Знакомимся с плазморезом

Плазменная резка – что это такое

Резка металла представляет собой технологический процесс разделения монолитного элемента на части. Для этого могут использоваться механический способ, то есть рубка или распиливание, гидроабразивный, где обработка производится за счет суспензии из воды и абразива, а также термический способ или нагрев. Под термической обработкой понимается газокислородная, лазерная и плазменная резка металла.

Что такое плазменная резка? Это технология обработки изделий из металла, при которой роль резака играет струя плазмы.

Плазма – это поток ионизированного газа, нагретого до температуры в несколько тысяч градусов. В таком потоке присутствуют отрицательно и положительно заряженные частицы. Ему присущи квазинейтральные свойства, то есть в бесконечно малом объеме суммарный заряд уравновешивается и оказывается равен нулю. Однако за счет наличия свободных радикалов плазма способна проводить электричество.

Благодаря сочетанию таких свойств плазмы, как высокая температура, способность проводить электричество и скорость потока, превышающая скорость звука, в XX веке удалось разработать устройство для плазменной резки.

Если говорить проще о том, как работает плазменная резка, то речь идет о нагреве металла струей плазмы при помощи плазмореза. Этот аппарат создает между соплом резака и обрабатываемым металлом электродугу, температура которой доходит до +5 000 °С. Однако эффективная обработка при таком нагреве невозможна. Чтобы добиться результата высокого качества, в рабочую зону дополнительно подается газ – именно он формирует плазму температурой до +30 000 °С.

Помимо того, что плазма очень горячая, она выходит из сопла со скоростью 1 500 м/с, за счет чего удается без труда резать металл. Стоит отметить, что подобная обработка отличается высокой точностью и аккуратностью, поэтому современная промышленность все чаще отдает ей предпочтение.

Устройство и принцип работы плазмореза

Оборудование для плазменной резки состоит из:

• источника питания;
• горелки;
• кабеля массы;
• компрессора или баллона со жатым воздухом.

Источником питания выступает инвертор, выдающий постоянный ток, который до этого был преобразован несколько раз с повышением частоты. Для подключения необходимо 220 или 380 V, в зависимости от характеристик прибора. На выходе аппарат выдает напряжение до 400 V и силу тока от 25 до 125 А. Горелка в таком оборудовании называется плазмотроном. На ней есть сопло и кнопка для запуска питания. Плазмотрон бывает ручной или автоматического типа на кронштейне с рельсами.

Составные элементы плазмореза.

Устройство плазмотрона.

Принцип работы плазмореза заключается в возбуждении электрической дуги, в которую подается сжатый воздух. От нагрева он переходит в плазму, которой осуществляется резка всех видов металлов и даже керамики. Температура плазмы составляет около 20000 градусов, что превосходит показатель кислородной резки в 6 раз.

Еще плазма обладает высокой скоростью иссечения 1500 м/с, которой нет у газо-кислородного пламени, режущего за счет давления в 10 атм из баллона. Такие характеристики дуги обеспечивают чистый рез, узкую кромку и минимум шлака на обратной стороне детали.

Для резки плазмотроном в оборудовании осуществляются следующие процессы:

1. Источник тока подает напряжение на катод и анод, расположенные в сопле плазмотрона. Между ними возникает электрическая дуга. Одновременно от компрессора поступает сжатый воздух, пропущенный через фильтр-осушитель. Воздух, проходя через дугу, ионизируется и превращается в плазму. Эта дуга называется дежурной и горит только на плазмотроне.

Работа плазменной горелки.

2. Затем сварщик подносит горелку к заготовке. Благодаря кабелю массы, несущему положительный заряд и подключенному к изделию, дуга замыкается на материале. Дежурная дуга становится режущей. Сварщик управляет горелкой и ведет резку по намеченному контуру. Длину плазмы и ширину можно регулировать силой тока и диаметрами устанавливаемых сопел.

3. Когда резка выполнена, сварщик убирает горелку от изделия и снова горит дежурная дуга. Отпуская кнопку, она гасится и еще какое-то время подается воздух для охлаждения сопла.

Схема работы плазмореза.

Виды плазморезов

Понимая принцип работы плазмореза и его устройство, рассмотрим разновидности оборудования. Это поможет определиться с деталями выбора под конкретные задачи на производстве.

Резаки инверторного типа

отличный инструмент эконом-класса, который способен резать металл толщиной до 30-ти мм. Их используют чаще в быту и в малых мастерских. Энергопотребление у них весьма скоромное, они компактны: небольшого веса и изящных габаритов.

Плазморезы трансформаторного типа

Они стоимостью подороже. Это больше походе на станок плазменной резки, как большой короб на колесиках. Режут металл с серьезной толщиной – вплоть до 80-ти мм. Они значительно тяжелее и больше по габаритам, чем инверторные.

Эти вес и размеры можно простить за большую надежность: обычно они не выходят из строя при скачках напряжения в сети, что чрезвычайно актуально для некоторых регионов. Продолжительность бесперебойного включения у этих аппаратов фантастическая – вплоть до 100%.

Это означает, что трансформаторный резак может работать весь день без перерыва. Кроме большого веса и крупных габаритов у этого вида аппаратов есть еще один недостаток: высокое потребление энергии. Как говориться, большому кораблю большое плавание.

