Плазменная резка

Оборудование для плазменного раскроя металла

Идея использования в качестве режущего инструмента плазму повлекла за собой бурный рост производства плазморезов. Сейчас этот процесс достиг массовости, и на рынке можно увидеть разнообразные аппараты от небольших ручных установок до мощных станков-автоматов.

Принцип действия установок

Разработчики плазморезов за основу приняли способность ионизированного воздуха проводить электрический ток. Установка состоит из нескольких блоков:

1. Источника электропитания.  В установках, предназначенных для резки заготовок большой толщины, эту функцию выполняет трансформатор. Для работы в труднодоступных местах больше подходят инверторы. Ими оснащается и оборудование для плазменной сварки.
2. Плазмотрона. Это основной рабочий узел установки. Он состоит из нескольких элементов – сопла, электрода, колпачка и охладителя.
3. Компрессора. Его задача состоит в подаче сжатого воздуха, обеспечивающего строгое совпадение центров электрода и катодного пятна дуги.

Суть работы плазмотрона заключается в создании ионизированного воздушного потока, разогретого до высоких температур. Главное условие работы плазменного оборудования – равенство электропроводности газа и заготовки.

Между катодом и наконечником форсунки возникает электрическая дуга. она воспламеняет газовую струю.  Поток ионизируется  и превращается в управляемую плазму со скоростью выхода 800-1500 м/с.

Проходя через пропускное отверстие с уменьшенным диаметром, плазменный поток ускоряется, а ее температура достигает 20000°С.

В точке воздействия струи на заготовку металл расплавляется, причем процесс это  протекает настолько быстро, что зоны, прилегающие к точке контакта, не успевают разогреться.

Виды установок

Плазморезы – высокопроизводительное оборудование, но их отдача и экономическая целесообразность применения  зависят от соответствия технических параметров установки поставленной перед ней задаче.

В зависимости от вида резки установки делятся на:

• Ручные. Мобильные устройства используются для разрезания листа толщиной от 1 до 10 мм. Их можно применять в бытовых условиях, маленьких мастерских по изготовлению мангалов, ворот, дверей.
• Автоматические. Управление такими установками осуществляются с помощью ЧПУ. Рабочий инструмент перемещается на кронштейнах – консольных или портальных. Могут оснащаться несколькими режущими головками. Автоматы применяются для раскроя крупных заготовок размером 1х1-3х30 м. Их устанавливают стационарно.

По типу рабочего газа станки делятся на:

• Работающие на воздухе. К этой группе относятся бытовые и полупрофессиональные устройства. Они удобны в управлении, продаются по невысокой цене и недороги в обслуживании.
• Использующие аргон, азот либо их смеси. Используются в  серийном и массовом производстве, а также для решения сложных задач. Требуют предварительной подготовки – настройки – перед резкой, но эта потеря времени компенсируется высокой скоростью работы и точностью кроя.

По способу возбуждения дуги аппараты бывают:

• Контактные. Такой тип поджига применяется в бытовых инверторных плазморезах. Дуга возбуждается в момент прикосновения сопла к металлу.
• Пневматические. Бесконтактный метод, дуга образуется при поступлении газа в зону реза.
• Высокочастотные. Поджиг происходит в момент возникновения импульса между катодом и анодом, смонтированными в сопле.

В плазморезах применяется две системы охлаждения:

1. Воздушное. Избыточное тепло от резака уходит в окружающее пространство. Внутренние каналы охлаждаются инертным газом либо кислородом. Выпрямитель и трансформатор обдувается вентилятором, встроенным в корпус плазмореза.
2. Жидкостное. Установка охлаждается смесью дистиллированной воды и этилового спирта. Циркуляцию жидкости по внутренним каналам оборудования обеспечивает насос. процесс теплоотвода непрерывный, что очень важно для крупных заказов.

Плазморезы отличаются и по напряжению: бытовые аппараты работают от сети 220 В, а для мощных станков требуется 380 В.

Преимущества плазменной резки

Чтобы оценить достоинства любой технологии, ее надо сравнить с подобной. ближайший конкурент плазмы – кислородная резка. При анализе двух способов кроя заготовки было выявлено несколько неоспоримых преимуществ плазменной резки:

• Чистота кромки. Количество окалины на металле невелико, а ограниченность зоны нагрева значительно снижает возможность деформаций заготовки.
• Минимальные потери металла при раскрое. Для заготовки шириной 2 см ширина реза составляет всего 2,5 мм.
• Высокая производительность. Обеспечивается большой скоростью прожига и обработки заготовок разной толщины. Кроме того, оператор тратит минимум времени на отключение резака.

Низкие затраты на производство продукции. Данное преимущество обусловлено распределением эксплуатационных затрат на большое количество продукции, изготовленной за час. Кроме того, в большинстве случаев полностью отпадает необходимость в дополнительно обработке детали. Соответственно, растет и рентабельность раскроя, а значит, и прибыльность предприятия.

Простота в эксплуатации. У оператора нет необходимости в управлении подачей газа и химической реакцией горения. Резка металла происходит во время прямого контакта инструмента и листа, следовательно, и поддерживать постоянную величину зазора между ними  не нужно.

