Почему профессионалы выбирают современную плазменную резку

Преимущества и недостатки плазменной резки металла

Раскрой листового металла и фасонного проката — это обязательная операция при изготовлении металлоконструкций. А от скорости и качества реза зависит производительность всего технологического процесса. Преимущества плазменной резки во многих случаях как раз и обеспечивают решение этой задачи с максимальной эффективностью. Плазменная резка металла позволяет качественно обрабатывать металлические конструкции и оперативно вырезать нужные формы деталей.

Положительные стороны резки плазмой

Суть плазменной резки заключается в создании тонкой струи раскаленных газов (плазмы), которая кроит материал. И эта же струя «выдувает» из рабочей зоны расплавленные частицы.

Основные достоинства процесса плазменной резки металла в сравнении с газовой:

  • универсальность – работает с черными и цветными металлами;
  • высокая производительность и точность;
  • чистая кромка, без наплывов;
  • отсутствует тепловая деформация детали;
  • выпускают универсальные модели, которые также можно применять для дуговой или аргоновой сварки.

Есть еще одна особенность у плазменной резки, которая отличает ее от газовой — как и лазерная, она может работать с неметаллами.

Недостатки

Как и достоинства, недостатки лучше продемонстрировать в сравнении с газовой резкой. К минусам плазменной резки относятся:

  1. Более сложное и громоздкое оборудование. Так называемый плазмотрон, даже в портативном (ручном) исполнении, представляет собой довольно большой блок, и он служит только промежуточным звеном между системой подачи газа и резаком с соплом.
  2. Относительно небольшая толщина реза. Этот параметр напрямую зависит от величины рабочего тока. У портативных аппаратов максимальная толщина стальной детали в среднем равна 20-25 мм, у промышленных — 80-100 мм.
  3. Ограниченная продолжительность непрерывной работы. У плазмотронов есть такая характеристика как «ПВ», которая измеряемая в процентах при максимальном токе. И если ПВ равен 80%, это означает, что при максимальном токе аппарат может работать 8 минут из 10, а остальное время остывать.

Применение плазменной резки

плюсы и минусы плазменной резки фото

Чтобы понять, как режет плазма, надо уточнить что это.

В данном случае плазмой называют газ (чаще воздух), разогретый электрической дугой до температур от 6000 C° до 30000 C°. В традиционной схеме резки дугой прямого действия, плазма становится проводником между плазмотроном и деталью.

Упрощенная схема того, как работает плазменная резка металла промышленным оборудованием выглядит так:

  1. Катод находится внутри плазмотрона (перед режущей головкой с соплом).
  2. Положительный потенциал через цепь вспомогательной дуги подключен вначале к изолированному от катода соплу.
  3. При достижении определенной разности потенциалов между катодом и соплом (в это время анодом) возникает вспомогательная дуга.
  4. К соплу подают плазменный газ. Он под действием вспомогательной дуги разогревается до температуры плазмы.
  5. Выдуваемый факел касается детали на рабочем столе, который подключен к положительному потенциалу, и «замыкает» цепь. Анод дежурной дуги (сопло) в это время автоматически отключается.
  6. Между катодом плазмотрона и деталью возникает режущая (основная) дуга.
  7. При разогреве газа до рабочей температуры плазмы, его объем еще больше увеличивается, а скорость прохождения через узкое сопло еще больше возрастает.

Для неметаллических материалов процесс плазменной резки выглядит немного иначе — основную дугу «зажигают» в самом резаке.

Сравнивая плюсы и минусы плазменной резки, очевидно, что достоинств больше. Особенно при раскрое металла толщиной до 50 мм. А это охватывает большую часть всего ассортимента металлоконструкций, которым необходима металлообработка.

ЦСР – Металлоконструкции и Металлообработка

Мы надежная компания, в основе деятельности которой – правила честной конкуренции и жесткого контроля качества услуг.

Преимущества плазменной резки

Резка металлов – проблема, с которой приходится сталкиваться и в цеху, и на стройплощадке, и в мастерской. Простые решения вроде автогена устроят многих, но не всех. Если объем работ по резке металла большой, а требования к качеству реза высоки, то стоит подумать об использовании аппарата плазменной резки (плазмореза).
Первые установки и аппараты плазменной резки появились более полувека назад, но широкому кругу мастеров они стали доступны только в последние два десятилетия.

ПРЕИМУЩЕСТВА:
Какие преимущества в работе дает аппарат или станок плазменной резки металла в работе?

1. При правильном подборе мощности он позволит в 4-10 раз (по сравнению кислородной горелкой) повысить производительность. По этому параметру плазморез уступит лишь промышленной лазерной установке, зато намного выиграет в себестоимости. Экономически целесообразно использовать плазменную резку на толщинах металла до 50-60мм. Кислородная же резка более предпочтительна при раскрое стальных листов толщиной свыше 50 мм.

Читайте также:
Принцип и схема работы фанкойла: отличие от кондиционера, инструкции по эксплуатации

2. УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ. Плазменная резка позволяет обрабатывать и сталь, и чугун, и алюминий, и медь, и титан, и любой другой металл, причем работы выполняются с использованием одного и того же оборудования: достаточно выбрать оптимальный режим по мощности и выставить необходимое давление воздуха. Важно отметить и то, что качество подготовки поверхности материала особого значения не имеет: ржавчина, краска или грязь помехой не станут.

