Плазмове різання металу: принцип роботи, технологія, системи

Плазмове різання металу: принцип роботи, технологія, системи

Принцип роботи плазмового різання

Почнемо ми з короткого розшифрування такого слова «плазма». Отже...

Плазма — це іонізований квазінейтральний газ, що утворює нейтральні молекули та заряджені частинки. Плазма виникає у разі нагрівання квазинейтрального газу (наприклад кисню) до досить високої температури за його активної іонізації. Завдяки рухомості частинок у газі плазма має властивість електричного струму.

Багато незрозумілих слів? Не страшно! Це визначення потрібно тільки для розуміння суті — нагріваємо газ приблизно до 10000 градусів С, створюємо тиск і іонізацію — отримуємо плазму. Далі переходимо до визначення плазмового різання.
Плазмове різання — це один зі способів розкроювання металу, за якого як різальний інструмент виступає струмінь плазми. Між електродом і соплом запалюється електрична дуга, у сопло подається газ (повітря або кисень) тиском 6-8 атмосфер, під час взаємодії з електричною дугою газ нагрівається до температури 5000-30000 оС і перетворюється на плазмову струмінь.

 Гази, які використовуються в плазмовому різанні

Тепер зупинямося зручніше на газах, які використовуються в плазмовому різанні.

Повітряно-плазмове різання

У цьому разі, як плазмоутворювальний газ використовується повітря. Це, мабуть, найдешевший варіант плазмового розкрою. Повітря підходить для різання майже всіх видів металів: чорна сталь, неіржавка сталь, мідь, латунь та ін. Повітря дає середні показники щодо якості та швидкості розкрою та підходить для більшості користувачів плазмового різання. Докладніше про це різання можна почитати тут.

Кисневе плазмове різання

Кисень використовується в професійніших системах плазмового різання, де необхідно отримати найкращу якість і найбільшу швидкість розкрою. Говорячи про якість, ми маємо на увазі перпендикулярність різання й мінімальну кількість шлаку (облою) з нижньої сторони вирізуваної деталі.

Плазмове різання з використанням захисних газів

Ця технологія використовується в передових професійних системах плазмового розкрою. Комплекси такого обладнання варті від 5 до 12 млн рублів. Як різальний газ можуть бути використані: Кисень (О2), Азот (N2), Аргон (Ar) і повітря. Ці ж гази можуть використовуватися як захисні, у певних пропорціях. Використання захисних газів дає змогу наблизити плазмове різання товстих заготівок (до 50 мм) до якості лазерної.

Найбільш часто використовувані показники плазмового різання:

Товщина розрізуваного металу  0,5-70 мм  Залежить від струму різання
Товщина плазмового струменя     0,5-2 мм      Залежить від товщини металу
Швидкість плазмового різання     250-10000 мм/хв     Залежить від струму різання та товщини металу
Тиск газу         5-12 Атм      Залежить від потужності джерела плазми
Струм плазмового різання     20-800 A      Залежить від товщини металу

1.3 Розкрий різних типів металів

Плазмове різання підходить для розкроювання майже всіх металів, але окремо для кожного різновиду металу є свої особливості. Розглянемо найпопулярніші метали.

Плазмове різання сталі

Є багато різновидів сталі, ми не будемо занурюватися в марки та склад. Основне значення для плазмового розкрою має вміст у сталі вуглецю — саме цей параметр визначає якість, якого вийде досягти під час плазмового різання.

Низьковуглецева сталь найбільш підходить для плазмового розкрою. Саме на неї орієнтуються всі виробники джерел плазми, створюючи карти різання й табличні значення струму та швидкості розкрою для різних товщин сталі.

Високовуглецева сталь (зокрема оцинкована сталь) також піддається плазмовому різанню, але тут для отримання якісного різання потрібне буде тонке настроювання обладнання та експерименти з режимами розкрою.

Леговані сталі так само можна різати плазмою (найвідоміша — неіржавка сталь). Оскільки леговані сталі використовуються в промисловості набагато рідше, табличних показників для їхнього розкрою виробники апаратів плазми не надають. Але з досвіду можемо сказати, що показники відрізняються від розкрою низьковуглецевої сталі, у ту чи іншу сторону, у межах 20%. Високолеговану товстостінну сталь рекомендують різати не повітрям, а сумішшю газів: азоту, аргону та в деяких випадках водню, щоб не пошкодити її структуру навколо різання.

Плазмове різання кольорових металів
Під час розкроювання кольорових металів, як-от: алюміній, мідь, титан, для отримання якісного різання використовують так само суміш газів: азоту, аргону та водню. Це пов'язано з високою вартістю кольорових металів — не стабільний розкрій може призвести до істотних фінансових втрат у формі зіпсованих заготівок. Повітром різати ці матеріали теж можливо, але зазвичай, у невеликих об'ємах і із середньою якістю крайки

2. Ручне плазмово-дугове різання металів

Ручне плазмове різання здійснюється за допомогою портативних (мобільних) апаратів плазмового різання, що складаються з:

    Основного апарату, що містить трансформатор і випрямлячу  підстанцію.
    Силового кабелю живлення
    Шлангопакет, що йде від апарата до плазмового пістолета. Шлангопакет містить повітряний шланг і силовий кабель.
    Плазматрона (плазмового пістолета) — у ньому відбувається формування плазми.

