Плазменная резка металла в Москве. Технология и преимущества.

1. Главная
2. Услуги
3. Плазменная резка металла

Плазменной резкой металла называют высокотехнологичный процесс, который позволяет выполнять быстрое и точное рассечение металлических листов любой толщины. Так, данной процедуре поддаются разные виды алюминия толщиной до 120 мм, чугун до 80 мм, медь до 70 мм, нержавеющая и углеродистая сталь до 5 см. Технология резки металла заключается в точечном нагревании до высокой температуры и последующем плавлении материала в необходимом участке.

В качестве резца при плазменной резке металлов используется струя плазмы. Тепловые, электромагнитные, химические и газодинамические процессы, которые взаимодействуют друг с другом, отвечают за интенсивный нагрев струи. Данная процедура по эффективности существенно превосходит иные методы резки разных металлов, которые тяжело поддаются фигурным способам раскроя.

Преимуществом такой резки металла, по сравнению с лазерным способом, являются многофункциональность и выгодная стоимость.

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 газовой резки 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.

Что можно резать: возможности плазмы

Говоря о возможностях плазмы, нужно понимать, как работает плазменная резка и сварка. Такая обработка производится за счет проплавления материала при помощи теплоты. Последняя генерируется сжатой плазменной дугой, после чего расплав выносится из зоны реза струей плазмы.

Эта технология универсальна, поэтому на данный момент активно используется в целом ряде областей. Она позволяет работать с большинством металлов, а также достигать рекордных показателей по скорости резки и толщине заготовок.

Отдельно стоит сказать об экономической составляющей вопроса. Работать с плазменной резкой можно без больших финансовых затрат, не менее важно, что она может производиться как с помощью машин, так и вручную.

Назовем основные сферы, в которых применяют автоматизированную и ручную плазменную резку металлов.

1. Плазменная резка труб.

Самыми удобными считаются установки для плазменной резки труб, так называемые труборезы, снабженные центраторами. Они отличаются от классического труборезного оборудования высокой точностью обработки, которая остается недостижимой для газовой автогенной резки.

Немаловажно, что большая часть оборудования для резки труб при помощи плазмы позволяет производить вспомогательные операции. Среди них стоит назвать подготовку поверхности, зачистку шва, снятие фаски и разделывание кромок. Точное перемещение по трубе такого оборудования обеспечивается за счет специальных приводов.

2. Плазменная резка листового металла.

Чаще всего данная технология используется для раскроя тонких листов, поскольку другие методы не позволяют выполнять подобные операции. Немаловажно, что для ручной плазменной резки листового металла используются достаточно компактные и легкие приборы с небольшим расходом электроэнергии.

Плазма справляется с большинством металлов, в том числе подходит для обработки стали, чугуна, бронзы, меди, латуни, титана, алюминия и сплавов этих металлов. Данная технология имеет только одно ограничение – по толщине листа, что связано с уровнем теплопроводности. При большей теплопроводности снижается толщина листа, который возможно раскроить при помощи данного метода.

3. Фигурная плазменная резка металла.

Подобная художественная обработка требует использования специализированного оборудования и активно используется в строительстве и многих отраслях производства. Благодаря ЧПУ и специальным программам удается производить плоские детали вне зависимости от их сложности.

Плазма дает возможность вырезать сложные контуры на листах толщиной не более 100 мм. Стоит отметить, что результат не зависит от наличия на металле краски, коррозии, оцинковки и любых загрязнений. При фигурной обработке при помощи плазмы область реза нагревается до +30 000 °C, а настолько высокая температура позволяет плавить любые металлы.

4. Плазменная резка чугуна.

На данный момент это наиболее надежная и эффективная технология. Дело в том, что речь идет об одновременно экономичном, быстром и удобном методе, превосходящем по перечисленным характеристикам резку болгаркой и газом. Плазма позволяет работать с чугуном в тяжелой промышленности. Именно таким образом, например, подготавливают к утилизации скопившийся на территориях предприятий лом. Благодаря плазме делают глубинные разрезы в металле, за счет чего удается справляться с наиболее трудоемкими задачами.