3. ТОЧНОСТЬ и ВЫСОКОЕ КАЧЕСТВО РЕЗА. Современные плазморезы обеспечивают минимальную ширину реза и “чистые” без наплывов, перекаливания и грата кромки, почти не требующие дополнительной обработки. Немаловажно и то, что зона нагрева обрабатываемого материала намного меньше, чем при использовании автогена, а поскольку термическое воздействие на участке реза минимально, то и тепловые деформации вырезанных деталей незначительны, даже если они небольшой толщины.

4. БЕЗОПАСНОСТЬ, обусловленная отсутствием взрывоопасных газовых баллонов.

5. НИЗКИЙ уровень загрязнения окружающей среды. Касательно экономической стороны вопроса, то совершенно очевидно, что при больших объемах работ плазменная резка выгоднее той же кислородной или, например, механической. В остальных же случаях нужно учитывать не материалы, а трудоемкость использования. Например, сделать фигурный рез в толстом листе недолго и автогеном, но может потребоваться продолжительная шлифовка краев.

НЕДОСТАТКИ:

Ну а теперь поговорим о недостатках. Первый из них – относительно скромная максимально допустимая толщина реза, которая даже у мощных аппаратов редко превышает 80-100 мм. В случае же с кислородной резкой максимально допустимая толщина реза для стали и чугуна может достигать 500 мм.

Следующий недостаток метода – довольно жесткие требования к отклонению от перпендикулярности реза. В зависимости от толщины детали угол отклонения не должен превышать 10-50°. При выходе за эти пределы наблюдается значительное расширение реза и, как одно из следствий, быстрый износ расходных материалов.

Наконец, сложность рабочего оборудования делает практически невозможным одновременное использование двух резаков, подключенных к одному аппарату, что с успехом применяется при резке штучным электродом.

Процесс плазменной резки (принцип работы плазмореза)

Для начала определим, что же есть плазма. В данном случае это нагретый электрической дугой до высокой температуры (порядка 25000 °C) воздух в ионизированном состоянии. Последнее означает, что он утрачивает свойства диэлектрика и приобретает способность проводить электрический ток. В процессе резки плазменный поток становится проводником для тока, расплавляющего металл, и сам же его выдувает.

Для начала определим, что же есть плазма. В данном случае это нагретый электрической дугой до высокой температуры (порядка 25000 °C) воздух в ионизированном состоянии. Последнее означает, что он утрачивает свойства диэлектрика и приобретает способность проводить электрический ток. В процессе резки плазменный поток становится проводником для тока, расплавляющего металл, и сам же его выдувает.

Рабочий орган аппарата называется плазмотрон. Под этим словом подразумевается плазменный резак с кабель-шланговым пакетом, подключаемый к аппарату. Иногда плазмотроном ошибочно называют аппарат плазменной резки целиком. Разновидностей плазмотронов достаточно много. Но наиболее распространены и более всего пригодны для резки металлов плазмотроны постоянного тока прямой полярности. По виду дуги различают плазмотроны прямого и косвенного действия. В первом случае разрезаемое изделие включено в электрическую цепь, и дуговой разряд возникает между металлической деталью и электродом плазматрона. Именно такие плазмотроны применяются в устройствах, предназначенных для обработки металлов, включая и аппараты воздушно-плазменной резки. Плазматроны косвенного действия применяются, в основном, для обработки неэлектропроводных материалов (у них электрическая дуга возникает в самом резаке).

Сопло – важнейший элемент, определяющий возможности плазмотрона. При плазменной резке применяются сопла небольшого (до 3 мм) диаметра и большой (9-12 мм) длины. От размера диаметра сопла плазмотрона зависит количество воздуха, которое способен пропустить плазмотрон, этот параметр необходимо учитывать при подборе компрессора. Это также влияет на ширину реза и охлаждение плазмотрона. Что касается длины, то чем она больше, тем выше качество реза. Однако чрезмерное увеличение этого параметра ведет к снижению надежности работы и быстрому разрушению сопла. Считается, что длина канала должна быть больше диаметра в 1,5-1,8 раза.

Читайте также:
Проекты деревянных домов: особенности проектирования, чертежи, фото

Электродом (катодом) внутри плазматрона служит металлический стержень – другие конструкции в недорогих аппаратах не применяются. То же можно сказать и о материале: разновидностей изобилие, но массово используется лишь электрод из гафния.

Теперь пару слов о рабочих газах, используемых при плазменной резке. Их можно разделить на плазмообразующие и защитные (транспортирующие). Для резки в обычных плазменных системах бытового назначения (сила тока дуги – ниже 200 А, максимальная толщина реза – до 50 мм) сжатый воздух применяют и как плазмообразующий, и как защитный газ. При этом достигается удовлетворительное качество реза, хотя и наблюдается некоторое азотирование и окисление обрабатываемой поверхности. В более сложных системах применяются иные газовые смеси, содержащие кислород, азот, водород, гелий, аргон.

Выбор аппарата плазменной резки

Даже самые доступные аппараты плазменной резки сложны и довольно дороги в сравнении, например, со сварочными, поэтому к выбору недешевой техники нужно подходить осознанно. Прежде всего необходимо определиться, как обычно, с целями и задачами.

