Принцип работы плазмореза

Содержание

• Устройство и принцип работы плазморезов
• Виды плазморезов
• Виды и классификация плазмотронов
• Как выбрать плазморез и резак
• Где применяют плазменную резку и в чем её преимущества

Плазменная резка — универсальный процесс термической обработки, который подходит для прямолинейного и фигурного раскроя практически любого металла. Это углеродистые и нержавеющие стали, чугун, титан, алюминий, медь и сплавы на их основе. Нужно лишь правильно подобрать оборудование и режимы работы: диаметр сопла резака, ток реза, напряжение и скорость резки с учетом толщины заготовки.

Подробнее о сущности плазменной резки, о том, как устроен и работает плазморез, чем различаются модели оборудования и плазмотроны.

Устройство и принцип работы плазморезов

Система плазменной резки включает в себя трансформаторный или инверторный источник питания, компрессор или баллон со шлангом и регулятором давления для подачи сжатого воздуха и плазменный резак или плазмотрон.

В качестве источника энергии выступает электрическая дуга, которая формируется стенками сопла, стабилизируется плотным потоком плазмообразующего газа и подается в зону резки с помощью наконечника плазмотрона. Дуга горит между электродом с неплавящейся вставкой и заготовкой. Температура плазменного газа может достигать 250000С.

Принцип действия плазмореза основан на локальном нагреве и выдувании расплавленного жидкого металла потоком плазмы — ионизированного и нагретого до сверхвысокой температура газа, переносящего электрическую дугу к заготовке. За счет высокой плотности энергии и концентрации теплоты на малой площади металл быстро плавится. Благодаря высокой кинетической энергии потока плазмы расплав мгновенно удаляется из зоны резки, обеспечивая раскрой заготовки без шлака.

Ключевой элемент плазмореза — резак. Его основные элементы:

• электрододержатель с электродом — как правило, вольфрамовым, легированным оксидами лантана и иттрия;
• камера для образования плазмы и сопло, которое формирует сжатую электрическую дугу;
• изолятор, отделяющий электродный узел от сопла, и завихритель, помогающий стабилизировать сжатую дугу;
• каналы подачи плазмообразующего и защитного газа и система охлаждения электрода и сопла, подвергающихся высокотемпературному воздействию.

При включении плазмотрона между электродом и наконечником образуется вспомогательная или дежурная (пилотная) дуга. Она создает путь для рабочей или основной дуги. Рабочая дуга образуется при контакте вспомогательной дуги с заготовкой. После этого можно начинать резку.

Единый рабочий газ разделяется внутри плазмотрона на плазмообразующий и защитный поток, охлаждающий головку резака.

Виды плазморезов

Аппараты для плазменной резки делят на две основные группы. Это оборудование для ручного раскроя металла и системы для механизированной обработки.

Аппараты для ручной плазменной резки можно разделить на два вида:

• Бытовые. Это портативные модели с ПВ 50-60%, позволяющие работать от однофазной сети и на максимальной выходном токе реза до 60 А. С их помощью можно разрезать металл толщиной до 20 мм.
• Профессиональные. Это мощные аппараты, подключаемые к трехфазной сети и обеспечивающие максимальный рабочий ток реза до 160 А. С ними можно раскраивать заготовки толщиной до 55 мм.

Промышленные системы механизированной плазменной резки имеют диапазон регулировки тока реза от 5 до 800 А. Их используют на тяжелых производствах для работы с деталями толщиной до 90 мм, когда нужны высокая производительность, точность раскроя и чистые кромки.

Виды и классификация плазмотронов

Для работы с плазморезом и решения конкретных задач нужен предназначенный для этого плазменный резак. Плазмотроны различаются конструктивно, техническими характеристиками и технологическими возможностями.

Тип охлаждения

Плазменный резак может иметь воздушное или жидкостное охлаждение. В плазмотронах с воздушным охлаждением электрод и сопло охлаждает защитный газ, который подается по различным каналам: отверстиям в теле элементов или пространству, которое образуется при сопряжении отдельных деталей. Такие резаки используют для бытовых и профессиональных целей.

В плазмотронах с жидкостным охлаждением сопло и электрод резака охлаждает вода, подводимая к поверхностям по системе каналов с замкнутым контуром. Теплоемкость воды выше, чем у воздуха. Жидкостное охлаждение более эффективно и используют его в резаках, предназначенных для резки на высоких токах.

Тип поджига дуги

Поджиг плазменной дуги может быть пневмоконтактным и высокочастотным.

