Резка плазменной струей. Недостатки, которыми обладает плазменный способ

Плазменная резка широко используется в различных отраслях промышленности: машиностроении, судостроении, изготовлении рекламы, коммунальной сфере, изготовлении металлоконструкций и в других отраслях. К тому же, в частной мастерской плазморез тоже может пригодиться. Ведь с помощью него можно быстро и качественно разрезать любой токопроводящий материал, а также некоторые нетокопроводящие материалы - пластик, камень и дерево. Разрезать трубы, листовой металл, выполнить фигурный рез или изготовить деталь можно просто, быстро и удобно с помощью технологии плазменной резки. Рез выполняется высокотемпературной плазменной дугой, для создания которой нужен лишь источник тока, резак и воздух. Чтобы работа с плазморезом давалась легко, а рез получался красивым и ровным, не мешает узнать принцип работы плазмореза, который даст базовое понятие, как можно управлять процессом резки.

Аппарат под названием «плазморез» состоит из нескольких элементов: источника питания , плазменного резака/плазмотрона , воздушного компрессора и кабель-шлангового пакета.

Источник питания для плазмореза подает на плазмотрон определенную силу тока. Может представлять собой трансформатор или инвертор.

Трансформаторы более увесисты, потребляют больше энергии, но зато менее чувствительны к перепадам напряжения, и с помощью них можно разрезать заготовки большей толщины.

Инверторы легче, дешевле, экономнее в плане энергопотребления, но при этом позволяют разрезать заготовки меньшей толщины. Поэтому их используют на маленьких производствах и в частных мастерских. Также КПД инверторных плазморезов на 30 % больше, чем у трансформаторных, у них стабильнее горит дуга. Пригождаются они и для работы в труднодоступных местах.

Плазмотрон или как его еще называют «плазменный резак» является главным элементом плазмореза. В некоторых источниках можно встретить упоминание плазмотрона в таком контексте, что можно подумать будто «плазмотрон» и «плазморез» идентичные понятия. На самом деле это не так: плазмотрон - это непосредственно резак, с помощью которого разрезается заготовка.

Основными элементами плазменного резака/плазмотрона являются сопло , электрод , охладитель/изолятор между ними и канал для подачи сжатого воздуха.

Схема плазмореза наглядно демонстрирует расположение всех элементов плазмореза.

Внутри корпуса плазмотрона находится электрод , который служит для возбуждения электрической дуги. Он может быть изготовлен из гафния, циркония, бериллия или тория. Эти металлы приемлемы для воздушно-плазменной резки потому, что в процессе работы на их поверхности образуются тугоплавкие оксиды, препятствующие разрушению электрода. Тем не менее, используют не все эти металлы, потому что оксиды некоторых из них могут нанести вред здоровью оператора. Например, оксид тория - токсичен, а оксид бериллия - радиоактивен. Поэтому самым распространенным металлом для изготовления электродов плазмотрона является гафний. Реже - другие металлы.

Сопло плазмотрона обжимает и формирует плазменную струю, которая вырывается из выходного канала и разрезает заготовку. От размера сопла зависят возможности и характеристики плазмореза, а также технология работы с ним. Зависимость такая: от диаметра сопла зависит, какой объем воздуха может через него пройти за единицу времени, а от объема воздуха зависят ширина реза, скорость охлаждения и скорость работы плазмотрона. Чаще всего сопло плазмотрона имеет диаметр 3 мм. Длина сопла тоже важный параметр: чем длиннее сопло, тем аккуратнее и качественнее рез. Но с этим надо быть поаккуратнее. Слишком длинное сопло быстрее разрушается.

Компрессор для плазмореза необходим для подачи воздуха. Технология плазменной резки подразумевает использование газов: плазмообразующих и защитных. В аппаратах плазменной резки, рассчитанных на силу тока до 200 А, используется только сжатый воздух, и для создания плазмы, и для охлаждения. Такого аппарата достаточно для разрезания заготовок 50 мм толщиной. Промышленный станок плазменной резки использует другие газы - гелий, аргон, кислород, водород, азот, а также их смеси.

Кабель-шланговый пакет соединяет источник питания, компрессор и плазмотрон. По электрическому кабелю подается ток от трансформатора или инвертора для возбуждения электрической дуги, а по шлангу идет сжатый воздух, который необходим для образования плазмы внутри плазмотрона. Более детально, что именно происходит в плазмотроне, расскажем ниже.

Как только нажимается кнопка розжига, источник питания (трансформатор или инвертор) начинает подавать на плазмотрон токи высокой частоты. В результате внутри плазмотрона возникает дежурная электрическая дуга, температура которой 6000 - 8000 °С. Дежурная дуга зажигается между электродом и наконечником сопла по той причине, что образование дуги между электродом и обрабатываемой заготовкой сразу - затруднительно. Столб дежурной дуги заполняет весь канал.

После возникновения дежурной дуги в камеру начинает поступать сжатый воздух. Он вырывается из патрубка, проходит через электрическую дугу, вследствие чего нагревается и увеличивается в объеме в 50 - 100 раз. Помимо этого воздух ионизируется и перестает быть диэлектриком, приобретая токопроводящие свойства.

