждение, но присутствует и аппаратура с водным охлаждением.

    Форсунки, обычно — используются с регулируемым диаметром сопла, что позволяет точно настроить скорость и силу истечения газов.

    Благодаря этому — один и тот же аппарат можно настроить для эффективной работы практически с любым металлом, самого широкого диапазона толщины и состава материала.

    Как правило, форсунки с воздушным охлаждением более дешевы и надежны, но жидкостное охлаждение форсунок позволяет развивать значительно большую мощность, чем при использовании воздушного охлаждения.

    Назначение электродов

    Электроды, используемые в аппаратах для плазменной резки, изготавливают из сплавов вольфрама с лантаном.

    Это связано с тем, что электрод должен обладать высокой электропроводностью и при этом должен быть устойчив к воздействиям высокой температуры.

    Газы, которые применяются для создания плазмы делятся на активные и неактивные.

    Посредством активных газов работают кислородная либо воздушно плазменная резка металла, эти разновидности метода используются для резки черных металлов и их сплавов (сталь, чугун).

    Для резки цветных металлов и сплавов, наилучшим образом подходит — резка с применением неактивных газов, таких как аргон, азот, водород.

    Схематичный рисунок режущего плазмотрона

    Так как физический принцип плазменной резки металла позволяет работать практически с любыми металлами, обеспечивать высокую безопасность и скорость работы, то этот метод обработки металлов получил достаточно широкое распространение на самых различных производствах.

    Резка металла с помощью плазменной струи позволяет осуществлять сложную фигурную вырезку.

    Помимо быстрого вырезания сложных технических деталей, возможна и художественная плазменная резка металла, которая позволяет создавать настоящие произведения искусства либо декоративные элементы даже из очень тугоплавких сплавов.

    Читайте также:
    Утепление металлического гаража своими руками

    Технология предполагает различные режимы плазменной резки металла, которые позволяют быстро подстроить оборудование под работы не только с определенной разновидностью сплава, но и с заготовками определенной толщины.

    Благодаря различным режимам работы оборудования можно легко подобрать нужный режим в большинстве случаев, что позволяет экономить как энергию, так и ресурс аппаратуры.

    Основные преимущества

    Резка металлов с помощью плазмы является одним из наиболее современных и технически совершенных способов работы с различными металлами.

    Эта технология появилась относительно недавно, но получила широкое распространение, благодаря ряду преимуществ, которые она предлагает по сравнению классическими инструментальными методами работы с металлами.

    Основные преимущества плазменной резки металла заключаются в:

    • скорости резки;
    • универсальности (можно работать с любыми металлами и славами);
    • нет ограничений по форме обрабатываемых деталей и сложности вырезаемых фигур;
    • срез, который образуется в процессе резки, обладает высокой чистотой и качеством поверхности.

    Для того, чтобы максимально использовать все преимущества плазменной резки металлов — необходимо правильно и точно подбирать режимы работы установки под конкретный материал, при этом необходимо учитывать множество факторов, таких как:

    • свойства материала;
    • его толщина;
    • скорость и температура плазмы;
    • скорость выполнения разреза.

    При правильном подборе этих, а так же некоторых других специфических параметров — плазменная резка будет осуществляться быстро и с высоким качеством.

    Резка металла с помощью плазмы более безопасна, чем обычная газопламенная резка, так как в процессе резки не используются баллоны с кислородом, горючими газами.

    Таблица скоростей плазменной резки

    Аппараты для плазменной резки могут иметь различные габариты и назначение.

    Производятся аппараты для ручной плазменной резки, но чаще всего используется автоматическая плазменная резка металла, по причине более высокой скорости и точности работы такого оборудования.

    Аппараты для ручной плазменной резки могут производится с различными конструктивными особенностями сопла и охладительных систем.

    Наиболее компактные и универсальные из них могут работать на открытом воздухе, в условиях открытых строительных либо монтажных площадок.

    При этом, плазма может создаваться как на прямую – из воздуха, так и из подаваемых газов, таких как водород либо аргон.

    Еще одним различием в таких аппаратах является система охлаждения плазмотрона, она может быть как жидкостной так и воздушной.

    Воздушная система лучше подходит для работы на открытых площадках, но обладает меньшей эффективностью и не позволяет аппарату развивать действительно высокую мощность.

    Если еще 20-30 лет назад резка металла плазмой была мало распространена и относилась к экзотическим методам работы с металлами, то в наше время можно легко найти компании, которые занимаются предоставлением таких услуг, либо же самостоятельно приобрести оборудование для осуществления ручной плазменной резки.

    Популярные металлы

    Наиболее распространена плазменная резка листового металла, это связано с тем, что этот метода на сегодняшний день является одним из самых дешевых и быстрых способов работы с листовым прокатом.

    Как правило, оборудование для работы с листами металла позволяет осуществлять резку листа толщиной до 50 мм, независимо от сплава, из которого изготовлен лист.

    Кроме того современные станки плазменной резки позволяют вырезать изделия практически любой геометрической формы с точностью среза до 0,5 мм.

    Нередко требуется точно и быстро осуществить резку труб. В отличие от резки листового металла плазменная резка труб осуществляется в специальных машинах, которые позволяют вращать трубу в процессе резки.

