Как работает плазменная резка

Плазменная резка набрала большую популярность среди способов металлообработки. С помощью плазменного резака можно делать прямые и фигурные разрезы металлической поверхности, при этом получая ровную линию кромки. В этой статье расскажем, как работает плазменная резка металла, и какое оборудование для этого используется.

Особенности плазменной резки

Что такое плазменная резка металла и как это работает? Под плазменной резкой подразумевается процесс изготовления надрезов или полного разделения фрагмента материала за счет потока ионизированного воздуха высокой температуры.

Процесс плазменной резки состоит из нескольких этапов:

1. Подача напряжения с помощью трансформатора или инвертора. В зависимости от условий аппараты могут выдавать напряжение 220 V для бытовых плазморезов или 380 V для промышленных. Какой источник питания лучше выбрать для плазменной резки, рассмотрим в таблице с плюсами и минусами обоих устройств.

Оборудование	Плюсы	Минусы
Трансформатор	Не восприимчив к перепадам сетевого напряжения; Длительная работа; Возможность резать материал большой толщины.	Энергозатратность; Высокая стоимость; Невысокий КПД; Большой вес.
Инвертор	КПД на 30% выше; Стабильное горение дуги; Сравнительно небольшая стоимость; Малый вес.	Используется только для тонких заготовок.

2. Поступление электрического тока в плазморез и разжигание первичной дуги между катодом и анодом.
3. Через компрессор поступает воздух, который попадает в завихритель в плазморезе. Под действием вихревого или тангенциального потока плазма разогревается до 30 000 градусов и образуется дуга, которая уже способна осуществлять резку.
4. В случае с металлами высокой электропроводности к изделию подключаются зажимы массы, так дуга замыкается на самом разрезаемом материале.
5. После осуществления плазменной резки дугу выключают и осуществляют продувку краев разреза с помощью воздуха.

Что такое плазма

Как работает плазменная резка металла будет несложно понять, если знать, что представляет собой плазма.

Плазмой называют ионизированный поток воздуха высокой температуры. Получается такой воздух путем ускорения движения. За счет повышения скорости в воздухе образуются частицы с отрицательным и положительным зарядом, а также свободные радикалы, которые делают его идеальной средой для проведения тока и поддержания горения дуги.

Скорость движения плазмы доходит до 1500 метров в секунду, что позволяет делать разрезы на металлах.

Как работает плазменный резак

Плазменный резак по-другому называется плазмотрон. Как работает плазморез воздушно-плазменной резки?

Плазмотрон осуществляет резку за счет образования заряда между катодом и анодом. В зависимости от вида сварки анодом может выступать металл, который предстоит разрезать, или же замыкание происходит в самом резаке.

Чтобы процесс плазменной резки прошел с меньшим числом огрехов, а надрез получился более ровным в плазмотронах применяется охлаждающий газ или вода. Чаще всего в качестве охлаждающей воздушной среды выступает тот же газ, который используется для образования плазмы, но подача производится через разные части плазмотрона.

При возникновении рабочей дуги и подаче стабилизирующего вещества плазменный резак и производит работу. С помощью плазмореза можно делать и сварку, но для этого требуется использование присадочной проволоки.

Плазмотрон с защитной насадкой

Какие газы используются, их особенности

Как мы отметили выше, газы можно разделить на плазмообразующие и защитные (стабилизирующие).От газовой среды зависит способность плазмотрона эффективно работать с разными металлами. Как работает воздушно-плазменная резка с точки зрения используемых газов?

Самым популярным газом выступает сжатый воздух, он удобен для образования плазмы и для стабилизации. Однако его применяют для бытовых условий, в промышленности требуется использование его смеси с другими газами.

Для обработки изделий из меди и алюминия, например, применяют азот, кислород и смесь из аргона и водорода. Стоит помнить, что определенные газы могут негативно повлиять на свойства металла, поэтому от их использования лучше воздержаться. Например, на титан негативное влияние оказывает присутствие в смеси водорода и азота. В таблице ниже приведем самые часто используемые газы и их комбинации, а также материалы для которых они применяются.

Виды плазменной резки

Исходя из того, как работает аппарат для плазменной резки, можно выделить виды этого процесса в зависимости от образуемой защитной среды.

• Без защитной среды (простой). Здесь действует только электрический ток и плазмообразующий газ;
• С защитным газом. Для улучшения качества разреза зона плазменной резки помещается в среду газа, который образует барьер вокруг дуги;
• С водой. Вода также может выступать в качестве защитной среды, помимо защитных свойств она эффективна для охлаждения зоны резки.

Рез металлов может осуществляться с помощью образования плазмы из воздуха и газа и при использовании комбинированных устройств с лазером.

Лазер эффективен для заготовок не толще 6 мм и режет материал тонким направленным лучом. Разрез получается узким и ровным.

Лазеро-плазменные установки, как и другие промышленные машины, нередко оснащаются ЧПУ, поэтому процесс плазменной резки можно настраивать в зависимости от толщины детали.

Стоит отметить, как работает воздушно плазменная резка металла в случае операций с материалами высокой электропроводности и диэлектриками.