Суженное к низу сопло плазмотрона обжимает воздух, формирует из него поток, который со скоростью 2 - 3 м/с вырывается из сопла. Температура воздуха в этот момент может достигать 25000 - 30000 °С. Именно этот высокотемпературный ионизированный воздух и является в данном случае плазмой. Ее электропроводимость примерно равна электропроводимости металла, который обрабатывается.

В тот момент, когда плазма вырывается из сопла и соприкасается с поверхностью обрабатываемого металла, зажигается режущая дуга, а дежурная дуга гаснет. Режущая/рабочая дуга разогревает обрабатываемую заготовку в месте реза - локально. Металл плавится, появляется рез. На поверхности разрезаемого металла появляются частички расплавленного только что металла, которые сдуваются с нее потоком воздуха, вырывающегося из сопла. Это самая простая технология плазменной резки металла.

Катодное пятно плазменной дуги должно располагаться строго по центру электрода/катода. Чтобы это обеспечить, используется так называемая вихревая или тангенциальная подача сжатого воздуха. Если вихревая подача нарушена, то катодное пятно смещается относительно центра электрода вместе с плазменной дугой. Это может привести к неприятным последствиям: плазменная дуга будет гореть нестабильно, может образовываться две дуги одновременно, а в худшем случае - плазмотрон может выйти из строя.

Если увеличить расход воздуха, то скорость плазменного потока увеличится, также увеличится и скорость резки. Если же увеличить диаметр сопла, то скорость уменьшится и увеличится ширина реза. Скорость плазменного потока примерно равна 800 м/с при токе 250 А.

Скорость реза - тоже важный параметр. Чем она больше, тем тоньше рез. Если скорость маленькая, то ширина реза увеличивается. Если увеличивается сила тока, происходит то же самое - ширина реза увеличивается. Все эти тонкости относятся уже непосредственно к технологии работы с плазморезом.

Параметры плазмореза

Все аппараты плазменной резки можно разделить на две категории: ручные плазморезы и аппараты машинной резки.

Ручные плазморезы используются в быту, на маленьких производствах и в частных мастерских для изготовления и обработки деталей. Основная их особенность в том, что плазмотрон держит в руках оператор, он ведет резак по линии будущего реза, держа его на весу. В итоге рез получается хоть и ровным, но не идеальным. Да и производительность такой технологии маленькая. Чтобы рез получился более ровным, без наплывов и окалины, для ведения плазмотрона используется специальный упор, который одевается на сопло. Упор прижимается к поверхности обрабатываемой заготовки и остается только вести резак, не переживая за то, соблюдается ли необходимое расстояние между заготовкой и соплом.

На ручной плазморез цена зависит от его характеристик: максимальной силы тока, толщины обрабатываемой заготовки и универсальности. Например, существуют модели, которые можно использовать не только для резки металлов, но и для сварки. Их можно отличить по маркировке:

• CUT - разрезание;
• TIG - аргонодуговая сварка;
• MMA - дуговая сварка штучным электродом.

Например, плазморез FoxWeld Plasma 43 Multi совмещает все перечисленные функции. Его стоимость 530 - 550 у.е. Характеристики, касающиеся плазменной резки: сила тока - 60 А, толщина заготовки - до 11 мм.

Кстати, сила тока и толщина заготовки - основные параметры, по которым подбирается плазморез. И они взаимосвязаны.

Чем больше сила тока, тем сильнее плазменная дуга, которая быстрее расплавляет металл. Выбирая плазморез для конкретных нужд, необходимо точно знать, какой металл придется обрабатывать и какой толщины. В приведенной ниже таблице указано, какая сила тока нужна для разрезания 1 мм металла. Обратите внимание, что для обработки цветных металлов требуется большая сила тока. Учтите это, когда будете смотреть на характеристики плазмореза в магазине, на аппарате указана толщина заготовки из черного металла. Если вы планируете резать медь или другой цветной металл, лучше рассчитайте необходимую силу тока самостоятельно.

Например, если требуется разрезать медь толщиной 2 мм, то необходимо 6 А умножить на 2 мм, получим плазморез с силой тока 12 А. Если требуется разрезать сталь толщиной 2 мм, то умножаем 4 А на 2 мм, получаем силу тока 8 А. Только берите аппарат плазменной резки с запасом, так как указанные характеристики являются максимальными, а не номинальными. На них можно работать только непродолжительное время.

Станок с ЧПУ плазменной резки используется на производственных предприятиях для изготовления деталей или обработки заготовок. ЧПУ означает числовое программное управление. Станок работает по заданной программе с минимальным участием оператора, что максимально исключает человеческий фактор на производстве и увеличивает производительность в разы. Качество реза машинным аппаратом идеально, не требуется дополнительная обработка кромок. А самое главное - фигурные резы и исключительная точность. Достаточно ввести в программу схему реза и аппарат может выполнить любую замысловатую фигуру с идеальной точностью. На станок плазменной резки цена значительно выше, чем на ручной плазморез. Во-первых, используется большой трансформатор. Во-вторых, специальный стол, портал и направляющие. В зависимости от сложности и размеров аппарата цена может быть от 3000 у.е. до 20000 у.е.

Аппараты машинной плазменной резки используют для охлаждения воду, поэтому могут работать всю смену без перерыва. Так называемый ПВ (продолжительность включения) равен 100 %. Хотя у ручных аппаратов он может быть и 40 %, что означает следующее: 4 минуты плазморез работает, а 6 минут ему необходимо для того, чтобы остыть.