    Скорость такой резки может достигать 9000 мм, а точность среза до 0,1 мм.

    Благодаря таким параметрам, а так же невысокой цене плазменная резка труб является одним из наиболее доступных методов точной резки труб самого широкого диапазона диаметров и практически любого сплава.

    Одним из сложных для работы материалов является алюминий и его сплавы, этот металл достаточно легко окисляется, при резке сложно получить чистый и точный срез.

    Алюминий

    При этом, плазменная резка алюминия с использованием воздуха или активных газов — не является наилучшим выбором, так как поверхность среза будет покрыта толстым слоем окислов, что негативно скажется на качестве получаемых деталей.

    Для работы с алюминием требуются аппараты плазменной резки, работающие на неактивных газах, таких как аргон либо азот.

    При их использовании на поверхности среза алюминия практически не будет оксидов, эта разновидность метода является одной из наиболее подходящих для работы с этим металлом.

    Не смотря на универсальность метода, плазменная резка стали является наиболее частой областью применения плазменного оборудования, по причине того, что сталь является наиболее распространенным сплавом.

    Кроме того, для резки стали нет необходимости применять инертные газы, что позволяет использовать даже самое простое и недорогое оборудование, получая отличные результаты как по точности так и по скорости работы.

    Нержавеющая сталь

    Если осуществляется плазменная резка нержавейки, то она также не требует технических ухищрений, так как этот сплав устойчив к окислению и его вполне возможно резать с помощью воздушно-дуговой разновидности плазменной резки, которая является наиболее дешевой и доступной.

    Еще одним несомненным преимуществом является возможность работы даже с очень тонкими слоями металла без потерь качества и точности резки.

    Именно плазменная резка тонкого металла является основным и практически единственным конкурентом в этой области для лазерной резки.

    Это связано с тем, что методами механической обработки крайне сложно осуществлять резку тонкого металла, при этом они не удовлетворяют современным требованиям по точности, скорости работы и качеству получаемых срезов.

    Рыночные расценки на услуги

    Благодаря широкому распространению оборудования для плазменной резки, стоимость осуществления этой работы достаточно невысока и доступна.

    На нее оказывает влияние толщина обрабатываемого материала, вид металла, который будет подвергаться резке, а так же сложность изготавливаемых деталей.

    Предлагают такие услуги достаточное количество различных предприятий, поэтому найти подрядчика для выполнения данной работы не составляет труда. Так, стоимость плазменной резки металла обычно начинается от 25-30 рублей за погонный метр.

    В случае, если требуется осуществить резку цветных металлов, минимальная стоимость погонного метра будет составлять 50-60 рублей.

    Читайте также:
    Термостойкая краска по металлу своими руками

    Так же может осуществляться и плазменная резка металла своими руками, даже в домашних условиях.

    Для этого потребуется приобрести соответствующее оборудование, которое можно переносить и вес которого находится в пределах 5-8 килограмм.

    Для осуществления ручной плазменной резки потребуется подключение аппарата к электрической сети.

    При ручной работе цена услуг плазменной резки металла будет несколько выше, чем при автоматической.

    Но при этом она может осуществляться в широком диапазоне условий и обладает значительно большей автономностью по сравнению с промышленным оборудованием.

    Наибольшей популярностью пользуется воздушно плазменная чпу резка металла.

    При этом способе обработки не используются инертные газы, поэтому он подходит только для работы со сталью и другими сплавами железа, а цена плазменной резки металла таким способом весьма невысока.

    Основным преимуществом такого метода является высокая скорость резки, а так же возможность запрограммировать станок на изготовление даже очень сложных изделий в автоматическом режиме.

    В последние годы появилось множество компаний, которые предлагают услуги плазменной резки металла.

    Это создало высокую конкуренцию на этом рынке и привело к тому, что цена резки металла плазмой значительно уменьшилась и стала доступна широкому кругу потребителей.

    Цена услуг плазменной резки металла включает в себя стоимость расходных материалов (электроэнергии и газов), стоимость оборудования, а так же сложность изделий, которые требуется вырезать.

    Методические рекомендации по подбору технологических параметров резки.

    Рекомендации по подбору параметров резки

    Кислородная резка

    Кислородная резка основана на сгорании металла в струе технически чистого кислорода. Металл при резке нагревают пламенем, которое образуется при сгорании какого-либо горючего газа в кислороде. Кислород, сжигающий нагретый металл, называют режущим. В процессе резки струю режущего кислорода подают к месту реза отдельно от кислорода, идущего на образование горючей смеси для подогрева металла. Процесс сгорания разрезаемого металла распространяется на всю толщину, образующиеся окислы выдуваются из места реза струёй режущего кислорода.

    Металл, подвергаемый резке кислородом, должен удовлетворять следующим требованиям: температура воспламенения металла в кислороде должна быть ниже температуры его плавления; окислы металла должны иметь температуру плавления ниже, чем температура плавления самого металла, и обладать хорошей жидкотекучестью; металл не должен иметь высокой теплопроводности. Хорошо поддаются резке низкоуглеродистые стали.

