Порядок работы ручной плазменной резки. Автомат: принцип работы

Плазменная резка позволяет разрезать металл, но не резцом — этот агрегат имеет струю плазмы.

Суть работы плазморезки такова: между соплом, электродом или разрезаемым материалом образовывается электрическая дуга.

Из сопла выходит газ, он преобразовывается в плазму после воздействия электричеством.

Металл разрезается плазмой, температура которой может достигать 30 тыс. градусов.

В статье подробно рассмотрена технология плазменной резки металла, принцип ее работы и некоторые нюансы.

Резка металла с помощью плазмы бывает нескольких видов.

Это зависит от того, в какой среде происходит процесс:

• Простой - при разрезании используется электрический ток, воздух, иногда вместо воздуха применяют азот. При таком способе длина электрической дуги ограничивается. Если толщина листа несколько миллиметров, то параллельность поверхностей можно сравнить с лазерной резкой. Данный параметр можно соблюсти, разрезая металл, толщина которого 10 мм. Такой способ применяется при разрезании низколегированной или мягкой стали. Кислород применяют в качестве режущего элемента. Кромка после разреза остается ровной, заусенцы не образовываются. Кроме этого, в обработанной кромке металла содержится пониженное содержание азота;
• С применением защитного газа - в качестве такого газа используются защитный, плазмообразующий. С применением такой резки качество разрезания металла увеличивается, так как срез защищен от воздействия окружающей среды;
• С водой - вода во время разрезания металла защищает срез от влияния окружающей среды, охлаждает плазмотрон, все вредные испарения поглощаются водой.

Плазменная резка может быть разделительной, поверхностной. Чаще всего применяют разделительную резку.

Также разделяют резку по способам: дугой - при разрезании металла материал является частью электроцепи и струей - при разрезании металл не является частью электроцепи, дуга образовывается между электродами.

Преимущества резки плазмой

Плазменная резка имеет свои плюсы перед лазерной резкой:

• плазморезкой можно обработать любой металл: цветной, черный, тугоплавкий;
• скорость разрезания проходит быстрее, чем работа газовой резкой;
• плазморезкой доступна художественная работа - заготовки можно делать любой геометрической формы, доступна фигурная резка повышенной сложности, художественная резка металла плазмой и деталей;
• независимо от того, какова толщина разрезаемого металла, можно разрезать заготовку быстро, точно;
• плазморезкой можно разрезать не только металл, но и материалы, не содержащие в своем составе железа;
• разрезание материалов с помощью плазмы проходит гораздо эффективнее, быстрее, чем обычная резка механическим способом;
• в сравнении с лазерной резкой, плазморезка способна обрабатывать листы материала большой ширины, под углом. Изделия получаются с наименьшим количеством дефектов, загрязнений;
• при работе в воздух выбрасывается минимальное количество загрязняющих веществ;
• перед тем, как разрезать металл, его не нужно прогревать, таким образом сокращается время прожига;
• безопасность во время плазменной резки на высоком уровне, так как нет необходимости использовать газовые баллоны, которые очень взрывоопасны.

Наряду с преимуществами плазморезка имеет некоторые недостатки:

• высокая стоимость плазмотрона;
• толщина металла, который можно разрезать плазмотроном, не должна быть более 10 см;
• во время работы агрегат издает большой шум, так как газ подается на высокой скорости, близкой к скорости звука;
• плазмотрон необходимо правильно обслуживать;
• к плазмотрону нельзя прикрепить резаки, чтобы металл обрабатывать вручную.

Принцип действия плазмотрона

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

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

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

Пример действия плазморезки можно посмотреть на видео.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Аппарат крайне травматичен для человека — высокое напряжение, нагрев, расплавленный материал.

Перед тем как приступать к работе, важно внимательно изучить схемы аппарата, осмотреть сопло, электрод, щиток на предмет закрепления.

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

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

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

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

Технология работы плазморезкой

Перед тем как начать разрезание плазмой, стоит знать, как проходит весь процесс. В отличие от лазерной резки, горелку плазмы стоит разместить близко к краю материала.

После включения кнопки «пуск» будет зажжена сначала дежурная дуга, потом режущая. Горелку с режущей дугой необходимо медленно вести по материалу.

Причин можно отметить несколько: высокая скорость прохождения аппарата, низкий ток, горелка не находилась под углом в 90 гр. к разрезаемому металлу. Как правильно установить угол резки, показано на видео.