Наиболее разумно будет приобрести плазморез готовый, заводского исполнения. В таких аппаратах все учтено, отрегулировано и работает максимально идеально. Но некоторые умельцы «Кулибины» умудряются смастерить плазморез своими руками. Результаты получаются не очень удовлетворительными, так как качество реза хромает. В качестве примера приведем урезанный вариант, как можно сделать плазморез самостоятельно. Сразу оговоримся, что схема далека от идеала и лишь дает общее понятие процесса.

Итак, трансформатор для плазмореза должен быть с падающей ВАХ.

Пример на фото: первичная обмотка - снизу, вторичная - сверху. Напряжение - 260 В. Сечение обмотки - 45 мм2, каждая шина 6 мм2. Если установить силу тока на 40 А напряжение падает до 100 В. У дросселя также сечение 40 мм2, наматывался той же шиной, всего около 250 витков.

Для работы нужен воздушный компрессор, естественно, заводского исполнения. В данном случае использовался агрегат производительностью 350 л/мин.

Самодельный плазморез - схема работы .

Плазмотрон лучше приобрести заводской, он обойдется примерно в 150 - 200 у.е. В данном примере плазмотрон изготавливался самостоятельно: медное сопло (5 у.е.) и гафниевый электрод (3 у.е.), остальное «кустарщина». За счет чего расходники быстро вышли из строя.

Схема работает так: на резаке находится кнопка пуск, при ее нажатии реле (р1) подает на блок управления напряжение, реле (р2) подает напряжение на трансформатор, затем пускает воздух для продувки плазмотрона. Воздух осушает камеру плазмотрона от возможного конденсата и выдувает все лишнее, на это у него есть 2 - 3 секунды. Именно с такой задержкой срабатывает реле (р3), которое подает питание на электрод для поджига дуги. Затем включается осциллятор, который ионизирует пространство между электродом и соплом, как результат загорается дежурная дуга. Далее плазмотрон подносится к изделию и загорается режущая/рабочая дуга между электродом и заготовкой. Реле геркона отключает сопло и поджиг. Согласно данной схеме, если режущая дуга внезапно погаснет, например, если сопло попало в отверстие в металле, то реле геркона снова подключит поджиг и спустя несколько секунд (2 - 3) загорится дежурная дуга, а затем режущая. Все это при условии, что кнопка «пуск» не отпускается. Реле (р4) пускает воздух в сопло с задержкой, после того, как отпустили кнопку «пуск» и режущая дуга погасла. Все эти предосторожности необходимы для того, чтобы продлить ресурс сопла и электрода.

Самостоятельное изготовление плазмореза в «домашних» условиях дает возможность изрядно сэкономить, но о качестве реза говорить не приходится. Хотя если за работу возьмется инженер, то результат может быть даже лучше заводского исполнения.

Станок плазменной резки с ЧПУ может позволить себе не каждое предприятие, ведь его стоимость может достигать 15000 - 20000 у.е. Довольно часто такие организации заказывают выполнение работ плазменной резки на специальных предприятиях, но это тоже обходится недешево, особенно если объемы работ большие. Но ведь так хочется свой новый станок плазменной резки, а средств не хватает.

Помимо известных профильных заводов есть предприятия, которые занимаются производством станков плазменной резки, закупая лишь профильные детали и узлы, а все остальное изготавливают самостоятельно. В качестве примера мы расскажем, как делают станки плазменной резки с ЧПУ инженеры в производственном цеху.

Составляющие станка плазменной резки своими руками:

• Стол 1270х2540 мм;
• Ременная передача;
• Шаговые детали;
• Линейные направляющие HIWIN;
• Система, управляющая высотой факела THC;
• Блок управления;
• Стойка-терминал, в котором находится блок управления ЧПУ, стоит отдельно.

Характеристики станка :

• Скорость перемещения по столу 15 м/мин;
• Точность установки позиции плазмотрона 0,125 мм;
• Если использовать аппарат Powermax 65, то скорость реза будет 40 м/мин для 6 мм заготовки или 5 м/мин для заготовки толщиной 19 мм.

На подобный станок плазменной резки металла цена будет около 13000 у.е., не включая источник плазмы, который придется приобрести отдельно - 900 у.е.

Для изготовления такого станка комплектующие заказываются отдельно, а затем все собирается самостоятельно по такой схеме:

• Готовится основание для сварки стола, оно должно быть строго горизонтальным, это очень важно, лучше проверить уровнем.
• Сваривается рама станка в виде стола. Можно использовать трубы квадратного сечения. Вертикальные «ноги» необходимо усилить укосинами.

• Рама покрывается грунтовкой и краской, чтобы защитить от коррозии.

• Изготавливаются опоры для станка. Материал опор - дюраль, болты 14 мм, гайки лучше приварить к болтам.

• Сваривается водяной стол.

• Устанавливаются крепления для реек и ставятся рейки. Для реек используется металл в виде полосы 40 мм.
• Устанавливаются линейные направляющие.
• Корпус стола зашивается листовым железом и окрашивается.
• Устанавливается портал на направляющие.

• На портал устанавливается двигатель и концевые индуктивные датчики.
• Устанавливаются рельсовые направляющие, зубчастая рейка и двигатель оси Y.