Плазменные резаки можно разделить по виду контакта:

• Контактные, которые имеют контакт с металлом. Режут детали с толщиной не больше 18-ти мм.
• Бесконтактные, которым под силу резка металлов практически любой толщины.

Контактная плазменная резка

Это выглядит следующим образом: электрическая дуга соединяет плазмотрон и поверхность разрезаемой металлической детали, иными словами – дуга прямого действия. Вектор этой дуги всегда совмещается с потоком плазмы, выходящим из сопла под большим давлением с высокой скоростью.

Раскаленный воздух представляет из себя плазму, он давит на дугу и сообщает ей режущие свойства. Если учесть высочайшую температуру на уровне 3000°С, происходит то самое механическое воздействие на металл, которое называется резкой.

Данный тип резки используется в работе с высокопроводными металлами. Преимущественно это детали с неправильными контурами, трубы, прутки, металлические полосы и уголки, различные отверстия в заготовках и т.д.

Бесконтактная плазменная резка

Здесь режущим инструментом является струя из плазмы, идущая из сопла с огромной скоростью. Что же касается дуги, то она формируется между наконечником плазмотрона и электродом.

Эта технология применяется в работе с материалами, которые плохо проводят ток. Это неметаллы, к примеру, камень.

Еще один принцип классификации резаков на аппараты ручной или машинной резки.

Ручные воздушно-плазменные резаки

Это самые демократичные модели и по цепне, и по сфере применения. Нельзя сказать, что они стали эдакими домашними котиками для резки новогодней фольги, но в автомастерских, к примеру, они стали широко использоваться для резки деталей самого разного калибра.

Производительность у них не бог весть какая прежде всего потому, что резак находится в руках у оператора, которому приходится держать его на весу и вести по линии разреза. Понятно, что об идеальной точности и ровности разреза говорить не приходится.

Чтобы исправить это, можно использовать специальный упор. Этот упор размещают на сопле, придавливают к поверхности заготовки и таким образом ведут резак по линии разреза.

Стоимость ручного плазменного резака зависит от их функциональных возможностей, включая применяемую силу тока и максимальную толщину металла, которую можно будет с их помощью разрезать.

На рынке появились чрезвычайно интересные универсальные модели, с помощью которых можно как резать, так и варить металлические детали. Стоят они недешево, но вполне приемлемо: около 500 USD. Заметить такие модели можно с помощью маркировки.

Аппараты плазменной резки машинного типа

Данные модели практически всегда снабжены программным обеспечением, благодаря которому участие оператора из процесса исключено. Понятно, что сразу же повышаются производительность и общая эффективность работы аппарата. Ну а главная фишка – идеальная точность резки.

Дополнительный бонус от машинного резака – отсутствие какой-либо необходимости обрабатывать края после резки, они и так идеальные.

Для начала работы вводится схема, по которой будет произведена любая форма или фигура резки.

Стоимость машинных устройств на несколько порядков выше, чем у ручных аппаратов плазменной резки. Данные аппараты состоят из мощных трансформаторов и технического стола в виде ровной поверхности с направляющими.

Цена зависит от комплектующих, габаритов и функциональности программного обеспечения. Так или иначе стоимость любой машинной модели будет находиться в диапазоне 3000 – 20000 USD.

Водно-плазменные резаки

Помимо аппаратов воздушно-плазменной резки существуют и модели водно-плазменного типа. В этом случае вода играет роль охладителя, а плазму образует не воздух, а водяной пар.

Устройства воздушно-плазменной резки – отличная опция благодаря низкой цене и компактности, но у них есть существенный недостаток – ограничения в толщине разрезаемого металла, этот лимит составляет всего 80 мм.

А вот мощность водно-плазменных резаков намного выше, и поэтому позволяет работать с массивными деталями. Если говорить о пресловутой стоимости, то да, эти модели дороже.

Дело в том, что по консистенции водяной пар значительно более вязкий, чем воздух. В результате этой «счастливой» вязкости водяного пара нужно намного меньше.

При прохождении через плазмотрон электрической дуги в него подается вода, которая мгновенно начинает испаряться. Пар ионизируется под действием загоревшейся электрической дуги и рабочей жидкости, которая поднимает катод полюса с минусом от катода полюса сопла с плюсом.

Одна из самых известных моделей водно-плазменного типа – аппарат «Горыныч» со стоимость примерно 800 USD.

Как работает плазменная резка металла

Как работает аппарат плазменной резки? Усиление электрической дуги происходит при помощи разгона газом под давлением, за счет чего в несколько раз повышается температура режущего элемента по сравнению с пропан-кислородным пламенем. Это дает возможность быстро резать металл таким образом, чтобы даже при высокой теплопроводности все изделие не успело нагреться и деформироваться.

Роль режущего элемента при плазменной резке играет ионизированная дуга плазмотрона. Она позволяет как раскраивать материал, так и сваривать его. Во втором случае применяют присадочную проволоку, состав которой подбирается под конкретный вид металла, а подаваемый воздух заменяют инертным газом.

Резка металлических изделий производится двумя способами, такими как:

• Рез прямого действия, который также называют плазменно-дуговой резкой.

