Особенности выбора источника плазменной резки

Все чаще при резке различных металлов предпочтение отдается плазменной, а не популярной до настоящего времени газовой резке. Виной этому не только более высокая скорость процесса и небольшая ширина разреза, но и маленькая зона термического влияния, благодаря которой разрезаемый металл не деформируется и не закаливается.
Плазменная резка – это процесс, при котором осуществляется постоянная подача неионизированного газа в столб дуги, дополнительно сжимаемого вихревым потоком газа, создающий очень интенсивный и концентрированный источник тепловой энергии. Под воздействием энергии дуги подаваемый газ ионизируется, нагревается и превращается в плазменную струю.
В отличие от газовой резки, которая не позволяет резать нержавеющую сталь, алюминий и
медь, способ плазменной резки используется для большинства металлов. Кроме того, плазменная резка более чистый, дешевый и безопасный процесс, идеально подходящий для проплавления отверстий в любом металле, подготовки кромок, фигурной резки и строжки.

Процесс плазменной резки состоит из следующих этапов:
1. Возникновение дугового разряда между электродом плазмотрона и разрезаемым металлом;
2. Формирование разряда воздухом или инертным газом в высокотемпературный плазменный поток до 20 000 °C;
3. Выдувание расплавленного металла из зоны реза воздухом или инертным газом.

К главным недостаткам плазменной резки можно отнести довольно большую стоимость
оборудования, при выборе которого необходимо иметь четкое представление будущего технологического процесса.

Что такое процесс плазменной резки

Схема процесса резки основана на использовании сжатого воздуха в качестве плазмообразующего газа. Сжатый воздух поступает из компрессора в фильтр-регулятор, который расположен на задней панели источника питания плазменной дуги. Далее, из источника питания воздух по рукаву плазменной горелки (плазмотрона) подается в
зону анод (плазменный мундштук) – катод (электрод), в которой зажигается вспомогательная дуга – так называемая дежурная дуга, которая выдувается из сопла в виде факела длиной 20–40 мм. При касании факела дежурной дуги металла возникает режущая дуга – рабочая и включается повышенный расход воздуха; дежурная дуга при этом автоматически отключается (рис. 1).

Рис. 1. Плазменная резка

Несмотря на то, что технология плазменной резки кажется довольно сложной, процесс поддается быстрому изучению и практической реализации.

Основные этапы процесса:
1. Резак максимально близко располагается к краю разрезаемого металла.
2. После включения резака сначала зажигается дежурная дуга, а затем режущая дуга. Можно начинать процесс резки.
3. Скорость движения резака вдоль планируемой линии разреза регулируется таким образом, чтобы с обратной стороны разрезаемого металла были видны искры. В противном случае металл не прорезается насквозь.

Важно обратить внимание на значимые факторы:
- Резка требует выдерживать постоянное расстояние между поверхностью разрезаемого металла и торцом наконечника.
- Дуга должна направляться вниз под прямым углом к поверхности разрезаемого листа.
Правильный подбор скорости резки и силы тока позволяет производить более чистый разрез, без окалины и деформаций. Необходимо выполнить тестирование настроек на нескольких пробных разрезах. Процесс настройки начинают с более высокого тока, уменьшая его, при необходимости, в зависимости от скорости движения.

Выходная мощность и скорость плазменной резки

Выходная мощность и скорость резки подбирются исходя из типа и толщины разрезаемого металла. Чаще всего в технических характеристиках к оборудованию, эта величина приводится для углеродистой стали, реже – для нержавеющей стали и алюминия, еще реже для меди и ее сплавов. Поскольку на параметр толщины разрезаемого металла сильно влияет теплопроводность материала, необходимо учитывать возрастающий теплоотвод из зоны резки и снижение максимальной толщины с увеличением коэффициента теплопроводности.

Например, если в паспорте на аппарат указано максимальное значение толщины разрезаемого металла – углеродистой стали 45 мм, то для меди и ее сплавов этот
параметр будет равен примерно 30 мм. При этом максимальной называют такую толщину металла, которая может быть разрезана, но скорость резки при этом будет крайне низкой. То есть если основные рабочие толщины разрезаемого металла 40–50 мм, то следует выбирать аппараты, у которых максимальная толщина разрезаемого металла 60–70 мм.
Необходимо учесть, что источник питания, позволяющий разрезать металл толщиной 60–70 мм, может быть экономически выгоднее для резки металла толщиной 10 мм, чем источник питания, со значением максимальной толщины 20 мм.