• Устанавливаются направляющие и двигатель на оси Z.
• Устанавливается датчик поверхности металла.

• Устанавливается кран для слива воды из стола, ограничители для портала, чтобы не съехал со стола.
• Устанавливаются кабель-каналы Y,Z и X.

• Все провода прячутся в гофру.
• Устанавливается механизированная горелка.

• Далее изготавливается терминал с ЧПУ. Сначала сваривается корпус.
• В корпус терминала с ЧПУ устанавливается монитор, клавиатура, модуль ТНС и кнопки к нему.

Все, станок плазменной резки с ЧПУ готов.

Несмотря на то, что плазморез имеет достаточно простое устройство, все же не стоит браться за его изготовление без серьезных познаний в сварочном деле и большого опыта. Новичку проще заплатить за готовое изделие. А вот инженеры, желающие воплотить свои знания и умения в домашних условиях, что называется «на коленке», могут попробовать создать плазморез своими руками от начала и до конца.

Что представляет собой аппарат

Устройство аппарата

Плазморез достаточно сложный аппарат, состоящий из нескольких основных узлов:

Плазмотрон

Этот элемент представляет собой плазменный резак, по сути, основной элемент аппарата, который образует плазму. Плазмотрон соединяется с другими элементами аппарата при помощи кабеля и шланга, по которому подается воздух и электрический ток.

Надо сказать, что резаки бывают двух типов:

• Прямого действия. Дуговой разряд появляется между металлической заготовкой и резаком. Именно такие плазмотроны применяются для работы с металлом;

• Косвенного. Дуговой разряд возникает внутри самого плазмотрона. Это позволяет использовать аппарат для резки неметаллических материалов.
  Плазмотрон содержит два основных элемента:
• Сопло. Эта деталь формирует плазменную струю. От ее диаметра и длины зависит скорость резки металла, размер реза и интенсивность охлаждения.
  Как правило, диаметр сопла не превышает 3 миллиметров, а длина составляет 9-12 миллиметров. Чем больше длина, тем качественнее рез, но меньше долговечность самого сопла. Поэтому оптимальный вариант, когда длина сопла в полтора раза больше его ширины;

• Электрод. Металлический стержень, как правило, выполненный из гафния. Электрод обеспечивает возбуждение электрической дуги для воздушноплазменной резки.

Источник питания

Задача источника питания заключается в подаче тока на плазмотрон. Источники питания бывают двух типов:

• Трансформатор . Увесистые и потребляют много энергии, но зато они менее чувствительные к перепадам температуры. Кроме того, толщина заготовки, которую способен перерезать аппарат, может достигать 40-50 мм;

• Инверторы . Более легкие, компактные и экономные в плане потребления энергии. Кроме того, инверторы обеспечивают более стабильную дугу.
  К минусам относится то, что их можно использовать для разрезки листов толщиной не более 30 миллиметров.

Компрессор

Для работы плазмореза необходим газ, которые обеспечивает образование плазмы и отвечает за охлаждение плазмотрона. Поэтому для подачи газа на сопло используется компрессор.

В аппаратах с силой тока не превышающей 200 А, в качестве газа используется воздух. Такой аппарат может разрезать заготовки толщиной до 50 миллиметров.

Промышленный станок с работает другими газами, такими как аргон, гелий, азот, водород и т.д.

Кабель-шланговый пакет

Как я уже говорил выше, данный элемент объединяет отдельные узлы аппарата в плазморез, т.е. по шлангу подается газ на сопло, а кабель обеспечивает подачу тока на электрод.

Принцип действия

Что такое плазма

С устройствами аппарата мы разобрались, теперь давайте рассмотрим, как работает аппарат плазменной резки, и что вообще означает слово «плазма». Итак, плазма - это разогретый до высокой температуры воздух или другой газ, находящийся в ионизированном состоянии. Температура нагрева может достигать 30000 градусов.

Принцип работы устройства следующий:

1. При нажатии кнопки розжига, на электрод подаются токи высокой частоты;
2. Между соплом и электродом образуется дежурная дуга, температура которой достигает 8000 градусов;
3. Затем происходит подача сжатого воздуха на сопло;
4. Воздух прорывается через дугу, в результате чего нагревается и увеличивается в объеме в сто раз. При этом происходит его ионизация, и воздух приобретает токопроводящие свойства;
5. При соприкосновении плазмы с заготовкой образуется режущая дуга, при этом дежурная дуга гаснет. В результате металл с легкостью разрезается, причем воздух выдувает его с линии реза.

Аппарат для плазменной резки можно сделать своими руками. Для этого обычно используют инвертор сварочного аппарата, однако можно выполнит устройство и «с нуля», воспользовавшись схемами, имеющимися в интернете.