Резка металлов производится плазменно-дуговым методом, при котором дуга прямой полярности из постоянного тока замыкается непосредственно на самой поверхности материала. Если материал обладает низкой электропроводностью, резку производят посредством плазменной струи. В этом случае дуга образуется на стыке электрода и формирующего наконечника плазмореза.

Виды и классификация плазмотронов

Есть несколько классификаций плазменных резаков.

Плазмотроны принято подразделять на:

• Высокочастотные;
• Электродуговые. В свою очередь эти аппараты делятся на устройства с прямой дугой (плазменно-дуговые), косвенной дугой (плазмотроны для сварки плазменной струей), модели с электролитическими и вращающимися  электродами, а также вращающейся дугой;
• Комбинированные.

Также выделяют плазмотроны по способу подачи стабилизирующей среды, среди них:

• Вихревые;
• Водяные;
• Аксиальные одинарные;
• Двойные;
• Магнитные.

Плазмотроны различаются и способом поджига дуги, по этому критерию выделяют устройства с высокочастотным и пневмоконтактным поджигом. В первом случае для поджига используется осциллятор, во втором происходит замыкание в единую цепь электрода, сопла и свариваемой поверхности.

Аппараты для плазменной резки

Мы обозначили как работает плазмотрон, плюсы и минусы использования трансформатора и инвертора для плазменной резки. Теперь немного расскажем о роли составляющих плазмореза и других частей установки в процессе резки.

Для осуществления сварки и раскроя материалов с помощью плазмы используется плазмотрон, источник питания, компрессор, кабели с клеммами и шланги.

Немаловажную функцию в плазмотроне выполняет сопло. Оно направляет поток плазмы в зону осуществления разреза. Диаметр этой части в среднем составляет 3 мм, сопло с большим диаметром пропускает больше воздуха, разрез получается шире, а скорость работы возрастает. Не менее важна длина сопла. Более длинное сопло позволяет создать аккуратный и ровный разрез, но срок службы такой детали недолгий.

Для работы в плазмотроне используется электрод, который сделан из бериллия, тория, циркония или гафния. Эти металлы стойки к разрушению от высоких температур при резке, однако при работе некоторые из них могут выделять токсичные или радиоактивные вещества (бериллий и торий), поэтому при изготовлении электродов производители чаще отдают предпочтение более безопасному гафнию.

Важным является использование компрессора. За счет вихревой подачи воздуха он позволяет катодному пятну располагаться по центру электрода, что способствует поддержанию стабильного горения. Если пренебречь использованием компрессора, то плазмотрон может сформировать две дуги или вообще выйти из строя.

Для выбора плазмореза важна толщина обрабатываемой заготовки, соответственно, чем толще заготовка, тем выше должны быть рабочие токи устройства. Сейчас для осуществления ручной и механизированной плазменной резки применяют соответствующие ручные и автоматические аппараты.

Что нужно знать о безопасности

Для качественного проведения работ и безопасности оператора важно знать, как работать с аппаратом плазменной резки.

1. Чтобы избежать повреждений током, необходимо проводить осмотр источника питания и проводов на предмет повреждений. Также для защиты оператора используются перчатки для сварки.
2. При работах с газами по нормативам нужно отслеживать их концентрацию в пределах рабочего места оператора. Для соблюдения правил безопасности на производстве устанавливаются вентиляционные системы. При отсутствии вентиляции операторам рекомендуется работать в специализированных масках с фильтрацией, которые также защищают от пыли.
3. Поскольку резка осуществляется при большой скорости движения воздуха, издаваемые шумы при длительной работе создают дискомфорт. Поэтому во время операций с плазморезом рекомендуется использовать средства защиты органов слуха.
4. Резка, особенно без использования воды, проводится при высоком уровне излучения. Работу оператору стоит проводить с использованием щитка или маски.
5. Защитить оператора от попадания брызг расплавленного металла способна одежда и обувь из материалов с низкой воспламеняемостью.

Как подготовить аппарат к работе

Как правильно работать на устройствах ручной плазменной резки, чтобы процесс прошел без сбоев, а оборудование и оператор не пострадали? Важно озаботиться предварительной подготовкой плазмореза. Для этого достаточно следовать нескольким простым рекомендациям.

1. Подключите аппарат к сети с напряжением, которое оптимально для мощности устройства и указано в его инструкции по эксплуатации.
2. Если у устройства нет встроенного компрессора, подключите его к внешнему с помощью герметичного шланга. Иногда в качестве альтернативы компрессоров используются газовые баллоны или заводские системы. Важно позаботиться о фильтрации, чтобы частицы масла и влаги не попали в сжатый воздух и настроить нужный для резки порог давления.
3. Подберите подходящий ток. Для этого можно сделать надрез на более высоких значениях и постепенно убавлять силу до получения нужной скорости и качества обработки.
4. Устанавливать аппарат желательно дальше от стен или предметов, которые могут препятствовать хорошему охлаждению плазмореза.
5. Важно удобно расположить заготовку и закрепить ее. Также проследите, чтобы на ней не было инородных частиц и следов ЛКП.