Є два основні способи ручного плазмового розкрою:
Косвоване різання плазмового струменя. Цей метод використовують переважно для різання не
металевих матеріалів. Електрична дуга, що формує плазму, у цьому разі загоряється між електродом і соплом плазматрона. Розрізаний матеріал у формуванні плазми не відчує, а різання відбувається з плазмового струменя, що виривається.
Пряме плазмово-дугове різання. Це якраз наш випадок, оскільки цей метод використовується для різання металів. Він використовується як у ручному, так і в механізованому плазмі. Електрична дуга загоряється між електродом і розрізаним металом і поєднуючись зі швидкісним потоком повітря утворює плазму. Плазмовий струмінь, що виходить, має таку потужність, що буквально випаровує метал у процесі різання

Ручне плазмово-дугове різання на стільки добре себе зарекомендувало, що застосовується зараз майже на всіх підприємствах, що мають цех металообробки. Велика кількість часників пропонують виїзні послуги плазмового різання, тому що ручні апарати дуже мобільні, їх можна переносити в руках або на плечовому ремені.

Основні переваги ручних плазмових апаратів:

Мобільність, портативність (ручні апарати малої та середньої потужності важать від 10 до 25 кг).
Доступність використання (працюють від 220 V, сила струму залежить від потужності апарата).
 Універсальність (можливість різання всіх видів металів).
 Доступна ціна

3. Автоматичне плазмове різання

З появою ручного плазмового різання цю технологію почали використовувати спільно зі верстатами зі ЧПК (числове програмне керування). Використання верстатів ЧПУ спільно з плазмовим різаком дає змогу проводити розкрій листового металу, круглих і профільних труб із високою точністю (±0,25-0,35 мм) і швидкістю (до 7 м/хв).

Найбільш поширена автоматична плазмова різання листового металу. Плазмінні апарати середньої потужності ріжуть листовий метал до 30 мм на пробій. Більш професійні та потужні апарати можуть розрізати листи до 70 мм із високою якістю.

Один і той же апарат плазмового різання може використовуватися як для ручного різання, так і для автоматичного розкроювання, за винятком плазмозаторів, які поділяються на ручні та механізовані.

Для розкрою з ЧПК зазвичай використовуються потужніші плазмові апарати, ніж для ручного різання. Найпотрібніші апарати потужністю від 65 до 125 А, живлення в яких походить від 380 V.

Плазмове різання на верстаті зі ЧПК дає змогу різати метал завтовшки до 60 мм із високою якістю.

4. Застосування плазмового різання

Через свою універсальність і доступність плазмове різання сьогодні застосовується майже на всіх середніх і великих підприємствах, що займаються металообробкою.
З застосуванням плазмового різання виготовляються металоконструкції та вироби: двері, ворота, калітки, паркани, художні орнаменти, візерунки та флюгери, вішалки, відводи вентиляції, сваї та інші металовироби.

Багато підприємців будують бізнес на плазмовому різі, маючи в себе обладнання та приймаючи замовлення на розкрий металу.

Переваги та вади плазмового різання
Щоб говорити про переваги плазмового різання та його вади, потрібно визначитися, з чим ми порівнюватимемо. У плазмового розкрою є три основні конкуренти — газокисневе різання, лазерне різання й гідроабразивне різання. Кожен із чотирьох різновидів розкрою має свою специфіку застосування. Детальне порівняння ми привели в попередній статті, рекомендуємо Вам з нею ознайомитися.

Тут же ми розрахуємо основні переваги та вади плазмового різання з практичної точки зору підприємств, які її використовують. Отже...

Переваги плазмового різання

•     Розкрий металу від 0,5 до 50 мм;
•     Розкрий усіх різновидів металів (алюміній, мідь, титан, неіржавка сталь тощо);
•     Точність плазмового різання 0,25-0,35 мм;
•     Швидкість розкрою тонких металів до 7 м/хв, швидкого пробого металу;
•     Мобільність ручних плазмових апаратів;
•     Високий ступінь готовності деталей (мінімальне очищення від шлаку).

Недостатки плазмового різання

• Порівняно висока вартість якісних плазмових апаратів;
• Висока вартість витратних матеріалів (сопло, електрод, захисний екран);
• Наявність мінімальної конусності різання;
• Плазмове різання супроводжується дією шкідливих чинників: інтенсивним високочастотним шумом, виділенням пило-газових сумішей, що містять конденсат парів і оксиди металів, озон і оксиди азоту, інтенсивним випромінюванням в оптичному діапазоні, тепловим випромінюванням.  Заходи щодо зниження дії шкідливих чинників є застосування звукоекранів, засобів вентиляції, дотримання вимог санітарної системи, гігієни та техніки безпеки, викладених у ГОСТ