Нюансы выбора

Выбирая плазморез, необходимо уделить внимание следующим моментам:

• Универсальность . Существуют аппараты, которые можно использовать не только для резки металла, но и для сварки штучным электродом, а также для аргонодуговой сварки.
  Правда, следует помнить, что универсальность обычно плохо сказывается на качестве выполняемых операций и производительности. Как правило, универсальный плазморез не может резать заготовки толщиной более 11 мм;
• Сила тока. Чем выше сила тока, тем сильней нагревается дуга, соответственно, быстрее выполняется плазморезка, а также увеличивается максимальная толщина детали, которую может перерезать данным способом.
  Поэтому предварительно нужно определиться для каких целей вам нужен плазморез, т.е. с какими деталями вам придется работать. Если вы будете резать сталь толщиной до 20 мм, достаточно будет аппарата с силой тока 20 А.
  Если толщина металла будет больше, соответственно, понадобится более мощный плазморез – с силой тока 40-60 А. У промышленных аппаратов сила тока может достигать 200 А и больше;

• Тип электросети . Бытовые аппараты плазменной резки могут работать от сети 220 В, но их сила тока, как правило, не превышает 40 А. Промышленные аппараты работают от сети 380 В;
• Продолжительность включения . Каждый плазморез имеет такую характеристику как ПВ, которая исчисляется в процентах. Этот показатель указывает время, которое аппарат может работать.
  Основу составляет рабочий цикл в 10 минут. Если ПВ, к примеру, 70%, значит плазморез может 7 минут работать, после чего 3 минуты должен остывать. Если показатель равен 40%, значит аппарат может работать не более 4 минут, после чего 6 минут должен остывать.
  Существуют аппараты с ПВ 100%, которые можно использовать беспрерывно. У них обычно реализовано водяное охлаждение;
• Компрессор . Плазморез может иметь встроенный или отдельный подключаемый компрессор. Для бытовых целей удобней аппараты со встроенным компрессором, но они маломощные.
  Если плазморез нужен для профессиональной работы, необходим отдельный компрессор. Главное требование к компрессору - обеспечение плазмотрона постоянным давлением воздуха, т.е. без пульсаций, причем воздух должен быть обязательно сухим. Кроме того, давление воздуха, создаваемое компрессором, обязательно должно соответствовать требованиям аппарата;

• Удобство . Плазморез должен иметь достаточную длину кабель-шлангового пакета. Если аппарат нужен для бытовых целей, желательно чтобы он был компактным и удобным для транспортировки.

Аппарат для плазменной резки необходимо приобретать с небольшим запасом по мощности - это увеличит его долговечность.

Краткий обзор моделей

Напоследок вкратце рассмотрим несколько аппаратов, которые получили положительные отзывы от пользователей. К таким относится:

• FoxWeld Plasma 33 Multi;
• TelWin Plasma 60 HF;
• Сварог;
• Ресанта ИПР-25;
• Горыныч.

FoxWeld Plasma 33 Multi

Данная модель представляет собой многофункциональный бытовой аппарат для плазменной резки, работающий от сети 220 В. Главная его особенность заключается в возможности использования в качестве сварочного аппарата для ручной дуговой сварки.

Максимальный ток резки этой модели составляет 30 А. Это позволяет ему перерезать сталь толщиной 8 мм.

Цена данного аппарата составляет 33000 рублей (цена актуальна на весну 2017 г.).

TelWin Plasma 60 HF

Эту модель можно отнести к промышленным, так как она обладает относительно высокой мощностью – сила тока составляет 60 А, к тому же он предназначен для работы от сети 380 В.

Аппарат может резать сталь толщиной до 20 мм. Кроме того, производитель обращает внимание на следующие преимущества модели:

• Наличие микропроцессора, управляющего многими параметрами аппарата;
• Возможность регулировки силы тока;
• Встроенный манометр позволяет следить за давлением воздуха.

Этот плазморез стоит 110 142 рубля.

Сварог CUT-40

Данная модель представляет собой мощный бытовой плазморез, сила тока которого достигает 40 А. Это позволяет ему резать сталь толщиной до 12 мм. ПВ на максимальном токе равняется 60 %, для бытовых аппаратов этот показатель достаточно высокий.

Следует отметить, что несмотря на славянское название «Сварог», данный аппарат производится в Китае. Но, несмотря на это, к его качеству и надежности у пользователей претензий нет.

Стоимость Сварог CUT-40 составляет 33000 рублей.

Ресанта ИПР-25

Ресанта - это еще один бытовой плазморез китайского производства с силой тока 25 А. Производитель утверждает, что этот «малыш» способен резать металл толщиной до 12 мм.

Еще одно достоинство данного аппарата заключается в его относительно низкой стоимости - цена составляет 28 900 рублей.

Горыныч

Горыныч представляет собой многофункциональный аппарат от отечественного производителя. Помимо плазменной резки ему доступна и электросварка.

Сила тока у Горыныча не большая 3–10 А, что позволяет ему резать металл толщиной до 8 мм. Главная его особенность, помимо многофункциональности, заключается в водяном охлаждении. Это позволяет аппарату беспрерывно работать 25 минут.

Кроме того, он очень компактен - вес устройства не превышает 0,7 кг. Цена находится в пределах 43 000 рублей.

Вывод

Теперь вы знаете, как устроен плазморез, и на что в первую очередь обращать внимание при его выборе. Дополнительно рекомендую просмотреть видео в этой статье. Если какие-то нюансы вам непонятны - пишите комментарии, и я с радостью вам отвечу.

Одним из популярных видов обработки металла является его резка. Существует множество способов получить требуемую форму из цельного листа, но в этом материале рассмотрим принцип работы плазменной резки.

