Що таке плазмове різання металів - опис технології. Що потрібно знати про плазмове різання металу Температура плазмового різання металу

Плазмова різання - нова чудова технологія, що дозволяє розрізати метали солідної товщини і будь-якої природи, навіть найкапризнішої. Як ріжучий предмет виступає не ніж, а щільний струмінь плазми, який дозволяє формувати ідеально точний малюнок різання в одиницю заданого часу.

Цей спосіб роботи з металом містить безліч переваг, які ми розберемо нижче. А зараз почнемо з фізики – треба розібратися із суттю процесу.

Технологія плазмового різання металу віддає головну жіночу роль нашій улюбленій електричній дузі. Він формується між електродом та соплом. Іноді замість електрода виступає метал, який слід розрізати. Розберемося, що таке плазмове різання.

Початок процесу – включення джерела електричного живленнята подача струму високої частотиу плазмовий різак. Джерело живлення вмикається автоматично після натискання тумблера розпалювання в апараті.

Спочатку формується так звана проміжна дуга – вона має тимчасовий характер і з'єднує електрод із наконечником сопла різака. Нагрівається ця чергова дуга рівня температури близько 8000°С.

Це важливий моментзагального процесу плазмового різання – слід пам'ятати, що справжня дуга між електродом і металом утворюється не відразу, а через її проміжний варіант.

Наступний етап процесу – надходження повітря з компресора, що зазвичай додається до апарату різання металу. Компресор подає повітря у стислому вигляді. Це повітря надходить у камеру плазмотрону, в якому знаходиться і вже розпечена тимчасова електрична дуга.

Дуга нагріває стиснене повітря, Об'єм якого при нагріванні збільшується в багато разів. Додатково до нагрівання та збільшення обсягу повітря починає іонізуватися та трансформуватися у справжній провідник електричного струму. Він перетворюється на ту саму плазму

Малий діаметр сопла дає можливість розганяти потік цієї розпеченої плазми до величезних швидкостей, з якими струмінь вилітає з апарату. Швидкість потоку може досягати трьох метрів за секунду.

Схема роботи плазмового різання.

Температура повітря – позамежна, до 30 000°С. За цих умов електрична провідність повітря – плазми практично дорівнює провідності металу, що розрізається.

Справжня кінцева дуга з'являється миттєво, як потік плазми досягає і стосується поверхні металу. Тимчасова дуга, своєю чергою, автоматично вимикається. Метал починає плавитися точно у місці зрізу.

Рідкі металеві краплі відразу ж здуваються струменем стисненого повітря. Це і є принцип плазмового різання. Як бачите, все просто, логічно та зрозуміло.

Класифікація видів плазмового різання

Види плазмового різання залежатимуть від середовища, в якому проводяться роботи з металу:

Простий

Головна відмінність методу - обмеженість електричної дуги. Для різання використовується електричний струмта повітря. Іноді замість повітря застосовують газ у вигляді азоту. Якщо металево лист тонкий – лише кілька міліметрів, процес можна порівняти з лазерним розрізанням.

При цьому способі товщина металів не повинна перевищувати 10 мм. Спосіб чудово працює для низьколегованих сплавів сталі та інших м'яких металів. Ріжучим елементом виступає кисень, з якого формується стиснутий струмінь, що перетворюється в результаті на плазму.

У розрізах виходять дуже рівні кромки, що не вимагають подальшого доопрацювання.

Із застосуванням захисного газу

При цьому способі замість повітря використовуються захисні гази, які перетворюються на плазмовий потік після перетворення на плазмотроні. Якість зрізів у цьому випадку значно підвищується завдяки відмінному захистіпроцесу від впливу довкілля.

Газ для плазмового різання не є нічого незвичайного: це може бути водень або аргон - «газова класика».

З водою замість повітря

Відмінні спосіб з багатьма перевагами, одна з яких – відсутність необхідності в дорогій та громіздкій системі охолодження.

Існують і інші критерії класифікації плазмового різання. Наприклад, види різання бувають розділовими та поверхневими. Перший із них використовується частіше.

Ще один параметр – спосіб різання. Один вид - різання дугою, в якому метал, що розрізається, виступає в якості елемента електричного ланцюга. Інший вид - різання струменем, коли електрична дуга з'єднує електроди, а не металеву заготівлю.

Плазмові різаки представлені на ринку в найбільш різноманітних варіантах, так що їх можна класифікувати за марками, виробниками та багатьма іншими технічними та торговими параметрами.

Є, наприклад, ручне плазмове різання – найдемократичніший спосіб і за ціною, і за простотою виконання. Є машинні автоматичні технології, пристрої для яких набагато дорожчі та складніші.

Переваги різання плазмою

Принцип роботи плазмового різання.