    Для кислородной резки пригодны горючие газы и пары горючих жидкостей, дающие температуру пламени при сгорании в смеси с кислородом не менее 1800 гр. Цельсия. Особенно важную роль при резке имеет чистота кислорода. Для резки необходимо применять кислород с чистотой 98,5-99,5 %. С понижением чистоты кислорода очень сильно снижается производительность резки и увеличивается расход кислорода. Так при снижении чистоты с 99,5 до 97,5 % (т.е. на 2 %) – производительность снижается на 31 %, а расход кислорода увеличивается на 68,1 %.

    Технология кислородной резки. При разделительной резке поверхность разрезаемого металла должна быть очищена от ржавчины, окалины, масла и других загрязнений. Разделительную резку обычно начинают с края листа. Вначале металл разогревают подогревающим пламенем, а затем пускают режущую струю кислорода и равномерно передвигают резак по контуру реза. От поверхности металла резак должен находиться на таком расстоянии, чтобы металл нагревался восстановительной зоной пламени, отстоящей от ядра на 1,5-2 мм, т.е. наиболее высокотемпературной точкой пламени подогрева. Для резки тонких листов (толщиной не более 8-10 мм) применяют пакетную резку. При этом листы плотно укладывают один на другой и сжимают струбцинами, однако, значительные воздушные зазоры между листами в пакете ухудшают резку.

    На машинах МТР “Кристалл” применяется резак “Эффект-М”. Особенность резака – наличие штуцера для сжатого воздуха, который, пройдя через внутреннюю полость кожуха, истекает через кольцевой зазор над мундштуком и создает колоколообразную завесу, что локализует распространение продуктов сгорания и защищает элементы конструкции машины от перегрева.

    Параметры режимов резки низкоуглеродистой стали приведены ниже в таблице 1:

    1. Толщина разрезаемого металла
    5. Давление кислорода
    6. Скорость резки
    7. Расход кислорода
    8. Расход пропана
    9. Ширина реза
    10. Расстояние до листа

    Воздушно-плазменная резка

    Процесс плазменной резки основан на использовании воздушно-плазменной дуги постоянного тока прямого действия (электрод-катод, разрезаемый металл – анод). Сущность процесса заключается в местном расплавлении и выдувании расплавленного металла с образованием полости реза при перемещении плазменного резака относительно разрезаемого металла.

    Для возбуждения рабочей дуги (электрод – разрезаемый металл), с помощью осциллятора зажигается вспомогательная дуга между электродом и соплом – так называемая дежурная дуга, которая выдувается из сопла пусковым воздухом в виде факела длиной 20-40 мм. Ток дежурной дуги 25 или 40-60 А, в зависимости от источника плазменной дуги. При касании факела дежурной дуги металла возникает режущая дуга – рабочая, и включается повышенный расход воздуха; дежурная дуга при этом автоматически отключается.

    Применение способа воздушно-плазменной резки, при котором в качестве плазмообразующего газа используется сжатый воздух, открывает широкие возможности при раскрое низкоуглеродистых и легированных сталей, а также цветных металлов и их сплавов

    Преимущества воздушно-плазменной резки по сравнению с механизированной кислородной и плазменной резкой в инертных газах следующие: простота процесса резки; применение недорогого плазмообразующего газа – воздуха; высокая чистота реза (при обработке углеродистых и низколегированных сталей); пониженная степень деформации; более устойчивый процесс, чем резка в водородосодержащих смесях.


    Рис. 1 Схема подключения плазмотрона к аппарату.


    Рис. 2 Фазы образования рабочей дуги
    а – зарождение дежурной дуги; б – выдувание дежурной дуги из сопла до касания с поверхностью разрезаемого листа;
    в – появление рабочей (режущей) дуги и проникновение через рез металла.

    Читайте также:
    Сварочный преобразователь его строение и назначение

    Технология воздушно-плазменной резки. Для обеспечения нормального процесса необходим рациональный выбор параметров режима. Параметрами режима являются: диаметр сопла, сила тока, напряжение дуги, скорость резки, расстояние между торцом сопла и изделием и расход воздуха. Форма и размеры соплового канала обуславливают свойства и параметры дуги. С уменьшением диаметра и увеличением длины канала возрастают скорость потока плазмы, концентрация энергии в дуге, её напряжение и режущая способность. Срок службы сопла и катода зависят от интенсивности их охлаждения (водой или воздухом), рациональных энергетических, технологических параметров и величины расхода воздуха.

    При воздушно-плазменной резке сталей диапазон разрезаемых толщин может быть разделён на два – до 50 мм и выше. В первом диапазоне, когда необходима надёжность процесса при небольших скоростях резки, рекомендуемый ток 200-250 А. Увеличение силы тока до 300 А и выше приводит к возрастанию скорости резки в 1,5-2 раза. Повышение силы тока до 400 А не даёт существенного прироста скоростей резки металла толщиной до 50 мм. При резке металла толщиной более 50 мм следует применять силу тока от 400 А и выше. С увеличением толщины разрезаемого металла скорость резки быстро падает. Максимальные скорости резки и сила тока для различных материалов и толщины, выполненные на 400 амперной установке приведены в таблице ниже.

    Скорость воздушно-плазменной резки в зависимости от толщины металла: таблица 2

    Режимы. таблица 3

    Режимы воздушно-плазменной резки металлов. таблица 4


    Рис. 3 Области оптимальных режимов резки металлов для плазмотрона с воздушным охлаждением (ток 40А и 60А)


    Рис. 4 Области оптимальных режимов для плазмотрона с воздушным охлаждением (ток 90А).