Первый параметр, без учета которого бесполезно учитывать остальные, – это максимально допустимая толщина реза. Данная величина обычно приводится для углеродистой стали, реже – для нержавеющей, еще реже – для алюминия и очень редко – для меди. Поскольку на максимально допустимую глубину реза сильно влияет теплопроводность материала, то для сплавов на основе меди этот показатель примерно на 30% ниже, чем для сплавов на основе железа. И если в технических характеристиках аппарата заявлена максимально допустимая толщина реза стали в 10 мм, это будет означать, что максимальная глубина реза медных сплавов составит 7 мм. Таким образом, вторым по важности показателем станет тип сплава, с которым предстоит работать.

Следующий фактор – планируемый режим эксплуатации плазмореза. Как и в случае со сварочными аппаратами, он определяется параметром “ПВ” (продолжительность включения), который определяет отношение времени работы аппарата ко времени, необходимому для его охлаждения. В некоторых промышленных аппаратах плазменной резки ПВ может приближаться к 100%, для ручной же резки металла вполне достаточно 40-50%.

На практике это выглядит следующим образом. Если ПВ плазмореза составляет 50%, то в течение часа эксплуатации он должен 30 минут работать и 30 минут остывать. При ручной резке приходится время от времени перемещаться или перемещать изделие и периодически выключать кнопку поджига на плазмотроне. Это время как раз и идет в зачет охлаждения, и поэтому работа кажется непрерывной. Такая формула дает сбой при работе с толстыми листами металла или при автоматической плазменной резке с ЧПУ, когда время реза может быть значительным. Дело в том, что параметр ПВ определяется для 10-минутного цикла, поэтому в начале смены, пока аппарат холодный, он будет отработать без перерыва и 15 минут даже при низком ПВ, а вот при цикличной работе может отключиться и после 5 минут непрерывной резки.

Когда ключевые параметры, определяющие принципиальную возможность использования аппарата, определены, следует уделить внимание такому аспекту, как удобство использования. Тут первостепенное значение приобретает мобильность, точнее, радиус действия, на который можно свободно удаляться от малоподвижного аппарата, “прикованного” к своему месту компрессором. Так, длина кабель-шлангового пакета плазмотрона может варьироваться до десятков метров. Кстати, важна не только длина: некоторые производители заявляют ее на уровне 30 м и более, но “забывают” сообщить о том, имеются ли евроразъемы на плазмотроне и источнике. Если таких разъемов нет, то укоротить или удлинить плазмотрон вряд ли получится, и всякий раз разматывать его для того, чтобы резать небольшие по размерам листы, будет утомительно. Главный же минус длинного плазматрона не в этом, а в том (и производители об этом, как правило, тоже умалчивают!), что при его длине свыше 20 метров наблюдается потеря мощности, причем довольно ощутимая. Поэтому разумнее всего выбирать плазмотрон небольшой (6-12 м) длины, оснащенный евроразъемом, чтобы при необходимости была возможность удлинить конструкцию, используя быстронаращиванмый удлинитель плазмотрона. Это будет, кстати, удобно и при работе на открытом воздухе в неблагоприятных условиях, когда выносить из помещения аппарат нежелательно. Однако, как уже отмечалось, использовать удлинитель нужно лишь в случае действительной необходимости.

Читайте также:
Порвал куртку как починить

Очень важный вопрос – проблема расходных материалов: электродов (катодов) и сопел. Важно, чтобы они были доступны и недороги. Как правило, износ этих деталей происходит или одновременно или с небольшим “разбросом” (один катод на два сопла). Одного сопла в среднем хватает на целую рабочую смену (при работе с деталями, толщиной до 10 мм).

Момент, не относящийся напрямую к плазматрону, но требующий обязательного учета, – это система подачи воздуха. Если отбросить самые маломощные модели, оборудованные встроенным компрессором и воспринимаемые многими профессионалами как малополезные игрушки, то следует помнить, что для работы плазматрону нужен мощный компрессор. И не он один: при достаточно большом расходе воздуха (100-250 л/мин при 0,4-0,6 МПа) жесткие требования предъявляются и к его качеству, а значит не обойтись без вспомогательных устройств – таких как влаго- и маслоотделители, фильтры. Поступать в аппарат воздух должен равномерно, без пульсаций, поскольку они серьезно влияют на стойкость сопел и электродов, на стабильность поджига дуги и, как следствие, на качество реза, а значит, нужен объемный ресивер.

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ДЛЯ ЛЮБИТЕЛЯ

Среди современных устройств плазменной резки можно выделить отдельную и наиболее интересную для рядового потребителя категорию – переносные инверторные источники плазмы, применяемые при ручной резке. Их основные достоинства: низкое энергопотребление, компактность, небольшой вес, эргономичный дизайн. Недостатки: ограничение по максимальной мощности (не более 70 А), и, как следствие, по максимальной толщине реза (до 15-20 мм). Также придется мириться с невысокой продолжительностью включения и чувствительностью к перепадам напряжения. Оборудование, выходящие за рамки этого типа, как правило, рассчитано на промышленное применение.

Большинство аппаратов с плазмотронами воздушного охлаждения пригодны для резки металлических деталей толщиной до 50 мм. Для резки деталей толщиной свыше 50 мм или для увеличения производительности применяют более сложные и дорогие аппараты с плазмотронами водяного охлаждения

Максимальная глубина реза определяет толщину материала, которая может быть разрезана данным аппаратом в принципе. Скорость работы при этом в расчет не берется. Чтобы комфортно и быстро работать с деталями толщиной 3-4 мм, следует выбирать аппарат, максимально допустимая глубина реза которого – 8-10 мм.