После завершения процесса, горелку нужно наклонить, как показывают схемы. Стоит помнить, что после выключения пуска, воздух будет идти еще какое-то время.

Проплавить полностью металл плазморезка сможет в тот момент, когда наклон составит 90 градусов и выше.

После включения аппарата — дождаться появления режущей дуги, создать между горелкой и материалом прямой угол. Так любая фигурная конструкция может получить отверстие.

При работе с плазморезкой стоит изучить схемы аппарата - в них указана наибольшая толщина металла, в котором можно сделать отверстие. Технология плазменной резки подробно показана на видео.

Как выбрать плазмотрон?

Чтобы производить резку металла плазморезкой своими руками, важно купить оборудование.

Резка с помощью плазмы может производиться двумя видами плазморезки:

1. Инвенторная - имеет компактные размеры, для ее работы необходимо малое количество энергии, аппарат легкий с привлекательным дизайном. В то же время у него непродолжительное включение, перепады напряжения негативно скажутся на аппарате;
2. Трансформаторная - высокая длительность включения, если напряжение будет скакать, плазморезка не выходит из строя. Размер, вес агрегата достаточно большие, энергии такая плазморезка также потребляет много.

При выборе плазмотрона для резки своими руками, рекомендуется обратить внимание на параметры.

Такая плазморезка сможет максимально удовлетворить потребности мастера и выполнить работу.

Мощность

В зависимости от того, каковы характеристики изделия, которое необходимо разрезать, выбирается мощность. Будет отличаться и размер сопла, тип газа.

Так, при мощности 60-90А плазморезка сможет справиться с металлом толщиной 30 мм.

Если необходимо разрезать большую толщину, то рекомендуется купить плазморезку с мощностью 90-170А.

Выбирая агрегат, учтите силу тока, напряжение, которое он сможет выдержать.

Время, скорость разрезания материала

Этот показатель меряют в см, которые аппарат сможет разрезать за 1 минуту. Одни плазморезки смогут разрезать металл за 1 минуту, а другие за 5.

При этом толщина материала будет одинаковая.

Если важно сократить время на резку, то стоит учесть скорость разрезания.
Аппараты отличаются временем работы - длительность разрезания металла, не перегреваясь.

Если указано, что длительность работы составляет 70 процентов, то это значит, что плазморезка будет работать 7 минут, после чего 3 минуты она должна остывать.

Если необходимо сделать длинные разрезы, то рекомендуется выбирать агрегаты с высокой продолжительностью работы.

Горелка плазморезки

Стоит оценить материал, который придется разрезать. Горелка плазморезки должна обладать мощностью, чтобы качественно его разрезать.

При этом стоит учесть, что условия работы могут быть сложными, резка - интенсивной.

Считается, что агрегаты с медным соплом очень прочные, почти не бьются, охлаждаются воздухом очень быстро.

На рукоятки таких плазморезок можно закрепить дополнительные элементы, поддерживающие наконечник сопла на определенном расстоянии. Это во много раз облегчает работу.

Если плазморезкой будет проводиться разрезание тонкого металла, то можно выбрать агрегат, в горелку которого поступает воздух.

Если планируется плазменная резка толстого металла, нужно предпочесть плазмотрон, в горелку которого будет подаваться азот.

Внешние характеристики

При плазморезке своими руками чаще всего выбирают переносные плазморезки, которые отличаются компактными размерами.

Ими не сложно управлять, не имея достаточного опыта, доступна фигурная резка.

Стационарные агрегаты имеют большой вес, предназначены для разрезания более толстых материалов, их цена соответственно будет больше.

В последнее время использование плазменного потока для раскроя материалов набирает все большую популярность. Еще более расширяет сферу использования данной технологии появление на рынке ручных аппаратов, с помощью которых выполняется плазменная резка металла.

Суть плазменной резки

Плазменная резка предполагает локальный нагрев металла в зоне разделения и его дальнейшее плавление. Такой значительный нагрев обеспечивается за счет использования струи плазмы, формируют которую при помощи специального оборудования. Технология получения высокотемпературной плазменной струи выглядит следующим образом.

• Изначально формируется электрическая дуга, которая зажигается между электродом аппарата и его соплом либо между электродом и разрезаемым металлом. Температура такой дуги составляет 5000 градусов.
• После этого в сопло оборудования подается газ, который повышает температуру дуги уже до 20000 градусов.
• При взаимодействии с электрической дугой газ ионизируется, что и приводит к его преобразованию в струю плазмы, температура которой составляет уже 30000 градусов.