Найближчою технологією є лазерне різання металів, тому логічно буде перерахувати переваги в порівнянні з «сусідкою»:

Плазмового різання по плечу метали будь-якої природи, у тому числі кольорові, тугоплавкі та інші, складні для обробки.
Швидкість процесу значно вища, ніж різання газовим різаком.
Одна із значних особливостей - можливість виробляти різи будь-якої форми, що включають і геометричні візерунки, і фігурне різаннянайвищої складності. Іншими словами, різання за допомогою плазми – це реалізація найсміливіших творчих ідейпо металу та іншим матеріалам, що важко піддаються.
Плазмовому різаку нізащо будь-яка товщина металу: швидкість і якість жодним чином не губляться.
Цьому способу піддаються як метали, а й інші матеріали: він цілком універсальний.
Різання плазмою і швидше і ефективніше за якістю кромки, ніж будь-які інші механічні способи різання.
У цьому методі можлива робота не тільки перпендикулярно до поверхні металу, але й під кутом, що допомагає освоїти широкі листи металу.
З екологічної точки зору це цілком благополучний вид роботи з металом із мінімальним викидом. шкідливих речовинабо забруднень у повітря.
Відмінна економія часу через відсутність необхідності попередньо нагрівати метал.
Оскільки в методі не використовуються вибухонебезпечні газові балони, він значно безпечніший за інші способи.

Недоліки плазморізання

Жоден спосіб обробки металів не обходиться без недоліків, і плазмове різання тут не виняток.

Недоліки плазмового різання такі:

Дорожнеча всього модельного рядуапаратів для плазмового різання, включаючи навіть найпростіші ручні варіанти.
Межі товщини металу для різання плазмою: гранична товщина всього 100 мм.
Це шумний спосіб роботи, тому що стиснене повітря чи газ подаються з величезною швидкістю.
Обладнання непросте, дороге та потребує грамотного та постійного технічного обслуговування.

Ще однією позитивною характеристикою методу є те, що під час процесу відбувається нагрівання лише невеликої локальної ділянки. Та й остигає ця ділянка набагато швидше, ніж при лазерному або механічному різанні.

Охолодження необхідне лише для двох складових елементів – катода та сопла, як найнавантаженіших. Це без проблем робиться за допомогою робочої рідини.

Плазмова дуга та струмінь.

Дуга починає працювати стабільно в результаті робочого співвідношення катода та сопла з парою зі стиснутого розпеченого повітря. На катоді локалізується негативний заряд, на наконечнику сопла відповідно позитивний. Внаслідок цього утворюється проміжна дуга.

Зайва волога вбирається спеціальним матеріалом, що знаходиться в резервуарі плазмотронної камери.

Правила безпеки при цьому методі мають найсуворіший характер, тому що всі апарати плазмового різання можуть бути дуже травматичними для майстра. Особливо це стосується моделей із ручним керуванням.

Все буде в порядку, якщо ви дотримуватиметеся рекомендацій щодо захисної амуніції майстра: щиток, затемнені окуляри, захисні черевики і т.д. У цьому випадку ви зможете вберегтися від основних факторів ризику даного методу- Крапель розплавленого металу, високої напругита розпеченого повітря.

Ще одна порада з безпеки – у жодному разі не стукати різаком по металу для видалення металевих бризок, як це роблять деякі майстри. Ви ризикуєте пошкодити апарат, але головне – зловити шматочки розплавленого металу, наприклад, обличчям чи іншою незахищеною частиною тіла. Краще поберегти себе.

Економія витратних матеріалівзаймає не останнє місце в ефективному різанні. Для цього запалюємо електричну дугу не дуже часто, а точно і вчасно, щоб не обривати її без потреби.

Економія ресурсів також поширюється на силу та потужність струму. Якщо розрахувати його правильно, ви отримаєте не тільки економію, а й відмінний зріз без задирок, окалини та деформації металу.

Для цього слід працювати за наступною схемою: спочатку подати струм високої потужності, зробити пару – трійку розрізів за його допомогою. Якщо сила і потужність струму завеликі, на металі відразу ж утворюватиметься окалина через значне перегрівання.

Після огляду зрізів буде ясно, чи залишити струм на цьому рівні або змінити його. Інакше кажучи, працюємо експериментально – малими пробами.

Як працювати плазморізкою?

Електрична схема плазмового генератора.

Різання металів за допомогою плазмового потоку – надто серйозна справа, щоб займатися ним без попереднього вивчення та ретельної підготовки. Це допоможе вам зробити різання ефективніше з усіх точок зору, і, що дуже важливо, мінімізувати ризики, пов'язані з виробничими небезпеками.

Насамперед потрібно знати принцип роботи плазмового різання – бачити картинку фізичних явищ цілком.

Плазмовий пальник слід тримати дуже близько до поверхні та краю металу, на відміну від лазерного різання. Коли тумблер із «пуском» увімкнеться, першою загориться тимчасова електрична дуга, і тільки потім – справжня, яка буде головним різальним елементом. Пальник із ріжучою дугою потрібно вести по матеріалу рівно і повільно.

Швидкість різання слід суворо контролювати. Це можна робити, спостерігаючи за іскрами з зворотного бокулиста металу, що розрізається. Якщо цих іскор немає, це означає, що розрізка металу відбулася неповна.

Таке може статися з кількох причин: через занадто велику швидкість ведення пальника або проходження апарату, або занадто недостатньої потужності струму, що подається, або недотримання прямого кута в 90 ° між пальником і поверхнею металу.

Справа в тому, що повне проплавлення металу відбувається лише при нахилі плазморізки до поверхні металу під прямим кутом і ні градусом більше або менше.

Після завершення роботи різак потрібно нахилити. Повітря виходитиме і після вимкнення апарату – нетривалий час.