В этом случае между резаком и изделием, то есть катодом и анодом, зажигают электрическую дугу. Катод (электрод) находится внутри корпуса с соплом. Газ под давлением проходит мимо электрода, нагревается и ионизируется. В сопле создается высокая скорость потока. В процессе такой обработки электродуга плавит металл, а раскаленный газ обеспечивает вывод излишков из зоны нагрева.

• Рез косвенным воздействием.

Данная технология дает возможность работать с обычными металлами, а также с теми, которые отличаются малой электрической проводимостью, и диэлектриками. При такой обработке источник электроискры находится в резаке, поэтому изделие контактирует только с потоком плазмы. Отметим, что стоимость подобных устройств значительно выше, чем у моделей прямого действия.

Обе разновидности резаков ученые называют плазмотронами, то есть генераторами плазмы.

Резку металла можно производить при помощи устройств промышленного и бытового назначения. В промышленных условиях работают со сложными многофункциональными автоматизированными комплексами или станками с ЧПУ. Тогда как для использования в быту предназначены небольшие аппараты, подключаемые к сети 220 V или 380 V.

Плазменно-дуговая резка отличается такими характеристиками:

• Температура потока в пределах +5 000…+30 000 °C. Конкретная цифра зависит от обрабатываемого материала – минимальные температуры используются при работе с цветными металлами, а верхние показатели позволяют обрабатывать тугоплавкие стали.
• Скорость потока в пределах 500–1500 м/с. Она подбирается под требования конкретного вида резки, при этом оценивается толщина заготовки, материал, тип распила (прямой либо криволинейный), продолжительность работы системы.
• Газ для плазменной резки. С черными металлами работают при помощи активной группы, куда входят кислород (O₂) и воздух. Обработка цветных металлов и сплавов предполагает использование неактивной группы, а именно азота (N₂), аргона (Ar), водорода (H₂), водяного пара. Кислород окисляет цветные металлы, то есть запускает их горение, поэтому их обрабатывают в среде защитных газов. Также за счет изменения состава газовой смеси удается поднять качество обработки.
• Ширина разреза. В данном случае работает одно правило: при росте показателей повышается ширина реза. На нее влияют толщина и вид металла, диаметр сопла, сила тока, количество используемого газа и скорость обработки.
• Производительность, которая зависит от скорости резки. Так, бытовые агрегаты в соответствии с ГОСТ ограничены показателем 6,5–7 м/мин (~0,11 м/сек). Производительность резки зависит от толщины, вида металла, скорости струи газа. Нужно понимать, что увеличение размеров заготовки приводит к снижению скорости обработки.

Как выбрать плазморез

При выборе плазмореза нужно учесть несколько ключевых характеристик.

Толщина разрезаемого металла

Этот параметр напрямую зависит от силы тока (количества ампер), вырабатываемой инвертором. Если Вам требуется резать черный металл, то на каждый 1 мм толщины понадобиться 4 А мощности. Например, чтобы кроить листовое железо 7 мм, ищите аппарат с силой тока не менее 30 А. Для цветных сплавов расчетное значение 1 мм=1.5 А.

Существует еще понятие чистового реза и максимального. Например, первое значение в характеристиках может быть 12 мм, а второе — 18 мм. Это означает, что при толщине до 12 мм вообще не понадобится последующая механическая обработка. Лучше брать плазморез с запасом по мощности, чтобы он не работал постоянно в полную силу. Это продлит его ресурс.

Продолжительность включения

Подразумевает, как долго аппарат сможет работать без перерыва. Зависит от мощности и типа охлаждения. Для гаража и небольшой мастерской подойдут установки с ПВ 40%. Для производства, где часто требуется плазменная резка заготовок, выбирайте ПВ 60-80%.

Необходимая мощность компрессора

Чтобы плазменная резка была качественной, необходима стабильная подача воздуха от компрессора. Его производительность должна быть на 20-30% выше, чем требуется по паспорту инвертора. Покупайте компрессор с фильтром-осушителем и маслоотделителем, чтобы примеси не влияли на качество плазмы.

Длина шлангпакета

У плазмотрона длина кабелей может быть 1.5-8 м. При выборе учитывайте, с какими по габаритам конструкциями Вам придется работать. Чем короче шлангпакет, тем чаще придется переставлять аппарат. Но если он требуется для выреза небольших деталей над столом, то можно сэкономить и купить плазмотрон с коротким кабелем.

Видео. Как выбрать плазморез

Виды плазменной резки

Принципы действия первых двух видов практически одинаковы – раскрой ведется за счет электродуги в сочетании с ионизированным потоком раскаленного газа. Единственное, чем отличаются данные подходы – это рабочее тело. При воздушно-плазменной резке его роль играет воздух, а при газоплазменной – газ либо водяной пар.

С заготовками толщиной не более 200 мм работают при помощи комбинированного оборудования. Дело в том, что современная промышленная установка позволяет производить термообработку газовой струей или использовать плазмотрон.

Станки для плазменной резки оснащены модулем ЧПУ, что позволяет им выполнять раскрой листов металла по прямой либо с формированием криволинейных кромок.

Ручная плазменная резка представляет собой классическую плазменно-дуговую обработку. Бытовые переносные устройства используют для раскроя черного металла воздушную ионизированную струю. Изменение состава газов приводит к тому, что оборудование значительно усложняется, а значит, повышается его стоимость.