Плазменная резка. Фактически – золотая середина. Преимущества резки металла плазмой сочетают в себе все перечисленные технологии. Главное достоинство – нет ограничений по типу обрабатываемого материала. Разве что по толщине.

• алюминиевые сплавы 120 мм
• медные сплавы 80 мм
• сталь 50 мм
• чугун 90 мм

Оборудование бывает разное – от промышленного до бытового, так что технология доступна всем. Рассмотрим ее подробнее.

Плазменная резка металла – принцип работы

В качестве резца выступает двухкомпонентная среда:

• Электрическая дуга, работающая по классической схеме – разряд между катодом и анодом. Причем в качестве анода может выступать сам материал, если он является проводником.
• Газовая дуга. Нагреваясь под воздействием электрической дуги (температура достигает 25000º С), газ ионизируется и превращается в проводник электротока.

Принцип работы плазменной резки подробно показан в этом видео.

В результате образуется плазма, которая подается под высоким давлением в зону реза. Эта раскаленная струя газа буквально испаряет металл, причем только в рабочей зоне. Несмотря на то, что температура плазменной резки измеряется десятками тысяч градусов, воздействия на пограничную зону практически нет.

Важно! Правильно выбранная скорость, позволяет получить очень узкий разрез без повреждения края материала.

Источник плазменной резки – плазмотрон.


Его задача зажечь дугу, поддерживать рабочую температуру, и выдуть из зоны реза расплавленный металл. Поскольку плазморезы предназначены для обработки любых твердых материалов, включая диэлектрики – образование электрической дуги производится двумя способами:


На рисунке а) изображены резак прямого действия. Катодный узел (8) вместе с закрепленным катодом (6) являются одним из электродов. В качестве второго электрода (анода) выступает обрабатываемая деталь (4) – металл, обладающий хорошей электропроводимостью.

К нему подводится питающий кабель плазмотрона. Наконечник плазменной резки (5) в данной схеме выполняет роль корпуса. От отделен от катода изолятором (7) . Газ подается внутрь по штуцеру (1) и формирует струю плазмы, состоящую из электрической (2) и газовой (3) дуги .

Для резки металлов используют несколько различных методов отличающихся друг от друга себестоимостью и эффективностью. Некоторые способы используются исключительно для промышленных целей другие также можно применять и в быту.

К последним относится плазменная резка металлов. Эффективность плазменного раскроя ограничивается опытом мастера и правильным выбором установки.

• Что такое плазменная резка металла?
• На чем основан принцип проведения работ?
• Какие сферы применения имеет этот способ раскроя материалов?

Основы резки металлов плазмой

Термическая плазменная обработка металлов зависит от параметров рабочей струи газа или жидкости, направленной под давлением на обрабатываемую поверхность. Для достижения необходимых результатов струю доводят до следующих характеристик:

• Скорость - струя направляется под высоким давлением на поверхность материала. Можно сказать, что плазменный раскрой металла основан на разогревании металла до температуры плавления и быстрого выдувания его. Рабочая скорость струи при этом составляет от 1,5 до 4 км в сек.
• Температура - для образования плазмы необходимо практически моментально разогреть воздух до 5000-30000°C. Высокая температура достигается благодаря созданию электрической дуги. При достижении необходимой температуры воздушный поток ионизируется и меняет свои свойства, приобретая электропроводность. Технология плазменной резки металла подразумевает использование систем нагнетания воздуха, а также осушителей, которые удаляют влагу.
• Наличие электрической цепи. Все о раскрое металла плазмой можно узнать только на практике. Но некоторые особенности необходимо учитывать еще до приобретения установки. Так, существуют плазмотроны косвенного и прямого воздействия. И если для вторых обязательно, чтобы обрабатываемый материал пропускал электричество и был включен в общую электрическую сеть (выступая в роли электрода), то для первых такой необходимости нет. Плазма для резки металла в таком случае получается с помощью встроенного электрода внутри держателя. Этот способ используют для металлов и других материалов, которые не проводят электричество.

Еще один важный момент, который следует учитывать, это то, что плазменная резка толстого металла практически не выполняется, так как это ведет к увеличенным материальным затратам и малоэффективно.

Характеристики и принцип резки металла плазмой

Так как процесс связан с моментальным разогревом разрезаемого материала до жидкого состояния, толщина металла при резке составляет:

• алюминий до 120 мм;
• медь 80 мм;
• углеродистая и легированная сталь до 50 мм;
• чугун до 90 мм.

Существуют два основных способа обработки материалов, от которых зависят характеристики плазменной резки. А именно:

1. Плазменно-дуговая - способ подходит для всех видов металла, которые в состоянии проводить электрический ток. Обычно плазменно-дуговую резку используют для промышленного оборудования. Суть способа сводится к тому, что плазма образовывается за счет дуги, которая появляется непосредственно между поверхностью обрабатываемого материала и плазмотроном.
2. Плазменно-струйная – в этом случае дуга возникает в самом плазмотроне. Плазменно-струйный вариант обработки более универсален, позволяет разрезать неметаллические материалы. Единственным недостатком является необходимость периодической замены электродов.

Плазменная резка металла работает как обычная дуговая, но без использования привычных электродов. Но эффективность способа обработки прямо пропорциональна толщине обрабатываемого материала.