    Рис. 5 Зависимость выбора диаметра сопла от тока плазмы.


    Рис. 6 Рекомендуемые токи для пробивки отверстия.

    Скорость воздушно-плазменной резки, по сравнению с газокислородной, возрастает в 2-3 раза (см. Рис. 7).


    Рис. 7 Скорость резки углеродистой стали в зависимости от толщины металла и мощности дуги.
    Пологая нижняя линия – газокислородная резка.

    При воздушно-плазменной резке меди рекомендуется применять силу тока 400 А и выше. Замечено, что при резке меди с использованием воздуха во всём диапазоне толщины и токов образуется легко удаляемый грат.

    Хорошего качества реза при резке алюминия, с использованием воздуха в качестве плазмообразующего газа, удаётся достигнуть лишь для небольших толщин (до 30 мм) на токах 200 А. Удаление грата с листов большой толщины затруднительно. Воздушно-плазменная резка алюминия может быть рекомендована лишь как разделительная при заготовке деталей, требующих последующей механической обработки. Припуск на обработку допускается не менее 3 мм.

    ПЛАЗМЕННАЯ РЕЗКА:

    СУЩНОСТЬ СПОСОБА

    Плазма – ионизированный газ, содержащий электрически заряженные частицы и способный проводить ток. Ионизация газа происходит при его нагреве. Степень ионизации тем выше, чем выше температура газа. В центральной части сварочной дуги газ нагрет до температур 5000 . 30 000 °С, имеет высокую электропроводность, ярко светится и представляет собой типичную плазму. Плазменную струю, используемую для сварки и резки, получают в специальных плазмотронах, в которых нагревание газа и его ионизация осуществляются дуговым разрядом в специальных камерах.

    Процесс плазменной резки основан на использовании воздушно-плазменной дуги постоянного тока прямого действия (электрод-катод, разрезаемый металл – анод). Сущность процесса заключается в местном расплавлении и выдувании расплавленного металла с образованием полости реза при перемещении плазменного резака относительно разрезаемого металла.

    Для возбуждения рабочей дуги (электрод – разрезаемый металл), с помощью осциллятора зажигается вспомогательная дуга между электродом и соплом – так называемая дежурная дуга, которая выдувается из сопла пусковым воздухом в виде факела длиной 20-40 мм. Ток дежурной дуги 25 или 40-60 А, в зависимости от источника плазменной дуги. При касании факела дежурной дуги металла возникает режущая дуга – рабочая, и включается повышенный расход воздуха; дежурная дуга при этом автоматически отключается.

    Применение способа воздушно-плазменной резки, при котором в качестве плазмообразующего газа используется сжатый воздух, открывает широкие возможности при раскрое низкоуглеродистых и легированных сталей, а также цветных металлов и их сплавов.

    Преимущества воздушно-плазменной резки по сравнению с механизированной кислородной и плазменной резкой в инертных газах следующие:
    – простота процесса резки; применение недорогого плазмообразующего газа – воздуха;
    – высокая чистота реза (при обработке углеродистых и низколегированных сталей);
    – пониженная степень деформации;
    – более устойчивый процесс, чем резка в водородосодержащих смесях.

    Рис. 1
    Конструкция плазмотронов с аксиальной (а) (прямого действия) и тангенциальной (б) (косвенного действия) подачей газа

    Вдуваемый в камеру газ (рис. 1), сжимая столб дуги в канале сопла плазмотрона и охлаждая его поверхностные слои, повышает температуру столба. В результате струя проходящего газа, нагреваясь до высоких температур, ионизируется и приобретает свойства плазмы. Увеличение при нагреве объема газа в 50 . 100 и более раз приводит к истечению плазмы с высокими околозвуковыми скоростями. Плазменная струя легко расплавляет любой металл.

    На практике находят применение два основных способа включения плазменных горелок (см. рис. 1). В первом – дуговой разряд существует между стержневым катодом, размещенным внутри горелки по ее оси и нагреваемым изделием (плазменная струя прямого действия). Такие плазмотроны имеют кпд выше, так как мощность, затрачиваемая на нагрев металла, складывается из мощности, выделяющейся в анодной области, и мощности, передаваемой аноду струей плазмы.

    Во втором – дуга горит между катодом и соплом, которое подключается к положительному полюсу источника питания (плазменная струя косвенного действия). Струей газа, истекающей из сопла, часть плазмы столба дуги сжимается и выносится за пределы плазмотрона. Тепловая энергия этой плазмы, складывающаяся из кинетической и потенциальной энергий ее частиц, используется для нагрева и плавления обрабатываемых изделий. В большинстве случаев общая и удельная тепловые энергии невелики, поэтому такие плазмотроны используют для сварки тонких изделий в микроплазменных установках для пайки и обработки неметаллов, так как изделие не обязательно должно быть электропроводным.

    Читайте также:
    Сварка алюминия постоянным током в среде аргона

    Для надежной стабилизации дуги и оттеснения ее от стенок сопла применяют осевую или тангенциальную подачу газа (см. рис. 1). Для устранения турбулентностей в осесимметричных потоках их формируют с помощью специальных конструкций сопл и вкладышей.