Перед роботою неушкоджено вивчити схему вашого апарату: саме в ній можна прочитати достовірну інформацію по товщині металу, що допускається, який можна прорізати або зробити в ньому отвір. Пристрій плазмового різака може відрізнятися, залежить від функцій його призначення.

Вибір апарату для плазмового різання

Купівля будь-якого технічного обладнання- Справа, для якої не потрібно шкодувати часу та зусиль: занадто високий ризик невдалого вирішення та втрати грошей. А гроші тут чималі, ви не знайдете плазмового різака дешевше за 500 USD у принципі.

Спочатку розбираємось з параметрами та технічними характеристиками приладу.

Дві великі групи плазморізів – це інверторні та трансформаторні. Назви говорять самі за себе.

Відкритий та закритий плазмовий струмінь.

Якщо вам потрібний компактний різак для роботи з металами невеликої товщини, можна зупинити свій вибір на різаку інверторного типу. Вони забирають трохи енергії, легкі та з невеликими габаритами.

Разом з тим вони працюють з перервами і легко виходять з ладу при перепадах напруги. Ціна на такі прилади цілком помірна, з усіх плазморізів це найдешевші.

Інша річ – трансформаторні різаки. Тут і з габаритами, і з вагою "все гаразд": серйозні апарати за всіма параметрами.

Енергії споживають багато, проте працювати вони можуть практично без перерви протягом цілого дня. І товщина металу може бути більшою, ніж при різанні інверторною моделлю. Вартість таких пристроїв висока – від 3000 до 20 000 USD.

Вибір плазмового різака за потужністю

Міркування починаємо з властивостей і технічних характеристикдеталей, які ви плануєте обробляти та різати. Саме це розраховується потужність ріжучого приладу, тому що в ньому будуть відрізнятися і сопло за своїм діаметром, і тип газу, що використовується.

Застосування плазмового різання – область надзвичайно широка, тому треба говорити тільки про ваші конкретні потреби.

Наприклад, якщо товщина металевих заготовок близько 30 мм, вам буде цілком достатньо різака з потужністю 90А. Він легко впорається із вашим матеріалом.

А ось якщо ваш метал товстіший, шукайте відповідну модель в діапазоні потужності від 90 до 170А.

Вибір різака за часом та швидкістю розрізання матеріалу

Швидкість плазмового різання металу вимірюють у сантиметрах за одну хвилину. Ця швидкість у різних апаратів теж різна і залежить від їх загальної потужності і природи металу, що розрізається.

Наприклад, при всіх інших рівних найповільніше ріжеться сталь, трохи швидше - мідь та її сплави. І ще швидше - алюміній зі своїми алюмінієвими металами.

Влаштування плазмового різака.

Якщо вам важлива швидкість, не забувайте про такий показник, як тривалість роботи без перегріву, тобто без перерви. Якщо в технічній специфікації до апарату написано, що тривалість роботи 70%, це означає, що після семи хвилин різання апарат повинен бути вимкненим протягом трьох хвилин, щоб охолонути.

Серед трансформаторних різаків зустрічаються чемпіони із тривалістю роботи у 100%. Іншими словами, вони можуть працювати цілий день без вимкнення. Коштують вони, звісно, чимало. Але якщо у вас попереду довгі розрізи, думайте про покупку "чемпіонських" трансформаторних плазмових різаків.

Пара слів про пальник

Знову оцінюємо природу металу чи іншого матеріалу, який плануємо розрізати. Від цього залежатиме потужність пальник плазморізу. Вона має бути достатньою для якісного різання.

При розрахунках потрібно враховувати факт, що ви можете зустрітися зі складними умовами роботи, яка, як на зло, повинна бути зроблена в самі стислі терміни, тобто різання має носити виражений інтенсивний характер.

Рукоятку пальник не упускаємо із зони уваги, це важлива частина для комфортної, а значить якісної роботи. На ручці можна зафіксувати додаткові елементиякі допоможуть тримати сопло на однаковій відстані від поверхні металу. Ця порада поширюється лише на ручні моделі апаратів.

Якщо ви збираєтеся різати тонкий метал, вибирайте модель з пальником, який призначений для надходження повітря.

Якщо ж ваші плани пов'язані з масивними товстими заготовками, купуйте різак із пальником для прийому захисного газу – азоту, наприклад.

Розкрій матеріалів потоком плазми є високотехнологічним, ефективним способомякісної їхньої обробки. Ручне плазмове різання, що проводиться відповідним обладнанням, розширює сферу застосування цього виду робіт.

2 Основна класифікація плазмового обладнання для різання

Усі пристрої для плазмового різання поділяються на:

непрямої дії – для безконтактного різання;
прямої дії – для контактної.

Різаки першого типу використовуються для обробки неметалічних матеріалів. Така техніка є специфічною та не затребувана поза виробництвом. При безконтактному способі електрична дуга запалюється між електродом та соплом плазмотрону.

