Москва, ул. Гурьянова, 83
5109294@mail.ru

Плазменная резка. Базовые сведения. Подбор оборудования

Плазменная резка металла
Плазменная резка чпу
Услуги плазменной резки

Сегодня, благодаря универсальности и простоте обращения, аппараты по плазменной резке металлов можно встретить даже в личном пользовании. Плазменная струя прорезает любые электропроводящие материалы, поэтому сфера и возможности применения плазменной резки необычайно широка. Но далеко не всегда такое оборудование будет экономически оправдано.

В первую очередь следует учесть тип обрабатываемого материала, будь то черные или цветные металлы, их сплавы или же нержавеющие стали. Вторым шагом станет постановка конкретных задач и определение качественных требований к продукции. Полученные данные позволят уже более четко приступить к выбору методов резки и дальнейшему подбору оборудования.

Рассматривая необходимость использования плазмы, рекомендуется обратить внимание и на другие методы резки металла, такие как:

Сам процесс резки происходит благодаря плазменному потоку высокой температуры (до 25 000 оС), образующемуся благодаря подаче воздуха или инертного газа на электрическую дугу, сформированную в сопле плазменного резака. Благодаря высокой температуре и малому пятну контакта происходит плавление материала, а за счет высокой скорости потока расплавленный металл выдувается из зоны реза. Мощностные показатели плазмотронов зависят от используемых источников питания, а также от типа и качества плазмообразующего газа.

Основным ограничением при выборе воздушно-пламенной резки металла становится предел максимальной толщины обрабатываемого материала. Здесь существует прямая зависимость между теплопроводностью материала и максимальной толщиной его резки. Чем выше теплопроводность, тем быстрее происходит отвод тепла из зоны резки, и тем меньше возможная толщина. Следует помнить, что указанные в технических документах характеристики оборудования и величины, зачастую рассчитаны для углеродистой стали (обладающей низкой теплопроводностью) и для резки при минимальных скоростях. Поэтому при выборе оборудования рекомендуется делать запас по мощности и характеристикам, например, при необходимости обработки металла толщиной 30-40 мм оптимально остановить свой выбор на плазмотроне с максимальной толщиной резки в 50-60 мм. Имеет смысл также рассчитать экономические выгоды от использования тех или иных элементов, допустим энергопотребление более мощной установки, работающей на минимальных нагрузках, может оказаться значительно ниже, чем у маломощной установки, загруженной до предела.

Таким образом, чтобы избавить себя от дальнейших проблем и исключить возможные ошибки при выборе, следует уточнить у поставщика оборудования необходимые технические характеристики, требования к эксплуатации и обслуживанию, к квалификации персонала, а также наличие и доступность расходных материалов, их качество и ресурс. Перед принятием окончательного решения имеет смысл договориться о демонстрации оборудования или изучить отзывы об их работе с действующих производств.

Как пример можно привести линейку аппаратов воздушно-пламенной резки типа «ПУРМ», позволяющих работу с металлами толщиной от 40 до 100 мм, при температуре окружающей среды от — 30 оС до +45 оС, влажности до 80% и напряжении сети от 360В. Аппарат обеспечивает стабильную работу даже при загрязнении воздушного потока, хотя износ расходных материалов при этом возрастет. Большим плюсом данного оборудования является его изготовление только из отечественных комплектующих, так что с ремонтом и расходными частями затруднений не возникает. Кроме того, предприятие предлагает услуги пусконаладочных работ, гарантийного и послегарантийного обслуживания.

Оборудование производится серийно и имеет все необходимые сертификаты .

Установка плазменной резки
Услуги плазменной резки
Воздушно плазменная резка
Аппарат плазменной резки

Начиная с пятидесятых годов прошлого столетия, плазменные технологии стали применяться для резки металла в промышленности. К настоящему времени все прочие способы механической или термической резки отошли на второй план, отдав лидерство автоматической резке плазменной струей. Плазму при этом получают путем воздействия электрической дуги на инертный газ, а дальнейшее сжатие плазмы при ее подаче через охлаждаемую форсунку приводит к возникновению плазменной струи.

