ГлавнаяРазноеТемпература плазменной резки

Технология плазменной резки — метод термической обработки металла. Температура плазменной резки


Технология и выбор параметров режима плазменной резки

Рекомендуем приобрести:

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек - в наличии на складе! Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки - в наличии на складе! Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор. Доставка по всей России!

Материалы

Рабочие плазмообразующие среды должны обеспечивать:

  • эффективное формирование режущей дуги
  • получение высококачественных кромок реза
  • эффективную передачу разрезаемому металлу тепловой энергии, заимствованной в столбе дуги
  • длительную работу формирующих элементов плазмотрона
  • получение дополнительной энергии для резки за счет экзотермических реакций
  • экономичность и безопасность работы.

Рабочие среды наиболее широко используются в виде технических газов: азота, аргона, водорода, кислорода, сжатого воздуха и др.

Рабочую среду выбирают с учетом ее свойств (табл. 27.3) и свойств обрабатываемого материала. Инертные газы обеспечивают получение наиболее чистых поверхностей реза, что особенно важно для резки цветных металлов. Двухатомные газы улучшают передачу энергии дуги разрезаемому металлу за счет механизма диссоциации — рекомбинации. Кислородсодержащие среды повышают энергетическую эффективность резки металлов, экзотермически реагирующих с кислородом, что обеспечивает для них наиболее высокую производительность резки.

Наибольшее применение в РФ получила резка на основе использования плазмы кислородсодержащего сжатого воздуха (воздушно-плазменная резка). Области рационального использования сред указаны в табл. 27.4.

Перспективно использование интенсифицирующих плазмообразующих сред. При воздушно-плазменной резке обогащение воздуха кислородом обеспечивает повышение производительности резки сталей без увеличения затрат энергии и способствует улучшению качества металла на кромках. Подача воды в плазменную дугу также улучшает качество заготовок из сталей и способствует повышению скорости резки. Если к плазмообразующему воздуху добавлять углеводороды, заметно возрастает скорость резки меди и ее сплавов и существенно улучшается качество заготовок.

Выбор параметров режима

Технологический процесс плазменной резки включает в себя следующие операции: врезание (с кромки листа или, при необходимости, с пробивки исходного отверстия), резку прямолинейных и криволинейных участков заданного контура и завершение реза. Основной операцией является прямолинейная резка заготовок с вертикальными кромками.

В составе назначаемых режимов и условий резки указывают рабочую плазмообразующую среду, рабочий ток, диаметр и длину сопла, расход рабочей среды, расстояние от рабочего торца плазмотрона до поверхности металла, а также рабочее напряжение дуги и скорость резки.

Ток I, напряжение U, тепловой к. п. д. η дуги, удельный вес γ, толщина δ, энтальпия плавления S разрезаемого металла, ширина реза b определяют скорость резки:

W = 0,24IUη/γbδS.    (27.2)

При резке стали δ=1 см, γ = 7,8 г/см3, S= 13,06 кДж/г током I=300 А при U = 180 В с η = 0,3 и b=0,4 см W=4 см/с, или 2,4 м/мин. При резке в окислительных средах реакция окисления повышает скорость. При заданном режиме скорость резки можно регулировать (рис. 27.2).

Максимально возможная скорость резки на прямолинейных участках ограничивается уровнем, выше которого не достигается сквозное прорезание металла (рис. 27.2, а). При скорости ниже этого уровня металл прорезается полностью (рис.27.2, б), но качество резки характеризуется большой неперпендикулярностью кромок, шероховатостью поверхностей, большой глубиной литого участка зоны термического влияния и т. д.

С ограничением скорости резки (рис. 27.2, в, г) качество заготовок повышается, хотя затраты энергии и материалов возрастают, производительность резки снижается. При скоростях резки ниже максимальных в 1,5—2,5 раза (рис. 27.2, д) кромки реза становятся параллельными между собой и перпендикулярными к поверхности листа, шероховатость становится минимальной и вырезаемая заготовка по большей части может быть использована без дополнительной механической обработки. При дальнейшем снижении скорости резки (рис. 27.2, е) процесс и качество заготовок теряют стабильность, что неприемлемо.

Ориентировочные режимы и условия резки (для машинной прямолинейной резки) приведены в табл. 27.5, 27.6. Скорость резки на криволинейных участках (с малыми радиусами кривизны) понижают на 30—50 % во избежание искажения формы кромок в результате отставания режущей струи (аналогично газопламенной кислородной резке). Аналогично снижают скорость резки при завершении реза с целью сквозного прорезания металла на концевом участке у нижних кромок.

Если резку начинают на поверхности листа, начальное отверстие в металле пробивают вне контура детали (на отходе). При механизированной резке пробивку производят в движении машины с приподниманием и последующим опусканием плазмотрона. Пробивка производится при скорости движения машины меньшей против заданной в 1,5—2 раза.

Врезание с кромки металла или начального отверстия при толщине металла 20—30 мм не требует специальных приемов и регулировки скорости. Контроль полноты прорезания можно вести наблюдая за отклонением от вертикали факела режущей струи на выходе из листа. Вначале врезания ось и передняя граница факела отклоняются в сторону, противоположную резке, но при правильно установленной скорости передняя граница факела вскоре занимает вертикальное положение или близкое к нему. Такое положение в процессе резки свидетельствует о рациональной скорости. При слишком малой скорости весь факел ориентируется по вертикали, а его передняя граница неустойчива и отклоняется в направлении движения резака.

www.autowelding.ru

Технические советы при осуществлении плазменной резки

С течением времени оборудование для плазменной резки сильно усовершенствовалось. Современная плазменная резка отличается высокой скоростью, небольшими эксплуатационными расходами, лучшим качеством. Плазменная резка может использоваться в различных отраслях промышленности.

Плазменная резка - это процесс, при котором в столб дуги постоянно подается неионизированный газ. Благодаря энергии дуги этот газ нагревается, ионизируется и превращается в плазменную струю. В современном оборудовании плазменная дуга дополнительно сжимается вихревым потоком газа, поэтому создается очень интенсивный и концентрированный источник тепловой энергии, который превосходно подходит для резки металлов.

Хотя технология плазменной резки и кажется сложной, сам процесс нетрудно изучить и выполнить.

ПРЕИМУЩЕСТВА ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ

Раньше для резания стали был очень популярен способ газовой резки. В настоящее время все больше отдается предпочтение плазменной резке, так как она имеет много преимуществ. Плазмой металл режется быстрее, чем кислородом, не требуется предварительный подогрев металла, ширина разреза очень небольшая, а также меньше зона термического влияния, поэтому разрезаемый металл не деформируется, не закаливается.

Способ плазменной резки можно использовать для большинства металлов (газовой резкой нельзя резать нержавеющую сталь, алюминий, медь). Кроме того, плазменная резка более чистый, дешевый и удобный способ резки металла, так как для плазменной резки используются в качестве исходных материалов воздух и электричество.

Применительно к этому абзацу для интересующихся хочу отметить, что купить нержавеющую сталь можно безотносительно от того - можно ли ее резать плазмой или нет. Ведь эта марка стали имеет свои достоинства и широко применяется в промышленном производстве в местах с агрессивными средами.

Правильно подключенное оборудование плазменной резки более безопасно, чем оборудование газовой резки, так как в этом случае в горелке не возникает опасность обратного удара пламени.

Способ плазменной резки превосходно подходит для проплавления отверстий, так как сжатая плазменная дуга очень концентрированно нагревает и плавит металл в месте разреза и в то же время интенсивно, благодаря воздействию скоростного потока газа, удаляет расплавленный металл. Кроме того, для плазменного проплавления отверстий не требуется предварительный прогрев металла, способом плазменной резки легче резать разнородные металлы.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ

Способом плазменной резки можно резать любой электропроводящий материал. По сравнению с флюсовой, газовой резкой, плазменная резка имеет много преимуществ: можно резать любой металл, выполнять подготовку кромок, выполнить фигурную резку, строжку и проплавление отверстий.

Способом плазменной резки можно резать металлы разнообразной толщины. В зависимости от мощности аппарата плазменной резки можно разрезать как алюминий, так и нержавеющую или углеродистую сталь, а также титан толщиной несколько сантиметров.

ПОДГОТОВКА ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ К РАБОТЕ

При подготовке оборудования к работе в аппарат плазменной резки подается сжатый воздух. Возможны три источника сжатого воздуха: баллоны сжатого воздуха, подключение к имеющейся на заводе системе сжатого воздуха или небольшой воздушный компрессор. Большинство аппаратов плазменной резки имеют регулятор, необходимый для подачи и распределения потока воздуха в системе.

При подборе необходимого тока и скорости резки лучше всего выполнить несколько разрезов при более высоком токе. Затем, при необходимости, в зависимости от скорости резки, можно уменьшать ток. Если ток слишком высок или скорость резки слишком маленькая, разрезаемый металл перегревается и может образоваться окалина. Правильно подобрав скорость резки и ток, мы получаем очень чистый разрез, на поверхности которого почти не образуется окалины, мало или абсолютно не деформируется разрезаемый металл.