Скорость и точность резки металла плазмой

От профессионализма мастера во многом зависит качество выполнения работ. Чистый и точный рез с минимальным отклонением от необходимых размеров может выполнить только работник с профильным образованием. Без соответствующей подготовки выполнить фигурную резку вряд ли получится.

Плазменная резка цветных металлов

Где применяется плазменный раскрой металла

Применение плазменной резки металла получило распространение в следующих сферах производства:

Применение станков с плазменной резкой не заменило ручных установок. Так художественная резка металла плазмой позволяет сделать уникальные детали точно соответствующие замыслу художника, для использования их в качестве декоративных украшений для заборов и лестниц, а также перил, ограждений и т. д.

Резка металла плазмой – преимущества и недостатки

• Высокая производительность и скорость обработки деталей. По сравнению с обычным электродным методом можно выполнить объемы работ от 4 до 10 раз больше.
• Экономичность - плазменный метод намного выигрывает на фоне стандартных способов обработки материалов. Единственные ограничения связанны с толщиной металла. Нецелесообразно и экономически невыгодно разрезать с помощью плазмы сталь толще 5 см.
• Точность - деформации от тепловой обработки практически незаметны и не требуют дополнительной обработки впоследствии.
• Безопасность.

Все эти преимущества плазменной резки металла объясняют, почему метод пользуется настолько широкой популярностью не только в промышленных, но и бытовых целях.

Но говоря о плюсах необходимо заметить и некоторые отрицательные стороны:

• Ограничения, связанные с толщиной реза. Даже у мощных установок максимальная плотность обрабатываемой поверхности не может быть выше, чем 80-100 мм.
• Жесткие требования относительно выполнения обработки деталей. От мастера требуется четко придерживаться угла наклона резака от 10 до 50 градусов. При несоблюдении этого требования нарушается качество реза, а также ускоряется износ комплектующих.

Сравнение плазменной и лазерной резки металла

Лазерные установки обеспечивают большую производительность и скорость обработки деталей, при этом после выполнения операции наблюдается меньший процент оплавленности. Минусом лазерного оборудования является его высокая стоимость, а также то, что толщина разрезаемого материала должна быть меньше 20 мм.

По сравнению с лазером плазмотрон имеет меньшую стоимость, более широкую сферу применения и функциональные возможности.

Плазменная резка металла хорошо подходит для разделывания высоколегированных сталей. Такой метод превосходит газовые резаки минимальной зоной прогрева, позволяющей быстро произвести рез, но избежать деформации поверхности от перегрева. В отличие от механических способов реза («болгаркой» или станком), способны выполнять разделывание поверхности по любому рисунку, получая уникальные цельные формы с минимальными отходами материала. ? Какова технология процесса резки?

Плазменная резка металла и ее принципы работы основаны на усилении электрической дуги, путем разгона газом под давлением. Это увеличивает температуру режущего элемента в несколько раз, в отличие от пропан-кислородного пламени, что позволяет быстро осуществить рез, не дав высокому коэффициенту теплопроводности материала передать температуру на остальную часть изделия и деформировать конструкцию.

Плазменная резка металла на видео дает общее представление о происходящем процессе. Суть метода следующая:

1. Источник тока (питающийся от 220 V для небольших моделей, и 380 V для промышленных установок, рассчитанных на большую толщину металла) выдает требуемое напряжение.
2. По кабелям ток передается на плазмотрон (горелку в руках сварщика-резчика). В устройстве находится катод и анод - электроды, между которыми загорается электрическая дуга.
3. Компрессор нагнетает поток воздуха, передающегося по шлангам в аппарат. В плазмотроне имеются специальные завихрители, способствующие направлению и закручиванию воздуха. Поток пронизывает электрическую дугу, ионизируя ее и разгоняя температуру во много раз. Получается плазма. Данная дуга называется дежурной, поскольку горит для поддержания работы.
4. Во многих случаях используется кабель массы, который подсоединяется к разрезаемому материалу. Поднеся плазмотрон к изделию, дуга замыкается между электродом и поверхностью. Такая дуга называется рабочей. Большая температура и давление воздуха пронизывают требуемое место в изделии, оставляя тонкий рез и небольшие наплывы, легко удаляемые постукиванием. Если контакт с поверхностью теряется, то дуга автоматически продолжает гореть в дежурном режиме. Повторное поднесение к изделию позволяет сразу продолжать резку.
5. После окончания работы, кнопка на плазмотроне отпускается, что выключает все виды электрической дуги. Некоторое время выполняется продувка воздухом системы для удаления мусора и охлаждения электродов.

Режущий элемент - ионизированная дуга плазмотрона, позволяет не только разделывать материал на части, но и сваривать его обратно. Для этого используют присадочную проволоку, соответствующую по составу для конкретного вида металла, а вместо обычного воздуха подается инертный газ.

Разновидности плазменной резки и принципов работы

Разделывание металлов ионизированной высокотемпературной дугой имеет несколько модификаций по используемому подходу и предназначению. В одних случаях электрическая цепь, для выполнения реза, должна замкнуться между плазмотроном и изделием. Это подходит для всех видов токопроводящих металлов. От аппарата исходит два провода, один из которых проходит в горелку, а второй крепится к обрабатываемой поверхности.