Пристрої прямої дії ріжуть різні метали. При роботі з ними деталь, що розрізається, включена в електричну схемуплазмового апарату, та електрична дуга запалюється між нею та електродом, розташованому в соплі. Потік іонізованого газупіддається нагріванню на всій ділянці між місцем свого виходу та поверхнею заготовки – струмінь плазми має більшу потужність, ніж у пристроях першого типу. Ручна плазмова виконується лише за допомогою обладнання даного типу, контактним способом

3 Пристрої для ручного плазмового різання металів

Вони складаються з плазмотрону, джерела живлення, набору кабелів та шлангів, за допомогою яких здійснюється з'єднання плазмотрону з джерелом живлення та газовим балономчи компресором.Плазмотрон (плазмовий різак) головний елемент такого обладнання. Іноді помилково так називають весь апарат. Можливо, це обумовлено тим, що джерела живлення, що застосовуються для плазморезу, не відрізняються від подібних до них пристроїв і можуть використовуватися разом зі зварювальним обладнанням. А єдиним елементом, який відрізняє плазмовий апарат від іншого пристрою, є плазмотрон. Його основні складові:

сопло;
електрод;
термостійкий ізолятор, що розташований між ними.

Плазмотрон – це обладнання, яке енергію електричної дуги перетворює на теплову енергіюВсередині його корпусу є циліндрична камера з вихідним каналом (соплом) дуже маленького діаметру. У тильній частині камери встановлений електрод, який служить для утворення електричної дуги. Сопло відповідає за швидкість та форму потоку плазми. Апарат ручного плазмового різання застосовується для розкрою металу вручну – оператор тримає плазмотрон у руках і веде його над лінією різання.

Так як робочий інструмент знаходиться весь час на вазі, і тому може бути схильний до переміщень через мимовільних рухів виконавця, це незмінно відбивається на якості розкрою. Різ може бути нерівним, з напливами, слідами ривків і так далі. Для полегшення та покращення якості роботи існують спеціальні підставки, упори, що надягаються на сопло плазмотрона. Вони дозволяють поставити обладнання безпосередньо на заготівлю та вести його вздовж лінії різання. Зазор між металом і соплом у цьому випадку завжди буде відповідати вимогам, що висуваються.

При ручного різанняплазмоутворюючим та захисним (для охолодження сопла та видалення продуктів різання) газом може бути повітря або азот. Вони подаються від магістралі, балона або вбудованого обладнання компресора.

4 Джерела живлення ручних плазмових апаратів для різання

Усі джерела живлення ручних апаратів працюють від електромереж змінного струму. Більшість їх перетворять отримувану електроенергію в напругу постійного струму, інші служать лише посилення змінного струму. Такий розподіл обумовлений тим, що у плазмотронів, що працюють на постійному струмі, Вищий ККД. Змінний струм застосовується у ряді випадків – наприклад, для розкрою алюмінію та сплавів із нього.

Джерелом живлення може бути інвертор або трансформатор, що подає на плазмотрон струм великої сили.Інвертори зазвичай використовують на маленьких виробництвах та у побуті. Вони мають менші габарити, вагу і в енергоспоживання набагато економніше, ніж трансформатори. Інвертори найчастіше входять до складу ручного апарату. До переваг інверторних пристроїв відносять ККД, який вищий, ніж у трансформаторних, на 30%, і стабільне горіння електричної дуги, а також компактність та можливість проводити роботи в будь-яких важкодоступних місцях.

До недоліків – обмеження потужності (максимальна сила струму зазвичай становить 70–100 А). Як правило, інверторні апарати використовують при розрізанні заготовок порівняно невеликої товщини.

Трансформаторні джерела живлення отримали свою назву через низькочастотні трансформатори, що використовуються в їх конструкції. Вони мають набагато більші габарити і масу, але при цьому можуть мати і більш високу, ніж інверторні джерела, потужність. Трансформаторні апарати застосовують для ручного та механізованого різання металів різних товщин. Вони надійніші, тому що при стрибках напруги не виходять з ладу. Тривалість їх включення вище, ніж в інверторних апаратів, і може досягати значень 100%.

Тривалість включення (ПВ) чинить прямий вплив на специфіку роботи з обладнанням. Наприклад, якщо ручне плазмове різання металу, обладнання для якої має ПВ 40 %, тривала без перерви 4 хвилини, потім апарату необхідно дати 6 хвилин відпочинку для того, щоб він охолонув. Пристрої з ПВ 100% використовують у виробництві, де апарат експлуатується протягом усього робочого дня. Істотний недолік трансформаторного обладнання – високе енергоспоживання.

5 Принцип роботи апаратів для ручного плазмового різання

Після того, як установка ручного плазмового різання зібрана (зроблені всі підключення та з'єднання її елементів), металеву заготовку приєднують до апарату (інвертора або трансформатора) передбаченим для цього кабелем. Устаткування підключають до електромережі, плазмотрон підносять до оброблюваного матеріалу на відстань до 40 мм і роблять запалювання чергової електричної дуги, що ініціює іонізацію. Потім відкривають подачу газу.

Після отримання плазмового струменя, який має високу електропровідність, в момент її зіткнення з металом утворюється робоча (ріжуча) електрична дуга. Одночасно автоматично вимикається чергова. Робоча дуга підтримує безперервність процесу іонізації газу, що подається, утворення плазмового потоку. Якщо вона з якоїсь причини згасне, потрібно припинити подачу газу, заново включити плазмовий апарат і запалити чергову дугу, а після цього пустити газ.

У Останнім часомвикористання плазмового потоку для розкрою матеріалів набирає все більшої популярності. Ще більше розширює сферу використання цієї технології поява над ринком ручних апаратів, з допомогою яких виконується плазмова різання металу.