Полученная плазменная струя характеризуется ярким свечением, высокой электропроводностью и скоростью выхода из сопла оборудования (500–1500 м/с). Такая струя локально разогревает и расплавляет металл в зоне обработки, затем осуществляется его резка, что хорошо видно даже на видео такого процесса.

В специальных установках для получения плазменной струи могут использоваться различные газы. В их число входят:

• обычный воздух;
• технический кислород;
• азот;
• водород;
• аргон;
• пар, полученный при кипении воды.

Технология резки металла с использованием плазмы предполагает охлаждение сопла оборудования и удаление частичек расплавленного материала из зоны обработки. Обеспечивается выполнение этих требований за счет потока газа или жидкости, подаваемых в зону, где осуществляется резка. Характеристики плазменной струи, формируемой на специальном оборудовании, позволяют произвести с ее помощью резку деталей из металла, толщина которых доходит до 200 мм.

Аппараты плазменной резки успешно используются на предприятиях различных отраслей промышленности. С их помощью успешно выполняется резка не только деталей из металла, но и изделий из пластика и натурального камня. Благодаря таким уникальным возможностям и своей универсальности, данное оборудование находит широкое применение на машиностроительных и судостроительных заводах, в рекламных и ремонтных предприятиях, в коммунальной сфере. Огромным преимуществом использования таких установок является еще и то, что они позволяют получать очень ровный, тонкий и точный рез, что является важным требованием во многих ситуациях.

Оборудование для плазменной резки

На современном рынке предлагаются аппараты, с помощью которых выполняется резка металла с использованием плазмы, двух основных типов:

• аппараты косвенного действия - резка выполняется бесконтактным способом;
• аппараты прямого действия - резка контактным способом.

Оборудование первого типа, в котором дуга зажигается между электродом и соплом резака, используется для обработки неметаллических изделий. Такие установки преимущественно применяются на различных предприятиях, вы не встретите их в мастерской домашнего умельца или в гараже ремонтника.

В аппаратах второго типа электрическая дуга зажигается между электродом и непосредственно деталью, которая, естественно, может быть только из металла. Благодаря тому, что рабочий газ в таких устройствах нагревается и ионизируется на всем промежутке (между электродом и деталью), струя плазмы в них отличается более высокой мощностью. Именно такое оборудование может использоваться для выполнения ручной плазменной резки.

Любой аппарат плазменной резки, работающий по контактному принципу, состоит из стандартного набора комплектующих:

• источника питания;
• плазмотрона;
• кабелей и шлангов, с помощью которых выполняется соединение плазмотрона с источником питания и источником подачи рабочего газа;
• газового баллона или компрессора для получения струи воздуха требуемой скорости и давления.

Главным элементом всех подобных устройств является плазмотрон, именно он отличает такое оборудование от обычного сварочного. Плазмотроны или плазменные резаки состоят из следующих элементов:

• рабочего сопла;
• электрода;
• изолирующего элемента, который отличается высокой термостойкостью.

Основное назначение плазмотрона состоит в том, чтобы преобразовать энергию электрической дуги в тепловую энергию плазмы. Газ или воздушно-газовая смесь, выходящие из сопла плазмотрона через отверстие небольшого диаметра, проходят через цилиндрическую камеру, в которой зафиксирован электрод. Именно сопло плазменного резака обеспечивает требуемую скорость движения и форму потока рабочего газа, и, соответственно, самой плазмы. Все манипуляции с таким резаком выполняются вручную: оператором оборудования.

Учитывая тот факт, что держать плазменный резак оператору приходится на весу, бывает очень сложно обеспечить высокое качество раскроя металла. Нередко детали, для получения которых была использована ручная плазменная резка, имеют края с неровностями, следами наплыва и рывков. Для того чтобы избежать подобных недостатков, применяют различные приспособления: подставки и упоры, позволяющие обеспечить ровное движение плазмотрона по линии раскроя, а также постоянство зазора между соплом и поверхностью разрезаемой детали.

В качестве рабочего и охлаждающего газа при использовании ручного оборудования может использоваться воздух или азот. Такая воздушно-газовая струя, кроме того, применяется и для выдува расплавленного металла из зоны реза. При использовании воздуха он подается от компрессора, а азот поступает из газового баллона.