Основным требованием для применения способа плазменной резки, ввиду технологических особенностей, является электропроводность обрабатываемого материала. Кроме того, качество и тип применяемого плазмообразующего газа, оказывают определяющее влияние на скорость, точность и качество процесса резки.

Использование станков плазменной резкив первую очередь оправдано для следующих случаев:

На этом преимущества применения таких станков не заканчиваются. К плюсам можно отнести:

Из всего многообразия видов плазменной резки можно выделить несколько основных, нашедших практическое применение:

Способ плазменной резки требует наличия источника тока, контура зажигания дуги и, собственно, самого резака. Подача газа через электрическую дугу, его дальнейшее возгорание и ионизация порождает появление плазменной дуги, которая под действием потока газа выталкивается через форсунку и попадает на разрезаемый материал. Этим обусловлено требование к использованию только электропроводящих материалов.

В результате заготовка становится частью цепи, а между ним и соплом резака образуется плазменная струя температурой в диапазоне 10 000 – 25 000 оС и скоростью потока от 500 до 1 500 м/c. Под действием плазменной струи металл в пятне контакта сначала плавится, а затем прожигается насквозь. Кроме того, за счет высокой скорости потока газа удаляются остатки расплавленного металла, образуя гладкую поверхность реза. С этого момента начинается сам процесс резки металла и запускается перемещение резака.

В случае применения системы бесконтактного зажигания, для начального образования электрической дуги используется источник высокочастотных импульсов, который выключается после переноса плазменной дуги на заготовку. В другом случае дуга появляется после прямого контакта между форсункой и разрезаемым материалом. Для электропитания установок плазменной резки используют генераторы постоянного ток, основной задачей которых является поддержание плазменной дуги.

Охлаждение форсунок бывает либо воздушным – с использованием газов, что считается более безопасным, либо жидкостным – использование деминерализованной воды позволяет увеличить мощность установки и повысить качество обработки. Для охлаждения маломощных установок можно применять также и сжатый воздух

Воздушно плазменная резка
Плазменная резка чпу

В случаях, когда требуется повысить прочность поверхности детали, увеличить коррозионную стойкость или обеспечить дополнительную защиту от механических воздействий, окислителей и других агрессивных сред, оптимальным решением станет выбор плазменного метода напыления покрытий. Благодаря очень высокой температуре плазмы происходит распыление двух токоведущих проволок, после чего плазменная струя, образованная сжатым воздухом, переносит металлический порошок на заготовку и осаждает его в виде покрытия. Такой процесс еще называют металлизацией.

Установка для плазменного напыления состоит из металлизатора, компрессора, источника тока, поддерживающего ток дуги от 100 до 500 А, и системы подачи проволоки в металлизатор, снабженной соответствующими катушками. Хром, цинк и алюминий являются основными материалами, используемыми в процессе металлизации. Например, для защиты лопастей турбин некоторых ГЭС от коррозии используют плазменное напыление алюминия, а цинковое покрытие защищает поверхность ряда шлюзовых ворот.

Процесс металлизации требует предварительной пескоструйной обработки поверхности до уровня шероховатости не менее 100 мкм, после чего перекрестным методом происходит нанесение покрытия толщиной не менее 200 мкм. При необходимости обеспечения покрытию срока службы более чем в 50 лет или же в случае его использования в условиях агрессивных сред, минимальная толщина слоя должна составлять 300мкм.

В случаях, когда применение дуги постоянного тока невозможно или затруднительно, применяют способ импульсной микроплазменной обработки. Его отличие в том, что при работе используются импульсы тока, следующие через паузу. Процессом обработки легко управлять, изменяя амплитуду и длительность импульса, а также частоту пауз между ними. Под воздействием импульса тока происходит плавление металла с добавлением легирующего вещества, а за период паузы металл успевает остыть и образовать новое соединение. В результате на поверхности образуется слой, содержащий и несколько переплавленный, и непроплавленный металл. Такая технология нанесения покрытий лучше всего подходит для обработки тонких поверхностей с использованием малых токов.