    В дуговых процессах с неплавящимся электродом изменение силы тока при изменении напряжения дуги приводит к неравномерности глубины проплавления металла и нарушению стабильности процесса. Поэтому при плазменно-дуговой сварке оптимальными внешними характеристиками источника питания являются крутопадающие или даже вертикальные характеристики, позволяющие значительно изменять напряжение при постоянстве силы тока. Источники питания с вертикальными характеристиками появились сравнительно недавно, применительно к плазменно-дуговым процессам.

    Существует специальное оборудование для ручной и механизированной плазменно-дуговой сварки, наплавки и резки. Оно отличается от ранее описанных сварочных устройств конструкцией горелки-плазмотрона. Существует множество горелок, отличающихся конструкцией катода (стержневой, полый, дисковый), способом охлаждения (водой, воздухом), способом стабилизации дуги (газом, водой, магнитным полем), родом тока, составом плазмообразующей среды и т.д.

    С увеличением скорости истечения плазменной струи нарушается ламинарность потока. Кроме того в засопловом участке степень обжатия столба дуги уменьшается. В связи с этим в последние годы получают все большее распространение горелки с вторичным фокусирующим и защитным потоком газа (рис. 2). Газ подается под углом к оси горелки и как бы омывает столб дуги, интенсивно охлаждая его, благодаря чему при удалении от сопла несколько уменьшается диаметр столба дуги. При этом высокая концентрация плазменного потока достигается при сравнительно малой скорости истечения. Такие горелки, называемые иглоплазменными или микроплазменными, позволяют получить остроконечную плазменную дугу в области малых токов (0,5 . 30 А).

    Дуговая плазменная струя – интенсивный источник теплоты с широким диапазоном технологических свойств. Ее можно использовать для нагрева, сварки или резки как электропроводных металлов, так и неэлектропроводных материалов, таких как стекло, керамика и др.

    Тепловая эффективность дуговой плазменной струи зависит от силы сварочного тока и напряжения, состава, расхода и скорости истечения плазмообразующего газа, расстояния от сопла до поверхности изделия, скорости перемещения горелки (скорости сварки или резки) и т.д. Геометрическая форма струи может быть также различной (квадратной, круглой и т.д.) и определяться формой выходного отверстия сопла.

    ТЕХНИКА СВАРКИ

    Питание дуги, как правило, осуществляется переменным или постоянным током прямой полярности (минус на электроде). Возбуждают дугу с помощью осциллятора. Для облегчения возбуждения дуги прямого действия используют дежурную дугу, горящую между электродом и соплом горелки. Для питания плазмообразующей дуги используются источники сварочного тока с рабочим напряжением до 120 В, а в которых случаях и более высоким; для питания плазмотрона, используемого для резки, оптимально напряжение холостого хода источника питания до 300 В.

    Плазменной струей можно сваривать практически все металлы в нижнем и вертикальном положениях. В качестве плазмообразующих газов используют аргон, азот, смесь аргона с азотом и водородом, углекислый газ и воздух (в основном для резки). В качестве электрода применяют вольфрамовые стержни или специальные медные со вставками из гафния или циркония.

    К преимуществам плазменной сварки относятся высокая производительность, малая чувствительность к колебаниям длины дуги, устранение включений вольфрама в металле шва. Без скоса кромок можно сваривать металл толщиной до 15 мм с образованием провара специфической формы. Это объясняется образованием сквозного отверстия в основном металле, через которое плазменная струя выходит на обратную сторону изделия. Расплавляемый в передней части сварочной ванны металл давлением плазмы перемещается вдоль стенок сварочной ванны в ее хвостовую часть, где кристаллизуется, образуя шов. По существу, процесс представляет собой прорезание изделия с заваркой места резки.

    Плазменной струей можно сваривать стыковые и угловые швы. Стыковые соединения на металле толщиной до 2 мм можно сваривать с отбортовкой кромок, при толщине свыше 10 мм рекомендуется делать скос кромок. В случае необходимости используют дополнительный металл. Для сварки металла толщиной до 1 мм успешно используют микроплазменную сварку струей косвенного действия, в которой сила сварочного тока равна 0,1 . 10 А.

    Резка плазменной струей основана на расплавлении металла в месте реза и его выдувании потоком плазмы. Плазменную струю используют для резки металла толщиной от долей до десятков миллиметров. Для резки металла малой толщины используют плазменную струю косвенного действия. При повышенной толщине металла лучшие результаты достигаются при плазменной струе прямого действия. При резке даже углеродистых сталей во многих случаях она более экономична, чем газокислородная, ввиду высокой скорости и лучшего качества реза.

    В зависимости от металла в качестве плазмообразующих газов можно использовать азот, водород, аргоно-водородные, аргоно-азотные, азото-водородные смеси. Использование для резки смесей газов, содержащих двухатомные газы, энергетически более эффективно. Диссоциируя, двухатомный газ поглощает много теплоты, которая выделяется на холодной поверхности реза при объединении свободных атомов в молекулу. В последнее время, когда появилась возможность использовать водоохлаждаемые циркониевые и гафниевые электроды, в качестве режущего газа стали использовать и воздух. Сварку и резку можно выполнять вручную и автоматически.

    Скорость воздушно-плазменной резки в зависимости от толщины металла.