Суть плазмового різання

Плазмове різання передбачає локальне нагрівання металу в зоні поділу та його подальше плавлення. Такий значний нагрівання забезпечується за рахунок використання струменя плазми, який формують за допомогою спеціального обладнання. Технологія отримання високотемпературного плазмового струменя виглядає наступним чином.

Спочатку формується електрична дуга, яка запалюється між електродом апарату та його соплом або між електродом і металом, що розрізається. Температура такої дуги складає 5000 градусів.
Після цього в сопло обладнання подається газ, який підвищує температуру дуги до 20000 градусів.
При взаємодії з електричною дугою газ іонізується, що призводить до його перетворення на струмінь плазми, температура якої становить вже 30000 градусів.

Отриманий плазмовий струмінь характеризується яскравим світінням, високою електропровідністю та швидкістю виходу із сопла обладнання (500–1500 м/с). Такий струмінь локально розігріває та розплавляє метал у зоні обробки, потім здійснюється його різання, що добре видно навіть на відео такого процесу.

У спеціальних установках для отримання плазмового струменя можуть використовуватись різні гази. До них входять:

звичайне повітря;
технічний кисень;
азот;
водень;
аргон;
пар, отриманий під час кипіння води.

Технологія різання металу з використанням плазми передбачає охолодження сопла обладнання та видалення частинок розплавленого матеріалу із зони обробки. Забезпечується виконання цих вимог за рахунок потоку газу або рідини, що подаються до зони, де здійснюється різання. Характеристики плазмового струменя, що формується на спеціальному устаткуванні, дозволяють зробити з її допомогою різання деталей з металу, товщина яких сягає 200 мм.

Апарати плазмового різання успішно використовуються на підприємствах різних галузей промисловості. З їх допомогою успішно виконується різання не тільки деталей з металу, а й виробів із пластику та натурального каменю. Завдяки таким унікальним можливостям та своїй універсальності, це обладнання знаходить. широке застосуванняна машинобудівних та суднобудівних заводах, у рекламних та ремонтних підприємствах, у комунальній сфері. Величезною перевагою використання таких установок є ще й те, що вони дозволяють отримувати дуже рівний, тонкий та точний різ, що є важливою вимогоюу багатьох ситуаціях.

Устаткування для плазмового різання

на сучасному ринкупропонуються апарати, за допомогою яких виконується різання металу з використанням плазми, двох основних типів:

апарати непрямої дії - різання виконується безконтактним способом;
апарати прямої дії – різання контактним способом.

Устаткування першого типу, в якому дуга запалюється між електродом та соплом різака, використовується для обробки не металевих виробів. Такі установки переважно застосовуються на різних підприємствах, ви не зустрінете їх у майстерні домашнього умільця чи у гаражі ремонтника.

В апаратах другого типу електрична дуга запалюється між електродом та безпосередньо деталлю, яка, природно, може бути тільки з металу. Завдяки тому, що робочий газ у таких пристроях нагрівається та іонізується на всьому проміжку (між електродом та деталлю), струмінь плазми в них відрізняється вищою потужністю. Саме таке обладнання може використовуватися для виконання ручного плазмового різання.

Будь-який апарат плазмового різання, що працює за контактним принципом, складається із стандартного набору комплектуючих:

джерела живлення;
плазмотрон;
кабелів та шлангів, за допомогою яких виконується з'єднання плазмотрона з джерелом живлення та джерелом подачі робочого газу;
газового балона або компресора для отримання струменя повітря необхідної швидкості та тиску.

Головним елементом всіх таких пристроїв є плазмотрон, саме він відрізняє таке обладнання від звичайного зварювального. Плазмотрони або плазмові різаки складаються з наступних елементів:

робочого сопла;
електрода;
ізолюючого елемента, що відрізняється високою термостійкістю.

Основне призначення плазмотрона у тому, щоб перетворити енергію електричної дуги в теплову енергію плазми. Газ або повітряно-газова суміш, що виходять із сопла плазмотрона через отвір невеликого діаметра, проходять через циліндричну камеру, в якій зафіксовано електрод. Саме сопло плазмового різака забезпечує необхідну швидкість руху та форму потоку робочого газу, і, відповідно, самої плазми. Усі маніпуляції з таким різаком виконуються вручну: оператором устаткування.

Враховуючи той факт, що тримати плазмовий різак оператору посідає вага, буває дуже складно забезпечити високу якість розкрою металу. Нерідко деталі, для отримання яких було використано ручне плазмове різання, мають краї з нерівностями, слідами напливу та ривків. Для того щоб уникнути подібних недоліків, застосовують різні пристосування: підставки та упори, що дозволяють забезпечити рівний рух плазмотрона по лінії розкрою, а також сталість зазору між соплом і поверхнею деталі, що розрізається.

Як робочий і охолодний газ при використанні ручного обладнання може використовуватися повітря або азот. Такий повітряно-газовий струмінь, крім того, застосовується і для видування розплавленого металу із зони різу. При використанні повітря він подається від компресора, а азот надходить із газового балона.

Необхідні джерела живлення

Незважаючи на те, що всі джерела живлення для плазмових різаків працюють від мережі змінного струму, частина з них може перетворювати його на постійний, а інші - посилювати його. Але більше високим ККДмають ті апарати, які працюють на постійному струмі. Установки, що працюють на змінному струмі, Застосовуються для різання металів з відносно невисокою температурою плавлення, наприклад, алюмінію та сплавів на його основі.