5. Плазменная резка стали.

Такой способ отлично работает при раскрое стали различной толщины. Немаловажно, что плазма дает возможность резать нержавейку, что недоступно кислородной резке. В данном случае практически не происходит образования грата, поэтому удается сократить временные затраты и повысить продуктивность производства.

Плазменная резка нержавеющей стали выгодно отличается от газовой целым рядом характеристик, таких как:

• высокий уровень безопасности;
• возможность производить детали любой сложности и формы;
• низкий уровень загрязнения окружающей среды;
• быстрый прожиг;
• универсальность и экономичность;
• большая скорость обработки листов стали малой и средней толщины;
• точность и высокое качество разрезов, что позволяет отказаться от финальной обработки.

При помощи резки рулонной стали очень быстро и точно изготавливают листы необходимого формата и штрипсы, то есть узкие полосы стали при продольном сечении.

Структура плазмореза

Плазморезом 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.

Принцип работы

Результат работы плазмотрона
Принцип действия плазмотрона заключается в следующем. Создаётся поток высокотемпературного ионизированного воздуха, электропроводность которого равна электропроводности разрезаемой заготовки (т.е. воздух перестаёт быть изолятором и становится проводником электрического тока).

Образуется электрическая дуга, которая локально разогревает обрабатываемую заготовку: металл плавится и появляется рез. Температура плазмы в этот момент достигает 25000 – 30000 °С. Появляющиеся на поверхности разрезаемой заготовки частички расплавленного металла будут сдуваться с нее потоком воздуха из сопла.

Технология

Технология плазменной резки металла вкратце может быть описана следующим образом. Плазменной обработке поддаются все виды металлов толщиой до 220 мм.

Эффект появляется после воспламенения плазмообразующего газа при образовании искры в контуре электрической дуги (между наконечником форсунки и неплавящимся электродом. От искры загорается поток газа, здесь же он ионизируется, превращаясь в управляемую плазму (с крайне высокой, 800 и даже 1500 м/с скоростью выхода).

Интересное: Технология плазменно-дуговой резки металла

В выходном отверстии, от сужения, происходит ускорение потока плазмообразующего носителя. Высокоскоростная плазменная струя позволяет получить температуру на выходе около 20 0000с. Узконаправленная струя в тысячи градусов буквально проплавляет материал в точечной области воздействия, нагрев вокруг места обработки незначительный.

Плазменно-дуговой способ используется с замыканием обрабатываемой поверхности в проводящий контур. Другой вид резки (плазменной струей) — работает при наличии стороннего (косвенного) образования высокотемпературного компонента в рабочей схеме плазмотрона. Нарезаемый металл не включен в проводящий контур

Резка плазменной струей

Раскрой заготовок плазменной струей применяется для обработки материалов, не проводящих электрический ток. При резке этим методом дуга горит между формирующим наконечником плазмотрона и электродом, а сам разрезаемый объект в электрической цепи не участвует. Для разрезания заготовки используется струя плазмы.

Плазменно-дуговая резка

Плазменно-дуговой резке подвергаются токопроводящие материалы. При выполнении резки этим методом дуга горит между разрезаемой заготовкой и электродом, её столб совмещен со струей плазмы. Последняя образуется за счет поступления газа, его нагрева и ионизации. Газ, продуваемый через сопло, обжимает дугу, придает ей проникающие свойства и обеспечивает интенсивное плазмообразование. Высокая температура газа создает высочайшую скорость истечения и увеличивает активное воздействие плазмы на плавящийся металл. Газ выдувает из зоны реза капли металла. Для активизации процесса используется дуга постоянного тока прямой полярности.

Плазменно-дуговая резка применяется при:

• производстве деталей с прямолинейными и фигурными контурами;
• вырезании отверстий или проемов в металле;
• изготовлении заготовок для сварки, штамповки и механической обработки;
• обработке кромок поковок;
• резке труб, полос, прутков и профилей;
• обработке литья.