Лазерно-плазменная резка – это сочетание нескольких методов обработки металла в одном станке. Отметим, что раскрой лазером используется для листов толщиной не более 6 мм. Материалы большей толщины требуют применения плазменно-дуговой резки.

Можно значительно повысить производительность при условии, что используется станок с ЧПУ, который позволяет осуществлять лазерную и пламенную резку. Таким образом добиваются различных линий раскроя, подготавливают необходимые отверстия. Кроме того, за счет сочетания двух технологий в одном устройстве серьезно экономятся производственные площади.

Плазменно-дуговой способ обработки применяется для габаритных заготовок. Лазерная работает лучше всего на мелких деталях, когда выдвигаются особые требования к точности раскроя.

Основная разница между лазерным и плазменным методом резки состоит в источнике нагрева. В лазере его роль играет сфокусированный световой луч. Так получается очень маленькая площадь его контакта с изделием, воздействие оказывается локальным. Это приводит к тому, что рез имеет небольшую ширину, а значит, достигается более высокое качество раскроя, чем когда работает плазмотрон.

Понять в общих чертах, как работает плазменная резка, можно, посмотрев видео.

Видео о том, что такое плазма и как работает плазменная резка: https://youtu.be/GUXgCnErxfE.

Как устроен аппарат плазменной резки?

Главные элементы аппаратов плазменной резки металла – плазмотрон, источник электропитания и так называемый кабель-шланговый пакет для соединения с компрессором. В качестве источника питания могут быть использованы инвертор или трансформатор.

Плазмотрон

Это главная часть аппарата плазменной резки. В свою очередь, он состоит из сопла, электрода и изолятора. По своей форме это корпус с камерой цилиндрической формы и малым выходным каналом, в котором формируется дуга. Электрод находится с тыла камеры, его функция – возбуждение дуги.

Электроды

Это специальные расходники, сделанные именно для резки металла. Чаще их производят из циркония, тория или гафния. Самые распространенные – из гафния.

Все эти элементы отличаются тем, что на их поверхности формируются оксиды с тугоплавкими свойствами. Эти оксиды как раз и защищают электрод от разрушения.

Розжиг или возбуждение дуги напрямую между электродом и металлической заготовкой произвести сразу трудно. Поэтому первым делом разжигается промежуточная дуга между электродом и плазмотроном. Затем воздух под давлением проходит чрез дугу, ионизируясь и нагреваясь.

В итоге объем этого воздуха повышается в объеме во много раз, он превращается в поток плазмы. Плазма вырывается из суженого конца сопла с огромной скоростью и высочайшей температурой вплоть до 30000°С.

Такому потоку все по силам, в дополнение ко всему он обладает очень высокой теплопроводностью – практически такой же, как у металла заготовки, которую нужно резать.

Настоящая дуга – та самая, которая нужна, формируется при выходе плазмы из сопла плазмотрона. Теперь именно эта рабочая дуга является главным режущим фактором.

Сопло плазмотрона

Различается по диаметру, от которого будут зависеть функциональные возможности всего аппарата. Прежде всего эта зависимость касается объема ионизированного воздуха, выходящего из сопла: именно им обусловлены главные характеристики резака – скорости работы и охлаждения, ширина шага реза.

Чаще встречаются сопла с малым диаметром, не превышающим 3-х мм. Зато длина сопла больше – около 10-ти мм.

Защитные газы

Прежде всего эти газы образуют плазму, их даже называют плазмообразующими. Такие газы используются только в мощных промышленных аппаратах для резки толстых металлов. Чаще это гелий, аргон, азот и их различные смеси. Кстати, кислород сам по себе также является защитным и плазмообразующим газом. Он используется в резаках небольшой мощности для резки металлов не толще 50-ти мм.

В плазмотроне расходными материалами являются сопло и электроды. Их нужно менять в положенных сроки.

https://youtu.be/grj5WCpW9c8

Какие газы используются при плазменной резке

Плазменная резка металла предполагает его проплавление и удаление расплава за счет теплоты плазменной дуги. Плазмообразующая среда влияет не только на скорость и качество работ, но и на такие показатели, как глубина газонасыщенного слоя и характер физико-химических процессов, протекающих по кроям реза.

Существуют марки металла, которые не могут обрабатываться некоторыми видами плазмообразующих смесей. Так, резка титана не должна производиться при помощи соединений, имеющих в составе азот и водород.

Повторим, что все газы, применяемые для подобной резки, принято делить на защитные и плазмообразующие.

В бытовых устройствах, позволяющих работать с металлом толщиной не более 50 мм при силе тока дуги до 200 А, используют сжатый воздух. Он может играть роль защитного и плазмообразующего газа. Тогда как в промышленных системах работают другие газовые смеси, содержащие кислород, азот, аргон, гелий или водород.

Что можно резать: возможности плазмы

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

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

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

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

1. Плазменная резка труб.

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

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

2. Плазменная резка листового металла.

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

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

3. Фигурная плазменная резка металла.

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

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

4. Плазменная резка чугуна.

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

5. Плазменная резка стали.

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

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

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

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

6. Плазменная резка бетона.

Плазма отлично работает не только в тех случаях, когда требуется резка металлов, но и при обработке бетона, камня и других материалов с высокой прочностью. Разница лишь в том, что раскрой токопроводящих материалов осуществляют плазменно-дуговой резкой, тогда как с материалами, которые ток не проводят, работают при помощи плазменной струи.