У тих випадках, коли не потрібна надто висока потужність плазмового струменя, як джерела живлення можуть використовуватися звичайні інвертори. Саме такі пристрої, що відрізняються високим ККД та забезпечують високу стабільність горіння електричної дуги, використовуються для оснащення невеликих виробництв та домашніх майстерень. Звичайно, розрізати деталь із металу значної товщини за допомогою плазмотрона, що живиться від інвертора, не вийде, але для вирішення багатьох завдань він підходить оптимально. Великою перевагою інверторів є їх компактні габарити, завдяки чому їх можна легко переносити з собою і використовувати для виконання робіт у важкодоступних місцях.

Більш високою потужністю мають джерела живлення трансформаторного типу, з використанням яких може здійснюватися як ручне, так і механізоване різання металу з використанням струменя плазми. Таке обладнання відрізняється не лише високою потужністю, а й вищою надійністю. Їм не страшні стрибки напруги, від яких інші пристрої можуть вийти з ладу.

Будь-яке джерело живлення має таку важлива характеристикаяк тривалість включення (ПВ). У трансформаторних джерел живлення ПВ становить 100%, це означає, що їх можна використовувати цілий робочий день, без перерви на охолодження та відпочинок. Але, звичайно, є такі джерела живлення і недоліки, найбільш значущим з яких є їх високе енергоспоживання.

Як виконується ручне плазмове різання?

Перше, що необхідно зробити для того, щоб почати використання апарату для плазмового різання металу, - це зібрати воєдино все його складові елементи. Після цього інвертор або трансформатор приєднують до заготовки з металу та до мережі змінного струму.

Плазмове різання дуже часто використовують у таких галузях промисловості, як суднобудування, машинобудування, а також при виготовленні металоконструкцій, комунальній сфері тощо. Крім цього, плазморіз досить часто використовується у приватній майстерні. З його допомогою швидко та якісно розрізають будь-який матеріал, що проводить струм, та деякі нетокопровідні матеріали – дерево, камінь та пластик.

Технологія плазмового різання дозволяє розрізати листовий метал та труби, виконувати фігурний різчи виготовляти деталі. Робота здійснюється за допомогою високотемпературної плазмової дуги. Щоб її створити, потрібно лише джерело струму, повітря та різак. Щоб робота виконувалася досить легко, а різ виходив рівним та красивим, слід з'ясувати, як здійснюється принцип роботи плазмового різання.

Як влаштований плазморіз

Цей апарат складається з наступних елементів:

джерело живлення;
повітряний компресор;
плазмовий різак чи плазмотрон;
кабель шланговий пакет.

Джерело живлення для апарату плазмового різання здійснює подачу на плазмотрон певної сили струму. Є інвертором або трансформатором.

Інвертори досить легкі, в плані енергоспоживання, економні, за ціною недорогі, проте, здатні розрізати заготовки невеликої товщини. Через це їх застосовують лише у приватних майстернях та на маленьких виробництвах. У інверторних плазморізів ККД на 30% більше, ніж у трансформаторних і краще горить дуга. Часто використовують їх для робіт у важкодоступних місцях.

Трансформатори набагато важкіші, витрачають багато енергії, але при цьому мають меншу чутливість до перепадів напруги, і з їх допомогою розрізають заготовки великої товщини.

Плазмовий різак вважається головним елементом плазморізу. Його основними елементами є:

сопло;
охолоджувач/ізолятор;
канал, необхідний подачі стисненого повітря;

Компресор потрібен для подачі повітря. Принцип роботи плазмового різання передбачає застосування захисних та плазмоутворюючих газів. Для апаратів, які розраховані на силу струму до 200 А, застосовується лише стиснене повітря як охолодження, так створення плазми. Вони здатні розрізати заготовки завтовшки 50 мм.

Кабель-шланговий пакет використовується для з'єднання компресора, джерела живлення та плазмотрону. за електричного кабелювід інвертора або трансформатора починає надходити струм для збудження електричної дуги, а по шлангу здійснюється подача стисненого повітря, яке потрібне для виникнення всередині плазмотрона плазми.

Принцип роботи

При натисканні на кнопку розпалювання починається подача струму високої частоти джерела живлення (інвертора або трансформатора). Внаслідок цього всередині плазмотрона утворюється чергова електрична дуга, температура якої сягає 8 тис. градусів. Стовп цієї дуги починає заповнювати весь канал.

Після того, як виникла чергова дуга, в камеру починає надходити стиснене повітря. Вириваючись із патрубка, він проходить через електричну дугу, нагрівається, при цьому збільшуючись в об'ємі 50 або 100 разів. Крім того, повітря починає іонізуватися і перестає бути діелектриком, набуваючи властивостей проводити струм.

Сопло плазмотрона, звужене донизу, обтискає повітря, створюючи з нього потік, який починає вириватися звідти зі швидкістю 2 – 3 м/с. У цей час температура повітря часто досягає 30 тис. градусів. Саме таке розпечене іонізоване повітря і є плазмою.

У той час, коли плазма починає вириватися з сопла, відбувається її зіткнення з поверхнею металу, що обробляється, чергова дуга в цей момент гасне, а запалюється ріжуча. Вона починає розігрівати заготівлю в місці різу. Метал у результаті плавиться і з'являється різ. На поверхні металу, що розрізається, утворюються невеликі частинки розплавленого металу, що здуваються з неї потоком повітря. Таким чином здійснюється робота плазмотрону.