При использовании плазмы возможно возникновение ненужных, а иногда и опасных эффектов. Например, для оперативной борьбы с одним из них — появлением плазменной дуги в контактной группе при отключении электропитания, применяют специальные выключатели разного типа.

Услуги плазменной резки
Плазменная резка металла
Плазменная резка
Плазменная резка чпу

Как избежать типичных ошибок

Современные станки для плазменной резки металла являются довольно сложными многосоставными механизмами. Благодаря автоматизации процесса резки, плазмотроны обладают высокой эффективностью. Но, при отсутствии надлежащего контроля за состоянием частей плазмотрона, а также при непрофессиональном использовании станка, резко увеличится себестоимость производства. В конечном итоге эти факторы могут привести к выходу плазмотрона из строя. Поэтому соблюдение простых правил работы с плазмотронами позволит увеличить срок службы всех его частей, повысить качество работы и избежать типичных ошибок.

Своевременная замена сменных элементов

Опытный оператор еще в процессе работы может определить необходимость замены расходных элементов резака. Например, самым простым индикатором выгорания электрода является изменение звука резки и цвета пламени. Помимо этого, для определения износа расходных частей резака, достаточно следить за качеством вырезанных деталей. При резком ухудшении качества реза следует обратить внимание на состояние электрода и сопла плазмотрона. Помимо выпуска бракованной продукции, использование расходных материалов ненадлежащего качества или в сильно изношенном состоянии может привести к повреждениям резака или же всей системы плазменной резки. Это неизбежно влечет за собой дополнительные финансовые потери, так как ремонт плазменного резака не только дорогостоящая, но и довольно длительная процедура, приводящая к простою оборудованию для плазменной резки. Избежать всех этих неприятностей поможет ведение журнала учета срока службы расходных частей. Единожды определив с его помощью средний срок службы расходников для каждого вида работ, можно проводить плановые замены элементов, не доводя до негативных последствий.

Слишком ранняя замена расходников также не является экономически выгодной. В данном случае квалификация оператора станка имеет решающее значение. Его знания и внимательность помогут четко определять, когда конкретно необходимо произвести замену той или иной части.

Контроль режимов резки

В руководстве оператора плазмотрона четко описано, какие расходные материалы необходимо использовать для каждого режима резки. Например, наилучшие показатели качества резки достигаются при использовании на аппарате плазменной резки тока, выставленного на 95% от номинального тока резки, на который рассчитано сопло. Использование некорректных параметров резки, а также неверный подбор расходников, приводят к повышенному износу или же к полному выходу из строя расходных материалов. Соблюдение рекомендаций, указанных в руководстве оператора, позволит обеспечить наилучшие показатели качества и скорости работы.

Контроль расхода плазмообразующего газа и охладителя

Поддержание постоянного давления плазмообразующего газа и расхода охлаждающей жидкости является самой важной частью производственного процесса. Невнимательность по отношению к охлаждающей системе плазмотрона является одной из самых распространенных причин выхода из строя оборудования для плазменной резки. Недостаточное, избыточное или нестабильное давление плазмообразующего газа, помимо уменьшения срока службы расходных материалов, приводит к ухудшению качества выполняемого реза, а то и к прерыванию процесса резки. Качество и чистота плазмообразующего газа также оказывает немалое влияние на состояние и срок службы расходных материалов и частей плазмотрона.

Контроль скорости резки

Правильный выбор скорости резки позволяет обеспечить наилучшее качество среза и минимизировать дальнейшую механическую обработку. В случаях, когда скорость резки недостаточна, возможно избыточное выделение брызг металла на верхней поверхности обрабатываемых деталей. Кроме того, увеличится ширина реза и ухудшится его качество, а именно появятся излишние наплывы металла в местах реза и по нижней его кромке. При слишком высокой скорости резки появятся тяжело удаляемые дефекты, такие как капельки грата, повреждение кромок обрабатываемой детали и облой по нижней кромке реза. Также некорректный выбор скорости вызывает изменение кривизны дуги, что приводит к нарушению геометрических параметров резки.