Данный метод обработки бетона все активнее используется в промышленных масштабах. Подобное специализированное оборудование оснащается газовыми баллонами с дозирующими редукторами, мобильным трансформатором, штуцером режущего шланга и заземляющим электрическим кабелем. Такая техника позволяет работать с бетоном и железобетоном, толщина которого не превышает 100 мм.

Но нужно понимать, что этот способ имеет и минусы. К ним относятся сложность рабочего процесса, относительно малая глубина резки, громоздкость оборудования и необходимость высокой квалификации у персонала.

7. Плазменная резка отверстий.

Современным металлообрабатывающим предприятиям достаточно часто приходится производить резку отверстий для болтовых соединений. Самые современные станки плазменной резки позволяют получать отверстия в металлических листах такого же качества, как при гидроабразивной или лазерной обработке.

Аппараты для плазменной резки

Чтобы понять, как работает плазморез воздушно-плазменной резки, остановимся на его конструкции. Она включает в себя источник питания, плазменный резак/плазмотрон, воздушный компрессор и кабель-шланговый пакет.

Источник питания, то есть трансформатор или инвертор, подает на плазмотрон ток определенной силы. Трансформаторы отличаются большим весом, высоким расходом энергии, но при этом не так чувствительны к скачкам напряжения. Не менее важно, что они позволяют работать с заготовками большей толщины.

Инверторы не такие тяжелые и дорогие, потребляют меньше электроэнергии, но уступают трансформаторам по толщине обрабатываемых заготовок. По этой причине с ними чаще работают на небольших производствах и в частных мастерских. КПД инверторных плазморезов на треть выше, чем у трансформаторных, они обеспечивают более стабильное горение дуги. Отметим, что они упрощают работу в труднодоступных местах.

Плазмотрон, также известный как «плазменный резак», играет роль основной составляющей плазмореза. Иногда понятия «плазмотрон» и «плазморез» приравнивают, однако плазмотроном называется сам резак, а не всю установку.

Ключевыми составляющими плазменного резака являются сопло, электрод, охладитель/изолятор между ними и канал, по которому подается сжатый воздух.

Внутри корпуса плазмотрона расположен электрод из гафния, циркония, бериллия или тория, именно он приводит к возбуждению электрической дуги. Все перечисленные металлы могут использоваться для воздушно-плазменной резки, так как во время обработки на их поверхности формируются тугоплавкие оксиды, не позволяющие электроду разрушаться. Однако только часть этих металлов используется на практике, поскольку некоторые из них образуют оксиды, опасные для здоровья персонала. Так, оксид тория токсичен, а оксид бериллия радиоактивен. Поэтому обычно электроды для плазмотрона изготавливают из гафния, все остальные металлы применяются не так часто.

Сопло плазмотрона обжимает и создает плазменную струю, та испускается из выходного канала и осуществляет резку металла. Размер сопла определяет возможности, характеристики плазмореза и используемые методы работы. Диаметр сопла влияет на то, какой объем воздуха может пройти через него за единицу времени. Тогда как от объема воздуха зависят ширина реза, скорость охлаждения и скорость работы всей системы.

В большинстве случаев диаметр сопла составляет 3 мм. Еще одна не менее важная характеристика – длина сопла: чем она больше, тем более аккуратным и качественным получается кромка изделия. Однако нужно понимать, что слишком длинное сопло не способно служить долго и быстро приходит в негодность.

Компрессор в данной системе обеспечивает подачу воздуха. Напомним, что при использовании технологии плазменной резки приходится пользоваться плазмообразующими и защитными газами. В аппаратах, которые работают с током мощностью не более 200 А, для образования плазмы и охлаждении применяется сжатый воздух. С помощью подобного устройства возможна резка заготовок толщиной до 50 мм. Промышленный станок работает на основе гелия, аргона, кислорода, водорода, азота и сочетания этих газов.

Кабель-шланговый пакет является соединением между источником тока, компрессором, плазмотроном. Кабель пропускает ток, необходимый для зажигания дуги, от трансформатора/инвертора, в то время как по шлангу поступает воздух в сжатом состоянии, именно он потом будет играть роль плазмы. Плазма образуется в плазмотроне – подробнее мы поговорим об этом немного позже.

Нажатая кнопка розжига дает сигнал системе, последняя начинает работать, к плазмотрону поступают высокочастотные токи – в нем между электродом и наконечником сопла возбуждается дежурная дуга температурой в пределах +6 000…+8 000 °С. Нужно пояснить: формирование дуги при участии только электрода и листа металла является затруднительным процессом. Далее столб дежурной дуги заполняет канал.

Когда загорается дежурная дуга, в камеру поступает сжатый воздух. Он нагревается от дуги, расширяется почти в сто раз, ионизируется, теряет свойства диэлектрика, то есть становится проводником для тока.

Используемое в системе сопло сужено книзу, поэтому способно обжимать воздух, формируя поток, движущийся со скоростью 2-3 м/с. Нагретый до +25 000…+30 000 °С воздух с измененными свойствами играет роль плазмы. Уровень его электропроводимости соответствует этому показателю у обрабатываемого металла.