    Максимальная скорость резки (м/мин) металла в зависимости от его толщины, мм

    Режимы плазменной резки

    Вопросы, рассмотренные в материале:

    • Почему так важно настраивать режимы плазменной резки
    • Как правильно выбрать режим плазменной резки металла
    • На что влияет ток при настройке режима плазменной резки
    • Что еще нужно учесть при настройке режима плазменной резки
    • Типичные ошибки оператора при выборе режима плазменной резки
    Читайте также:
    Сварка нержавеющей стали полуавтоматом

    Режимы плазменной резки настраиваются в зависимости от толщины и свойств обрабатываемого металла. От правильной настройки зависит не только качество реза, но также расход газа, сохранность металлообрабатывающего оборудования.

    Ошибки при выборе режима плазменной резки могут привести к образованию двойной дуги, разрушающей сопло. Рез может быть неравномерным, расширяясь к низу, или выполняться неточно. Есть определенные правила выбора режимов резки, которые помогут избежать типичных ошибок при выполнении данного вида работ.

    Почему так важно настраивать режимы плазменной резки перед началом работ

    Работа начинается с запуска розжига. В момент включения энергетический источник, а таковым может быть инвертор или трансформатор, пускает высокочастотный ток в плазмотрон. Под его воздействием внутри последнего образуется дежурная дуга с температурой от +6 000 до +8 000 °С. Возникает она между наконечником сопла и электродом, поскольку первоначально получить дугу между электродом и поверхностью изделия очень сложно. Дежурная же дуга полностью заполняет собой канал.

    После появления дежурной дуги камера начинает заполняться сжатым воздухом. Он проходит по патрубку, попадая на электрическую дугу, нагревается и быстро расширяется, становясь в 50–100 раз больше, чем ранее. Кроме того, ионизируясь, воздух теряет диэлектрические, а приобретает токопроводящие свойства.

    Сопло плазмотрона сужается вниз и тем самым формирует струю воздуха, которая на выходе имеет скорость 2-3 м/с и температуру от +25 000 до +30 000 °С. Получившийся горячий ионизированный воздух и представляет собой плазму, электропроводность которой и обрабатываемого материала примерно равны.

    Рекомендуем статьи по металлообработке

    Дежурная дуга гаснет в момент появления режущей (рабочей), которая возникает от соприкосновения плазмы с поверхностью заготовки. Затем происходит локальный нагрев обрабатываемого материала режущей дугой в месте разреза, плавление металла и появление линии реза. Поверхность заготовки покрывается частицами жидкого материала, сдуваемого струей воздуха, поступающей из сопла.

    Одним из основных параметров резки плазмой является зазор факела. От расстояния между обрабатываемой заготовкой и соплом зависит несколько факторов:

    • насколько устойчивой и плотной будет дуга;
    • перпендикулярность краев заготовки.

    Оптимальным, согласно документам по эксплуатации оборудования, называется расстояние от 1,5 до 10 мм. При следовании рекомендациям края реза должны получаться без дефектов. Последствиями уменьшения зазора будут выгорание сопла и электрода. Именно вследствие этого специалисты рекомендуют использовать модели аппаратов, снабженные специальным датчиком контроля, который помогает удерживать требуемые параметры.

    Скорость работы напрямую влияет на качество выполнения работ. Идеальным считается вариант, когда угол между верхним и нижним краем реза на заготовке составляет ≤ 5°.

    Обязательно надо помнить следующее:

    • низкая скорость работы способствует излишнему расходу газа, образующего плазму, и созданию шлака, который требуется убирать;
    • превышение скорости приводит к волнистости линии среза, при этом образующийся шлак плохо отделяется.

    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.

    На что влияет ток при настройке режима плазменной резки

    Ток рабочей дуги следует делать минимально необходимым для требуемой производительности работ. Таким образом минимизируется расход используемых сопел, электродов, энергии.

    Опытным путем выяснено, что часто возникают ситуации, когда на выбранный оператором ток влияет установленная в организации система оплаты труда. То есть в случае, когда оплата происходит исходя из расхода электродов, сопел и пр., работник стремится к оптимальному использованию режима обработки.

    В случае же, когда оплата не привязана к расходу, а зависит от выработки (количества произведенных изделий), работник, увеличивая производительность, тратит больше электродов, сопел, энергии, а также времени, которое расходуется на замену в плазмотроне запасных частей.

    Помимо этого, стоит помнить о снижении стойкости электрода при величине тока > 350 А. Частая смена сопел и электродов ведет к уменьшению производительности, а также повышению изнашиваемости держателя в плазмотроне. Поэтому специалисты не советуют увеличивать ток, даже если заготовка имеет большую толщину.

    Читайте также:
    Устройство забора из сетки рабицы своими руками

    Что еще нужно учесть при настройке режима плазменной резки

    Необходимо помнить, что канал сопла имеет высоту, которая определяет, насколько упадет напряжение в плазмотроне. Если холостой ход энергетического источника происходит при низком напряжении, то высокий канал сопла будет способствовать ограничению толщины разрезаемого материала.

    Два цикла горения дуги определяют расход сжатого воздуха, поступающего в плазмотрон. Это:

    • создание и горение дежурной дуги;
    • горение основной (режущей) дуги на металл.