Плазменная резка: продолжительность работы

Продолжительность работы – это время, в течение которого аппарат может резать не перегреваясь. Большая продолжительность работы просто необходима при вы-
полнении длинных разрезов, высокой производительности или работе в обстановке повышенных температур.

Выбор плазмотрона

Плазмотрон должен быть достаточной мощности, обеспечивать качественную резку в тяжелых рабочих условиях и при интенсивной эксплуатации быть ударопрочным. Существует невероятное множество конструкций плазмотронов: с медным и керамическим соплом, с различными элементами-подставками, поддерживающими наконечник на нужном расстоянии от рабочей поверхности, и многие другие (рис. 2).

Рис. 2. Плазмотрон

Расходные материалы и комплектующие

Для плазменной резки необходимы не только сжатый воздух, но и различные комплектующие части и материалы. Низкая квалификация оператора, большая влажность воздуха, использование интенсивных режимов изнашивают сопла и электроды, которые, в свою очередь, оказывают значительное влияние на качество резки. Поэтому при выборе оборудования для плазменной резки необходимо уточнять возможность быстрой и бесперебойной поставки расходных материалов.

Размеры и вес оборудования

Если предполагается использование оборудования в полевых условиях, то вес и размер аппарата имеют
очень большое значение. Для этих целей используются переносные аппараты, массой менее 40 кг. Для выполнения качественной резки металлов толщиной до 50 мм, лучше подойдут мощные аппараты плазменной резки, которые являются стационарными (рис. 3).

Рис. 3. Современный инверторный источник для плазменной резки

Рис. 4. Оборудование для плазменной резки компании Cebora

Плазменная резка: критерии и факторы качества резки высокой точности

Качество резки зависит не только от правильного выбора оборудования и изучения техники резки. Огромное влияние на процесс оказывает состав плазмообразующей среды. От состава плазмообразующей среды зависит выбор оборудования, прежде всего основных узлов плазмотронов, способов крепления катода в плазмотроне и интенсивности его охлаждения, мощности источника питания, системы управления оборудования и многое другое (рис. 4).

Но при выборе плазмообразующей среды важно учитывать дефицитность некоторых используемых материалов и себестоимость процесса. За счет изменения состава плазмообразующей среды можно регулировать:
- количество тепловой энергии, выделяющейся в дуге, так как при определенной геометрии сопла и данном токе состав среды задает напряженность поля стол-
ба дуги внутри и вне сопла;
- ширину реза и скорость резки, поскольку плазмообразующая среда оказывает наибольшее влияние на максимально допустимое значение отношения тока к
диаметру сопла.

Правильным подбором состава плазмообразующей среды создаются идеальные условия для предотвращения наплывов на нижних кромках разрезаемого листа и удаления расплавленного металла из полости реза.
Однако для определенных металлов и сплавов некоторые плазмообразующие смеси недопустимы. Например, при резке титана нельзя использовать плазмообразующие смеси, содержащие водород и азот.
Также диапазон допустимых смесей сужается с увеличением толщины разрезаемых листов и теплопроводности материала. В таблице 1 приведены наиболее распространенные плазмообразующие газы.

Как же правильно выбрать необходимый для работы источник плазменной резки?

Для ответа на этот вопрос необходимо определить:
1. Какой материал вы хотите резать;
2. Какова минимальная и максимальная толщина резки;
3. Какая загрузка источника в день планируется;
4. Особенности вашей электрической сети;
5. Какая точность резки вам требуется;
6. Необходимость мобильности источника;
7. Какой процесс резки будет использоваться: ручной или механизированный;
8. Какова конструкция плазмотрона.

Если вы наиболее полно ответите на все эти пункты специалистам, будет достаточно легко предложить вам оптимальное решение, которое позволит сэкономить время и снизить уровень ошибки.

Рис. 5. Резак для автоматической плазменной резки

Рис. 6. Процесс ручной плазменной резки

Источник: Журнал «Сварка и Резка»