Непрорез

Непрорез или пробивка металла являются довольно неприятными итогами некорректного подбора параметров резки или же недостаточным контролем со стороны оператора. При непрорезе или пробивке все брызги расплавленного металла с места реза устремляются вверх и оседают на частях плазмотрона, загрязняя его. Кроме того плазмотрон при непрорезе работает с повышенной нагрузкой, что также способствует его износу вплоть до разрушения. Контроль за процессами резки, а также использование нехитрых технологических приемов, позволят избежать этих трудностей.

Механические повреждения

Основной причиной механических повреждений являются ошибки либо в программе управления, либо в работе
оператора, в результате которых происходит физический контакт резака с обрабатываемыми поверхностями или другими препятствиями. Избежать данной ошибки поможет использование различных контролирующих датчиков в совокупности с грамотно разработанной программой управления. Обезопасить резак возможно и с использованием специальных хрупких кронштейнов, которые сломаются раньше, чем повредится сам плазменный резак.

Обслуживание и очистка

Помимо качественной сборки оборудования, для обеспечения стабильной работы плазмотрона необходимо периодически проводить его обслуживание и очистку. Как уже было сказано ранее, при работе плазмотрона, а особенно при его некорректных настройках, образуется большое количество грязи, металлической пыли и других загрязнителей. Их удаление, а также очистка фильтров и каналов охлаждающей системы, каналов подачи газа и сопел, составляют основу проводимого планового обслуживания. Замену расходных элементов в плазменном резаке также необходимо проводить в условиях чистоты, на подготовленных поверхностях.

Установка плазменной резки
Плазменная резка металла
Аппарат плазменной резки

На текущий момент сложность выбора оборудования для плазменной резки металла заключается только в большом его разнообразии и в множестве различных конфигураций. Поэтому подбор оборудования ведется из расчета выполняемых им задач и требуемого качества плазменной резки. При приобретении оборудования для плазменной резки следует делать свой выбор с учетом запаса мощности по толщине реза ожидаемого металла. В идеале, новое оборудование должно резать заготовки толщиной в 1.5 — 2 раза превышающей требуемую толщину листа.

Модернизация оборудования

Оборудование для плазменной резки металла, а также их монтаж и обслуживание, обходятся гораздо дороже, чем в случае с обычными станками, но при грамотном планировании и соответствующих объемах производства эти затраты быстро покрываются. Ввиду стремительного развития технологий и для сокращения затрат имеет смысл заняться модернизацией существующего оборудования. Так как станок для плазменной резки является многосоставным механизмом, модернизацию оборудования возможно производить поэтапно, заменяя различные узлы и агрегаты по мере необходимости. Путь модернизации выбирается исходя из изменений в требованиях к конечной продукции.

Модернизация плазменной системы

Для изменения качественных характеристик реза, повышения стабильности горения или же применения металлов другой толщины или состава, возможно остановиться на модернизации плазменной системы в оборудовании для резки. Точность изготовления детали в данном случае повысится весьма незначительно.

В случае, если требуется увеличить толщину разрезаемого металла, достаточно лишь заменить источник питания плазменной системы на более мощный. Дополнительная замена плазмообразующего газа позволит расширить диапазон разрезаемых сталей, металлов и сплавов, а также повысить качество (химический состав и структуру) поверхности реза.

Модернизация ходовой части оборудования

Для изменения показателей точности, скорости и сложности плазменной резки в большей степени следует заниматься модернизацией ходовой части.Например, замена приводов движения каретки на более точные, надежные и производительные позволит:

Помимо замены существующих элементов на современные, возможно существенно изменить технические возможности станков для плазменной резки путем добавления новых. Наиболее сложным, дорогим и самым эффективным способом модернизации является добавление новых приводов движения каретки. За счет появления новых плоскостей резки производственный процесс можно вывести на принципиально иной уровень, значительно повысить сложность вырезаемых деталей и скорость работы станка для плазменной резки.