Когда плазма касается заготовки, режущая дуга возбуждается, дежурная гаснет. Обеспечивается локальный разогрев изделия рабочей дугой, за счет чего металл плавится, образуется рез. Появляющиеся на заготовке частицы горячего металла удаляются воздухом, выходящим из сопла. Такой подход к резке при помощи плазмы считается наиболее простым.

Пока вы работаете с подобным устройством, важно, чтобы катодное пятно дуги находилось посередине электрода/катода. Для достижения такого эффекта применяют вихревую либо, как ее еще называют, тангенциальную подачу воздуха. Ее нарушение приводит к тому, что катодное пятно с плазменной дугой смещаются от необходимой точки. В результате не получается добиться стабильного горения плазменной дуги либо образуются сразу две дуги. Кроме того, возможен и худший расклад, при котором придется восстанавливать работу всей установки.

Увеличение расхода воздуха приведет к ускорению потока плазмы, а значит, к ускорению работы. Увеличив диаметр сопла, можно добиться снижения скорости, большей ширины реза. При токе 250 А плазма выходит из сопла со скоростью 800 м/с.

Скорость является важным параметром, который влияет на ширину реза: повышение этого показателя приводит к сужению реза. При низкой скорости ширина возрастает, как и при повышении силы тока. Все названные нюансы являются ответом на вопрос о том, как работать плазменной резкой».

1. Ручные плазморезы.

С такими устройствами работают в частных хозяйствах, мастерских, на малых производствах. Оператор держит оборудование в руках и направляет резак по линии реза. Пока устройство работает, оно остается на весу, из-за чего не удается добиться идеально ровного реза. Кроме того, данный метод обработки отличается невысокой производительностью. Для получения ровного реза без наплывов, окалины, используют упор. Его надевают на сопло и прижимают к листу металла, далее резак ведут вдоль линии раскроя. Таким образом, расстояние между заготовкой и соплом сохраняется на протяжении всей работы.

Стоимость ручного устройства устанавливается в зависимости от верхней границы силы тока, с которой он может работать, толщины раскраиваемого материала и количества допустимых операций. Часть моделей подходит для резки металлов, тогда как при помощи других можно сваривать элементы. Понять функционал устройства позволяет маркировка:

• CUT – используется для разрезания;
• TIG – необходима, чтобы производить аргонодуговую сварку;
• MMA – работает для дуговой сварки штучным электродом.

В качестве примера приведем модель Fox Weld Plasma 43 Multi, в которой сочетаются все названные функции. Ее цена находится в пределах 530–550 у.е., сила тока равна 60 А, с ее помощью удается разрезать металл толщиной до 11 мм.

Нужно понимать, что сила тока и толщина заготовки являются основными параметрами, которые оценивают при покупке плазмореза. Они связаны между собой: чем выше первый показатель, тем сильнее рабочая дуга.

Для грамотного выбора плазмореза нужно заранее представлять себе, с каким металлом и какой толщины установка будет работать. Для резки медного листа толщиной 2 мм силу тока рассчитывают таким образом: 6 А умножают на 2. То есть для такой обработки подойдет устройство на 12 А. Для резки стали толщиной 2 мм, умножают 4 А на 2, получая показатель 8 А. Отметим, что аппарат берут с запасом, поскольку в инструкции указываются предельные, а не номинальные показатели – они позволяют работать при такой силе тока лишь короткое время.

2. Станок с ЧПУ плазменной резки.

С подобным оборудованием работают на производствах. Аббревиатура ЧПУ означает «числовое программное управление».

В процессе резки оператор принимает минимальное участие, поскольку система работает по установленной программе. Таким образом, удается избежать влияния человеческого фактора на качество работ и значительно поднять уровень производительности. Получается очень ровный рез, не требующий дополнительной обработки кромок. Не менее важно, что такая технология позволяет работать даже с очень точными фигурными резами. Для этого в программу вводят схему, после чего устройство само выполняет все необходимые операции.

Стоимость автоматизированной системы для плазменной резки гораздо выше, чем ручной. Дело в том, что в первом случае необходим большой трансформатор. Кроме того, устройство оснащено специальным столом, порталом и направляющими. Конкретная цена зависит от сложности, размеров системы, варьируется от 3 000 до 20 000 у.е.

Такие станки охлаждаются при помощи воды, за счет чего не требуется прерывать работу в течение смены. Их ПВ, или продолжительность включения, равна 100 %. У ручных устройств этот показатель находится на уровне 40 %, то есть после четырех минут работы плазморезу потребуется шесть минут перерыва.

Плюсы и минусы плазменной резки

Пока не существует методов обработки металлов, не имеющих минусов. Стоит отдельно остановиться на недостатках плазменной резки:

• Высокая стоимость аппаратов для резки, даже когда речь идет о наиболее простых ручных устройствах.
• Предельная толщина обрабатываемого таким образом металла составляет лишь 100 мм.
• Высокий уровень шума, вызванный тем, что подача воздуха или газа производится на большой скорости.
• Непростое дорогое оборудование требует постоянного грамотного технического обслуживания.