Виды плазменной резки

В зависимости от среды, существуют три вида плазменной резки:

• простой. Этот метод подразумевает использование только воздуха (или азота) и электрического тока;
• с защитным газом. Применяются два вида газа: плазмообразующий и защитный, который сохраняет зону реза от влияний окружающей среды. В результате повышается качество реза;
• с водой. В этом случае вода выполняет функцию, аналогичную защитному газу. Кроме того, она охлаждает компоненты плазмотрона и поглощает вредные выделения.

Основанная на указанных принципах плазменная резка обеспечивает не только высокопроизводительное производство, но и совершенно пожаробезопасное: применяемые в технологии материалы не огнеопасны.

Видео

Посмотрите ролики, где наглядно объясняется, как происходит плазменная резка:

Принцип работы воздушно-плазменной резки металла

Воздушно-плазменная резка: на чем основан принцип осуществления. Плазма, производящая резку, является разогретым газом с высоким значением электропроводности. Его еще называют ионизованным. Генерируется плазма специальным дуговым элементом. Принято называть этот способ резки плазменным.

Обычная дуга сжимается плазмотроном. Ионизованный газ вдувается в нее, с помощью чего она может генерировать горячий воздух. Она способна производить обработку, при помощи повышенной температуры.Металл разрезается, плавясь при этом.

Осуществление обработки металла происходит благодаря, как плазменной дуге, так и струе. В первом варианте на металлическое изделие оказывается прямое воздействие, во втором — косвенное. Наиболее распространенным и действенным является метод резки с помощью действия напрямую. Для материала, который не обладает электропроводностью (как правило это неметаллические изделия) применяют способ непрямого влияния. При любом из вариантов разрезаемый материал не теряет агрегатного состояния и его конструкция слабо подвергается деформации.

Интересное: Плазменная резка бетона — особенности технологии

Принцип работы плазменного резака

Плазмотрон – это техническое устройство, которое образует электрический разряд между электродом (катодом) и поверхностью обрабатываемого изделия (анодом), это происходит в потоке газа который образует плазму.

Принцип работы устройства: для охлаждения применяется вода или газ, для получения плазмы используется плазмообразующий газ. Поток входящего в камеру газа подвергается нагреванию до высоких температур после чего ионизируется, тем самым приобретает свойства плазмы. Плазмообразующий газ и охлаждающий подаются в различные каналы плазматрона. При подаче питания между катодом и соплом образуется так называемый вспомогательный разряд, визуально её можно видеть как небольшой факел.

Основная (рабочая дуга) образуется при касании второстепенного разряда обрабатываемой поверхности, которая в данном случае выполняет роль анода (плюс). Стабилизация разряда может осуществляться магнитным полем, водой либо газом, зачастую стабилизирующий газ является и плазмообразующим. После этого можно проводить резку материала, нанесение покрытий, сварку, наплавку или даже добычу полезных ископаемых, путём разрушения горных пород.

Условно конструкцию плазмотрона можно представить как несколько основных элементов:

1. изолятор;
2. электрод;
3. сопло;
4. механизм для подвода плазмообразующего газа;
5. дуговая камера.

Конструкция и принцип работы плазмотрона с совмещенным соплом и каналом

Особенностью плазмотрона, использующего воздушно-плазменную резку является совмещение канала и сопла. Воздух проходит через канал сопла наружу. Принцип работы схож, при подаче электропитания промеж катодом и соплом образуется вспомогательный разряд. Воздух закрученный по спирали, стабилизирует и сжимает столб рабочего разряда. Он же предотвращает соприкосновение электрической дуги стенок соплового канала.

Типы плазмотронов

Плазмотроны можно условно разделить на три глобальных типа

1. электродуговые;
2. высокочастотные;
3. комбинированные.