Необходимые источники питания

Несмотря на то что все источники питания для плазменных резаков работают от сети переменного тока, часть из них может преобразовывать его в постоянный, а другие - усиливать его. Но более высоким КПД обладают те аппараты, которые работают на постоянном токе. Установки, работающие на переменном токе, применяются для резки металлов с относительно невысокой температурой плавления, к примеру, алюминия и сплавов на его основе.

В тех случаях, когда не требуется слишком высокая мощность плазменной струи, в качестве источников питания могут использоваться обычные инверторы. Именно такие устройства, отличающиеся высоким КПД и обеспечивающие высокую стабильность горения электрической дуги, используются для оснащения небольших производств и домашних мастерских. Конечно, разрезать деталь из металла значительной толщины с помощью плазмотрона, питаемого от инвертора, не получится, но для решения многих задач он подходит оптимально. Большим преимуществом инверторов является и их компактные габариты, благодаря чему их можно легко переносить с собой и использовать для выполнения работ в труднодоступных местах.

Более высокой мощностью обладают источники питания трансформаторного типа, с использованием которых может осуществляться как ручная, так и механизированная резка металла с использованием струи плазмы. Такое оборудование отличается не только высокой мощностью, но и более высокой надежностью. Им не страшны скачки напряжения, от которых другие устройства могут выйти из строя.

У любого источника питания есть такая важная характеристика, как продолжительность включения (ПВ). У трансформаторных источников питания ПВ составляет 100%, это означает, что их можно использовать целый рабочий день, без перерыва на остывание и отдых. Но, конечно, есть у таких источников питания и недостатки, наиболее значимым из которых является их высокое энергопотребление.

Как выполняется ручная плазменная резка?

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

) струи плазмы называется плазменной резкой. Поток плазмы образуется в результате обдува газом сжатой электрической дуги. Газ при том нагревается и ионизируется (распадается на отрицательно и положительно заряженные частицы). Температура плазменного потока составляет около 15 тысяч градусов по Цельсию.

Виды и способы резки при помощи плазмы

Резка плазмой бывает:

• поверхностная;
• разделительная.

На практике широкое применение нашла разделительная плазменная резка. Поверхностная резка используется крайне редко.

Само резание осуществляется двумя способами:

• плазменной дугой. При резании стали этим способом разрезаемый металл включается в электрическую цепь. Дуга образуется между вольфрамовым электродом резака и изделием.

• плазменной струей. Дуга возникает в резаке между двумя электродами. Разрезаемое изделие в электрическую цепь не включается.

Плазменная резка превосходит по производительности кислородную. Но если режется материал большой толщины или титан, то предпочтение надо отдавать кислородной резке. Плазменная резка незаменима при резании (особенно ).

Виды газов, применяемых для плазменного резания.

Для образования плазмы используются газы:

• активные – кислород, воздух. Применяются при резке черных металлов
• неактивные – азот, аргон, . Применяются при резке цветных металлов и сплавов.

1. Сжатый воздух. Используется для резки:

• меди и ее сплавов – при толщине до 60 mm;
• алюминия и его сплавов – при толщине до 70 mm;
• стали – при толщине до 60 mm.

1. Азот с аргоном. Применяется для резки:

• высоколегированной стали толщиной до 50 mm.

Применять эту газовую смесь для резания меди, алюминия, и черной стали не рекомендуется;

1. Чистый азот. Используется для резания (h=толщина материала):

• меди h равной до 20 mm;
• латуни h равной до 90 mm;
• алюминия и его сплавов h равной до 20 mm;
• высоколегированных сталей h равной до 75 mm, низколегированных и низкоуглеродистых — h равной до 30 mm;
• титана – любой толщины.

1. Азот с водородом. Применяется для резки:

• меди и ее сплавов средних толщин (до 100 mm);
• алюминия и сплавов средних толщин – до 100 mm.

Азотоводородная смесь непригодна для резки любых сталей и титана.

1. Аргон с водородом. Применяется при резке:

• Меди, алюминия и сплавов на их основе толщиной от 100 мм и выше;
• Высоколегированной стали толщиной до 100 мм.

Для резки углеродистых, низкоуглеродистых и низколегированных сталей, а также для титана аргон с водородом применять не рекомендуется.