Отметим, что при резке нагревается только небольшой участок поверхности заготовки. После чего ему требуется меньше времени на остывание, чем когда работают лазерные или механические устройства для резки.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Металлические поручни для лестниц: особенности изделий и правила выбора

Изготовление торговых стеллажей и их использование

Сфера применения, плюсы и минусы плазменной резки

Оборудование для плазменной резки металлов используется на заводах и в частных мастерских. С его помощью ведется крой листового железа с толщиной от 1 до 100 мм (зависит от мощности аппарата). Плазмой можно вырезать сложные узоры, прожигать отверстия, срезать кромку. Последующие заготовки используются для приваривания к другим конструкциям или подвергаются токарной обработке, штамповке. В отличие от кислородного пламени, плазма режет все виды металлов и керамику, поэтому ее функционал и зона применения шире.

Чтобы определиться, нужен ли Вам плазморез, рассмотрите преимущества и недостатки такого оборудования.

К главным плюсам этого метода кроя относятся:

Высокая скорость реза

Благодаря температуре 20000 градусов плазморезом можно кроить заготовки гораздо быстрее, чем другими методами. Например, лист с сечением 25 мм получится резать на скорости 1000 мм/мин.

Быстрый сквозной прожиг

Если требуется начать резку не с края листа, а в центре, то плазма прожжет толщину 15 мм за 2 с, а газопламенному резаку потребуется на это около 30 с.

Минимальный нагрев соседних участков

Плазма точечно воздействует на металл, не нагревая поверхность вокруг. Это снижает количество деформаций и позволяет держаться за крупные заготовки руками в перчатках, поворачивая их по необходимости.

Высокое качество реза

После плазмы почти не остается потекших капель шлака на обратной стороне заготовки. Кромки содержат минимум рельефности, поэтому не нуждаются в обработке — сразу можно производить последующую сварку конструкций. Если требуется порезать тонкие листы 1-2 мм, то их можно сгруппировать друг на друге и выполнить все за один раз — заготовки не прилипнут между собой на краях.

Пример металла разрезанного плазморезом.

Безопасность

В этом оборудовании не используются горючие газы. Применение сжатого воздуха или инертных газов делает процесс более безопасным — взрыва точно не будет, как в случае обратного удара пламени в кислородном резаке.

Простота использования

В отличие от газопламенной резки, здесь не нужно настраивать подачу по-отдельности горючего газа и кислорода, а затем регулировать еще и струю режущего кислорода. Все включается одной кнопкой и доступно для быстрого освоения даже новичку.

Возможность автоматизации

Плазморез легко доукомплектовать кронштейном (портальный или консольный тип), чтобы он автоматически передвигался над изделием. Управление ведется с ЧПУ. В нем оператор задает конфигурацию и скорость кроя, одновременно один человек может следить за процессами на пяти установках.

Минимум подготовки перед процессом

Плазма способна кроить любой металл без предварительной очистки от грязи или ржавчины. При работе нет разбрызгивания металла и воздушных хлопков.

Но у этого метода резки есть и недостатки, которые нужно знать, чтобы грамотно выбрать плазморез и не разочароваться.

Вот самые основные минусы аппаратов и самого метода:

• Лучшее качество реза достигается за счет удержания горелки под углом 90 градусов к поверхности. Резать фаску под косым углом могут только дорогие модели.
• Этим оборудованием сложно нагреть металл, чтобы выполнить гиб или ковку.
• Максимальная толщина реза составляет 100 мм, тогда как газопламенной резкой можно прорезать 200-300 мм.
• Само оборудование стоит дороже. Понадобиться еще компрессор. Цена аргона выше, чем пропана или кислорода.
• Аппараты зависят от электрической сети. Для работы в полевых условиях необходим бензогенератор. Его мощность должна быть достаточно высокой, чтобы покрыть потребности плазмореза и компрессора.

Изготовление крышных рекламных конструкций – от выбора компании до реализации идеи

Изготовление корпусов для радиоаппаратуры: 3 технологии

Производство наружных конструкций: 7 преимуществ подобной рекламы

Металлический пристенный стеллаж: удобство и функциональность

Металлические разборные стеллажи: разбираемся в их устройстве и особенностях

Изготовление металлической мебели – для любого интерьера

Изготовление витрин на заказ: преимущества подхода

Плазменный резак своими руками

Сразу заметим, что плазменной резки не обязательно быть профессиональным сварщиком, опыт в сварке здесь не нужен. Если вы задумали сделать такой аппарат своими руками, примите к сведению, что у вас появится возможность идеально резать кроме металла другие материалы: пластик, дерево, керамику и пр.

Плазменный резак – дорогое удовольствие даже в виде самых простых ручных моделей, поэтому сделать самодельный аппарат имеет смысл: овчинка выделки стоит.

Единственное, что нужно купить – это источник питания и сопло. Если вы все сделаете правильно, ваш аппарат не будет уступать заводским экземплярам по своим рабочим качествам.

Для образования плазмы нужен воздух, а для системы охлаждения нужна вода или тосол, которые заливаются в специальную емкость.

Стержень нужно брать вольфрамовый., с его помощью будет формироваться электрическая дуга. Все комплектующие всегда имеются в хозяйственных магазинах. Собрав все необходимое оборудование для плазменной резки металла, аппарат производится по схемам, которые представлены в сети в большом количестве.

Лучшие плазморезы

Изучив характеристики оборудования и советы по выбору, перейдем к рейтингу лучших плазморезов, основанному на отзывах сварщиков. Возможно, здесь Вы найдете подходящий для себя аппарат и отправитесь в магазин за уже конкретным товаром.