Устройства работающие на основе электрической дуги оснащены одним катодом, который подключен к источнику питания постоянного тока. Для охлаждения применяют воду, которая находится в охладительных каналах.

Можно выделить следующие виды электродуговых аппаратов

• с прямой дугой;
• косвенной дугой (плазмотроны косвенного действия);
• с использованием электролитического электрода;
• вращающимися электродами;
• вращающейся дугой.

Автомат: принцип работы

Станок плазменной автоматической резки имеет:

1. пульт управления,
2. плазмотрон
3. рабочий стол для заготовок.

Автомат для резки (Китай). Источник фото: ru.made-in-china.com
На пульте управления происходит корректировка предварительно установленных программ, если резка отклоняется от установленных параметров. Для оперативного исправления в процессе работы и выбора оптимальных режимов резания.

Через установленный на рабочем столе лист, пропускается электрический ток. Между поверхностью листа и плазмотроном пробегает первичная электродуга. В которой сжатый воздух, разогревается до состояния плазмы. Первичная дуга скрывается в раскаленной ионизированной струе, которая и режет металла.

Резка начинается с середины или с края. Чем чаще происходит прерывание дуги и зажигание новой искры, тем меньше становится ресурс сопла и катода. Грамотный оператор автоматической резки выбирает режимы резания по таблице и отталкиваясь от конкретных условий (толщина металла, диаметр сопла). Благодаря чему можно добиться значительного сокращения расходов. По окончанию операции, автомат самостоятельно оповестит оператора, выключит и отведет плазмотрон от материала.

Интересное: Режимы плазменной резки

Какие есть недостатки и ограничения плазменной резки?

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.

Преимущества и недостатки технологии резки

Эта технология по сравнению с прочими способами обработки имеет свои преимущества.

1. 
   Высокая производительность, лёгкость освоения.

2. Плазменная резка обладает высокой точностью и разнообразием линий реза.
3. Обрабатываемая поверхность не требует дополнительной шлифовки.
4. В процессе работы загрязнение окружающей среды минимальное.
5. Используемое ручное оборудование мобильно, имеет малый вес и габариты.

К недостаткам этого метода можно отнести небольшую, до 100 мм, толщину среза. Нельзя работать одновременно двумя приборами, а также отклоняться от перпендикулярности среза.

Технологические моменты плазменной резки

Понять, как работает плазморез, 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.

Выбор плазмотрона

Чтобы правильно выбрать аппарат для плазменной резки металла, нужно определиться, какими характеристиками должен обладать прибор. Исходными данными могут быть:

• автоматизированный или ручной способ резки;
• продолжительность работы;
• расход электрической энергии;
• толщина металла;
• тип металла;
• с какой частотой осуществляется замена расходных материалов;
• отзывы пользователей об оборудовании и производителях.

Хорошим вариантом оптимальной цены и мощности является модель Сварог CUN 40 B (R 34). Это лёгкий и компактный прибор, который применяется в раскрое тонколистовых металлов менее 0,12 см. Он прост в управлении, неприхотлив в эксплуатации, расход сжатого воздуха минимальный.

К аппаратам с наилучшими показателями энергосбережения можно отнести модель AURORA PRO AIRFORCE 60 IGBT. Он подойдёт для резки материала, проводящего ток. Принцип работы основан на бесконтактном поджиге дуги. Результатом проведения резки является качественная работа без деформации металла.

Для резки толстого металла подойдёт модель BRIMA CUT 120. Устройство используется при резке цветного, углеродистого, нержавеющего металла и меди. Толщина металла может доходить до 35 мм. Он имеет встроенную регулировку дуги и плавно изменяет рабочие параметры устройства.

Как самостоятельно собрать плазменный резак из инвертора читайте в этой статье.

Как самостоятельно собрать плазменный резак из инвертора читайте в этой статье.

Методики резки плазмой

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:арезании 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.