Унифицированные разъемы для плазмотронов производятся в соответствии с европейскими стандартами и состоят из розеток (со стороны источника плазмы) и вилок (со стороны резака). Преимущество подобной системы заключается в возможности при необходимости удлинить или укоротить конструкцию без ощутимой потери мощности, прочности и электрического контакта.

Износ сопла заключается в нарушении его геометрической формы, что негативно влияет на качество реза. Износ же катода приводит к выработке стержня (допустимая глубина выработки – не более 1,5 мм), в результате чего может произойти пригорание катода к головке плазмотрона и его (плазмотрона) перегрев.

При минусовых температурах необходимо соблюдать определенные меры предосторожности. Поскольку в ресивере и шлангах образуется конденсат, который в случае замерзания может вывести из строя оборудование, то после окончания работ шланги обязательно продувают, а сам компрессор хранят в помещении с плюсовой температурой.

Плазморез: принцип работы, как выбрать, лучшие модели

Не все металлы можно резать газо-кислородным пламенем. Если Вам необходимо работать с нержавейкой, медью или алюминием, то понадобится плазморез. Даже при крое черных металлов этот аппарат оставляет меньше капель шлака, а сам рез гораздо тоньше, что сокращает последующую обработку и экономит материалы. Подробное описание устройства оборудования и рейтинг лучших моделей помогут вам разобраться, как выбрать плазморез для разных сфер применения.

Плазморез - выбор, использование, применение

Подборка товаров осуществлена на основе отзывов, мнений и оценок пользователей, размещенных на различных ресурсах в сети интернет. Вся информация взята из открытых источников. Мы не сотрудничаем с производителями и торговыми марками и не призываем к покупке тех или иных изделий. Статья носит информационный характер.

Читайте также:
Натяжная простыня: как сложить трикотажные простыни размером 160х200 и 200х200, 180х200 и 80х200? Отзывы

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

Составные элементы плазмореза.

Устройство плазмотрона

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

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.

Принцип действия плазмореза

Схема работы плазмореза.

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.

разрез металла плазморезом

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.

Читайте также:
Самые дорогие ванны в мире: ёмкости из драгоценных и редких материалов

Пример металла разрезанного плазморезом

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.

Как работает плазменная резка? Преимущества и недостатки

Резку металла можно разделить на две категории – механическую и термическую. Плазменная резка – это метод термической резки, при котором для резки металла используется ионизированный газ.

Это один из широко используемых методов резки толстых металлических листов, но также он может использоваться для листового металла. Прежде чем углубляться в преимущества и возможности плазменной резки, следует ответить еще на один вопрос.

Что такое плазма?

Вы определенно слышали о трех основных состояниях материи – твердом, жидком и газообразном. Но есть и четвертый. Да, это плазма.

Плазму можно найти в природе, но в основном в верхних частях атмосферы Земли. Знаменитое полярное сияние – результат солнечного ветра, созданного из плазмы. Освещение и высокотемпературный огонь тоже включает в себя плазму.

В общей сложности она составляет около 99% видимой Вселенной.

В повседневной жизни мы можем встретить плазму в телевизорах, люминесцентных лампах, неоновых вывесках и, конечно же, в плазменных резаках.

Плазма – это электропроводящее ионизированное газоподобное вещество. Это означает, что в некоторых атомах отсутствуют электроны, и также есть свободные электроны, плавающие вокруг.

Газ можно превратить в плазму, подвергнув его интенсивному нагреву. Вот почему плазму часто называют ионизированным газом.

Плазма похожа на газ, поскольку атомы не находятся в постоянном контакте друг с другом. В то же время она ведет себя аналогично жидкостям с точки зрения её способности течь под воздействием электрического и магнитного поля.

Как работает плазменный резак?

Процесс плазменной резки – это метод термической резки. Это означает, что для плавления металла используется тепло, а не механическая сила. Общая механика системы всегда одинакова. В плазменных резаках используется сжатый воздух или другие газы, например азот. Ионизация этих газов происходит с образованием плазмы.

Обычно сжатые газы контактируют с электродом, а затем ионизируются для создания большего давления. Когда давление увеличивается, поток плазмы направляется к режущей головке.

Режущий наконечник сужает поток, создавая поток плазмы. Затем он наносится на заготовку. Поскольку плазма электропроводна, заготовка соединяется с землей через стол для резки.Когда плазменная дуга контактирует с металлом, его высокая температура плавит его. В то же время высокоскоростные газы выдувают расплавленный металл.

Запуск процесса резки

Не все системы работают одинаково. Во-первых, есть обычно более бюджетная версия, называемая высокочастотным контактом . Это недоступно для плазменных резаков с ЧПУ, потому что высокая частота может мешать работе современного оборудования и вызывать проблемы.

В этом методе используется искра высокого напряжения и высокой частоты. Возникновение искры происходит при соприкосновении плазменной горелки с металлом. Это замыкает цепь и создает искру, которая, в свою очередь, создает плазму.

Другой вариант – метод пилотной дуги . Во-первых, искра создается внутри горелки цепью высокого напряжения и низкого тока. Искра создает вспомогательную дугу, которая представляет собой небольшое количество плазмы.

Режущая дуга возникает, когда вспомогательная дуга входит в контакт с заготовкой. Теперь оператор может начать процесс резки.

Читайте также:
Самый теплый дом из чего строить: строительство из кирпича

Третий способ – использование подпружиненной головки плазмотрона . Если прижать резак к заготовке, возникает короткое замыкание, в результате чего начинает течь ток.

При снятии давления образуется вспомогательная дуга. Следующее такое же, как и в предыдущем методе. Это приводит к контакту дуги с заготовкой.

Какие газы используются, их особенности

Плазменная резка металла представляет собой процесс проплавления и удаления расплава за счет теплоты, получаемой от плазменной дуги. Скорость и качество резки определяются плазмообразующей средой. Также, плазмообразующая среда влияет на глубину газонасыщенного слоя и характер физико-химических процессов на кромках среза. При обработке алюминия, меди и сплавов, изготовленных на их основе, используются следующие плазмообразующие газы:

  • Сжатый воздух;
  • Кислород;
  • Азотно-кислородная смесь;
  • Азот;
  • Аргоно-водородная смесь.

Основными составляющими воздуха являются азот (78,18%) и кислород (20,8%). Сочетание этих двух газов представляет собой очень богатую энергией смесь. Воздух применяется в качестве плазменного газа для резки нелегированных, низколегированных, высоколегированных сталей и алюминия. Обычно воздух используется для ручной резки, а также для резки тонкого листа. Если резка нелегированной стали выполняется с применением в качестве плазменного газа воздуха, то кромки реза получаются прямыми и достаточно гладкими. Однако, как газ для резки, воздух повышает содержание азота на поверхностях реза. Если такие кромки реза далее не подвергаются механической обработке, в сварном шве могут создаться поры.

Кислород применяется в качестве плазменного газа для резки нелегированных и низколегированных сталей. Когда кислород смешивается с расплавом, понижается его вязкость, благодаря чему расплав приобретает большую текучесть. Это обычно даёт возможность получить кромки реза без грата и верхние края без скруглений. Появляется возможность достичь более высоких скоростей резки, чем в случае с азотом и воздухом. В отличие от азота или воздуха, при использовании кислорода поверхности реза не насыщаются азотом, а значит, риск возникновения пор при последующей сварке сводится к минимуму.

Аргон является единственным инертным газом, который может производиться для коммерческих целей с использованием метода воздушной сепарации при объёмном проценте 0,9325. Будучи инертным газом, он химически нейтрален. Благодаря своей большой атомной массе (39,95), аргон способствует вытеснению расплавленного материала из зоны реза посредством высокой плотности импульсов создаваемой плазменной струи. Из-за своей относительно низкой теплопроводности и энтальпии, аргон не является совершенно идеальным газом для плазменной резки, так как он позволяет достичь только лишь относительно небольшой скорости резки, в результате чего получаются скругления, поверхности имеют чешуйчатый вид.

По сравнению с аргоном, водород имеет очень маленькую атомную массу и характеризуется относительно большой теплопроводностью. Водород имеет чрезвычайно высокую максимальную теплопроводность в температурном диапазоне диссоциации, что обусловливается процессами диссоциации и рекомбинации. Первоначально при рекомбинации и ионизации двухатомного водорода из дуги высвобождается большое количество энергии. Это приводит к обжатию вытекающей дуги. Из приведенного описания физических свойств следует, что водород, сам по себе, настолько же не подходит в качестве плазменной среды, насколько и аргон. Однако, если положительные свойства водорода, касающиеся тепловых показателей совместить с большой атомной массой аргона, то получаемая в результате газовая смесь даёт возможность быстро передавать кинетическую энергию, а также достаточное количество тепловой энергии разрезаемому материалу.

В отношении физических свойств азот занимает приблизительно промежуточное положение между аргоном и водородом. Теплопроводность и энтальпия у азота выше, чем у аргона, однако меньше, чем у водорода. Азот и водород ведут себя сходным образом в смысле возможности обжатия дуги, а также в отношении тепла рекомбинации, создающего текучий расплав. Таким образом, азот может использоваться сам по себе как плазменный газ. Азот, используемый в качестве плазменного газа, обеспечивает быструю резку изделий с тонкими стенками без образования оксидов. Недостатком является относительно большое количество бороздок. Практически невозможно добиться реза с полностью параллельными сторонами. Угол получаемого скоса в большой степени зависит от установленного настройкой объёма газа и скорости резки. Насыщение поверхности реза азотом отрицательно сказывается на свариваемости. Повышенное содержание азота при поверхностях реза является причиной пористости свариваемого металла.

Читайте также:
Самодельный стол для выпиливания с электролобзиком

Лазерная или плазменная резка — что лучше?

Давайте для начала рассмотрим принцип работы плазменного и лазерного оборудования.

Если простыми словами, то плавление металла при плазменной резке происходит за счет дуги. То есть, под воздействием воздуха.

Принцип работы лазера

В случае с лазерной резкой плазменной резкой плавление металла происходит за счёт сфокусированного лазерного луча.

Принцип работы лазера

Возможности плазменной и лазерной резки

В первом случае ширина реза не постоянна. Она изменяется в зависимости от толщины металла, от 0,8 до 2,5 мм. А при работе на лазерном станке она всегда практически одинакова и равняется от 0,2 до 0,3 мм.

Насколько плазменная резка будет точной, зависит от износа расходных материалов. Этот параметр составляет до 0,1 мм. При лазерном способе точность очень высокая и находится в диапазоне от 0,05 до 0,08 мм.

Важным параметром является конусность, она бывает от 1 до 5 градусов в зависимости от толщины вырезаемых отверстий. При лазере конусность минимальная. Она составляет менее 1 градуса.

Соответственно, отверстия на лазере получаются более геометрически правильными и подходят под точные соединения.

Для того, чтобы вырезать геометрически правильные отверстия на плазме нам необходимо, чтобы диаметр отверстия был в два раза толще листа.

Отверстия в металле

А при лазерной резке возможность вырезания отверстий, как минимум, в два раза тоньше самого листа.

Также необходимо отметить и высокую скорость реза, которая даёт возможность прожигать толстые металлы.

А на лазере скорость значительно выше, чем на плазме. Но при увеличении толщины она сильно падает. Кроме того, время пробивки толстого металла увеличивается.

Стоит отметить про образование окалины при плазменной резке. Её избежать, к сожалению, невозможно, и деталь нужно будет ещё обработать.

Рез

А вот при лазерной резке её практически нет. То есть, детали, которые вырезаются на лазере, не нуждаются в дополнительной обработке.

Плазма имеет грязный рез, то есть при резке плазмы образуется много грата, и рез нуждается в пост-обработке. То есть, в любом случае нужно либо шлифовать, либо гальтовать, либо очищать материал другими способами.

В случае с лазерным станком при правильных настройках не требует никакой пост-обработки. Изделие сразу готово, как к сварке, так и к покраске, а в дальнейшем к продаже. Рез получается чистым.

Рез

У лазера очень тонкий рез, а у плазмы он может достигать 5 мм засчёт того, что температурное воздействие велико, что даёт дополнительное плавление.

Лазерный станок по металлу потребляет намного меньше электричества, чем плазма. Особенно это заметно на больших объемах.

Какие нужны расходники?

Для аппарата плазменной резки

На плазме необходимо менять сопла, электроды, защитные экраны, кожухи. А на лазере только линзы и сопло.

Для лазерного станка

Но при работе на лазерном станке раз в две недели необходимо менять линзу и сопло. Линза стоит 700 рублей, сопло — 900 рублей.

Максимальная ежемесячная оплата расходников для лазерного станка будет составлять 3 200 рублей.

Итак, давайте подведём итоги.

Расходники

Плюсы и минусы плазмы и лазера

Плазма

  1. Большой диапазон разрезаемых толщин от 0,5 до 50 мм на пробивку;
  2. Высокая скорость реза при больших толщинах;
  3. Низкая начальная цена оборудования
  4. Отработанная технология резки под углом, как сейчас привыкли называть, резка со скосом.
  1. Нецелесообразность обработки металлов тоньше 1 мм;
  2. Конусность кромок до 5 градусов (некачественный край);
  3. Присутствие окалины на отверстиях при поворотах, поэтому нужна дополнительная обработка изделий;
  4. Ограничение на диаметр отверстия до 4 мм;
  5. Высокая стоимость расходных материалов;
  6. Низкая точность по сравнению с лазерным станком;
  7. Требует постобработки;
  8. Низкая скорость резки по сравнению с лазером на тонких материалах;
  9. Невозможность выполнять многие разновидности резки, доступные лазерному станку.

станок

Лазер

  1. Перпендикулярность кромки;
  2. Малая ширина реза;
  3. Отсутствие окалины – получаете 100% готовое изделие;
  4. Диаметр отверстия меньше толщины листа. Можно вырезать мелкие детали вплоть до 1 мм;
  5. Низкое термическое воздействие на кромку;
  6. Дешевые расходники;
  7. Обработка тонкого металла от 0,2 мм;
  8. Наивысшая возможная скорость резки;
  9. Материалы не требуют постобработки и готовы к сварке, покраске или упаковке, а затем к продаже.
  1. Можно резать металл только до 20 мм;
  2. Высокая начальная цена оборудования.
Читайте также:
Обзор пылесосов Rainbow

Для чего нужна плазма, а для чего — лазер?

Лазер подходит там, где нужна точность, чистота реза и кромки и скорость. А плазма режет медленно, относительно лазера, и с грязным резом, поэтому сложные технические детали вырезать невозможно. А на лазерном станке по металлу возможно вырезать, например, небольшие шильды и таблички, тонкие решётки и сложные элементы дизайна, а также роторные колёса.

Плазма нужна для изготовления простых изделий. В форме прямоугольника, овала или квадрата, потому что их можно потом обработать. Но вырезать звёздочку с отверстиями внутри будет сложно. К тому же, на шлифовку уйдёт много времени. А оборудование для пост-обработки будет стоить в разы дороже, чем металлорезчик.

Плазма применяется там, где есть большие толщины и при простой резке, например, рельсов, элементов металлокаркаса или сварных конструкций и т.п..

изделия из металла

Почему лазерная резка эффективнее?

Плазменная резка обрабатывает детали толщиной от 25 мм и выше, а оборудование стоит дешевле, чем металлорез. Но, несмотря на это, в сравнении с лазером, плазменная резка проигрывает.

  1. Во-первых, потому что она более затратная термически.
  2. Во-вторых, скорость обработки детали на лазере выше минимум в полтора раз по сравнению с плазмой. Лазерный станок за то же время обработает большее количество деталей.
  3. Благодаря лазерной резке, мы можем обрабатывать больше деталей на одном листе. Это означает, что расстояние между деталями при лазерной обработке намного меньше, чем расстояние при той же плазменной резке. В частности, для лазерной резки при толщине 25 мм расстояние между деталями может составлять от 7 до 10 мм.

При плазменной резке это расстояние значительно увеличивается и соответственно выход готовых изделий металла, он уменьшается. Другими словами, мы за один и тот же промежуток времени обрабатываем большее количество деталей. Мы экономим металл, а отсюда мы выигрываем в экономике.

  1. Пару слов о качестве резки. Современные лазерные станки обеспечивают высочайшее качество обработки кромки. Здесь нет грата, здесь нет завала кромок, окалин, здесь нет прочих явлений, которые могут возникать при плазменной резке.

При сопоставимом количестве деталей и утолщении листа мы получим стоимость детали на 20 — 30 % больше.. Почему так? Количество деталей, обработанных на этом листе увеличивается в лазерной резке. Расстояние между деталями сокращается, соответственно, мы экономим материал. Не требуется дополнительная обработка металла.

Стоимость лазерного станка окупается достаточно быстро так как:

    1. экономим на расходниках
    2. экономим на материале (меньше остатков)
    3. экономим на пост обработке металла
    4. экономим на времени за рабочий день можно выполнить больший объем работы

    А теперь давайте сравним функциональность лазерных и плазменных станков

    Зависит от степени износа расходных материалов.

    При непрерывном режиме диаметр равен толщине материала. Для импульсного режима минимальный диаметр отверстия может составлять одну треть толщины материала.

    Минимальный диаметр отверстий составляет 1,5 от толщины материала, но не менее 4мм.

    Высокое качество углов

    Происходит небольшое скругление угла, из нижней части среза удаляется больше материала, чем из верхней.

    Обычно имеется (сильная)

    Присутствуют на острых наружных кромках деталей.

    Больше, чем при лазерной резке в разы.

    Производительность резки металла

    Очень высокая скорость при малых толщинах. Заметно снижается с увеличением толщины металла, продолжительный прожиг больших толщин.

    Быстрый прожиг, очень сильно уступает в скорости лазерному станку, в десятки раз медленнее лазера.

    Как быстро окупается лазерный станок?

    1. На лазерном станке делаются сложные высокомаржинальные изделия, которые приносят хорошую прибыль;
    2. При большой скорости увеличивается выработка;
    3. Не нужны дополнительные устройство и время на постобработку изделия.

    Поэтому лазер, несмотря на то, что превосходит плазморез в пять раз по цене, окупается гораздо быстрее. Например, если его стоимость 3 миллиона, в у плазмы 1 миллион, то плазма окупится за два месяца. При этом металлорез тоже может окупиться за два месяца, но он сделает больше выработки, чем плазма. И в следующие два месяца он принесёт гораздо больше прибыли. К примеру, плазма принесёт 1 миллион рублей, а металлорез – 3 мл рублей.

    И кроме того, функционал лазерного станка шире, чем у плазмареза. Он может резать и сложные, и простые объекты, раскладывать материал, также обладает многими функциями, о которых компания “Лазеркат” рассказывает на пусконаладке. Если раскрыть весь потенциал металлореза, он окупится ещё быстрее, отчасти благодаря более дешевым расходникам.

    Например, один наш клиент из Узбекистана, купивший нас станок для лазерной резки металла, заказал обучение и замену лазерной головы. После этого клиент спросил, почему у него при резке расходуется от 12 и более баллонов азота в день. Он вырезал круги и квадраты без режима Flycut, только по контуру. Использование данного режима позволяет резать в 10 раз быстрее, тем самым экономить ресурс излучателя, увеличивать количество производимой продукции и что самое важное – расходовать меньше газа. То есть, посредством экономии на расходниках мы имеем более быструю окупаемость.

    лазерный станок по металлу

    Благодаря совокупности этих факторов металлорез эффективнее плазмореза в десятки раз.

    Он не может конкурировать с плазмой только в единственном случае, когда нужна резка очень толстых материалов от 25 мм. Такие материалы используются, например, для производства рельс.

    Когда металлорезчик режет, например, металл толщиной 20 мм, всё равно возникает определённая шероховатость, требующая доработки. Она ниже, но она лучше, чем у плазмы. Но тем не менее шероховатость нуждается в дополнительной обработке. В такой ситуации логика приобретения лазерного станка пропадает.

    Выбор между плазменной и газовой резкой – преимущества и недостатки

    Выбор между плазменной и газовой резкой - преимущества и недостатки

    Резка металла является обычным этапом выполнения многих сварочных работ, независимо от того, идет ли речь о производственном цехе или о рабочем гараже. Два популярных процесса резки металла – это плазменная резка и газокислородная резка. Системы газокислородной и плазменной резки имеют свои преимущества и недостатки. В этом материале вы узнаете больше о том, как выбрать подходящую систему для ваших нужд

    Системы резки металла

    Резка металла является обычным этапом выполнения многих сварочных работ, независимо от того, идет ли речь о производственном цехе или о рабочем гараже. Два популярных процесса резки металла – это плазменная резка и газокислородная резка. Обе системы имеют преимущества и недостатки, поэтому выбор наилучшего варианта зависит от множества факторов, в том числе от типа и толщины разрезаемого металла, местоположения работы, доступных источников энергии, а также стоимости.

    Газокислородные горелки уже давно стали популярным выбором для резки металла в полевых условиях из-за преимуществ портативности. Однако последние технологические достижения делают плазму также более компактной. Дальше вы узнаете больше об основах каждого процесса и факторах, которые следует учитывать при выборе подходящего вам варианта.

    Основы плазменной резки

    Плазма – это ионизированный газ, который проводит электричество. Плазма возникает за счет добавления энергии к электрически нейтральному газу. Энергия – это электричество, а газ – это обычно сжатый воздух. Оба элемента объединены в камере между электродом и соплом (основными расходниками для плазменной резки), в результате чего газ становится неуравновешенным, создавая плазму. Давление воздуха проталкивает плазменный газ через сопло, создавая сжатый поток, который является электропроводным. Чем больше энергии проходит через плазменный резак, тем горячее становится плазменная дуга, что обеспечивает большую производительность и эффективность резки.

    Плазменные резаки используются для выполнения операций резки и строжки, при этом средняя ручная система способна резать металл максимальной толщиной около 3-х сантиметров. Плазма обычно требует источника сжатого воздуха и электроэнергии. Это проблемы, которые следует учитывать, когда работа требует мобильности, хотя уменьшенный размер и вес плазменных аппаратов – от 9 кг – делают их более портативным вариантом. Кроме того, потребность в электроэнергии не является проблемой на многих строительных площадках, где обычно доступны сварочные аппараты и генераторы с приводом от двигателя.

    К преимуществам плазменных резаков можно отнести:

    • Возможность резки многих типов металлов: плазменные резаки могут резать цветные металлы, такие как алюминий, нержавеющая сталь и чугун – материалы, которые становятся все более распространенными во многих областях.
    • Точность резания: плазма обычно обеспечивает быструю резку с минимальным образованием шлака, обеспечивая гладкую резку с более узким резом, чем у газокислородных горелок.
    • Предварительный нагрев не нужен: для плазменной резки не требуется предварительно нагревать металл перед резкой, это экономит время и деньги.
    • Более высокая скорость на более тонких заготовках: плазма может резать более тонкие заготовки быстрее, чем газокислородная резка, и с минимальной деформацией металла или вообще без нее. Плазма также обеспечивает лучшую производительность при резке штабелированного материала.
    • Лучшая резка фасонных металлов: когда заготовка имеет углы, каналы или трубы, плазменная резка может обеспечить более быструю и точную резку.
    • Простота использования: плазменные системы относительно просты в использовании по сравнению с газокислородными системами и требуют минимальной чистки.
    • Преимущества безопасности: плазменные системы не требуют хранения или обращения с взрывоопасными газами или работы с открытым пламенем.

    Основы газокислородной резки

    При газокислородной резке горящий газ предварительно нагревает сталь до температуры воспламенения. Затем на металл направляется мощная струя горящего кислорода, которая вызывает химическую реакцию между кислородом и металлом с образованием оксида железа, также известного как шлак. Мощная струя удаляет шлак из пропила.

    При использовании кислородно-топливных горелок качество резки, время предварительного нагрева и толщина металла могут зависеть от типа используемого топливного газа. В сочетании с кислородом для этого процесса наиболее часто используются четыре основных топливных газа: ацетилен, пропан, пропилен и природный газ. Топливные газы обычно выбираются в зависимости от вида резки, стоимости, тепловой мощности и потребления кислорода.

    К преимуществам газокислородной резки можно отнести следующее:

    • Подходит для более толстых листов металла: средняя ручная кислородно-топливная система может резать сталь толщиной от 15 до 30 см, а некоторые системы способны резать сталь толщиной более 30 см (в зависимости от используемого мундштука-сопла для резака). Для более толстых сталей (более 3 см) кислородно-топливные горелки могут работать с большей скоростью по сравнению с типичными ручными системами плазменной резки на 100 ампер.
    • Отличная портативность: для резки в полевых условиях кислородно-топливные системы резки обеспечивают высокую степень мобильности, поскольку не требуют электроэнергии. Некоторые небольшие кислородно-топливные системы весят около 15кг, поэтому с кислородно-топливными баками и горелкой можно резать сталь практически где угодно.
    • Увеличенная длина: кислородные горелки могут быть увеличенной длины, чтобы держать оператора на расстоянии от тепла, пламени и шлака, образующихся во время резания. Большинство шлангов горелки подсоединяются к набору цилиндров на переносной тележке или к стационарной системе коллектора. Использование длинных шлангов обеспечивает большую мобильность.
    • Универсальность процесса: кислородные горелки могут выполнять резку, сварку, пайку, нагревание и строжку.

    Тем не менее, при использовании систем газокислородной резки следует учитывать несколько факторов: газокислородные горелки обычно используются для резки только черных металлов или металлов, содержащих железо, например углеродистой стали. По большей части они не используются для резки чугуна, алюминия или нержавеющей стали.

    И хотя кислородно-топливные горелки не зависят от первичной энергии или сжатого воздуха, они требуют покупки газа.

    Варианты использования

    При выборе между системами плазменной и газокислородной резки, вероятно, также будут учитываться соображения стоимости. Первоначальные вложения в установку плазменной резки обычно дороже, чем в кислородно-топливную систему. Однако кислородно-топливные горелки связаны с постоянными расходами на необходимые газы, в которых плазменные резаки не нуждаются.

    Выбирая между инструментами плазменной и газокислородной резки, задайтесь вопросом: какой металл я режу чаще всего и какие наиболее толстые листы нужно резать? Если работа постоянно требует резки более толстого металла, время и деньги, сэкономленные за счет быстрой резки толстого металла с помощью кислородно-топливной системы, имеют значение. С другой стороны, если важна точность резки нержавеющей стали и алюминия, лучше всего подойдет плазменная система.

    Итог: плазма и кислородное топливо используются в большинстве решений обработки металлов, и многие предприятия выиграют от наличия обеих систем в своем арсенале.

Ссылка на основную публикацию