Гибкость технологии.  Плазмой можно обрабатывать любой токопроводящий металл  – сталь (углеродистую и нержавеющую), алюминий, медь и т.д.

Виды плазменной резки

Существует несколько типов пламенной резки:

1. Стандартная. В процессе используется только один газ – либо воздух, либо азот. Он участвует в генерировании плазмы и охлаждении узлов установки.
2. С двумя газами. У этого вида есть два подтипа – с защитным экраном или без него. Двухкомпонентная смесь состоит из плазмообразующего и защитного газа. Роль первого часто отводится сжатому воздуху. При наличии защитного экрана контактную резку можно выполнять вручную.
3. Пламенная прецизионная.  Этот способ отличается от прочих особой конструкцией сопла, которая обеспечивает сужение дуги и уплотнение потока энергии. Точность резки достигает +/-0,25 мм. С помощью прецизионной резки получают цилиндрические отверстия с очень низкой степенью конусности.
4. X-Defintion. Самый передовой метод резки, обеспечивает перпендикулярность торцов детали к ее горизонтальной поверхности на уровне лазерной резки. Точность метода обеспечивают такие новшества, как вентилируемое сопло, выделение водорода из плазмообразующего газа  с последующим смешиванием с защитным газом, комплектация сопла камерой, поглощающей пульсации потока плазмы и т. д. В итоге повышается качество резки, устраняется волнистость реза, а ресурс расходников возрастает на 40%.

Какие материалы подлежат плазменному раскрою

Практически все существующие металлы и сплавы можно кроить с помощью плазмы. Главным критерием, по которому подбирается станок, является толщина заготовки. Например, для чистого алюминия и его сплавов верхняя граница этого параметра составляет 120 мм, а для меди – не более 80 мм.

В случае с углеродистыми сталями плазма легко справляется с 150-миллиметрово толщиной. Максимум для чугуна – 90 мм.

Расходники для плазменной резки

Базовый узел плазмореза состоит из нескольких составляющих, ресурс которых намного меньше, чем у самого станка. Это и есть расходники, которые периодически требуют замены. К ним относится:

1. Сопло. Ответственная часть, формирующая ширину реза. Напрямую влияет на скорость процесса. Чем меньше диаметр канала на выходе, тем быстрее выполняется крой заготовки. На качество среза влияет и длина сопла: чем она больше, тем аккуратнее получается кромка. Однако именно длинные сопла быстрее выходят из строя.
2. Электрод. Его задача – поджечь и удержать дугу. Электроды изготавливаются холодной штамповкой  из медных сплавов и других металлов.  Производят модели со вставками из гафния и вольфрама. Чем интенсивнее работает установка, тем быстрее выходит из строя катод (это другое название электрода). Обычно его меняют вместе с соплом.
3. Диффузор (керамический завихритель). Распределяет газовую смесь в плазмотроне. От его состояния зависит безопасность и точность резки, плавность подачи струи.
4. Защитный колпачок. Отводит тепло от катода и сопла и защищает их от механических воздействий. Благодаря ему долговечность основных элементов возрастает на 30-40%.
5. Насадка. Устанавливается на сопло, прикрывая его от  капель расплавленного материала.
6. Кожух. Бронзовый или латунный цилиндр, обычно помещается в стеклокерамическую оболочку. Служит для крепления и защиты элементов плазмотрона. Соединяется с корпусом плазмореза с помощью резьбы. В процессе эксплуатации оборудования испытывает повышенные нагрузки и требует регулярной замены.

Кроме основных расходников, нуждающихся в плановой замене, в конструкцию станка включено еще более 20 вспомогательных деталей. Они служат для улучшения функциональных способностей оборудования. Их ресурсы сильно различаются, причем немалую роль в долговечности расходников играет исходный материал, производитель, нагрузки и другие условия эксплуатации станка. Если главные рабочие элементы меняют каждый день, то другие могут прослужить несколько месяцев или год. Чтобы контролировать их состояние и не пропустит срок замены, следует завести журнал и фиксировать в нем результаты регулярных осмотров

Поводом для переустановки сменных деталей является:

• изменение параметров плазменной дуги в худшую сторону и ее цвета;
• снижение скорости реза на 20-30%;
• самопроизвольное изменение рабочей высоты;
• появление несвойственных установке шумов.

При появлении на поверхностях основных деталей плазмотрона трещин, пятен и других дефектов они также подлежат замене.

Плазменная резка оборудование цена

Компании, оказывающие услугу плазменной резки, при расчете стоимости опираются на базовые расценки и систему повышающих и понижающих коэффициентов. Цена заказа находится в обратно пропорциональной зависимости от его объема.

На цену влияет материал заготовки. Например, резка углеродистой стали стоит дешевле нержавейки, поскольку используется разные оборудование и газы. К удорожанию заказа приводит наличие в детали пазов и отверстий. И конечно, важную роль в формировании цены играют толщина металла, сложность контура кроя и габариты обрабатываемой поверхности. В стоимость работ входит подготовка чертежа детали.

В среднем проход 1 погонного метра черной стали толщиной 2 мм стоит 25 руб., цветных металлов – 55 руб.  С увеличением толщины в 10 раз (до 20 мм)  цена возрастает почти в 6 раз – до 145 и 300 руб./пог.м соответственно.