Ручная плазменно-дуговая резка металлов

Ручная плазменная резка производится при помощи портативных (мобильных) аппаратов плазменной резки, состоящих из:

1. Основного аппарата, содержащего трансформатор и выпрямительную подстанцию.
2. Силового кабеля питания.
3. Шлангопакета, идущего от аппарата до плазменного пистолета. Шлангопакет содержит воздушный шланг и силовой кабель.
4. Плазматрона (плазменного пистолета) – в нём происходит формирование плазмы.

Существует два основных способа ручного плазменного раскроя:

1. Косвенная резка плазменной струей. Данный метод используют в основном для резки не металлических материалов. Электрическая дуга, формирующая плазму, в этом случае загорается между электродом и соплом плазматрона. Разрезаемый материал в формировании плазмы не учувствует, а резка осуществляется вырывающейся из резака плазменной струей.
2. Прямая плазменно-дуговая резка. Это как раз наш случай, так как данный метод используется для резки металлов. Он используется как в ручной, так и в механизированной плазменной резке. Электрическая дуга загорается между электродом и разрезаемым металлом и совмещаясь со скоростным потоком воздуха образует плазму. Получаемая плазменная струя обладает такой мощностью, что буквально испаряет металл в процессе резки.

Ручная плазменно-дуговая резка на столько хорошо себя зарекомендовала, что применяется сейчас почти на всех предприятиях, имеющих цех металлообработки. Большое количество частников предлагают выездные услуги плазменной резки, т.к. ручные аппараты очень мобильны, их можно переносить в руках или на плечевом ремне.

Основные преимущества ручных плазменных аппаратов:

1. Мобильность, портативность (ручные аппараты малой и средней мощности весят от 10 до 25 кг).
2. Доступность использования (работают от 220 V, сила тока зависит от мощности аппарата).
3. Универсальность (возможность резки всех видов металлов).
4. Доступная цена (ручные аппараты плазменной резки российского производства стоят от 15000 до 70000 руб.

Плюсы и минусы плазменной резки металла

Типы плазмотронов

На предприятиях широко применяется автоматическая и ручная резка плазмой.

Резать металл можно различными типами приборов.

1. Плазменные резаки для резки металлов. В эту группу входит воздушно-плазменный и газоплазменный резак. Воздушно-плазменный резак выделяется простой конструкцией и применяется для резки чёрных металлов. Он может работать как от однофазной, так и трёхфазной сети. Газоплазменный аппарат работает на водяном паре, для образования плазмы применяется водород, аргон, кислород, азот.
2. Индукционный резак. Это высокочастотное устройство, работающее по принципу индуктивно-связанной плазмы с температурой до 6000 К и высокой плотностью электронов.
3. Комбинированные аппараты. Представлены симбиозом токов высокой частоты и электрической дуги. Электрический разряд сжимается под воздействием магнитного поля.
4. Газовые устройства, работающее за счёт сжатия столба дуги плазмообразующим газом.
5. Водяные устройства, рабочим телом которых является паровой газ. Высокотемпературный водяной пар способствует ускоренному сгоранию углерода.
6. Магнитные резаки. Такие приборы малоэффективны и не пользуются популярностью. Их основное преимущество в том, что регулировка сжатия электрической дуги осуществляется без потери газа.

В зависимости от типа плазмотрона можно без труда обрабатывать сталь любых видов, в том числе металлы с высоким тепловым расширением, а также материалы, которые электрический ток не проводят.

Как работает плазмотрон?

Процесс образования плазменной дуги происходит примерно следующим образом.

Между соплом и электродом плазмотрона возникает электрический разряд и разжигается так называемая дежурная дуга. Она выдувается через сопло наружу и касается металлической разрезаемой поверхности. Возникает замыкание между электродом и металлом, создается уже настоящая дуга, которая нагревает и ионизирует подаваемый в плазмообразующую камеру газ. Образовавшийся плазменный поток выдувается из сопла. Вихревой газ сужает и концентрирует плазму, не позволяя ей касаться стенок сопла. Скорость плазмы в итоге достигает 2-3 км в секунду, а температура – до 30 тысяч градусов.