    В процессе горения дежурной дуги необходимо контролировать расход сжатого воздуха таким образом, чтобы происходило стабильное зажигание пламени и его выдув из сопла. Причина в двух особенностях: большой расход воздуха приводит к уменьшению стабильности зажигания дуги, а малый расход – к невыдуванию факела из сопла.

    В ходе горения режущей дуги оптимальный расход сжатого воздуха должен способствовать ее стабилизации внутри сопла, а также быстрому и качественному удалению жидкого материала из разреза. Нельзя забывать, что увеличенный расход газа ведет к уменьшению времени службы катодов в плазмотроне примерно в два, а иногда и в три раза.

    При обработке материалов, чья толщина находится в пределах от 8 до 10 см, необходимо обращать повышенное внимание на равномерность прорезания заготовки по всей ее толщине. В качестве превентивной меры рекомендуется делать по краю канавку от 5 до 10 мм глубиной. Получить ее можно двумя способами: снизив скорость обработки, а также вертикально перемещая плазмотрон, расположенный под определенным от торца углом. При дальнейшей работе дуга будет стабилизироваться краями разреза. По завершении работы с канавкой следует начать резку, а затем можно увеличить скорость.

    При работе с заготовками толщиной более 10 см необходимо снизить обжатие дуги. Это будет способствовать недопущению обрыва дуги, а также даст возможность пятну анода двигаться по всей глубине реза. Для этого производят следующие действия: в сопле плазматрона на 1-2 мм делают меньше длину канала; в отверстии сопла увеличивают диаметр на 1-2 мм; расходование газа для образования плазмы уменьшают на 20–30 %.

    При резке заготовок с толщиной более 1-1,5 см работник должен обращать особое внимание на пробивание дырок для вырезания замкнутого контура. Избежать попадания частиц расплавленного материала на плазмотрон можно с помощью увеличения расстояния между обрабатываемым материалом и соплом в момент перехода дуги на материал. Оборудование, предназначенное для тепловой обработки, предусматривает так называемый «подскок». Как только образуется сквозное отверстие, плазмотрон необходимо опустить.

    Аппаратура с механизмом, двигающим плазматрон, может пробивать заготовки толщиной менее 6–8 см. После того как произойдет возбуждение дуги, плазмотрон поднимается на расстояние 1,5–2,5 см от заготовки, а затем, медленно опускаясь, передвигается по линии разреза. Это дает возможность частицам расплавленного материала стекать по появляющейся канавке и не попадать на плазмотрон.

    Типичные ошибки оператора при выборе режима плазменной резки

    Расходные материалы для резки плазмой выбираются в зависимости от обрабатываемого материала (нержавеющая сталь, обычная сталь, латунь и пр.), толщины заготовки, тока дуги, который выставляется на оборудовании, газов (как защитного, так и образующего плазму) и пр.

    У работника (оператора) оборудования имеется специальное руководство, где обозначены расходные материалы, предлагаемые к использованию при различных режимах обработки.

    Режимы плазменной резки и настройки отражены в инструкциях по применению, которые необходимо обязательно соблюдать.

    Электроды и сопла следует использовать только соответствующие выбранному режиму обработки, в противном случае значительно ухудшается качество резки и увеличивается количество используемых расходников. Важно проводить резку плазмой с использованием того тока дуги, для которого созданы применяемые расходники.

    Примером может стать плазменная обработка металла на 100 А резаком, рассчитанным на 40 А. Этого делать не стоит! Наилучшие результаты достигаются, когда значение тока на оборудовании составляет 95 % от номинального, для которого создавалось сопло.

    В случае использования режима обработки с излишне низким током дуги рез зашлаковывается, а на обороте заготовки образуется избыток грата. Таким образом, получаемый рез будет иметь низкое качество. При слишком высоком токе, выставленном на аппарате плазменной обработки, время службы сопла уменьшается, причем значительно.

    Ежедневной проверки требуют давление газа, образующего плазму, и его расход, а также жидкости, предназначенной для охлаждения. При недостаточном расходе части аппарата плохо охлаждаются, что сокращает время их эксплуатации. Охлаждающая жидкость может поступать в недостаточном количестве по причине износа насоса и фильтров, забитых отходами. Недостаток охлаждения является частой причиной поломок оборудования.

    Для качественности реза и поддержки дуги необходимо следить за ровным давлением газа, образующего плазму. При чрезмерном давлении газа затруднен розжиг дуги. Это происходит даже при соблюдении остальных требований к настройке оборудования, процессу обработке и параметрам работы.

    Излишне высокое давление газа, образующего плазму, приводит к порче электродов. Очистка газа от примесей перед его применением обязательна. Причина – ускоренный расход материалов и выход из строя самого плазмотрона. Оборудование для подачи воздуха (компрессор) в аппарат часто загрязняется влагой, различными маслами, а также частицами грязи, пыли.

    Почему следует обращаться именно к нам

    Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

    Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

    • цветные металлы;
    • чугун;
    • нержавеющую сталь.

    При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

    Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

    Читайте также:
    Термостойкая краска по металлу своими руками

    Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

    Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

    Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

    Технология и выбор параметров режима плазменной резки

    Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек – в наличии на складе!
    Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

    Сварочные экраны и защитные шторки – в наличии на складе!
    Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
    Доставка по всей России!