Резку начинают, располагая горелку как можно ближе к краю разрезаемого основного металла. Нажмите кнопку выключателя горелки плазменной резки - зажжется дежурная дуга, а затем режущая дуга. После зажигания режущей дуги медленно двигайте горелку вдоль планируемой линии разреза. Регулируйте скорость движения так, чтобы искры были видны с обратной стороны листа металла. Дуга должна быть направлена вниз и под прямым углом к поверхности разрезаемого металла. Если на обратной стороне металлического листа не видно искр, это значит, что металл не прорезан насквозь. Это может происходить из-за слишком большой скорости движения, недостаточного тока или из-за того, что струя плазмы направлена не под прямым углом к поверхности разрезаемого металла.

По окончании резки слегка наклоните горелку в сторону конца разреза или временно остановитесь, чтобы закончить резку. После того, как вы отпустили кнопку выключателя на плазменной горелке, некоторое время будет подаваться воздух для охлаждения частей горелки, и в случае необходимости резку можно снова возобновить,

СТРОЖКА ПЛАЗМЕННОЙ ДУГОЙ

Операцию строжки можно выполнить, когда угол наклона горелки в среднем составляет 40 градусов. Нажмите кнопку выключателя горелки, чтобы зажечь дежурную, а затем и режущую дугу. В начале строжки поддерживайте как можно более короткую длину горящей плазменной дуги. Затем длину дуги и скорость прохода можно изменять в зависимости от надобности. Не делайте слишком глубокую строжку, лучше выполнить несколько проходов. После того, как вы отпустили кнопку выключателя на плазменной горелке, некоторое время будет подаваться сжатый воздух для охлаждения, и в случае необходимости строжку можно снова возобновить.

ПРОПЛАВЛЕНИЕ ОТВЕРСТИЙ ПЛАЗМЕННОЙ ДУГОЙ

Проплавить отверстие уже можно, когда угол наклона горелки составляет 40 градусов. Нажмите кнопку выключателя горелки плазменной резки. Когда загорится режущая дуга, наклоните горелку так, чтобы угол ее наклона составлял 90 градусов, и дуга насквозь проплавит основной металл. Лучше всего руководствоваться правилом, что таким способом можно проплавить металл, толщина которого не превышает наибольшей указываемой в паспорте аппарата толщины разрезаемого металла.

НА ЧТО ОБРАТИТЬ ВНИМАНИЕ ПРИ ВЫБОРЕ АППАРАТА ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ

Выходная мощность

Номинальная мощность аппарата плазменной резки подбирается в зависимости от типа и толщины разрезаемого металла. Толщину разрезаемого металла также определяет диаметр сопла, тип применяемого газового потока (воздух, азот).

Определите, какой металл вы собираетесь резать, и проверьте мощность аппарата, который вы собираетесь купить. Например, аппарат плазменной резки УПР-901УЗ компании "ЛИГА" имеет номинальную мощность 60 А или 90 А. Используя этот аппарат, можно резать металл толщиной до 30 мм. Аппарат такого типа превосходно служит в различных отраслях промышленности, в автомобильных ремонтных мастерских, в домашних мастерских. Если планируете резать более толстый металл, вам понадобится аппарат плазменной резки УПР-1301 УЗ компании "ЛИГА", который имеет номинальную мощность 90 А или 170 А. Используя этот аппарат, можно резать металл толщиной до 50 мм.

Скорость резки

Проверьте скорость резки аппарата. Обычно она измеряется сантиметрами в минуту. Некоторыми аппаратами металл толщиной 30 мм можно перерезать в течение 5 минут, другим - достаточно одной минуты. Скорость резки - очень важная характеристика, особенно при массовом производстве, когда необходимо уменьшать затраты времени.

Входная мощность

Проверьте первичное напряжение и необходимую для источника питания силу тока. Также определитесь, необходим ли вам универсальный аппарат, который мог бы работать с различным напряжением и током. Некоторые аппараты могут использовать только напряжение 220 В или 380 В, однофазный или трехфазный ток питания.

В некоторых аппаратах европейских производителей есть функция Auto-Line - это возможность подсоединения к любой электрической сети 50 Гц или 60 Гц, однофазной или трехфазной.

Продолжительность работы

Это очень важная характеристика, на которую необходимо обратить внимание при покупке аппарата. Продолжительность работы - это время, в течение которого аппарат, не перегреваясь, может резать. Например: если продолжительность работы (ПН) аппарата 60 %, то аппарат без перерыва может работать 6 минут, а затем в течение оставшихся 4-х минут ему необходимо охлаждаться. Большая продолжительность работы очень важна, если требуется выполнять длинные разрезы, если требуется высокая производительность или если аппарат используется в обстановке при повышенной температуре. Соответствующая продолжительность работы обычно указывается для максимальной мощности аппарата в данном случае. Если аппарат будет использоваться с меньшей мощностью, то соответственно увеличится его продолжительность работы. Температура среды (в которой будет эксплуатироваться аппарат плазменной резки) также может иметь влияние на продолжительность работы. Например, компания "ЛИГА" определяет продолжительность работы своих аппаратов при температуре 40°С. Если продолжительность работы источника питания определена при температуре 25°С, то при температуре 40°С его нельзя будет длительно использовать.

ПЛАЗМЕННАЯ ГОРЕЛКА (ПЛАЗМАТРОН)

Выбор плазматрона зависит от особенностей материалов или продуктов, которые требуется резать. Плазматрон всегда должен быть достаточной мощности, должен обеспечивать качественную резку в тяжелых рабочих условиях и при интенсивной эксплуатации быть стойким к ударам. Можно использовать плазматроны разной конструкции. "ЛИГА" предлагает плазматрон с медным соплом, которое более прочно, чем керамическое, практически не бьется, имеет воздушное охлаждение. Рукоятка может быть укомплектована крепящимся к плазматрону дополнительным элементом, который будет поддерживать наконечник на расстоянии от 1,6 мм до 3 мм от рабочей поверхности. Это облегчает работу оператора, так как можно двигать плазматрон на постоянном требуемом расстоянии от рабочей поверхности. Длина дополнительного элемента (фиксированное расстояние между рабочей поверхностью и плазматроном) зависит от толщины разрезаемого металла и требуемой силы тока. Используя при резке малые токи, можно соплом прикоснуться к поверхности металла или провести по металлу. При использовании для резки большого тока (выше 60 А) расстояние между горелкой и поверхностью металла должно быть 1,6-4,5 мм.

При выборе плазматрона для плазменной резки необходимо определиться, для каких целей он будет использоваться, так как возможны различные конструкционные решения. Например, если горелка используется исключительно в диапазоне малых токов и может разрезать только тонкие листы металла, тогда для охлаждения плазматрона защитный газ не требуется, поэтому в этом случае в горелку подается только необходимый для резки воздух. Если плазматрон используется для резки толстых листов металла, то требуется больший ток, поэтому в плазматрон желательно подавать не воздух, а защитный газ (азот) для охлаждения плазматрона. При этом качество резки улучшается.

Материалы

Для плазменной резки требуется не только сжатый воздух, но и другие комплектующие части и материалы. Это сопло горелки и электрод для резки. Изношенные или поврежденные сопла или электроды оказывают влияние на качество резки. Низкая квалификация оператора, влажность воздуха, резка толстых листов металла с использованием интенсивных режимов ускоряют износ данных комплектующих частей.

Оптимальное качество резки достигается только при одновременной замене сопла и электрода.

Вес и размеры

Если требуется переносной аппарат плазменной резки, его вес и размеры являются очень важными факторами. Можно приобрести небольшие переносные аппараты, весящие менее 40 кг. Также существуют мощные аппараты плазменной резки, которые весят намного больше, они являются стационарными постами резки и позволяют выполнять качественную резку металлов толщиной до 50 мм.

КАК БЕЗОПАСНО РАБОТАТЬ С ОБОРУДОВАНИЕМ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ

При работе с оборудованием плазменной резки необходимо жестко придерживаться правил техники безопасности, так как, выполняя плазменную резку, мы имеем большое количество представляющих опасность факторов: высокое напряжение, температура, ультрафиолетовое излучение и расплавленный металл. Необходимо носить одежду сварщика, иметь сварочный щиток со стеклами соответствующей степени затемнения.

Перед началом резки осмотрите защитный щиток, сопло и электрод, не начинайте работу, если сопло или электрод недостаточно закреплены.

Не стучите плазматроном, стараясь удалить брызги металла, так как можете его повредить.

Если хотите экономить материалы, избегайте частого зажигания и обрыва плазменной дуги. Всегда руководствуйтесь "Инструкцией пользователя".

Правильно эксплуатируя и обслуживая аппарат плазменной резки, вы сможете выполнять резку с высокой скоростью, качественно и чисто.

Источник: журнал «Металл»

ЖУРНАЛ "СЕВЕР ПРОМЫШЛЕННЫЙ" № 4 2006 

busy

helion-ltd.ru

Технология плазменной резки - метод термической обработки металла

Ионизированный газ является универсальным инструментом, который позволяет осуществлять высокоскоростные, высокотемпературные процессы на уровне атомов любых материалов. Все системы плазменной резки основываются на использовании контролируемой электрической дуги, обжатой потоком плазмы.