Переваги плазмового різання

Роботи з різання металу часто здійснюються на будмайданчику, майстерні або цеху. Можна використовувати автоген, але не всіх це влаштовує. Якщо обсяг робіт, пов'язаний з різкою металу, занадто великий, а вимоги до якості різу дуже високі, слід подумати про те, щоб використовувати плазмовий різак, що має наступні переваги:

Недоліки плазмового різання

Недоліки у роботі плазмового різання теж є. Перший - максимально допустима товщина різу досить невелика, і в найпотужніших агрегатів вона рідко буває більше 80 - 100 мм.

Наступний недолік – досить жорсткі вимоги, які пред'являються відхилення від перпендикулярності різу. Кут відхилення не має бути більше 10 – 50 градусіві це залежить від товщини деталі. Якщо трапляється вихід за межі, виникає досить істотне розширення різу, що у результаті тягне у себе швидке знос витратних матеріалів.

Крім того, робоче обладнання досить складне, що унеможливлює використання двох різаків одночасно, які підключаються до одного апарату.

Висновок

Принцип роботи плазмового різання досить простий. Крім того, апарат, який використовується для цього, має велика кількістьпереваг, що у кілька разів перевершують наявні недоліки. Якщо його правильно експлуатувати, то можна суттєво заощадити час та отримати якісний результат.

Різання металу - технологічний процесподілу монолітної деталі на окремі частини. Операція виконується механічним способом(рубка, розпилювання), гідроабразивним (суспензія з води та абразивного матеріалу) або термічним (нагрів).

Останній вид - це газокиснева, лазерна та плазмова різка металу.

Що таке плазмове різання? Це обробка металевих виробів, де різцем служить струмінь плазми.

Плазма, є потік іонізованого газу, розігрітого до кількох тисяч градусів. Містить частинки з позитивним та негативним зарядом. Має квазінейтральні властивості. Тобто в нескінченно малому обсязі сумарний заряд врівноважується і дорівнює нулю.

Тим не менш, наявність вільних радикалів означає, що плазма є провідником електрики. Поєднання високої температури, електропровідності та високої швидкості потоку ( більше швидкостізвуку) дозволило в минулому столітті розробити та створити для різання металу плазмове обладнання.

Принцип дії

Як працює плазма - застосовуються два способи обробки металевих деталей:

різ прямої дії, або плазмово-дугове різання металів;
рез непрямим впливом.

Різак прямої дії

Між різаком (катодний вузол) та виробом (анод) запалюють електричну дугу. Катод (електрод) поміщений усередину корпусу, що має сопло. Газ, під тиском, проходячи повз електрод, розігрівається до високих температур і іонізується. Висока швидкість потоку створюється під час проходження сопла. Електродуга плавить метал. Розжарений газ забезпечує виведення із зони нагріву.

Різак непрямої дії

Цей метод дозволяє обробляти звичайні метали, але, і з малої електричною провідністю, та діелектрики. На відміну від попередньої схеми, джерело електроіскри вміщено в різаку. Тому вплив на оброблювані вироби надає тільки потік плазми. Коштує таке обладнання значно дорожче, ніж моделі прямої дії.

Обидва види різаків мають загальну науково-технічну назву - плазматрон (буквально - генератор плазми).

Переваги плазмової обробки

У порівнянні з іншими видами обробки металу, цей спосіб має ряд споживчих властивостей:

можливість обробки заготовок із різних металів, а також неметалевих виробів;
швидкість обробки невеликих товщин (до 50 мм) у 25 разів вище, ніж за допомогою ;
локальне розігрів деталі відбувається тільки в місці впливу, що сприяє відсутності теплових напруг та деформації виробу;
якісне та чисте розпил металу, - у місці обробки мала шорсткість поверхні;
відсутність вибухонебезпечних речовин та предметів, - горючих газів, балонів під тиском тощо;
спосіб дозволяє виробляти складні геометричні різи.

Яке обладнання застосовують

Для різання металу плазмою випускаються агрегати промислового та побутового призначення. Перші є складним багатофункціональним комплексом з автоматизованим процесом (верстати з ЧПУ). Другі – невеликі апарати, що працюють від мережі 220V або 380V.

Джерело плазмового різання в побутових приладах - інвертор (зварювальний генератор) або трансформатор. Перший вигляд менший за габаритами, зручніше в обігу. Другий - має високу надійність, тривалий термін експлуатації. Робоче тіло – підготовлене атмосферне повітря.

Потужності ручного агрегатувистачає для розпилу металу завтовшки до 15-20 мм. Окремі моделі оснащені функцією безконтактного дуги. У комплектацію входить плазмотрон та пристрій підготовки повітря.

Використовуються в домашніх майстернях, умовах професійного виробництва та будівництва:

плазмова річка листового металу;
обробка циліндричних виробів, у тому числі сталевих труб;
вирізка складних геометричних фігур, у тому числі отворів;
обробка керамічних та кам'яних виробів та інші види промислу.

Цей вид обладнання істотно перевершує за своїм функціоналом та зручністю користування звичайне газокисневе різання. Не лише за габаритами, а й з техніки безпеки.

