Принцип плазменной резки: Применение технологии плазменной резки при раскрое металла

принципы технологии, виды и области применения — Плазма СПб

Плазменная резка — вид обработки металла, при котором в качестве режущего инструмента выступает струя плазмы, ионизированного газа, который содержит свободные электроны и ионы разного заряда. Плазма образуется при нагреве газа до температуры в несколько тысяч градусов, его подаче с давлением в 6-8 атмосфер и взаимодействии с электродугой — за счет наличия свободных радикалов поток газа способен проводить электричество.

Простым языком: плазморез создает электрическую дугу и подает газ в рабочую зону — в результате формируется плазма, температура которой достигает нескольких тысяч градусов. Благодаря разгону газа под давлением происходит усиление электрической дуги, температура режущего элемента повышается в несколько раз, за счет чего раскрой материала даже с высоким показателем теплопроводности оперативен и не приводит к нагреву изделия и его деформации. Горячая плазма выпускается из сопла с высокой скоростью — около 1500 м/сек.

Принцип технологии плазменной резки

  • За счет электрического тока в электроплазменном резаке формируется дуга между электродом и наконечником;
  • Между наконечником и электродом подается газ (кислород, воздух, водород, азот, аргон), поток нагнетается компрессором, воздух закручивается и направляется специальными завихрителями;
  • Рабочая дуга замыкается между электродом и обрабатываемой поверхностью (в роли катода и анода выступают резак и изделие соответственно), газ ионизируется, образуется поток плазмы — за счет высокой температуры и давления металл расплавляется в месте контакта, оплавленные частицы сдуваются потоком;
  • В системе с двумя газами вместе с режущим подается защитный газ — он способствует лучшей фокусировке плазмы, улучшает качество реза и итоговый результат.

 Какие газы используются в плазменной резке

Используемые для получения плазменной струи газы разделяются на активные и неактивные. Первые (воздух, кислород) используются в случае обработки заготовок из черного металла, вторые (азот, водород, аргон) — для резки цветных металлов и сплавов:

  • Воздушно-плазменная резка — самый бюджетный вариант плазменной обработки, имеет средние показатели скорости и качества резки, высокая чистота достигается при раскрое низколегированных и углеродистых сталей;
  • Кислородная резка — применима в профессиональных системах. Плюсы — ровный гладкий рез без заусенцев за счет понижения вязкости расплава, высокая скорость, отсутствие тепловой деформации, 1-ый класс точности (без дополнительной обработки). Подходит для обработки металла средней толщины — от 40 до 100 мм;
  • С использованием защитных газов — обработка на дорогостоящем оборудовании, которое позволяет производить обработку заготовок с толщиной до 50 мм с точностью лазерной резки.

Применение плазменной резки

Плазменная обработка применима для раскроя любых видов металла — цветных, черных, тугоплавких, высоко- и низкоуглеродистых сталей. Ее использование позволяет получать детали с формой любой сложности, обрабатывать листовой материал малой и средней толщины, а применение разных типов газа делает возможным раскрой металлопроката с разными параметрами:

  • Сжатый воздух — обработка черных металлов, меди и алюминия — до 70 мм;
  • Азот — резка листового титана, латуни — до 90 мм, сталей различного состава;
  • Азотоводородная смесь — раскрой алюминия, меди и сплавов на их основе с максимальной толщиной заготовки до 100 мм;
  • Азот + аргон — высоколегированные стали, черные металлы, медь, титан — до 50 мм;
  • Аргон + водород — сплавы с основой из алюминия и меди, высоколегированные стали с толщиной более 100 мм.

Плазменная резка осуществляется с применением ручным станков, а также плазмотронов с ЧПУ.  Данный способ раскроя активно используется в строительной промышленности, на предприятиях тяжелого машиностроения, в авиа- и автомобилестроении, на крупных металлообрабатывающих заводах и в небольших фирмах, специализирующихся на изготовлении металлических элементов декора.

Технология плазменной резки металла

Для резки металлов используются различные технологии и оборудование, которые различаются между собой: перечнем обрабатываемых материалов, скоростью резки, максимальной толщиной разрезаемой детали, возможными линиями реза – прямолинейными, криволинейными, сложной конфигурации. Один из самых современных методов: резка плазмой – потоком высокотемпературного ионизированного газа. 

Оборудование для плазменной резки

Технология плазменной резки осуществляется при помощи плазмореза, состоящего из нескольких компонентов.

Источник электропитания

Его функции выполняет трансформатор, устойчивый к скачкам напряжения в централизованной сети и позволяющий резать материалы значительной толщины, или инвертор. Существенный минус инвертора – небольшая глубина реза. Его плюсы – точность параметров выходного напряжения, стабильное горение дуги, высокий КПД, небольшие габариты и масса, что позволяет использовать аппарат в стесненных условиях.