Плазменно дуговая резка основана на выполнении трех физических процессов:

  1. Поддержание электрической дуги необходимой температуры в патоке плазмообразующего газа.
  2. Получение полости в процессе выполнение точного плавления материала.
  3. Удаление (выдувание) расплавленного материала из зоны реза потоком горячего газа.

Задача плазменной резки — получение ровных перпендикулярных кромок точного реза металла, не поддающегося газовой резки.

Общие сведения

Рабочая электрическая дуга, образующаяся в воздухе, самостоятельно достигает температуры до 5 000 °С. После подачи потока ионизирующего газа ее температура возрастает до 20 000 °С, что приводит к образованию высокотемпературного газового потока или низкотемпературной плазмы. Ионизация газа повышается при нагреве от электрической дуги, что, в свою очередь, повышает температуру рабочего потока газа до 30 000 °С. Сама воздушно-плазменная смесь начинает ярко светиться, имеет высокий уровень электропроводности и представляет типичную высокотемпературную плазму.

Для получения точного плавления металла вдоль линии реза необходимо подвести определенное количество теплоты. Эффективная тепловая мощность — минимальный числовой предел характеризующий диапазон выделяемой теплоты процесса необходимый для плавления.

Сопла для плазменных резок выбираются различного диаметра, что позволяет контролировать скорость плазменного потока при одинаковом расходе газа. Она резко увеличивается при меньшем диаметре сопла и может достигать 800 м/с. При этом контролируется и процесс выдувания расплавленного металла, скорость которого варьируется от 40 м/с .

Физика процесса резки

Плазменно дуговая резка — термический процесс, который происходит за счет плавления металла. Режущая дуга, несмотря на разные расходные материалы, имеет составные части, которые вводят не одинаковое количество теплоты в металл, не равномерно проплавляют его:

  • столб разряда (верхняя часть реза) обеспечивает равномерное плавление и ровные кромки;
  • факел (нижняя часть реза) приводит к получению сходящихся к низу кромок;
  • активное пятно (расположение зависит от параметров дуги) наиболее активно передает тепловую энергию и обеспечивает самое высокое качество плазменной резки.

Форма сечения плазменной дуги так же влияет на качество реза. На ее профиль влияют:

  • толщина и свойства металла;
  • скорость резки;
  • используемые расходные материалы;
  • сила тока и рабочее напряжение;
  • условия ширины реза.

Расходные материалы подбираются индивидуально для различных процессов получения реза, как это предусматривает инструкция конкретного оборудования.инструкция конкретного оборудования

 

Плазмотрон и различные режимы плазменной резки позволяют контролировать распространение той или иной зоны термического влияния, контролировать структуру образовавшихся кромок металла.

Принцип работы плазмотрона

Плазмотрон — оборудования для преобразования электрической энергии сварочной дуги в тепловую энергию потока плазмы.

Конструкция представляет собой устройство с цилиндрической дуговой камерой, которая имеет выходной клапан не большого диаметра — сопло. Он отвечает за форму и скорость, образовавшейся сжатой плазмы. На тыльной стороне камеры находится электрод.

Плазмотрон может работать по двум основным технологиям:

Дуга прямого действия (“катод — анод” — “электрод — изделие”)

Технология резки предполагает образование дуги между электродом и материалом с электрической проводимостью.Принцип работы

 

Принцип работы:

  • Зажигается пилотная дуга между соплом и электродом.
  • Дуговая камера наполняется газом, который начинает нагреваться от дуги.
  • Нагретый газ ионизируется и происходит процесс теплового расширения.
  • Открывается сопло и газ с большой скоростью (около 3 км/с) и высокой температурой вытекает на материал в виде плазменной дуги.

Данные системы плазменной резки имеют более высокий КПД, так как тепловая мощность складывается из мощности, выделяемой в анодной области и мощности работы струи плазмы.

Дуга косвенного действия (“катод — анод” — “электрод — сопло”)

Технология резки предполагает использование теплового эффекта от дуги с режущим газом.

Принцип работы

  • Зажигается дуга между электродом и соплом, которое подключается к положительному полюсу источника энергии.
  • Плазмотрон с дуговой камерой наполняется газом, который нагревается, ионизируется и расширяется.
  • Открывается клапан сопла, и струя газа истекает из сопла.
  • Часть плазмы сжимается и выносится за пределы плазмотрона.

Тепловая мощность (энергия плазмы) в данном случае складывается из кинетической энергии потока плазмы и потенциальной энергии заряженных частиц, поэтому она не является большой. Способ преимущественно используется в микроплазменных установках и для тонкого металла.

Виды плазменной резки

Конструкция применяемого плазменного резака, расходные материалы и инструкция выполнения технологических процессов определяют основные виды плазменной резки.инструкция конкретного оборудования

 

Выделяют:

  • С двумя газами. Один газ образует плазму, второй защищает материал для образования более гладких кромок реза.С двумя газами
  • С водной защитой. В таких плазма режущих установках используются расходные материалы двух видов: газ и вместо второго газа — вода.С водной защитой схема
  • С впрыскиванием воды. Источник плазменной резки для этого способа представляет собой плоский электрод и используется исключительно специальный плазмотрон. С впрыскиванием воды

Так же технология плазменной резки может быть выполнена и в условиях работы под водой, при повышенных температурах, в вакууме. В зависимости от конструкции станка принцип действия плазмы может быть направлен на получения высокоточного реза или на получения масштабного реза толстого материала в кротчайшие сроки.

Технология плазменной резки имеет много преимуществ, но главное ее отличие от газовой резки — использование исключительно электрической энергии.

Похожие статьи

goodsvarka.ru

Принцип плазменной резки. Работа на плазменной резке.

2.1 Нечто большее, чем просто одно из состояний вещества?

Как правильно понимать источники плазменной резки? Плазма представляет собой нагретый до высокой температуры газ, обладающий электропроводимостью, который состоит из положительно и отрицательно заряженных частиц, а также возбужденных и нейтральных атомов и молекул. Между процессами диссоциации, ионизации и рекомбинации, присущими плазменному состоянию, устанавливается динамический баланс. В результате плазма электрически нейтральна. В физике плазму часто называют четвёртым состоянием вещества. В природе плазменное состояние вещества, обусловленное высокими температурами, имеет место внутри солнца и других звёзд. Молния также является примером перехода вещества в плазменное состояние, происходящий под действием сил электрического поля большой величины. 

Рисунок 1: Плазма — четвертое состояние вещества

Для того чтобы создать плазму для технических потребностей, газ либо сильно разогревается с помощью источника тепла, либо подвергается действию сильного электрического поля, так чтобы перевести его в ионизированное состояние.

2.2 Принцип плазменной резки

Плазменная резка – это процесс термической резки, при котором плазменная дуга обжимается, проходя через сопло. Дуга прямого действия, которая возникает, когда электрический ток протекает от неплавящегося электрода (катода) на изделие (анод), используется для резки материалов, обладающих электрической проводимостью. Эта форма плазменной резки является наиболее часто используемой. В случае дуги косвенного действия, она создаётся между электродом и соплом. Даже если используется режущий газ, в состав которого входит кислород, тепловой эффект плазменной дуги преобладает. Таким образом, данный метод не рассматривается как процесс кислородной резки, а скорее как резка путём плавки.

Плазменные газы в дуге частично подвергаются диссоциации и ионизации, что делает их электропроводящими. Благодаря высокой плотности энергии и температуре плазма расширяется и движется по направлению к изделию со скоростью, которая в три раза превышает скорость звука.

Благодаря рекомбинации атомов и молекул на поверхности изделия потреблённая энергия сразу же высвобождается и усиливает тепловой эффект воздействия плазменной дуги на изделие. В плазменной дуге температура доходит до 30 000 К. В сочетании с высокой кинетической энергией плазменного газа такая температура обеспечивает чрезвычайно высокую скорость резки всех материалов, обладающих электрической проводимостью, которая зависит от толщины материала.

Для начала процесса резки в первую очередь зажигается пилотная дуга между соплом и электродом путём подачи высокого напряжения. Эта низкоэнергетическая пилотная дуга подготавливает пространство между плазменным резаком и изделием, вызывая частичную ионизацию. Когда пилотная дуга контактирует с изделием (резка с лёта), благодаря автоматическому увеличению мощности зажигается основная плазменная дуга.

 

Рисунок 2: Принцип плазменной резки с помощью дуги прямого действия

Металлический материал плавится и частично испаряется благодаря тепловой энергии дуги и плазменного газа. Расплавленный металл выдувается из реза под действием кинетической энергии плазменного газа. В отличие от кислородной резки, при которой около 70% тепловой энергии вырабатывается благодаря сгоранию железа, в процессе плазменной резки энергия, требующаяся, для того чтобы расплавить материал в резе создаётся только под действием электричества.

Выбор используемого плазменного газа зависит от того, какой материал требуется разрезать. Например, одноатомный газ аргон и/или двухатомные газы, такие как водород, азот, кислород и смеси этих газов, а также очищенный воздух, используются в качестве плазменного газа и режущего газа.