В первом случае при нажатии кнопки плазмотрона происходит замыкание электрода, сопла и заготовки, подача сжатого воздуха и поджиг пилотной дуги. Сжатый воздух поднимает подвижный подпружиненный шток и устанавливает сопло в рабочий режим, при котором основная дуга горит между электродом и заготовкой.

Во втором случае поджиг происходит без пилотной дуги, при помощи высокочастотного осциллятора в плазморезе. При нажатии кнопки плазмореза осциллятор подает импульс на электрод. Касаться заготовки не нужно, для поджига рабочей дуги достаточно поднести резак близко к поверхности.

Тип используемого газа

В качестве плазмообразующей и защитной среды используют не только сжатый воздух, но и другие газы и газовые смеси. Выбор зависит от особенностей технологического процесса, требований к качеству реза и обрабатываемого материала.

Существуют плазменные резаки, рассчитанные на работу одним газом, и двухгазовые модели, позволяющие использовать один газ в качестве плазмообразующего и другой для защиты зоны резки.

Применяемые газы и комбинации:

• Сжатый воздух. Универсальное решение и оптимальный выбор по качеству, экономичности и скорости раскроя углеродистой стали и сплавов, нержавейки и алюминия.
• Азот. Продлевает срок службы электрода и других деталей резака и обеспечивает чистый рез нержавеющей стали и цветных металлов, но скорость раскроя ниже, чем воздушной плазмой.
• Аргоно-водородная плазма и азот. Комбинацию используют для резки нержавейки и алюминия большой толщины, строжки стали, если нужна чистая кромка для хорошей свариваемости.
• Кислород. Подходит для высокоточной резки конструкционных сталей, когда необходимо получить идеальную кромку без грата, уменьшить угол и увеличить скорость раскроя.
• Водородно-азотная плазма и сжатый воздух. Комбинацию применяют исключительно для раскроя алюминиевых заготовок, чтобы повысить скорость и увеличить толщину металла.

Тип резки

Как и плазморезы, резаки различаются допустимой нагрузкой по току и ПН. Их разделяют на две группы:

• Для ручной резки. Используют сжатый воздух, предназначены для резки на токах до 60-80 А и раскроя металла толщиной до 20-25 мм.
• Для механизированной и автоматической резки. Могут использовать не только сжатый воздух, но и другие газы и смеси, и иметь водяное охлаждение, предназначены для резки на токах от 100 А.

Есть универсальные резаки, работающие на сжатом воздухе, азоте, смесях и токах до 300 А, которые можно использовать для ручной и механизированной резки.

Как выбрать плазморез и резак

Чтобы выбрать плазморез, нужно учитывать диапазон толщин металла, с которыми вы планируете работать, решаемые задачи и условия эксплуатации. Отталкивайтесь от таких характеристик, как:

• Диапазон тока реза. Для примерного расчета можно использовать зависимость 4 А на 1 мм углеродистой стали и 5-6 А на 1 мм алюминия и нержавейки.
• Продолжительность включения. От неё зависит, сможете ли вы раскраивать металл или вырезать деталь, не прерывая рабочий цикл.
• Параметры сети и потребляемая мощность. Плазморезы могут работать от бытовой однофазной и трехфазной сети, которая должна выдерживать планируемую нагрузку.

При выборе резака обращайте внимание на то, какой диапазон тока реза у плазмореза, с каким газом вы будете работать и с какими толщинами металла.

Важно! Производители могут указывать в характеристиках резака только максимальную толщину металла для разделительного реза или максимальную и рекомендуемую толщину, т.е. такую, при которой выполняется качественная чистовая резка. Разделительный рез отличает меньшая точность деталей, шероховатость кромки, наличие грата и сильного оплавления.

Если производитель не указал рекомендуемую толщину, вы можете рассчитать её сами. Нужно отнять от максимальной примерно 30%.

Для подбора плазмореза и сопла резака можно воспользоваться таблицей с примерными значениями

Где применяют плазменную резку и в чем её преимущества

Плазменную резку металла используют при кузовных работах, в строительстве и ремонте для раскроя листового металла и профилей для монтажа сварных и сборных конструкций, при устройстве систем вентиляции, на мелком и крупном производстве.

Преимущества технологии:

• простота процесса, особенно с использованием мобильных инверторов и работе с сжатым воздухом;
• высокая скорость раскроя, благодаря которой тепловложение в металл небольшое, деформации минимальны, а кромки чистые;
• экономичность, которая обусловлена производительностью, использованием сжатого воздуха и отсутствием необходимости зачищать поверхность.

Возможности аппаратов можно расширить. Если установить на резак специальное сопло, то можно выполнять и быструю, точную плазменную строжку.