Оборудование для плазменной резки: виды и краткая характеристика.

Для механизации плазменной резки созданы полуавтоматы и машины переносные различных модификаций.

1. могут работать как с активными, так и с неактивными газами. Толщина разрезаемого материала колеблется от 60 до 120 мм.

• Расход газа:

1. воздух – от 2 до 5 м куб/час;
2. аргон – 3 м куб/час;
3. водород – 1 м куб/час;
4. азот – 6 м куб/час.

• Скорость перемещения – от 0,04 до 4 м/мин.
• Рабочее давление газа – до 0,03 МПа.
• Вес полуавтоматов составляет 1,785 – 0,9 кг в зависимости от модификации.

2. Переносные машины используют сжатый воздух.

• Толщина разрезаемого материала – не более 40 мм.
• Расход сжатого воздуха – от 6 до 50 м куб/час;
• Охлаждение плазмотронов – водой или воздухом.
• Скорость перемещения – от 0,05 до 4 м/мин.
• Рабочее давление газа – до 0,4 – 0,6 МПа.
• Вес переносных машин – до 1,8 кг в зависимости от модификации.
• Плазмотроны, охлаждаемые водой, могут эксплуатироваться только при плюсовых температурах окружающей среды.
• Полуавтоматы и переносные машины пригодны для промышленного использования.

Для ручной резки выпускаются два комплекта:

• КДП-1 с плазмотроном РДП-1;
• КДП-2 с плазмотроном РДП-2.

Аппарат КДП-1 используется для резки алюминия (до 80 мм), нержавеющих и высоколегированных сталей (до 60 мм) и меди (до 30 мм).

Максимальный рабочий ток – 400 А.

Максимальное напряжение холостого хода источника питания – 180 В.

Плазмотрон РДП-1 работает с азотом, аргоном или смеси этих газов с водородом.

Охлаждается плазмотрон РДП-1 водой, потому его можно использовать при температуре выше 0 градусов Цельсия.

Аппарат КДП-2 уступает первому по мощности дуги (всего 30 кВт). Преимущество этой модели в том, что охлаждение плазмотрона РДП-2 осуществляется воздухом. В результате комплект может быть использован на открытом воздухе при любой температуре окружающего воздуха.

Комплектность аппаратов ручной резки:

• режущий плазмотрон;
• кабель-шланговый пакет;
• коллектор;
• зажигалка для возбуждения режущей дуги.

Комплекты для ручной плазменной резки выпускаются беспультовыми. Такое конструктивное решение рационально для выполнения ограниченного объема работ с загрузкой оборудования не более чем на 40 – 50%. Но на время работы их приходится доукомплектовывать сварочными выпрямителями и преобразователями.

При том не следует забывать, что с точки зрения техники безопасности для ручной резки допускается величина напряжения холостого хода источника питания не более 180 В.

Плазменная резка металлов выполненная своими руками: некоторые тонкости процесса.

• Началом процесса резания металлов считается момент возбуждения плазменной дуги. Начав резку, необходимо поддерживать постоянное расстояние между соплом плазмотрона и поверхностью материала. Оно должно быть от 3 до 15 мм.
• Необходимо стремиться к тому, чтобы в процессе работы ток был минимальным, потому что при увеличении силы тока и расхода воздуха снижается ресурс работы сопла плазмотрона и электрода. Но при этом уровень тока должен обеспечивать оптимальную производительность резки.
• Наиболее сложной операцией является пробивка отверстий. Сложность заключается в возможном образовании двойной дуги и выходе из строя плазмотрона. Потому при пробивке плазмотрон должен быть поднят над поверхностью металла на 20 – 25 мм. Опускается плазмотрон в рабочее положение только после того, как металл будет пробит насквозь. При пробивке отверстий в листах большой толщины специалисты рекомендуют использовать защитные экраны с отверстиями диаметром 10-20 мм. Экраны помещаются между изделием и плазмотроном.
• Для ручной резки высоколегированных сталей в качестве плазмосодержащего газа применяется азот.
• При ручной резке алюминия с применением аргоноводородной смеси содержание водорода не должно превышать 20% для повышения стабильности горения дуги.
• Резку меди выполняют с использованием водородосодержащих смесей. А вот латунь требует азота или азотоводородной смеси. При этом резка латуни происходит на 20% быстрее, чем меди.
• После резки медь обязательно зачищают на глубину 1-1,5 мм. Для латуни это требование не является обязательным.