Резаки могут иметь как водяное, так и газовое охлаждение. В зависимости от того, где используются процессы плазменной резки, различают процессы, выполняемые над водой и на ней, а также такие, которые производятся под поверхностью воды.

2.3 Оборудование для плазменной резки

2.3.1 Источник питания для плазменной резки

Источник питания для плазменной резки подаёт рабочее напряжение и ток резки для основной и вспомогательной дуги. Напряжение источника питания для плазменной резки без нагрузки находится в диапазоне между 240 и 400 В. В состав источника питания входит система зажигания пилотной дуги (вспомогательной плазменной дуги), назначение которой состоит в возбуждении основной плазменной дуги. Для того чтобы это выполнить сначала зажигают плазменную дугу косвенного действия, используя импульсы высокого напряжения. Назначение данной дуги состоит в ионизации пространства между соплом и изделием, что позволяет возбудить основную плазменную дугу.

 

Рисунок 3: Пример установки для плазменной резки

Источники питания для плазменной резки либо имеют круто падающую кривую вольтамперной характеристики (рис. 6), либо постоянную токовую характеристику (рис. 7), в связи с чем при удлинении дуги мощность резки изменяется незначительно или остаётся неизменной.

 

Рис.6: Источник питаниядля плазменной резки скрутоубывающей (крутопадающей характеристикой) кривой напряжения и тока Рис.7: Источник питания для плазменной резки с постояноой токовой характеристикой (вертикальнок падение)

2.3.2 Электрод и сопло плазменного резака

Повышение эффективности плазменной резки в большой степени зависит от конструкции плазменного резака. Чем плотнее плазменная дуга обжимается, тем выше скорость резки и качество кромки реза.

Важнейшими деталями плазменного резака являются плазменное сопло и электрод. Как плазменное сопло, так и электрод являются быстроизнашивающимися деталями. Неправильный подбор, либо неверное использование сопла или электрода могут значительно сократить срок их службы и повредить резак.

Срок службы электрода в значительной степени определяется силой тока резки, количеством зажиганий, а также типом используемого плазменного газа. Кроме того, управление газом и мощностью вначале и в конце резки, а также рассеяние тепла от электрода также играет ключевую роль. Обычно используются электроды стержневой формы из вольфрама, а также имеющие форму пальца из циркония или гафния, которые можно сделать заострёнными или плоскими. Ввиду того, что они подвержены эрозии, электроды из вольфрама могут применяться только с инертными плазменными газами и их смесями, а также с газами с низкой реакционной способностью и восстановительными плазменными газами. При использовании чистого кислорода, либо плазменных газов, в состав которых входит кислород, электроды будут служить значительно дольше, если они будут изготовлены из циркония или гафния. Эти материалы естественным образом формируют защитный слой, плавящийся при более высокой температуре (табл. 1), и, к тому же, они заключены в основную оболочку, обладающую очень большой теплопроводностью, которая интенсивно охлаждается. Если в плазменной резке используется кислород, увеличения срока службы электрода можно добиться, подавая два газа: процесс зажигания проводится с использованием газа с низкой окислительной способностью, а сам процесс резки с использованием кислорода.

Ключевые факторы, влияющие на срок службы сопла:

  • диаметр на выходе сопла
  • масса и теплопроводность материала сопла
  • выход (произведение силы тока резания на напряжение резания)
  • время действия плазменной дуги
  • количество зажиганий
  • последовательность прожигания отверстий
  • и интенсивность охлаждения.

Водяное охлаждение является более интенсивным. Воздушное охлаждение требует большего количества газа. 

Таблица 1: Типовые величины для расходных деталей, применяемых с плазменными резаками

Материал

Усл. обозн-ие

Температура плавл. [°C]

Используемый газ

Теплопроводностьпри 20°С [Вт/м·К]

Вольфрам

W

≈ 3400

Ar

≈ 174

Оксид вольфрама

WO3

≈ 1473

Ar/h3

Цирконий

Zr

≈ 1852

O2

≈ 22

Оксид циркония

ZrO2

≈ 2700

Воздух

≈ 2,5

Нитрид циркония

ZrN

≈ 2982

Гафний

Hf

≈ 2227

Оксид гафния

HfO2

  1700

O2

Нитрид гафния

HfN

  3305

Воздух

≈ 29

Медь

Cu

  1083

Оксид меди

Cu2O

  1235

Все

≈ 400

Серебро

Ag

    961

Все

≈ 429

(Источник: информационный листок DVS 2107)

 

2.3.3 Изделие

При плазменной резке с помощью плазменной дуги прямого действия разрезаемый материал должен обладать электрической проводимостью, так как изделие является частью электрической цепи. Заземление подсоединённого изделия должно проектироваться таким образом, чтобы обеспечивалось непрерывное прохождение тока.

 

2.3.4 Подаваемый газ

Системы плазменной резки работают с инертными, восстановительными газами или с газами с низкой реакционной способностью, а также с химически активными газами и их смесями. Подробное описание систем подачи газа и информация по выбору газов, а также рекомендации по качеству применяемого газа приведены в главе 4.

 

2.3.5 Системы циркуляции охладителя

Поскольку плазменная резка сопряжена с большими тепловыми нагрузками, необходимо эффективное охлаждение. Различают интегрированные и внешние контуры циркуляции водяного охлаждения и газового охлаждения. Резаки, работающие с током около 100 ампер и более, обычно охлаждаются водой.

 

2.3.6 Система воспроизведения

Требования, относящиеся к точности воспроизведения, а также эксплуатационные характеристики систем воспроизведения устанавливаются стандартом ISO 8206.

 

2.3.7 Стол для резки и система вытяжки

Столы для плазменной резки служат стабильной основой для расположения металлического листа, который требуется разрезать. Размеры стола зависят от размера, толщины и массы листа металла. Выделения, которые сопровождают процесс резки можно значительно уменьшить, используя плазменный резак в сочетании с вытяжной системой для удаления дыма и пыли, либо с водяным бассейном.

 

 

plasmainfo.ru

Газы для плазменной резки металла

В процессе резки металла с помощью оборудования для плазменной резки используются различные газы:

1. Плазмообразующий газ (PG):

Плазмообразующий газ - это все газы или смеси газов, которые можно использовать для создания потока плазмы и осуществления процесса резки. Принято различать две основные фазы плазменной дуги: фазу зажигания и фазу резки. Соответственно, плазмообразующий газ можно подразделять на зажигающий и режущий. Эти фазы различаются как по типу газа, так и по его объемному расходу.
  Пусковой газ (ZG):

Этот газ служит для зажигания плазменной дуги. Он должен облегчать процесс зажигания и может положительно влиять на срок службы катода.
 

Режущий газ (SG):

В результате ионизации режущий газ становится электропроводным и может образовывать основную электрическую дугу между катодом и обрабатываемой деталью. Сначала материал расплавляется энергией электрической дуги, а затем выдувается режущим газом, истекающим с большой скоростью. Для достижения оптимальных результатов резки режущие газы выбираются с учетом типа и толщины материала. (пример: пусковой газ - воздух, режущий газ - O2 или пусковой газ - Ar, режущий газ - Ar/h3, Ar/h3/N2, Ar/N2)
  Маркировочный газ (MG):

Термин "маркировочный газ" используется для обозначения газа при плазменной маркировке.
2. Вихревой газ (WG):

Этот газ обволакивает струю плазмы. Он способствует повышению качества резки, так как дополнительно сужает и охлаждает электрическую дугу, а также защищает быстроизнашивающиеся детали при прожигании первоначального отверстия и при резке в воде. В качестве этого газа также можно использовать различные газы.
  Барьерный газ (SpG):

Барьерный газ - это вихревой газ, подаваемый с уменьшенным расходом во время перерывов плазменной резки в воде. Он предотвращает проникновение воды в головку горелки при погруженной горелке.

3. Контрольный газ (KG):

Этот газ направляется на головку горелки и контролирует наличие защитного колпачка на головке. Благодаря этому установку можно включить только при правильно смонтированной горелке.
 

Идентифицирующий газ (IG):

Этот газ представляет собой контрольный газ, возвращающийся от горелки. Он служит для распознания (идентификации) различных сменных головок горелки.

 

Газы имеют решающее значение для качества резки материалов. В зависимости от типа разрезаемого металла применяются различные газы или сочетания газов. Каждый газ имеет специфические свойства , используемые для резки материалов различной вязкости. Ниже дан обзор типовых газов, применяемых при плазменной резке для различных типов металла.

 

Газы для резки различных типов металла

МатериалПлазмообразующий газВихревой газ Конструкционная сталь Высококачественная сталь   Алюминий    
O2 O2, воздух, N2
  • Перпендикулярность поверхности среза как при лазерной резке
  • Гладкая поверхность без "бороды"
N2/h3 N2
  • Для тонкой высококачественной стали (CrNi) от 1 до 6 мм
Ar/h3 N2
  • Хорошая перпендикулярность поверхности среза
  • Гладкая поверхность без "бороды"
воздух N2
  • Для тонкого алюминия от 1 до 8 мм
N2/h3 N2
  • Для тонкого алюминия от 1 до 8 мм
Ar/h3 N2
  • Почти перпендикулярный срез

 

Свойства газов для плазменной резки

Газы оказывают большое влияние на качество резания. Чтобы процесс плазменной резки был экономичен и при этом достигались оптимальные результаты, должны использоваться плазмообразующие технологические газы, соответствующие обрабатываемому материалу. При этом решающее значение имеют их физические свойства. Необходимо учитывать их энергию ионизации и диссоциации, теплопроводность, атомную массу и химическую реакционную способность.

Аргон

Аргон является инертным газом. Это означает, при процессе резки он не реагирует с материалом. Благодаря его большой атомной массе (самой большой среди всех газов для плазменной резки), он эффективно выталкивает расплав из прорези. Это происходит благодаря тому, что может достигаться большая кинетическая энергия струи плазмы. С учетом малого потенциала ионизации он превосходно пригоден для зажигания струи плазмы. Однако аргон не может использоваться в качестве единственного газа для резки, так как он имеет низкую теплопроводность и малую теплоемкость.

Водород

В отличие от аргона, водород имеет очень хорошую теплопроводность. Кроме того, водород диссоциирует при высоких температурах. Это означает, что от электрической дуги отбирается большое количество энергии (а также при ионизации) и, тем самым, происходит более хорошее охлаждение граничных слоев. Благодаря этому эффекту электрическая дуга сжимается, т. е. достигается более высокая плотность энергии. В результате процессов рекомбинации отобранная энергия снова высвобождается в виде тепла в расплаве. Однако водород тоже не пригоден в качестве единственного газа, так как, в отличие от аргона, он имеет очень малую атомную массу и поэтому не может достигаться достаточная кинетическая энергия для выталкивания расплава.

Азот

Азот - это химически пассивный газ, реагирующий с деталью лишь при высоких температурах. При низких температурах он инертен. В отношении свойств (теплопроводности, энтальпии и атомной массы) азот можно поместить между аргоном и водородом. Поэтому его можно использовать в качестве единственного газа в диапазоне тонких высоколегированных сталей - как в качестве режущего, так и в качестве вихревого газа.

Кислород

По теплопроводности и атомной массе кислород ближе к азоту. Кислород имеет хорошее сродство к железу, т. е., в результате процесса окисления освобождается тепло, которые можно использовать для увеличения скорости резки. Несмотря на эту реакцию, процесс считается резкой расплавлением, а не выжиганием, так как реакция с материалом происходит слишком медленно и перед этим материал уже успевает расплавиться. Кислород применяется, в основном, в качестве режущего и вторичного газа для нелегированных и низколегированных сталей.

Воздух

Воздух состоит, в основном, из азота (ок. 70%) и кислорода (ок. 21%). Поэтому могут одновременно использоваться полезные свойства обоих газов. Воздух является одним из самых дешевых газов и применяется для резки нелегированных, низколегированных и высоколегированных сталей.

Смеси газов

Вышеперечисленные газы часто применяются и в виде смесей. Так, например, хорошие тепловые свойства водорода можно сочетать с большой атомной массой аргона. Высоколегированные стали и алюминий можно резать начиная с толщины 5 мм. При этом доля водорода выбирается в зависимости от толщины материала. Чем толще материал, тем выше должна быть доля водорода. Можно использовать максимум 35 объемных %. Разумеется, возможны и другие сочетания, например, смеси азота с водородом или смеси аргона, азота и водорода.

 

Чистота газа

Для наилучших и воспроизводимых результатов резки рекомендуется следующая чистота газов:

Плазмообразующий газ
  Сжатый воздух: Максимальный размер частиц 0,1 мкм, класс 1, в соответствии с ISO 8573, максимальное остаточное содержание масла 0,1 мг/м³, класс 2, в соответствии с ISO 8573, максимальная температура точки росы в условиях давления +3°C по классу 4 в соответствии с ISO 8573
  Кислород: 99,5 %
  Азот: 99,999 %
  Водород: 99,95 %
  Аргон: 99,996 %
Вихревые газы
  Кислород: 99,5 %
  Азот: 99,996% (лучше 99,999%)
  Защитный газ из смеси водорода и азота (смесь N2 95%, h3 5%)

 

Вы можете получить любые консультации по выбору оборудования для плазменной резки у наших специалистов.

 

cyberstep.ru

Всё о плазменной резке - Мои статьи - Каталог статей

ПЛАЗМЕННАЯ РЕЗКА: ТЕХНИЧЕСКИЕ СОВЕТЫ

С течением времени оборудование для плазменной резки сильно усовершенствовалось. Современная плазменная резка отличается высокой скоростью, небольшими эксплуатационными расходами, лучшим качеством. Плазменная резка может использоваться в различных отраслях промышленности.

Плазменная резка - это процесс, при котором в столб дуги постоянно подается не ионизированный газ. Благодаря энергии дуги этот газ нагревается, ионизируется и превращается в плазменную струю. В современном оборудовании плазменная дуга дополнительно сжимается вихревым потоком газа, поэтому создается очень интенсивный и концентрированный источник тепловой энергии, который превосходно подходит для резки металлов. Хотя технология плазменной резки и кажется сложной, сам процесс нетрудно изучить и выполнить. 

ПРЕИМУЩЕСТВА ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ  

До появления плазменной резки для разделки стали был очень популярен способ газовой резки, В настоящее время все больше отдается предпочтение плазменной резке, так как она имеет много преимуществ. Плазмой металл режется быстрее, чем кислородом, не требуется предварительный подогрев металла, ширина разреза очень небольшая, а также, меньше зона термического влияния, поэтому разрезаемый металл не деформируется, не закаливается.

Способ плазменной резки можно использовать для большинства металлов (газовой резкой нельзя резать нержавеющую сталь, алюминий, медь). Кроме того, плазменная резка более чистый, дешевый и удобный способ резки металла, так как для плазменной резки используются в качестве исходных материалов воздух и электричество.

Правильно подключенное оборудование плазменной резки более безопасно, чем оборудование газовой резки, так как в этом случае в горелке не возникает опасность обратного удара пламени.

Способ плазменной резки превосходно подходит для проплавления отверстий, так как сжатая плазменная дуга концентрированно нагревает и плавит металл в месте разреза и в то же время интенсивно, благодаря воздействию скоростного потока газа, удаляет расплавленный металл. Кроме того, для плазменного проплавления отверстий не требуется предварительный прогрев металла, способом плазменной резки легче резать разнородные металлы. 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ  

Способом плазменной резки можно резать любой электропроводящий материал. По сравнению с флюсовой, газовой резкой, плазменная резка имеет много преимуществ: можно резать любой металл, выполнять подготовку кромок, выполнить фигурную резку, строжку и проплавление отверстий.

Способом плазменной резки можно резать металлы разнообразной толщины. В зависимости от мощности аппарата плазменной резки можно разрезать как алюминий, так и нержавеющую или углеродистую сталь, а также титан толщиной несколько сантиметров.

ПОДГОТОВКА ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ К РАБОТЕ 

При подготовке оборудования к работе в аппарат плазменной резки подается сжатый воздух. Возможны три источника сжатого воздуха: баллоны сжатого воздуха, подключение к имеющейся на заводе системе сжатого воздуха или небольшой воздушный компрессор. Большинство аппаратов плазменной резки имеют регулятор, необходимый для подачи и распределения потока воздуха в системе.

При подборе необходимого тока и скорости резки лучше всего выполнить несколько разрезов при более высоком токе. Затем, при необходимости, в зависимости от скорости резки, можно уменьшать ток. Если ток слишком высок или скорость резки слишком маленькая, разрезаемый металл перегревается и может образоваться окалина. Правильно подобрав скорость резки и ток, мы получаем очень чистый разрез, на поверхности которого почти не образуется окалины, мало или абсолютно не деформируется разрезаемый металл.

Резку начинают, располагая плазматрон как можно ближе к краю разрезаемого основного металла. Нажмите кнопку выключателя плазматрона - зажжется дежурная дуга, а затем режущая дуга. После зажигания режущей дуги медленно двигайте плазматрон вдоль планируемой линии разреза. Регулируйте скорость движения так, чтобы искры были видны с обратной стороны листа металла. Дуга должна быть направлена вниз и под прямым углом к поверхности разрезаемого металла. Если на обратной стороне металлического листа не видно искр, это значит, что металл не прорезан насквозь. Это может происходить из-за слишком большой скорости движения, недостаточного тока или из-за того, что струя плазмы направлена не под прямым углом к поверхности разрезаемого металла.

По окончании резки слегка наклоните плазматрон в сторону конца разреза или временно остановитесь, чтобы закончить резку. После того, как вы отпустили кнопку выключателя на плазматроне, некоторое время будет подаваться воздух для охлаждения его нагревающихся частей, и в случае необходимости резку можно снова возобновить. 

СТРОЖКА ПЛАЗМЕННОЙ ДУГОЙ 

Операцию строжки можно выполнить, когда угол наклона плазматрона в среднем составляет 40 градусов. Нажмите кнопку выключателя плазматрона, чтобы зажечь дежурную, а затем и режущую дугу. В начале строжки поддерживайте как можно более короткую длину горящей плазменной дуги. Затем длину дуги и скорость прохода можно изменять в зависимости от надобности. Не делайте слишком глубокую строжку, лучше выполнить несколько проходов. После того, как вы отпустили кнопку выключателя на плазматроне, некоторое время будет подаваться сжатый воздух для охлаждения, и в случае необходимости строжку можно снова возобновить. 

ПРОПЛАВЛЕНИЕ ОТВЕРСТИЙ ПЛАЗМЕННОЙ ДУГОЙ  

Проплавить отверстие при угле наклона плазматрона 40 градусов. Нажмите кнопку выключателя. Когда загорится режущая дуга, наклоните плазматрон так, чтобы угол его наклона составлял 90 градусов, и дуга насквозь проплавит основной металл. Лучше всего руководствоваться правилом, что таким способом можно проплавить металл, толщина которого не превышает наибольшей указываемой в паспорте аппарата толщины разрезаемого металла. 

НА ЧТО ОБРАТИТЬ ВНИМАНИЕ ПРИ ВЫБОРЕ АППАРАТА ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ  

Выходная мощность

Номинальная мощность аппарата плазменной резки подбирается в зависимости от типа и толщины разрезаемого металла. Толщину разрезаемого металла также определяет диаметр сопла, тип применяемого газового потока (воздух, азот).

Определите, какой металл вы собираетесь резать, и проверьте мощность аппарата, который вы собираетесь купить. Например, аппарат плазменной резки имеет номинальную мощность 60 А или 90 А. Используя этот аппарат, можно резать металл толщиной до 30 мм. Аппарат такого типа превосходно служит в различных отраслях промышленности, в автомобильных ремонтных мастерских, в домашних мастерских. Если планируете резать более толстый металл, вам понадобится аппарат плазменной резки который имеет номинальную мощность 90 А или 170 А. Используя этот аппарат, можно резать металл толщиной до 50 мм.

Скорость резки

Проверьте скорость резки аппарата. Обычно она измеряется сантиметрами в минуту. Некоторыми аппаратами металл толщиной 30 мм можно перерезать в течение 5 минут, другим - достаточно одной минуты. Скорость резки - очень важная характеристика, особенно при массовом производстве, когда необходимо уменьшать затраты времени.

Входная мощность

Проверьте первичное напряжение и необходимую для источника питания силу тока. Также определитесь, необходим ли вам универсальный аппарат, который мог бы работать с различным напряжением и током. Некоторые аппараты могут использовать только напряжение 220 В или 380 В, однофазный или трехфазный ток питания.

Продолжительность работы

Это очень важная характеристика, на которую необходимо обратить внимание при покупке аппарата. Продолжительность работы - это время, в течение которого аппарат, не перегреваясь, может резать. Например: если продолжительность работы (ПН) аппарата 60 %, то аппарат без перерыва может работать 6 минут, а затем в течение оставшихся 4-х минут ему необходимо охлаждаться. Большая продолжительность работы очень важна, если требуется выполнять длинные разрезы, если требуется высокая производительность или если аппарат используется в обстановке при повышенной температуре. Соответствующая продолжительность работы обычно указывается для максимальной мощности аппарата в данном случае. Если аппарат будет использоваться с меньшей мощностью, то соответственно увеличится его продолжительность работы. Температура среды (в которой будет эксплуатироваться аппарат плазменной резки) также может иметь влияние на продолжительность работы. Некоторые производители определяют продолжительность работы своих аппаратов при температуре 40°С. Если продолжительность работы источника питания определена при температуре 25°С, то при температуре 40°С его нельзя будет длительно использовать. 

ПЛАЗМАТРОН (ПЛАЗМЕННАЯ ГОРЕЛКА)  

Выбор плазматрона зависит от особенностей материалов или продуктов, которые требуется резать. Плазматрон всегда должен быть достаточной мощности, должен обеспечивать качественную резку в тяжелых рабочих условиях и при интенсивной эксплуатации быть стойким к ударам. Можно использовать плазматроны разной конструкции. Плазматрон с медным соплом, которое более прочно, чем керамическое, практически не бьется, имеет воздушное охлаждение. Рукоятка может быть укомплектована крепящимся к плазматрону дополнительным элементом, который будет поддерживать наконечник на расстоянии от 1,6 мм до 3 мм от рабочей поверхности. Это облегчает работу оператора, так как можно двигать плазматрон на постоянном требуемом расстоянии от рабочей поверхности. Длина дополнительного элемента (фиксированное расстояние между рабочей поверхностью и плазматроном) зависит от толщины разрезаемого металла и требуемой силы тока. Используя при резке малые токи, можно соплом прикоснуться к поверхности металла или провести по металлу. При использовании для резки большого тока (выше 60 А) расстояние между горелкой и поверхностью металла должно быть 1,6-4,5 мм.

При выборе плазматрона для плазменной резки необходимо определиться, для каких целей он будет использоваться, так как возможны различные конструкционные решения. Например, если он используется исключительно в диапазоне малых токов и может разрезать только тонкие листы металла, тогда для охлаждения плазматрона защитный газ не требуется, поэтому в этом случае в плазматрон подается только необходимый для резки воздух. Если плазматрон используется для резки толстых листов металла, то требуется больший ток, поэтому в плазматрон желательно подавать не воздух, а защитный газ (азот) для охлаждения плазматрона. При этом качество резки улучшается.

Материалы

Для плазменной резки требуется не только сжатый воздух, но и другие комплектующие части и материалы. Это сопло горелки и электрод для резки. Изношенные или поврежденные сопла или электроды оказывают влияние на качество резки. Низкая квалификация оператора, влажность воздуха, резка толстых листов металла с использованием интенсивных режимов ускоряют износ данных комплектующих частей. Оптимальное качество резки достигается только при одновременной замене сопла и электрода.

Вес и размеры

Если требуется переносной аппарат плазменной резки, его вес и размеры являются очень важными факторами. Можно приобрести небольшие переносные аппараты, весящие менее 40 кг. Также существуют мощные аппараты плазменной резки, которые весят намного больше, они являются стационарными постами резки и позволяют выполнять качественную резку металлов толщиной до 50 мм. 

КАК БЕЗОПАСНО РАБОТАТЬ С ОБОРУДОВАНИЕМ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ  

При работе с оборудованием плазменной резки необходимо жестко придерживаться правил техники безопасности, так как, выполняя плазменную резку, мы имеем большое количество представляющих опасность факторов: высокое напряжение, температура, ультрафиолетовое излучение и расплавленный металл. Необходимо носить одежду сварщика, иметь сварочный щиток со стеклами соответствующей степени затемнения.

Перед началом резки осмотрите защитный щиток, сопло и электрод, не начинайте работу, если сопло или электрод недостаточно закреплены.

Не стучите плазматроном, стараясь удалить брызги металла, так как можете его повредить. Если хотите экономить материалы, избегайте частого зажигания и обрыва плазменной дуги. Всегда руководствуйтесь "Инструкцией пользователя".

Правильно эксплуатируя и обслуживая аппарат плазменной резки, вы сможете выполнять резку с высокой скоростью, качественно и чисто.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ  

Важными параметрами плазменной резки считаются: факельный зазор (между соплом и листом), состав плазмообразующего газа, скорость резки, сила тока плазменной дуги. Скорость резки будет зависеть от силы тока и зазора между соплом и листом.

При ручной плазменной резке в качестве газа используется воздух. Для автоматической плазменной резки применяется двойной газ: листы до 25 мм режутся азотом и водяным туманом, а более 25 мм – водородом или аргоном в сочетании с азотом или двуокисью углерода. В процессе плазменной резки важен не только используемый газ, но и давление, образующееся в течение резки (чем выше, тем хуже), это повлияет на качество процесса и срок службы электрода и сопла.

На длительность эксплуатации электрода и сопла напрямую влияет также ток дуги. Для определенного комплекта электрод-сопло установлен свое номинальное значение тока. Если нужно увеличить ток, то следует брать сопло большего диаметра.

Факельный зазор, т.е. расстояние между соплом и листом, должен быть постоянным. Только в этом случае можно получить качественный рез. Если уменьшить зазор, то это приведет к сгоранию сопла и электрода. Особенно быстро сгорит сопло при контакте с листом.

Скорость плазменной резки влияет на качество реза, а также на образование шлака и легкость его удаления. На качество и точность резки решающее влияние оказывают ширина реза и угол наклона кромок. Эти параметры определяются током дуги, расходом газа и скоростью движения плазмотрона. Ширина реза определяется диаметром выходного отверстия сопла и током дуги. Чтобы оценить ширину, следует увеличить диаметр сопла в 1,5 раза. Широкий рез может получиться при частичном разрушении электрода, большом факельном зазоре (расстоянии между соплом и листом), высоком токе дуги, малой скорости резки.

ЧАСТО ВСТРЕЧАЕМЫЕ ОШИБКИ ПРИ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКЕ  

Во время выполнения плазморезательных работ специалистами может допускаться ряд характерных ошибок, которые влияют на качество резки и повышают стоимость работ. Первая ошибка – слишком поздно или наоборот слишком рано осуществляется замена комплектующих плазматрона: сопел, электродов и пр. Использование изношенных комплектующих снижает качество резки и сокращает службу самого плазматрона. Если заменит детали ранее, то это приведет росту стоимости плазменной резки.

Вторая ошибка – использование неправильных режимов резки, которые также сокращают срок службы комплектующих плазматрона. Способствует раннему сбою в работе плазматрона небрежное к нему отношение. На плазматрон следует одевать защитный чехол, чистить от пыли и грязи, вовремя менять сопла и электроды, а также прочие комплектующие.

Третья - часто встречаемая ошибка при работе с плазматроном – отсутствие контроля расхода газа и охладителя. Несоответствие влажности, давления и замасленности этих веществ нормам приводит к электрическому пробою в плазматроне, а также к увеличению диаметра дуги, что изнашивает сопла, электроды и прочие комплектующие и ухудшает результат резки.

В режиме непрореза расплавленный металл попадает на плазматрон, к тому же плазматрон работает на повышенном токе, что сокращает срок службы его комплектующих.

Механическое повреждение плазмотрона – самая неприятная ошибка, допускаемая мастером. Могут повредиться сопло, электрод, сам механизм. Во избежание случайных контактов с листом используются стабилизаторы высоты.

УСТРОЙСТВО ПЛАЗМЕННЫХ РЕЗАКОВ  

Плазменный резак, называемый также плазмотроном или плазменной горелки предназначается для образования плазмы при резке металла. Плазмотроны предназначаются как для ручной, так и механизированной плазменной резки.

В комплект резака входят следующие узлы: сопло, электродержатель с электродом, дуговая камера, изолятор, который разделяет электродный и сопловый узлы, системы водо- и газоснабжения.

Устройство резака для плазменной резки будет зависеть от рабочей среды, зажигания среды, системы охлаждения и пр. Самые простые виды плазмотронов – для инертных и восстановительных газов. Плазмотроны с водяной и магнитной стабилизацией используются редко.

Резаки с газожидкостной стабилизацией дуги комплектуются системой каналов для подачи воды в столб дуги в сопловом узле. Для стабилизации дуги при плазменной резке используются двухфазные газожидкостные потоки, которые вводятся по схеме двухпоточного плазмотрона. Такой способ стабилизации повышает режущие свойства плазменной дуги, а за счет подачи жидкости в формирующее сопло улучшается его охлаждение.

Также активно используются плазмотроны с водяной завесой и газожидкостной системой охлаждения. Они также укомплектованы системой водяных каналов, которые создают завесу вокруг дуги. Вода охлаждает кромку металла и улучшает условия и качество плазменной резки таким плазмотроном.

Сопло плазменного резака формирует дугу, разрезающую металл. На свойства дуги будут влиять форма и размеры соплового канала. Уменьшая диаметр сопла и увеличивая его длину, вы получаете поток плазмы высокой скорости и отличные условия плазменной резки.

ПЛАЗМЕННАЯ РЕЗКА ЗИМОЙ  

В зимний период при минусовых температурах отличной альтернативой газо-кислородной резке становится плазменная резка. Этот вид резки металла не требует заправки, аттестации, доставки большого количества комплектующих. Для плазменной резки нужна лишь электроэнергия и периодическая смена комплекта сопел и электродов.

Для плазменной резки при низких температурах плазмотрон должен иметь воздушное охлаждение. Соблюдайте осторожность при работе с плазмотроном зимой. Компрессор, шланги и сам плазмотрон между работами нужно хранить в местах с плюсовой температурой.

Аппараты плазменной резки с воздушным охлаждением плазмотрона режут металл толщиной до 55 мм. Но не весь металл имеет подобную толщину, иногда требуется плазмотрон для более плотного листа. Аппараты могут комплектуются кабель-шланговыми пакетами до 30 м – это позволит осуществлять плазменную резку на морозе, не вынося само оборудование из теплого помещения.  

МАШИНЫ ДЛЯ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ

Плазменная резка может быть как ручной, так и механизированной. В комплект оборудования для механизированной резки входят плазменная горелка (плазмотрон), источник энергии, система управления процессом резки, устройство для перемещения установки.

Машины для плазменной резки могут быть стационарными и передвижными, одно-, двух- и многоместными, портального, портально-консольного и шарнирного типа, с фотоэлектронным, магнитным или числовым управлением.

На машинах для плазменной резки портального типа лист располагается под ходовой частью – порталом. На портально-консольных машинах лист находится под консолью, а на портале располагается копировальное устройство. На консоли находятся плазмотрон и суппорт. Шарнирные машины размещают лист под шарнирной рамой. В комплект такого устройства также входят суппорт, копирующий механизм и собственно плазмотрон.

При фотоэлектронном управлении машиной для плазменной резки фотокопировальное устройство отслеживает контур чертежа. Плазмотрон режет лист четко по контуру, повторяя за фотоэлементом.

Электромагнитное управление плазменной резкой используется в шарнирных машинах. Копиром является ранее вырезанная деталь. Копировальная машина комплектуется электродвигателем, редуктором, электромагнитом и металлическим стержнем. Под действием магнита стержень прижимается к копиру и обводит его по контуру. За стержнем движется и плазматрон.

Программное управление процессом резки позволяет получать комплект деталей нужного контура, а также заранее программировать плазматрон на выполнение определенной задаче по резке в зависимости от толщины металла, вида реза и пр.

Станки для плазменной резки с плазматронами различаются также по виду обрабатываемой продукции. Это может быть прокат, листовой или профильный, трубы. От вида разрезаемой продукции зависит комплектация того или иного станка.

ПЛАЗМОТРОН С МЕДНЫМ ПОЛЫМ ЭЛЕКТРОДОМ ДЛЯ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ  

Ресурс работы электрода при плазменной резке особо актуален, когда дело имеешь с толстым металлом. Для решения этой проблемы существует плазмотрон с полым медным внутренним электродом, оснащенный резьбовой нарезкой. При разработке плазмотрона за основу брались теоретические и экспериментальные исследования. За основу бралась модель непрерывно движущегося пятна привязки дуги по поверхности электрода. В каждом макро пятне есть микро пятна, которые передвигаются по поверхности разогретого электрода. Для расчета эрозии электрода высчитывают время нагрева электрода до плавления, кипения и испарения, а также принимают плотность тока в микро пятне.

Уменьшение плотности тока в микро пятне приводит к уменьшению эрозии электрода плазмотрона. Применение резьбовой нарезки на внутренней поверхности полого электрода способствует образованию застойных зон, когда поток отрывается за каждым витком резьбы. Застойные зоны на электроде способствуют выравниванию различных параметров и увеличению интенсивности пульсации. В результате создания благоприятных условий для крупномасштабного шунтирования, опорное пятно дуги распределяется на несколько опорных пятен, тем самым предотвращается нагрев электрода плазмотрона и увеличивается срок его службы.

Плазмотрон с медным полым электродом в связи с рядом его особенностей комплектуется источником питания с более высоким напряжением холостого хода. Увеличения напряжения дуги приводит к росту мощности плазмотрона, что благоприятно влияет на резку. С медным полым электродом плазмотрон может работать и на нейтральных, и на кислородсодержащих газах.

Такого рода плазмотрон состоит из катодного и соплового узлов, которые разделены вихревой камерой, куда подается газ. Узел катода – это медный полый электрод, запрессованный в корпус. Сопловой узел – это водоохлаждаемая секция со сквозным каналом.

На мощность плазмотрона влияет увеличение тока дуги, а также изменение расстояние между срезом сопла и изделием. При силе тока на дуге 400 А и толщине металла до 80 мм стойкость сопла и внутреннего электрода плазмотрона составит 120-150 часов. 

ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ КАЧЕСТВО ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ  

Иногда можно встретить мнения о недостаточном качестве плазменной резки металлов. Но они однозначно ошибочны и связаны с отсутствием опыта человека в этой сфере.

Плазменная резка способна справится с широким ассортиментом металлов и сплавов. Благодаря высокой температуре луча плазмотрона, плазменный резак разрежет и титан.

Комплектующие и оборудования для плазменной резки недорогие в сравнении с той же лазерной резкой. К тому же комплект сопел и электродов для резки не занимает много места.

Основных факторов, которые влияют на качество плазменной резки всего пять. Во-первых, это техническое состояние оборудования. Исправность механизмов и комплектующих, отсутствие конденсата и примесей, точность приводов, калибровка датчиков в первую очередь влияют на исход резки. Следующими факторами, обусловливающими отличную работу плазмотрона и комплектующих, а также качественную резку являются давление и качество плазмообразующего газа. Фактор номер четыре – это скорость перемещения плазмотрона на прямых и радиусных территориях.

И последний, но не менее важный показатель – контроль за состоянием электрода и сопла. Состояние этих небольших, но очень важных комплектующих аппарата для плазменной резки способно определить исход процесса.

Плазмотрон высокой мощности, обеспечивающий высокую концентрацию энергии в месте реза, гарантирует малую ширину реза, отличное качество кромок и отсутствие коробления. На качество реза также важное влияние оказывает скорость перемещения плазмотрона. Правильно выбранная скорость плазмотрона обеспечит узкий, шириной не более двойного диаметра сопла, рез, гладкие поверхности и отсутствие скруглений.

ПЛАЗМЕННАЯ РЕЗКА: ТЕХНОЛОГИЯ, ТИПЫ, КОМПЛЕКТУЮЩИЕ  

Плазменная резка разрезает металл за счет теплоты, которая выделяется сжатой плазменной дугой. А получается плазменная дуга в специальном устройстве – плазмотроне в результате сжатия и вдувания в нее плазмообразующего газа.

Различают плазменно-дуговую резку и резку плазменной дугой. При первом типе резки дуга образуется между электродом и слоем металла. Разрезает металл энергия одного из приэлектродных пятен дуги, плазмы столба и факела.

При резке плазменной дугой дуга горит между электродом и наконечником плазмотрона, металл же не входит в электрическую цепь. Часть плазмы дуги выносится из плазмотрона в виде струи, которой и режется металл.

В плазмотроне находится цилиндрическая дуговая камера с выходным каналом, который формирует сжатую плазменную дугу. Такое комплектующее как электрод располагается в тыльной части этой камеры. Обычно возбуждение дуги между электродом и металлом затруднительно. Поэтому зажигается дежурная дуга между электродом и плазмотроном. Эта дуга выходит из сопла и при касании с металлом образуется рабочая дуга, а дежурная тухнет.

В дуговую камеру плазмотрона подается плазмообразующий газ, который под действием тепла дуги нагревается, увеличивается в объеме и истекает из сопла со скоростью 2-3 км/с.

Электроды, важнейшие комплектующие аппаратов и машин для плазменной резки, изготавливаются из вольфрама, меди, гафния и прочих металлов. Не менее важные комплектующие сопла выбираются медные и медные с вольфрамовой вставкой. Комплект электрод-сопло наряду с плазмотроном являются важнейшими составляющим устройств для плазменной резки, от качества которых зависит исход резки. На процесс резки и характеристики основных узлов плазмотрона влияет состав плазмообразующего газа. Наряду с комплектующими плазменного резака, плазмообразующая среда определяет количество тепла, которое будет выделяться в процессе, поскольку при определенной геометрии сопла и токе именно состав среды будет определять напряженность поля столба дуги внутри и снаружи сопла.

УСТАНОВКИ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ  

Чтобы укомплектовать машины плазменной резки всем необходимым используются плазмотроны, электроды, сопла, системы и аппараты различных производителей.Для комплектации ряда машин и станков механизированной плазменной резки используtтся оборудование немецкой фирмы ABICOR BINZEL. 

discom12.ru

Основные параметры при плазменной резке

Основными параметрами, регулируемыми при плазменной резке, являются: состав плазмообразующего газа, зазор между соплом и листом (факельный зазор), сила тока плазменной дуги и скорость резки. Причем, последний фактор напрямую зависит от двух предыдущих.

Плазмообразующий газ.

Для ручной плазменной резки наилучшим плазмообразующим газом является воздух, он доступен и прост. Воздух показывает хорошие результаты на листах толщиной 25 мм. Отрицательной характеристикой применения воздуха является незначительное насыщение кромки реза оксидом азота (азотирование кромки)

Для автоматической плазменной резки обычно используют двойной газ. Наиболее эффективная комбинация для резки листов толщиной ~25 мм - азот в качестве основного газа и водяной туман в качестве дополнительного. Но на тонких листах водяные пары могут охлаждать рез слишком быстро, не обеспечивая достаточный нагрев, в результате чего кромка реза получается грубой, а на нижней поверхности образуется шлак. Для устранения этого дефекта необходимо увеличить силу тока и (или) уменьшить скорость резки.

При резке листов толщиной более 25 мм многие производители удачно используют в качестве основного газа аргон или водород, а в качестве дополнительного - азот или двуокись углерода. Смесь водород-азот позволяет минимизировать нитрирующий эффект. Применение углекислого газа пока более дорого, чем использование азота, однако он позволяет получать более чистые резы и уменьшает вредные испарения, возникающие в процессе резки.

Важное значение при плазменной резке играет не только выбор плазмообразующего газа (газов), но и определение оптимального давления, обеспечивающего высокое качество реза и продолжительность службы электрода и сопла. При повышенном давлении возникают проблемы в начале процесса резки и уменьшается срок службы электрода. При пониженном давлении плазмотрон охлаждается недостаточно, что может привести к раздвоению дуги и разрушению сопла.

Газ

Обрабатываемый материал

Преимущества

Недостатки

Воздух

Углеродистые стали

Нержавеющие стали

Чистый быстрый рез на углеродистых сталях.

Приемлемость.

Удобство.

Быстрое выгорание электрода

Нитрирование поверхности реза

Окисление нержавеющих сталей, алюминия

N2

Нержавеющие стали

Алюминий

Углеродистые стали

Отлично разрезает: нержавеющие стали, алюминий.

Высокий ресурс электрода.

Нитрирование поверхности реза

Ar-h3

Нержавеющие стали

Алюминий

Отличное качество реза и скорость на материалах толще 12,7 мм

Малое задымление

Дорогой

Не применим на углеродистых сталях

O2

Углеродистые стали

Чистый рез

Отсутствует нитрирование поверхности реза

Самый быстрый способ резки углеродистых сталей

Короткий срок службы электрода

Окисление нержавеющих сталей, алюминия

Ток дуги.

Ток дуги напрямую определяет толщину разрезаемого металла и срок службы электрода и сопла.

Для каждого комплекта электрод-сопло существует свой номинальный ток.  При резке металла рекомендуется устанавливать ток дуги не более чем 95%, от номинального значения. При повышении тока дуги следует увеличить диаметр выходного отверстия сопла.

Факельный зазор.

Факельный зазор влияет на перпендикулярность кромок реза, плотность плазменной дуги и устойчивость дуги. Чем больше факельный зазор, тем больше угол наклона кромки реза. Оптимальный зазор - 1,5...10мм.

Поддержание постоянной величины факельного зазора обеспечивает получение качественного реза без дефектов на кромках. Уменьшение оптимальной величины зазора приводит к преждевременному сгоранию сопла и электрода. Особенно значительно это проявляется при контакте сопла с разрезаемым листом. Для устранения этой ситуации многие машины оборудуют стабилизаторами высоты, автоматически поддерживающими оптимальный факельный зазор.

Скорость плазменной резки.

Скорость резки оказывает существенное влияние на качество реза, в первую очередь на наличие шлака на нижней поверхности и на легкость его удаления.

При пониженной скорости резки плазмообразующий газ будет расходоваться нерационально, на нижней стороне листа образуется "низкоскоростной" шлак, который легко удаляется.

При повышенной скорости резки дуга начинает осциллировать, в результате чего линия реза получается волнистой. На нижней стороне листа образуется так называемый, "высокоскоростной" шлак, отделение которого затруднено

Скорость резки должна быть такой, чтобы угол отставания прорезания нижней кромки от верхней не превышал 5°.

Ширина реза и угол наклона кромок.

Качество вырезанной детали нормируется согласно ГОСТ 14792-80 по четырем основным параметрам: линейное отклонение, неперпендикулярность торцевой поверхности, шероховатость торцевой поверхности и зона термического влияния.

Решающее влияние на точность и качество резки оказывает ширина реза и угол наклона кромок. Размеры реза и форма кромок определяется многими параметрами, такими как: ток и напряжение дуги, расход плазмообразующего газа и скорость движения плазмотрона.

Размер выходного отверстия сопла и ток дуги напрямую влияют на ширину реза. Увеличение любого из этих параметров повлечет увеличение ширины реза. Оценить величину ширины реза, можно увеличив размер выходного отверстия сопла в 1,5 раза. Для вырезки деталей с требуемыми размерами необходимо сдвигать плазмотрон на полуширину реза в "металл". На станках с ЧПУ это осуществляется с помощью компенсаторов реза или корректоров, которые автоматически пересчитывают эквидистантную траекторию движения инструмента.

Широкий рез (размеры детали меньше требуемых) может получиться вследствие частичного разрушения электрода, большой величины факельного зазора, повышенного тока дуги, несоответствующий расход плазмообразующего газа или низкая скорость резки.

Узкий рез (размеры детали больше требуемых) является следствием небольшого факельного зазора, пониженного тока дуги, большого расхода плазмообразующего газа или высокой скоростью резки.

Угол наклона кромок - это угол между обработанной поверхностью и перпендикуляром к поверхности листа. При тангенциальном подводе плазмообразующего газа левая и правая кромки реза имеют различный угол наклона. При закручивании потока газа по часовой стрелке угол правой кромки, если смотреть по ходу движения плазмотрона, равен 1...3°, а левой - 3...8°. Угол кромки, превышающий 5°, сигнализирует о возникновении проблем с параметрами резки.

Положительный угол наклона (верхний размер больше нижнего) является следствием повреждения сопла, растяжения дуги, пониженного тока дуги или высокой скорости резки.

www.plazmamash.ru