    Материалы

    Рабочие плазмообразующие среды должны обеспечивать:

    • эффективное формирование режущей дуги
    • получение высококачественных кромок реза
    • эффективную передачу разрезаемому металлу тепловой энергии, заимствованной в столбе дуги
    • длительную работу формирующих элементов плазмотрона
    • получение дополнительной энергии для резки за счет экзотермических реакций
    • экономичность и безопасность работы.

    Рабочие среды наиболее широко используются в виде технических газов: азота, аргона, водорода, кислорода, сжатого воздуха и др.

    Рабочую среду выбирают с учетом ее свойств (табл. 27.3) и свойств обрабатываемого материала. Инертные газы обеспечивают получение наиболее чистых поверхностей реза, что особенно важно для резки цветных металлов. Двухатомные газы улучшают передачу энергии дуги разрезаемому металлу за счет механизма диссоциации — рекомбинации. Кислородсодержащие среды повышают энергетическую эффективность резки металлов, экзотермически реагирующих с кислородом, что обеспечивает для них наиболее высокую производительность резки.

    Наибольшее применение в РФ получила резка на основе использования плазмы кислородсодержащего сжатого воздуха (воздушно-плазменная резка). Области рационального использования сред указаны в табл. 27.4.

    Перспективно использование интенсифицирующих плазмообразующих сред. При воздушно-плазменной резке обогащение воздуха кислородом обеспечивает повышение производительности резки сталей без увеличения затрат энергии и способствует улучшению качества металла на кромках. Подача воды в плазменную дугу также улучшает качество заготовок из сталей и способствует повышению скорости резки. Если к плазмообразующему воздуху добавлять углеводороды, заметно возрастает скорость резки меди и ее сплавов и существенно улучшается качество заготовок.

    Выбор параметров режима

    Технологический процесс плазменной резки включает в себя следующие операции: врезание (с кромки листа или, при необходимости, с пробивки исходного отверстия), резку прямолинейных и криволинейных участков заданного контура и завершение реза. Основной операцией является прямолинейная резка заготовок с вертикальными кромками.

    В составе назначаемых режимов и условий резки указывают рабочую плазмообразующую среду, рабочий ток, диаметр и длину сопла, расход рабочей среды, расстояние от рабочего торца плазмотрона до поверхности металла, а также рабочее напряжение дуги и скорость резки.

    Ток I, напряжение U, тепловой к. п. д. η дуги, удельный вес γ, толщина δ, энтальпия плавления S разрезаемого металла, ширина реза b определяют скорость резки:

    W = 0,24IUη/γbδS. (27.2)

    При резке стали δ=1 см, γ = 7,8 г/см 3 , S= 13,06 кДж/г током I=300 А при U = 180 В с η = 0,3 и b=0,4 см W=4 см/с, или 2,4 м/мин. При резке в окислительных средах реакция окисления повышает скорость. При заданном режиме скорость резки можно регулировать (рис. 27.2).

    Максимально возможная скорость резки на прямолинейных участках ограничивается уровнем, выше которого не достигается сквозное прорезание металла (рис. 27.2, а). При скорости ниже этого уровня металл прорезается полностью (рис.27.2, б), но качество резки характеризуется большой неперпендикулярностью кромок, шероховатостью поверхностей, большой глубиной литого участка зоны термического влияния и т. д.

    С ограничением скорости резки (рис. 27.2, в, г) качество заготовок повышается, хотя затраты энергии и материалов возрастают, производительность резки снижается. При скоростях резки ниже максимальных в 1,5—2,5 раза (рис. 27.2, д) кромки реза становятся параллельными между собой и перпендикулярными к поверхности листа, шероховатость становится минимальной и вырезаемая заготовка по большей части может быть использована без дополнительной механической обработки. При дальнейшем снижении скорости резки (рис. 27.2, е) процесс и качество заготовок теряют стабильность, что неприемлемо.

    Ориентировочные режимы и условия резки (для машинной прямолинейной резки) приведены в табл. 27.5, 27.6. Скорость резки на криволинейных участках (с малыми радиусами кривизны) понижают на 30—50 % во избежание искажения формы кромок в результате отставания режущей струи (аналогично газопламенной кислородной резке). Аналогично снижают скорость резки при завершении реза с целью сквозного прорезания металла на концевом участке у нижних кромок.

    Если резку начинают на поверхности листа, начальное отверстие в металле пробивают вне контура детали (на отходе). При механизированной резке пробивку производят в движении машины с приподниманием и последующим опусканием плазмотрона. Пробивка производится при скорости движения машины меньшей против заданной в 1,5—2 раза.

    Врезание с кромки металла или начального отверстия при толщине металла 20—30 мм не требует специальных приемов и регулировки скорости. Контроль полноты прорезания можно вести наблюдая за отклонением от вертикали факела режущей струи на выходе из листа. Вначале врезания ось и передняя граница факела отклоняются в сторону, противоположную резке, но при правильно установленной скорости передняя граница факела вскоре занимает вертикальное положение или близкое к нему. Такое положение в процессе резки свидетельствует о рациональной скорости. При слишком малой скорости весь факел ориентируется по вертикали, а его передняя граница неустойчива и отклоняется в направлении движения резака.

    Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    gmnu-nazarovo.ru
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: