Принцип работы плазмореза. Что такое плазменная резка металлов - описание технологии

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

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

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

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

Плазменная резка металла – принцип работы

В качестве резца выступает двухкомпонентная среда:

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

Принцип работы плазменной резки подробно показан в этом видео.

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

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

Источник плазменной резки – плазмотрон.


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


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

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

Что представляет собой аппарат

Устройство аппарата

Плазморез достаточно сложный аппарат, состоящий из нескольких основных узлов:

Плазмотрон

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

Надо сказать, что резаки бывают двух типов:

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

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

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

Источник питания

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

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

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

Компрессор

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

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

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

Кабель-шланговый пакет

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

Принцип действия

Что такое плазма

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

Принцип работы устройства следующий:

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

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

Нюансы выбора

Выбирая плазморез, необходимо уделить внимание следующим моментам:

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

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

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

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

Краткий обзор моделей

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

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

FoxWeld Plasma 33 Multi

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

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

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

TelWin Plasma 60 HF

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

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

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

Этот плазморез стоит 110 142 рубля.

Сварог CUT-40

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

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

Стоимость Сварог CUT-40 составляет 33000 рублей.

Ресанта ИПР-25

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

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

Горыныч

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

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

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

Вывод

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

Применение плазменной резки имеет широкое распространение. Она используется в машиностроении, коммунальной отрасли, при строительстве судов, изготовлении конструкций из металла. В основе плазменной резки лежит принцип, при котором ионизированный воздух начинает проводить электрический ток.

Разделку металла осуществляют плазма, представляющая собой разогретый ионизированный воздух, и плазменная дуга. Характерные для плазменной резки металла принципы работы будут описаны далее.

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 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.

Структура плазмореза

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.

Каждое из устройств имеет ряд достоинств и недостатков. К достоинствам инвертора относятся:

• дешевизна;
• стабильность горения дуги;
• удобство при применении в участках с затрудненным доступом;
• небольшой вес;
• высокий КПД, превышающий аналогичный показатель для трансформатора на 30%;
• экономичность.

Какие есть недостатки и ограничения?

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.

Понять, как работает , 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.

Методики резки

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:

• нарезании 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.

Разновидности резки плазмой

Выделяют три разновидности процесса:

• простая - с применением электротока и воздуха (альтернативой является азот);
• с применением воды, выполняющей функцию охлаждения плазмотрона, его защиты и поглощения выделений;
• с применением защитного газа, повышающего качество реза.

Плюсы и минусы плазморезки

) струи плазмы называется плазменной резкой. Поток плазмы образуется в результате обдува газом сжатой электрической дуги. Газ при том нагревается и ионизируется (распадается на отрицательно и положительно заряженные частицы). Температура плазменного потока составляет около 15 тысяч градусов по Цельсию.

Виды и способы резки при помощи плазмы

Резка плазмой бывает:

• поверхностная;
• разделительная.

На практике широкое применение нашла разделительная плазменная резка. Поверхностная резка используется крайне редко.

Само резание осуществляется двумя способами:

• плазменной дугой. При резании стали этим способом разрезаемый металл включается в электрическую цепь. Дуга образуется между вольфрамовым электродом резака и изделием.

• плазменной струей. Дуга возникает в резаке между двумя электродами. Разрезаемое изделие в электрическую цепь не включается.

Плазменная резка превосходит по производительности кислородную. Но если режется материал большой толщины или титан, то предпочтение надо отдавать кислородной резке. Плазменная резка незаменима при резании (особенно ).

Виды газов, применяемых для плазменного резания.

Для образования плазмы используются газы:

• активные – кислород, воздух. Применяются при резке черных металлов
• неактивные – азот, аргон, . Применяются при резке цветных металлов и сплавов.

1. Сжатый воздух. Используется для резки:

• меди и ее сплавов – при толщине до 60 mm;
• алюминия и его сплавов – при толщине до 70 mm;
• стали – при толщине до 60 mm.

1. Азот с аргоном. Применяется для резки:

• высоколегированной стали толщиной до 50 mm.

Применять эту газовую смесь для резания меди, алюминия, и черной стали не рекомендуется;

1. Чистый азот. Используется для резания (h=толщина материала):

• меди h равной до 20 mm;
• латуни h равной до 90 mm;
• алюминия и его сплавов h равной до 20 mm;
• высоколегированных сталей h равной до 75 mm, низколегированных и низкоуглеродистых — h равной до 30 mm;
• титана – любой толщины.

1. Азот с водородом. Применяется для резки:

• меди и ее сплавов средних толщин (до 100 mm);
• алюминия и сплавов средних толщин – до 100 mm.

Азотоводородная смесь непригодна для резки любых сталей и титана.

1. Аргон с водородом. Применяется при резке:

• Меди, алюминия и сплавов на их основе толщиной от 100 мм и выше;
• Высоколегированной стали толщиной до 100 мм.

Для резки углеродистых, низкоуглеродистых и низколегированных сталей, а также для титана аргон с водородом применять не рекомендуется.

Оборудование для плазменной резки: виды и краткая характеристика.

Для механизации плазменной резки созданы полуавтоматы и машины переносные различных модификаций.

1. могут работать как с активными, так и с неактивными газами. Толщина разрезаемого материала колеблется от 60 до 120 мм.

• Расход газа:

1. воздух – от 2 до 5 м куб/час;
2. аргон – 3 м куб/час;
3. водород – 1 м куб/час;
4. азот – 6 м куб/час.

• Скорость перемещения – от 0,04 до 4 м/мин.
• Рабочее давление газа – до 0,03 МПа.
• Вес полуавтоматов составляет 1,785 – 0,9 кг в зависимости от модификации.

2. Переносные машины используют сжатый воздух.

• Толщина разрезаемого материала – не более 40 мм.
• Расход сжатого воздуха – от 6 до 50 м куб/час;
• Охлаждение плазмотронов – водой или воздухом.
• Скорость перемещения – от 0,05 до 4 м/мин.
• Рабочее давление газа – до 0,4 – 0,6 МПа.
• Вес переносных машин – до 1,8 кг в зависимости от модификации.
• Плазмотроны, охлаждаемые водой, могут эксплуатироваться только при плюсовых температурах окружающей среды.
• Полуавтоматы и переносные машины пригодны для промышленного использования.

Для ручной резки выпускаются два комплекта:

• КДП-1 с плазмотроном РДП-1;
• КДП-2 с плазмотроном РДП-2.

Аппарат КДП-1 используется для резки алюминия (до 80 мм), нержавеющих и высоколегированных сталей (до 60 мм) и меди (до 30 мм).

Максимальный рабочий ток – 400 А.

Максимальное напряжение холостого хода источника питания – 180 В.

Плазмотрон РДП-1 работает с азотом, аргоном или смеси этих газов с водородом.

Охлаждается плазмотрон РДП-1 водой, потому его можно использовать при температуре выше 0 градусов Цельсия.

Аппарат КДП-2 уступает первому по мощности дуги (всего 30 кВт). Преимущество этой модели в том, что охлаждение плазмотрона РДП-2 осуществляется воздухом. В результате комплект может быть использован на открытом воздухе при любой температуре окружающего воздуха.

Комплектность аппаратов ручной резки:

• режущий плазмотрон;
• кабель-шланговый пакет;
• коллектор;
• зажигалка для возбуждения режущей дуги.

Комплекты для ручной плазменной резки выпускаются беспультовыми. Такое конструктивное решение рационально для выполнения ограниченного объема работ с загрузкой оборудования не более чем на 40 – 50%. Но на время работы их приходится доукомплектовывать сварочными выпрямителями и преобразователями.

При том не следует забывать, что с точки зрения техники безопасности для ручной резки допускается величина напряжения холостого хода источника питания не более 180 В.

Плазменная резка металлов выполненная своими руками: некоторые тонкости процесса.

• Началом процесса резания металлов считается момент возбуждения плазменной дуги. Начав резку, необходимо поддерживать постоянное расстояние между соплом плазмотрона и поверхностью материала. Оно должно быть от 3 до 15 мм.
• Необходимо стремиться к тому, чтобы в процессе работы ток был минимальным, потому что при увеличении силы тока и расхода воздуха снижается ресурс работы сопла плазмотрона и электрода. Но при этом уровень тока должен обеспечивать оптимальную производительность резки.
• Наиболее сложной операцией является пробивка отверстий. Сложность заключается в возможном образовании двойной дуги и выходе из строя плазмотрона. Потому при пробивке плазмотрон должен быть поднят над поверхностью металла на 20 – 25 мм. Опускается плазмотрон в рабочее положение только после того, как металл будет пробит насквозь. При пробивке отверстий в листах большой толщины специалисты рекомендуют использовать защитные экраны с отверстиями диаметром 10-20 мм. Экраны помещаются между изделием и плазмотроном.
• Для ручной резки высоколегированных сталей в качестве плазмосодержащего газа применяется азот.
• При ручной резке алюминия с применением аргоноводородной смеси содержание водорода не должно превышать 20% для повышения стабильности горения дуги.
• Резку меди выполняют с использованием водородосодержащих смесей. А вот латунь требует азота или азотоводородной смеси. При этом резка латуни происходит на 20% быстрее, чем меди.
• После резки медь обязательно зачищают на глубину 1-1,5 мм. Для латуни это требование не является обязательным.

В последнее время использование плазменного потока для раскроя материалов набирает все большую популярность. Еще более расширяет сферу использования данной технологии появление на рынке ручных аппаратов, с помощью которых выполняется плазменная резка металла.

Суть плазменной резки

Плазменная резка предполагает локальный нагрев металла в зоне разделения и его дальнейшее плавление. Такой значительный нагрев обеспечивается за счет использования струи плазмы, формируют которую при помощи специального оборудования. Технология получения высокотемпературной плазменной струи выглядит следующим образом.

• Изначально формируется электрическая дуга, которая зажигается между электродом аппарата и его соплом либо между электродом и разрезаемым металлом. Температура такой дуги составляет 5000 градусов.
• После этого в сопло оборудования подается газ, который повышает температуру дуги уже до 20000 градусов.
• При взаимодействии с электрической дугой газ ионизируется, что и приводит к его преобразованию в струю плазмы, температура которой составляет уже 30000 градусов.

Полученная плазменная струя характеризуется ярким свечением, высокой электропроводностью и скоростью выхода из сопла оборудования (500–1500 м/с). Такая струя локально разогревает и расплавляет металл в зоне обработки, затем осуществляется его резка, что хорошо видно даже на видео такого процесса.

В специальных установках для получения плазменной струи могут использоваться различные газы. В их число входят:

• обычный воздух;
• технический кислород;
• азот;
• водород;
• аргон;
• пар, полученный при кипении воды.

Технология резки металла с использованием плазмы предполагает охлаждение сопла оборудования и удаление частичек расплавленного материала из зоны обработки. Обеспечивается выполнение этих требований за счет потока газа или жидкости, подаваемых в зону, где осуществляется резка. Характеристики плазменной струи, формируемой на специальном оборудовании, позволяют произвести с ее помощью резку деталей из металла, толщина которых доходит до 200 мм.

Аппараты плазменной резки успешно используются на предприятиях различных отраслей промышленности. С их помощью успешно выполняется резка не только деталей из металла, но и изделий из пластика и натурального камня. Благодаря таким уникальным возможностям и своей универсальности, данное оборудование находит широкое применение на машиностроительных и судостроительных заводах, в рекламных и ремонтных предприятиях, в коммунальной сфере. Огромным преимуществом использования таких установок является еще и то, что они позволяют получать очень ровный, тонкий и точный рез, что является важным требованием во многих ситуациях.

Оборудование для плазменной резки

На современном рынке предлагаются аппараты, с помощью которых выполняется резка металла с использованием плазмы, двух основных типов:

• аппараты косвенного действия - резка выполняется бесконтактным способом;
• аппараты прямого действия - резка контактным способом.

Оборудование первого типа, в котором дуга зажигается между электродом и соплом резака, используется для обработки неметаллических изделий. Такие установки преимущественно применяются на различных предприятиях, вы не встретите их в мастерской домашнего умельца или в гараже ремонтника.

В аппаратах второго типа электрическая дуга зажигается между электродом и непосредственно деталью, которая, естественно, может быть только из металла. Благодаря тому, что рабочий газ в таких устройствах нагревается и ионизируется на всем промежутке (между электродом и деталью), струя плазмы в них отличается более высокой мощностью. Именно такое оборудование может использоваться для выполнения ручной плазменной резки.

Любой аппарат плазменной резки, работающий по контактному принципу, состоит из стандартного набора комплектующих:

• источника питания;
• плазмотрона;
• кабелей и шлангов, с помощью которых выполняется соединение плазмотрона с источником питания и источником подачи рабочего газа;
• газового баллона или компрессора для получения струи воздуха требуемой скорости и давления.

Главным элементом всех подобных устройств является плазмотрон, именно он отличает такое оборудование от обычного сварочного. Плазмотроны или плазменные резаки состоят из следующих элементов:

• рабочего сопла;
• электрода;
• изолирующего элемента, который отличается высокой термостойкостью.

Основное назначение плазмотрона состоит в том, чтобы преобразовать энергию электрической дуги в тепловую энергию плазмы. Газ или воздушно-газовая смесь, выходящие из сопла плазмотрона через отверстие небольшого диаметра, проходят через цилиндрическую камеру, в которой зафиксирован электрод. Именно сопло плазменного резака обеспечивает требуемую скорость движения и форму потока рабочего газа, и, соответственно, самой плазмы. Все манипуляции с таким резаком выполняются вручную: оператором оборудования.

Учитывая тот факт, что держать плазменный резак оператору приходится на весу, бывает очень сложно обеспечить высокое качество раскроя металла. Нередко детали, для получения которых была использована ручная плазменная резка, имеют края с неровностями, следами наплыва и рывков. Для того чтобы избежать подобных недостатков, применяют различные приспособления: подставки и упоры, позволяющие обеспечить ровное движение плазмотрона по линии раскроя, а также постоянство зазора между соплом и поверхностью разрезаемой детали.

В качестве рабочего и охлаждающего газа при использовании ручного оборудования может использоваться воздух или азот. Такая воздушно-газовая струя, кроме того, применяется и для выдува расплавленного металла из зоны реза. При использовании воздуха он подается от компрессора, а азот поступает из газового баллона.

Необходимые источники питания

Несмотря на то что все источники питания для плазменных резаков работают от сети переменного тока, часть из них может преобразовывать его в постоянный, а другие - усиливать его. Но более высоким КПД обладают те аппараты, которые работают на постоянном токе. Установки, работающие на переменном токе, применяются для резки металлов с относительно невысокой температурой плавления, к примеру, алюминия и сплавов на его основе.

В тех случаях, когда не требуется слишком высокая мощность плазменной струи, в качестве источников питания могут использоваться обычные инверторы. Именно такие устройства, отличающиеся высоким КПД и обеспечивающие высокую стабильность горения электрической дуги, используются для оснащения небольших производств и домашних мастерских. Конечно, разрезать деталь из металла значительной толщины с помощью плазмотрона, питаемого от инвертора, не получится, но для решения многих задач он подходит оптимально. Большим преимуществом инверторов является и их компактные габариты, благодаря чему их можно легко переносить с собой и использовать для выполнения работ в труднодоступных местах.

Более высокой мощностью обладают источники питания трансформаторного типа, с использованием которых может осуществляться как ручная, так и механизированная резка металла с использованием струи плазмы. Такое оборудование отличается не только высокой мощностью, но и более высокой надежностью. Им не страшны скачки напряжения, от которых другие устройства могут выйти из строя.

У любого источника питания есть такая важная характеристика, как продолжительность включения (ПВ). У трансформаторных источников питания ПВ составляет 100%, это означает, что их можно использовать целый рабочий день, без перерыва на остывание и отдых. Но, конечно, есть у таких источников питания и недостатки, наиболее значимым из которых является их высокое энергопотребление.

Как выполняется ручная плазменная резка?

Первое, что необходимо сделать для того чтобы начать использование аппарата для плазменной резки металла, - это собрать воедино все его составные элементы. После этого инвертор или трансформатор подсоединяют к заготовке из металла и к сети переменного тока.