Aurora PRO AIRHOLD 42 Mosfet

Возглавил рейтинг аппарат плазменной резки с доступной ценой. Его габариты составляют 40х16х30 см. Он работает от однофазной сети 220 В и потребляет 6.6 кВт. Максимальная сила тока 40 А разрешает резать без последующей зачистки толщину до 12 мм. ПВ на максимуме до 60%. Инвертор подходит для кроя чугуна, легированной и углеродистой стали, меди. Для поджига необходимо коснуться соплом о поверхность детали. Весит оборудование 9 кг, поэтому его не сложно транспортировать.

Вывод. Этот плазморез выделяется длинной штатной горелкой с кабельканалом 5 м. Отлично подходит для работы с крупными заготовками на производстве и в гараже. Судя по отзывам сварщиков, аппарат легко зажигает дугу на морозе до -20 градусов. Если Вам часто приходится резать металл на улице, то это оптимальный выбор.

BRIMA CUT-40

Еще один профессиональный плазморез в рейтинге по доступной цене. Имеет максимальную силу тока 40 А, чего хватает для чистого реза 12 мм. Относится к полупрофессиональному классу. Питается от 220 В с потреблением мощности 5 кВт. По паспорту требуется производительность компрессора 170 литров воздуха в минуту. ПВ на максимуме достигает 60%. Чтобы возбудить дугу, потребуется касание по изделию. Хранить и перевозить инвертор не сложно ввиду габаритов 44х16х31 см. В аппарате применяется воздушный тип охлаждения. На корпусе имеются многочисленные отверстия и встроен вентилятор.

Вывод. Этот плазморез обладает очень компактным плазмотроном. Если Вам нужно демонтировать металлические конструкции и подлазить в узкие места для среза стоек, полок или других элементов, то эта горелка подойдет. Головка оснащена коротким керамическим соплом с наклоном 100 градусов. Держать резак удобно.

Ресанта ИПР 40

Далее в рейтинге товар от латвийского бренда, собираемый в Китае. Плазморез инверторного типа выполнен в стальном корпусе и снабжен воздушным охлаждением. На переднюю сторону вынесен манометр, благодаря чему сварщику не требуется смотреть за показателями на компрессоре. На плазмотроне есть мягкий зажим, облегчающий удержание кнопки пуска в нажатом состоянии при долгих резах. Прибор питается от однофазной сети и выдает до 40 А. ПВ при этом разрешено 35%. Потребуется давление 5000 бар для качественного кроя. Толщина чистого реза составляет 12 мм.

Вывод. Этот плазморез отличается функцией включения/выключения дуги с интервалом 5 секунд. Такой режим пригодится для быстрой резки сетки. Сварщику не нужно часто нажимать на кнопку, что экономит ее ресурс. Скорость резки подобных материалов прерывистой дугой значительно выше, чем если бы приходилось поджигать ее каждый раз, попадая по тонким прутикам сетки.

BlueWeld Prestige Plasma 54 Kompressor

Продолжает рейтинг товар от итальянского бренда. Плазморез имеет диапазон силы тока 7-40 А и способен чисто резать сечение металла до 10 мм. Он потребляет 4.5 кВт, но сварщики в отзывах делятся, что аппарат сможет функционировать даже от генератора с производительностью 3 кВт. Весит источник питания 16 кг. Длина кабеля плазмотрона — 4м. Работает агрегат не очень шумно и легко транспортируется. На приборной панели есть индикация массы, сети и перегрева.

Вывод. Особенность этого плазмореза видна уже из названия. В него встроен компрессор, рассчитанный специально под дугу. Купив его, Вы получаете все необходимое в одном корпусе для плазменной резки. Это упрощает транспортировку и пригодится при мобильном образе работы (выездные бригады по монтажу/демонтажу на месте, строительство металлоконструкций). С ним даже получится отрезать что-то на высоте, ведь за собой не нужно тащить отдельно компрессор или длинный шланг.

Сварог REAL CUT 45 L207

Завершает рейтинг модель от производителя «Сварог». Это качественный аппарат для плазменной резки с мощностью 4.3 кВт, выдающий 20-45 А. Для оптимальной работы достаточно компрессора, вырабатывающего 100 л воздуха в минуту. В инверторе используется давление 4 бар для ионизации дуги. Максимальное сечение металла для чистого реза допустимо 12 мм, но сварщики в отзывах делятся, что им получится прорезать и 15 мм. Товар укомплектован плазмотроном с рукавом 5 м и кабелем массы 3 м.

Вывод. У этого плазмореза есть две особенности: малый вес по отношению к мощности. Масса аппарата составляет 8 кг, что пригодится при частой перевозке с объекта на объект. Есть и более легкие модели, но здесь максимальная сила тока 45 А, чем могут похвастаться далеко не все компактные плазморезы. Это лучший аппарат для стройки.

Источники: https://vt-metall.ru/articles/366-kak-rabotaet-plazmennaya-rezka, https://srbu.ru/instrumenty-i-oborudovanie/1701-plazmorez-rejting.html, https://tutsvarka.ru/oborudovanie/plazmennyj-rezak

Анна Наумова

/ автор статьи

Профессиональный стилист и визажист, пишущий уникальный во всех отношениях контент.

Написано статей

3