Второй метод заключается в горении дуги между катодом и анодом, заключенными в сопле плазмотрона, и способности осуществить рез этой же дугой. Данный способ хорошо подходит к материалам неспособным проводить ток. В этом случае от аппарата исходит один кабель ведущий к горелке. Дуга постоянно горит в рабочем состоянии. Все это относится к воздушно-плазменной резке металла.

Но бывают модели плазморезов, где в качестве ионизирующего вещества используется пар от заливаемой жидкости. Такие модели работают без компрессора. В них имеется небольшой резервуар для заливки дистиллированной воды, подающейся на электроды. Испаряясь, создается давление, усиливающее электрическую дугу.

Преимущества плазморезов

Принципы работы плазменной резки, использующей высокотемпературную дугу, позволяют получать ряд преимуществ перед другими видами разделывания металла, а именно:

• Возможность обрабатывать любые виды стали, включая металлы с высоким коэффициентом теплового расширения.
• Разрезание материалов не проводящих электрический ток.
• Высокая скорость проводимых работ.
• Легкая обучаемость рабочему процессу.
• Разнообразные линии реза, включая фигурные формы.
• Высокая точность резки.
• Малая последующая обработка поверхности.
• Меньшее загрязнение окружающей среды.
• Безопасность для сварщика ввиду отсутствия газовых баллонов.
• Мобильность при транспортировке оборудования имеющего малые размеры и вес.

Технология плазменной резки металла

Как работает плазменная резка показано на видео. Посмотрев несколько таких уроков можно приступать к самостоятельным пробам. Процесс осуществляется в следующей последовательности:

1. Разрезаемое изделие выставляется так, чтобы под ним был просвет в несколько сантиметров. Для этого используются подкладки под края, или конструкция устанавливается на край стола, чтобы обрабатываемая часть была над полом.
2. Разметку линии реза лучше выполнять черным маркером, если работа ведется на нержавеющей стали или алюминии. Когда предстоит разделать «черный» металл, то линию лучше провести тоненьким мелком, который четче виден на темной поверхности.
3. Важно убедиться, что шланг от горелки не лежит рядом с местом реза. Сильный перегрев может его испортить. Начинающие сварщики могут из-за волнения это не увидеть и повредить оборудование.
4. Надеваются защитные очки. Если работать предстоит долго, то лучше воспользоваться маской, которая закроет не только глаза, но и все лицо от ультрафиолета.
5. Если резка будет вестись на подложках выставленных на полу, то следует подложить лист металла, чтобы брызги не испортили покрытие пола.
6. Перед началом работы необходимо убедиться, что компрессор набрал достаточное давление, а водяные модели разогрели жидкость до нужной температуры.
7. Запуском кнопки зажигается дуга.
8. Держать плазмотрон необходимо перпендикулярно разрезаемой поверхности. Допускается небольшой угол отклонения относительно этого положения.
9. Начало реза лучше производить с края изделия. Если необходимо начать с середины, то желательно просверлить тоненькое отверстие. Это поможет избежать перегрева и впадины в этом месте.
10. При ведении дуги необходимо соблюдать дистанцию к поверхности в 4 мм.
11. Для этого важен упор под руки, который осуществляется локтями об стол или об колени.
12. При ведении реза важно зрительно удостоверяться в появлении просвета на пройденном участке, иначе придется проводить резку повторно.
13. Когда линия разреза заканчивается, необходимо соблюсти предосторожность, чтобы деталь не упала на ноги.
14. Отпускание кнопки прекращает горение дуги.
15. Молотком отбивается тонкий слой шлака по краям реза. Если есть необходимость, то проводится дополнительная зачистка изделия на наждачном круге.

Используемое оборудование

Чтобы осуществлять плазменную резку используются различные аппараты и приспособления. Источник тока может быть небольших размеров, и содержать в себе трансформатор, несколько реле и осциллятор. Маленькие модели очень компактны для переноса и работы на высоте. Они способны разрезать металлы до 12 мм толщиной, чего достаточно для большинства видов работ на производстве и дома. Крупные аппараты имеют похожую схему устройства, но обладают более мощными параметрами за счет использования материалов большего сечения, и повышенными входящими значениями напряжения. Такие модели перевозятся на тележках, а работа с изделиями ведется плазмотроном, крепящимся к кронштейну. Им можно резать материалы толщиной до 100 мм.

Плазмотроны как больших, так и малых аппаратов устроены одинаково, но отличаются по размерам. У всех есть рукоятка и кнопка пуска. В каждом имеется электрод стержневой (катод) и внутреннее сопло (анод), между которыми горит дуга. Завихритель потоков направляет воздух и разгоняет температуру. Изолятор защищает внешние части от перегрева и преждевременного контакта электродов. Наружные сопла устанавливаются в зависимости от разрезаемой толщины. Наконечники закрывают сопло от брызг расплавленного металла. На конец плазмотрона могут одеваться различные насадки, помогающие сохранять дистанцию во время работы и убирающие нагар с фасок. Компрессор подает воздух через шланг, а его выход регулируется клапаном.

Изобретение плазменной резки позволило ускорить работу со многими легированными сталями, а точность линии реза и возможность производить изогнутые фигуры, помогают получать разнообразные изделия для производственных процессов. Понимание функционирования аппарата и сути выполняемой им работы поможет быстро освоить это полезное изобретение.