Резка металлов необходима во множестве технологических процессов. Почти всегда механическая обработка начинается с раскраивания и резки материала. Одним из наиболее удобных и экономичных способов является плазменная резка металла. Она позволяет получать заготовки любой формы, которые почти не требуют последующей обработки.

Принцип работы

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

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

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

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

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

Оборудование для резки плазмой

Для резки металла плазмой выпускаются аппараты промышленного и бытового назначения. Все агрегаты для резки плазмой имеют в своём составе:

• источник питания;
• плазмотрон;
• компрессор для нагнетания сжатого газа;
• кабели и шланги, служащие для соединения элементов оборудования.

Источник питания может представлять собой инвертор или трансформатор. Инверторные агрегаты лёгкие, экономичные, обладают высоким коэффициентом полезного действия. Их часто применяют в небольших производствах. Имеют ограничение по силе тока - 70 А, способны резать материал только небольшой толщины до 30 мм.

Трансформаторные устройства более мощные, имеют больший вес и размеры. Они более устойчивы к перепадам напряжений, способны к долгой непрерывной работе и часто используются в станках с ЧПУ. Оборудование с системой водяного охлаждения способно резать металл толщиной до 100 мм. Источники питания для резки с применением кислорода имеют силу тока в диапазоне 100-400 А. При использовании азота, как плазмообразующего газа, этот диапазон увеличивается до 600 А.

Плазмотрон - это основной узел всех установок. В его состав входит:

• внутренний электрод;
• рабочее сопло;
• изолирующий корпус с охлаждением;
• устройство подачи плазмообразующего вещества.

В зависимости от условий обработки применяют разные газы для плазменной резки. Для сталей и сплавов применяют кислород и воздух. Воздушно-плазменная резка используется для обработки низколегированных сталей. При обработке цветных металлов плазмообразующими газами могут быть аргон, азот, водород. Это обусловлено тем, что в среде кислорода цветные металлы начинают окисляться. Смесь аргона с водородом чаще используется для резки нержавеющей стали и алюминия.

Температура потока газа находится в пределах 5000-30000 °C. При нижних значениях температур обрабатываются цветные металлы, при верхних - тугоплавкие стали.

Скорость потока находится в пределах 500-1500 м/с. Настройка производится в зависимости от толщины, характеристик обрабатываемого материала и длительности работы.

Обработка в ручном режиме

Перед началом работы инвертор или трансформатор подключают к сети переменного тока. Обрабатываемую деталь подсоединяют к источнику питания. Следующий этап - сближение сопла и заготовки. Между ними должно оставаться 40 мм. После этого можно зажигать дежурную дугу. Когда дуга загорается, в сопло подаётся воздушный поток, который ионизируется и формирует струю плазмы.

При работах с плазморезом необходимо соблюдать правила техники безопасности. Нужно использовать специальный костюм и защитный лицевой щиток. Температуры при плазморезке достигают тысяч градусов, и для человека это может быть опасно. Поэтому надо стремиться автоматизировать процесс.

Достоинства и недостатки плазменной обработки

Работа агрегатов плазморезки часто внедряется в различные технологические процессы, связанные с раскроем и резкой металлических и неметаллических материалов. Это обусловлено наличием следующих преимуществ технологии раскроя с помощью плазменной дуги:

Но у метода плазменного раскроя есть и недостатки. К ним относятся:

Несмотря на эти недостатки, плазмотроны находят себе всё большее применение и на крупных предприятиях, и в маленьких домашних мастерских. Использование плазменной резки ускоряет обработку легированных сталей, а точность линии реза и способность вырезать криволинейные фигуры делают плазморезы незаменимыми во многих производственных процессах.

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

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

Что представляет собой плазменная резка

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

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

Принцип плазменной резки металла основывается на:

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

В результате получается разрез небольшой толщины с минимальными наплывами.

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

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

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

Структура плазмореза

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

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

В качестве источников питания выступают несколько устройств:

• инвертор;
• трансформатор.

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

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

Какие есть недостатки и ограничения?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Методики резки

На практике используются два способа нарезания металла плазмой:

• струей из плазмы;
• плазменно-дуговым способом.

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

Применение плазменно-дугового способа широко. Он используется при:

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

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

Разновидности резки плазмой

Выделяют три разновидности процесса:

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

Плюсы и минусы плазморезки