Плазмотрон

Основной узел плазмореза – плазменный резак, с помощью которого осуществляется прямой или криволинейный, сквозной или поверхностный рез.

Компрессор

Компрессор обеспечивает тангенциальную подачу сжатого воздуха, который способствует размещению катодного пятна дуги точно по центру электрода.

Принцип работы оборудования для плазменной резки металла

Плазма представляет поток ионизированного газа, нагреваемого до температуры в несколько тысяч градусов. Основные этапы плазменной резки:

  • После включения аппарата в работу образуется промежуточная дуга.

  • В камеру плазмотрона, в которой уже присутствует промежуточная дуга, от компрессора подается сжатая газовая струя.

  • Сжатый воздух нагревается до температур, при которых происходит его ионизация. В качестве плазмообразующего газа, помимо воздуха, могут использоваться – чистый кислород, водород, азот, аргон.

  • В выходном отверстии скорость плазменной струи значительно увеличивается.

  • Узконаправленная плазменная струя проплавляет материал точно по линии реза, незначительно нагревая близ расположенные области. 

Резка осуществляется одним из способов:

  • Рез косвенного действия (плазменная). Технология предназначена для работы с материалами с низкой электропроводностью или диэлектриками. Заготовка в электроцепи не участвует. Дуга создается между наконечником резака и электродом.

  • Рез прямого действия (плазменно-дуговая). Такой вариант подходит только для материалов с хорошими токопроводящими характеристиками. Дуга образуется между металлом и электродом. Плазменно-дуговая обработка позволяет осуществлять прямые и криволинейные резы, изготавливать отверстия или проемы, обрабатывать кромки поковок, резать трубы и фасонный прокат, обрабатывать литые заготовки. 

Типы оборудования по мобильности – ручное, портальное, переносное.

Виды технологий плазменной резки в зависимости от среды

Обработка плазмой может осуществляться в следующих средах:

  • атмосферного воздуха;

  • защитного газа – аргона или водорода, который предотвращает влияние окружающей среды и повышает качество реза;

  • воды, которая выполняет функции защитного газа и, одновременно, охлаждает компоненты резака.  

Преимущества этого способа резки: возможность обрабатывать тугоплавкие и другие сложные в резке металлы, высокая скорость процесса, возможность осуществлять резы любой формы, хорошее качество реза, экологическая безопасность технологии.

Что такое плазменная резка?

Плазменная резка была разработана в конце 1950-х годов для резки высоколегированных сталей и алюминия. Он был разработан для использования на всех металлах, которые из-за их химического состава не могут быть подвергнуты кислородной резке. Благодаря чрезвычайно высокой скорости резания (особенно для тонких материалов) и узкой зоне термического влияния этот метод сегодня также используется для резки нелегированных и низколегированных сталей.

Плазма — больше, чем просто состояние вещества?

Плазма представляет собой высокотемпературный электропроводный газ, состоящий из положительно и отрицательно заряженных частиц, а также возбужденных и нейтральных атомов и молекул.

Принцип плазменной резки

Плазменная резка, также известная как плазменно-дуговая резка, представляет собой процесс плавления, при котором струя ионизированного газа с температурой 20 000°C+ плавит и выталкивает срезаемый материал из металла. Переносная дуга, возникающая при протекании электричества от неплавящегося электрода (катода) к заготовке (аноду), используется для резки электропроводящих материалов. Это наиболее часто используемый вид плазменной резки. В непереносном режиме дуга возникает между электродом и соплом. Даже при использовании режущего газа, содержащего кислород, преобладает тепловой эффект плазменной дуги. Таким образом, этот метод не считается кислородно-топливным процессом, а скорее методом резки расплавом.

Методы плазменной резки

Методы плазменной резки постоянно совершенствуются. Основная цель этих улучшений — уменьшить загрязнение окружающей среды, увеличить режущую способность и улучшить качество режущей кромки. Конечная цель состоит в том, чтобы получить две плоскопараллельные, ровные срезанные поверхности, которые практически не требуют финишной обработки перед отправкой на дальнейшую обработку.