Модель побутового плазматрону показано на фото.

Властивості технології

Промислові та побутові приладиоб'єднують загальні принципироботи плазмового різання:

створення електродуги;
утворення іонізованого газу;
створення високошвидкісного потоку плазми;
вплив цим активним середовищем на оброблюваний матеріал.

Для плазмово-дугового різання характерні:

Температура потоку.Величини перебувають у діапазоні 5000–30000°C. Визначається видом матеріалу, що обробляється: нижні значення використовують для кольорових металів, верхні - для тугоплавких сталей.
Швидкість потоку.Значення у межах 500–1500 м/с. Налаштовується під певний вид обробки:
- товщина заготівлі;
- вид матеріалу;
- тип розпилу (прямий або криволінійний);
- тривалість роботи плазматрону.
Газ, що застосовується для плазмового різання.При обробці чорних металів (сталів) використовують активну групу - кисень (O2) і повітря. Для кольорових металів і сплавів - неактивну: азот (N2), аргон (Ar), водень (H2), водяну пару. Пояснюється тим, що кольорові метали окислюються киснем (починають горіти), тому застосовується середовище захисних газів. Крім цього, комбінуючи склад газової суміші, можна підвищити якість обробки.
Ширина розрізу.Тут спостерігається пряма послідовність: зі зростанням показників збільшується ширина різу. На її величину впливає:
- товщина металу та його вигляд;
- діаметр сопла;
- сила струму;
- витрата газу;
- швидкість різання.
Продуктивність.Визначається швидкістю обробки. Наприклад, для побутових агрегатів і за ГОСТом, величина не перевищує 6,5-7 м/хв (~0,11 м/сек). Залежить від товщини, виду металу, швидкості газового струменя. Природно, що зі збільшенням розмірів швидкість обробки падає.

Якість обробки

Якість різу - важливий фактор при обробці металу, особливо, якщо це плазмове різання труб. Визначається режимом роботи, майстерністю виконавця. Плазмово-дугове різання регламентується ГОСТ 14792-80. Міжнародний стандартякості – ISO 9013-2002.

Документами визначаються основні критерії:

Допуск на перпендикулярність чи незграбність. Показує відхилення від перпендикуляра та площини різання до поверхні виробу, що обробляється.
Оплавлення верхнього краю. Тріщини у точках обробки не допускаються. Верхній край може бути гострим, оплавленим, оплавлено-нависаючим.
Шорсткість. За ГОСТом ділиться на три класи, 1, 2 і 3.

Види плазмового різання

Технологія плазмового різання металу – це набір кількох способів. Плазмово-дугове різання підрозділяється:

повітряно-плазмовий спосіб різання металу;
газоплазмова;
лазерно-плазмовий спосіб різання.

Перші два види схожі за принципом дії - електродуга плюс іонізований потік розпеченого газу. Відмінність у робочому тілі. У першому випадку - повітря, у другому - якийсь газ або водяна пара.

За способом обробки заготовок товщиною до 200 мм застосовується комбіноване обладнання. Сучасна промислова установкапоєднує термообробку газовим струменем або використання плазмотрону. Верстати для різання оснащені модулем ЧПУ (числове програмне керування). Виконують розкрій листового металу прямою або криволінійною траєкторією.

Ручне плазмове різання - це класичне плазмово-дугове різання. Переносні агрегати (побутового рівня) ріжуть чорний метал за допомогою повітряного іонізованого струменя. Розширення асортименту газів, спричиняє значне ускладнення обладнання та зростання його вартості.

Лазерно-плазмова

Є комбінацією на одному верстаті. Лазерне різаннязастосовується для робіт із товщинами до 6 мм. Більш розмірні листи обробляються за допомогою плазмово-дугового різання.

Лазерне та полум'яне різання, у поєднанні на одному верстаті з ЧПУ, підвищує продуктивність. Дозволяють формувати різні лінії розкрою, у тому числі різ отворів.

Лазерне або плазмове різання, суміщені на одному пристрої, значно економлять виробничі площі. Плазмово-дугове різання використовується на габаритних заготовках. Лазерна – при обробці дрібних деталейз підвищеними вимогами до точності розкрою.

Принципова відмінність лазерного методу від плазмового - джерело нагріву. У лазері - це сфокусований світловий промінь. Зона контакту надзвичайно мала, тому вдається отримати локальну дію на деталь. Завдяки цьому, ширина розпилу мінімальна, якість розкрою вище, ніж плазматроном.

Через це, плазмове різання труб поступово здає позиції там, де потрібна висока точність розкрою та пред'являється підвищена якість до краю виробу.

Обробка титану

У космічній, авіаційній, медичній та інших видах промисловості велику популярність завойовує титан та її сплави. Поєднання міцності, малої щільності – основні плюси цієї речовини. Але цей метал хімічно активний і тугоплавок.

Внаслідок таких характеристик, його важко піддавати механічній та термічній обробці. Ріжучий використовувати не можна, - метал згорить. Звідси, різання титану добре освоєна на плазматроні та лазерним способом.

Крім звичайного прямого розкрою, плазмово-лазерний спосіб дозволяє виконувати просторову обробку складних геометричних форм, наприклад, пару кількох отворів.

Приклад плазмового різання металу за допомогою плазматрона можна побачити на відео.