Как правильно подобрать силу тока

Когда аппарат установлен, возникает вопрос как научиться работать плазменной резкой при разной силе тока. Здесь важно отталкиваться от толщины изделия. В таблице ниже приведены рекомендованные параметры тока в зависимости от толщины заготовок.

От выбраной силы тока также зависит диаметр сопла плазмотрона. Вот рекомендации по подбору деталей.

Для работы с аппаратами плазменной резки при подборе силы тока используются характерные для разных металлов показатели плавления.

Как рекомендуется разжигать плазменную дугу

Перед тем как разжечь дежурную дугу, нужно осуществить продувку плазмотрона, чтобы удалить следы окалины или пыли. Для этого достаточно открыть подачу воздуха на 30 секунд.

Когда продувка завершилась с помощью осциллятора или замыкания в зависимости от модели аппарата зажигается дежурная дуга. Как правило, она горит не дольше двух секунд, а далее происходит розжиг рабочей дуги.

В отдельных случаях рабочая дуга может зажечься не сразу или гаснуть через какое-то время. При таких неполадках в работе плазмотрона стоит проверить, нет ли засоров на пути сжатого воздуха и не изношен ли электрод.

Как сохранить расстояние между горелкой и поверхностью материала

При работе с плазморезом специалисты рекомендуют держать плазмотрон перпендикулярно месту обработки, чтобы рез получился ровным. Если толщина заготовки меньше четверти от рекомендуемого производителем максимального параметра, то допускается резка детали под небольшим углом. Оптимальное расстояние до заготовки составляет от 1,3 до 10 мм, подбирать его стоит по характеристикам материала и плазмы.

В случае, когда мастер-резчик держит сопло резака вплотную к материалу, дуга часто гаснет, а сопло изнашивается. Перед работой лучше проверить целостность сопла, прочистить его от шлака и пыли.

Для длительных работ с ручным плазменным резаком производители оборудования и оснастки предлагают использовать защитные насадки, с помощью которых проще поддерживать нужное расстояние до заготовки и избежать засорения плазмотрона.

Скорость и точность резки металла плазмой

От скорости резки зависит аккуратность разреза, количество шлака и легкость его удаления.

Когда аппарат работает на небольшой скорости возникает меньшее отклонение потока плазмы, а под материалом образуется немного шлака, который легко убрать. При увеличении скорость рез получается более волнообразным, а шлак после выполнения разреза удалить сложнее.

Как работать инвертором плазменной резки на оптимальной скорости? Чтобы разрез получился наиболее точным, знатоки рекомендуют поддерживать скорость, при которой угол между разрезом верхней и нижней части материала не будет превышать 5 градусов.

Особенности плазменной резки металлов

Мы рассказали, как устроен и как работает аппарат воздушно-плазменной резки. Теперь подробнее рассмотрим особенности работы плазмореза с металлами.

Резка нержавеющей стали

Листы и заготовки из нержавеющей стали режут с помощью ручной дуговой сварки или с использованием станков с ЧПУ. Для резки используются разные газы и смеси:

• Сжатый воздух;
• Азот;
• Аргон;
• Водород;
• Водород с азотом;
• Водород с аргоном.

Популярность набирает резка нержавейки с использованием воды. Лист может быть погруженным в жидкость, вода может подаваться в зону реза или входить в состав плазмы. У резки с использованием воды много преимуществ: вода способствует оседанию или быстрому удалению шлака струей, работа проходит с меньшим количеством шума, света и пылеобразования. Однако происходящий в воде процесс резки сложнее контролировать, и выходит он более энергозатратным, чем “сухой”.

Резка алюминия

Плазменная резка алюминия популярна для изготовления прямых и фигурных разрезов. В качестве плазмообразующих газов при резке алюминия используются азот, воздух, водород, аргон, а вот смесь аргона и азота лучше не использовать. Далее приведем таблицу с рекомендациями по использованию газа в зависимости от толщины изделия:

Как выбрать плазморез и резак

При выборе плазморез для работы играют роль несколько факторов:

• Продолжительность работы. Если вам предстоит изготовление надрезов в течение долгого времени, то лучше выбрать более мощный плазморез;
• Диапазон рабочего тока. Чем больше диапазон, тем больше изделий из разных материалов и разной толщины сможет обработать резак;
• Напряжение сети. Более мощные приборы питаются от напряжения в 380 В, а для бытовых моделей достаточно стандартных 220 В.

При изучении характеристик товара стоит обратить внимание на два показателя: наибольшую рекомендуемую толщину металла и наибольшую толщину разделительного реза. Первый показатель означает максимальную толщину чистого реза, второй - максимальную толщину материала, которую плазмотрон способен разрезать.

Преимущества и недостатки плазменной резки

В заключение приведем основные достоинства и недостатки метода резки плазмой.

Достоинства:

• Универсальна для большинства металлов;
• Выгодное использование по энергозатратам для заготовок до 6 см толщиной;
• Высокая мощность и производительность;
• Изготовление разреза с чистой кромкой без дополнительной шлифовки.

Недостатки:

• Важна ровная установка плазмотрона перед резкой;
• Обработка деталей до 10 см в толщину.