СИСТЕМЫ ПЛАЗМЕННОГО ГОРЕНИЯ

Охлаждение горелки

  • Прямая вода
  • Непрямая вода
  • С газовым охлаждением

Плазменный тип

  • Сухой
  • С вторичным газом
  • С впрыском воды
  • Под водой

Плазменный газ

  • Инертный
  • Окислитель
  • Уменьшение
  • Монатонический
  • Многоатомный

Тип электрода

Игольчатый электрод
Пластинчатый электрод

Материал электрода

  • Вольфрам
  • Цирконий
  • Гафний

Газы, используемые для плазменной резки

Материал
толщина		 Плазмообразующий газ Вторичный газ Комментарий
Конструкционная сталь
от 0,5 до 8 мм		 Кислород Кислород или кислород
Азот или азот		 Допуск на прямоугольность как у лазера
Гладкие края без заусенцев
Конструкционная сталь
от 4 до 50 мм		 Кислород Кислород/азот
или воздух или азот		 Допуск на прямоугольность до 25 мм, как у лазера
Гладкие поверхности реза
Без заусенцев до 20 мм
Высоколегированная сталь
от 5 до 45 мм		 Аргон / водород /
азот		 Азот или
азот/водород		 Низкий допуск на прямоугольность
Гладкие резы
Без заусенцев до 20 мм (1. 4301)
Алюминий
от 1 до 6 мм		 Воздух Азот или
азот/водород		 Почти вертикальные резы
Резы без заусенцев (AlMg3)
Шероховатость, зернистость
Алюминий
от 5 до 40 мм		 Аргон / водород /
азот		 Азот или
азот/водород		 Почти вертикальное резание
Без заусенцев до 20 мм
Шероховатость, зернистость

Безопасная плазменная резка

Как и все методы сварки и резки, плазменная резка также требует соблюдения основных правил промышленной безопасности (каждая страна устанавливает свои правила безопасности).

Особое внимание следует уделить следующим факторам, которые могут возникнуть при ручной и машинной плазменной резке:

  • Электрический ток
  • Дым, пыль и газы
  • Шум
  • Радиация
  • Брызги горячего металла
  • Влияние окружающей среды

Преимущества плазменной резки

Высокая скорость Скорость примерно в 10 раз выше, чем при кислородной резке, и в 100 раз выше, чем при лазерной резке!

Одновременное использование В зависимости от серии машины они часто могут работать одновременно.

Универсальность Может использоваться на любом металле, проводящем электричество. Он может легко резать высоколегированную сталь, алюминий и другие материалы средней или большой толщины. Можно даже на высокопрочной конструкционной стали.

Переносной Это можно сделать с помощью портативных устройств, что делает его портативным, чего нельзя добиться другими методами, но он настолько точен, насколько точен удерживающий его захват!

Стоимость Дешевле лазерной или гидроабразивной резки.

Недостатки плазменной резки

  • Требует большой мощности
  • Не такое высокое качество, как при лазерной резке — сюда входят, среди прочего, проблемы, связанные со скошенными углами или неперпендикулярными разрезами, которые различаются в зависимости от стороны «пламени»
  • Ограничено максимальным резом 180 мм при сухой плазменной дуговой резке и 120 мм под водой
  • Громко (можно решить с помощью подводной плазменной резки)

Источники для этой страницы:
www. kloecknermetals.com/blog
www.boc.co.nz

Плазменная резка – методы и методы | Сервисный центр резки металла

Сегодня на рынке существует несколько различных процедур плазменной резки, дающих различное качество реза. Каждая процедура имеет характерное применение. Какие процедуры для чего используются?

 

Методы плазменной резки

Плазменная резка металлов была разработана в 50-х годах прошлого века. С тех пор плазменная резка все больше и больше развивается благодаря новым методам и процессам плазменной резки. Каждая из процедур имеет свои преимущества и недостатки. Методы или процессы плазменной резки сводятся к:

  • Плазменная резка без вторичного носителя
  • Плазменная резка с наличием вторичного носителя
  • Плазменная резка с зауженной дугой
  • Плазменная резка без вторичного носителя

 

Процедура плазменной резки без вторичного носителя используется для:

  • Ручной плазменной резки
  • Заподлицо с плазменным резаком
  • Плазменная резка листов меньшей толщины
  • Резка меньшего количества деталей
  • Меньше требований к качеству резки

 

Плазменная резка без использования вспомогательного газа чаще всего применяется в судостроении, где резке предшествует сварка. Кроме того, такой процесс плазменной резки применяется для стали или при автоматизированной (роботизированной) резке профилей. На практике такой процесс резки часто используется в сочетании с технологией ЧПУ.

Однако особенностью этого процесса резки является использование только одного газа, играющего двойную роль – охлаждающего и режущего. По такому принципу работает большинство ручных плазменных резаков из-за своей простоты. Что еще более важно, плазменная резка без вспомогательного газа применяется для металлов толщиной до 16 мм.

 

Плазменная резка под водой / Фото: © ECVV

 

Плазменная резка с наличием вторичного газа

Как и ранее описанный процесс плазменной резки, этот процесс также имеет типичные ситуации, в которых он используется, а именно:

  • Сверление металла
  • Начало плазменной резки
  • Спрос на качественную резку
  • Плазменная резка сеток
  • Плазменная резка под водой

Особенность этой процедуры плазменной резки заключается в использовании специального сопла, которое служит для подачи вращающегося газа.

Published by admin