Модернизация ЧПУ

Современное оборудование для плазменной резки наиболее эффективно работает с использованием систем ЧПУ, так как:

В случае, когда производится замена существующих частей на более современные, возможно ограничиться лишь перепрограммированием оборудования на новые параметры. Но, при добавлении новых элементов, ранее отсутствовавших, необходимо модернизировать и всю систему ЧПУ. В этом случае использование модернизированного оборудования будет полным и эффективным и позволит приступать к производству незамедлительно.

Стабилизатор высоты

Дополнительный прирост точности и качества работы позволяет обеспечить установка стабилизатора высоты, специального устройства для поддержания факельного зазора. Существует целый ряд стабилизаторов различного принципа действия: механические, электромеханические, емкостные, индуктивные и стабилизаторы по напряжению на дуге. Каждый вид обладает и достоинствами и недостатками, поэтому выбирается по необходимости. На текущий момент стабилизаторы могут обладать точностью до 0.1мм.

Как итог, комплекс работ по модернизации ходовой части, плазменной системы и системы ЧПУ на оборудовании для плазменной резки металла позволит достичь существенного прироста производительности и универсальности оборудования, а также качества и точности вырезаемых деталей.

Плазменная резка
Плазменная резка чпу

Давно известно, что струя чистого кислорода прекрасно прожигает железо, нагретое почти до температуры плавления. И чем выше давление струи кислорода, тем быстрее проходит реакция окисления железа и удаления окислов с места реза, что значительно ускоряет процесс резки.

Для нормализации процесса резки необходим предварительный нагрев, а также поддержание стабильной температуры. Для этого используется пламя, основывающееся на различных горючих газах, например природном газе, пропан-бутановой смеси или ацетилене. Так как железо может иметь различную структуру и толщину, то температура их плавления и загорания различны для каждого состояния (от 315 и до 1300 оС). В зависимости от этих факторов выбирается мощность подогревающего пламени.

Помимо равномерного прогрева металла по всей толщине реза до необходимой температуры, что обеспечивает непрерывность резки, подогревающее пламя также снижает отрицательные воздействия окружающей среды, такие как потери тепла и подсос азота. К тому же поврежденные окалиной и ржавчиной поверхности не позволяют продолжать стабильную резку только за счет тепловой реакции горения железа. Именно поэтому предварительный подогрев металла является необходимой операцией при резке. Кроме того, экономически оправдано использовать несколько сопел или горелок вместо одной, что также дает увеличение скорости резки при равном расходе горючей смеси.

Необходимо также внимательно следить за качеством используемого для резки кислорода, так как существует прямая зависимость между равномерностью и скоростью резки с чистотой и расходом кислорода. Чем чище используемый кислород (в идеале до 99.5%), тем меньший требуется его расход и тем ровнее и быстрее происходит горение металла. Для примера, понижение чистоты кислорода до 97.5% вызывает увеличение его расхода более чем на четверть и снижает скорость резки до 15%.

Подводя итоги можно сказать, что процесс резки кислородом оправдан при определенных физических и химических свойствах металлов, а также используемых газов, иначе качество и скорость работы резко ухудшаются. Нельзя допускать как интенсивного теплоотвода с места реза, так и недостаточного выделения тепла. Кроме того, плавление металла до начала его горения в кислороде, а также слишком вязкие окислы сделают резку кислородом невозможной без использования специальных флюсов. Все эти факторы могут прерывать процесс резки или же значительно снижать ровность и качество среза.

Плазменная резка металла
Установка плазменной резки

От подводных лодок до космических кораблей. Плазменная резка металла сегодня применяется в самых различных промышленных сферах. Применение этого способа обработки универсально и оправдано там, где обходимо выполнять высокие объемы работ, получая при этом высокое качество срезов и деталей. Толщина обрабатываемых поверхностей может превышать 200 мм.

Несмотря на универсальность плазменной резки существует несколько видов этого способа обработки. Выбор схемы работы определяется исходя из специфики металлов и сплавов, а также поставленных задач. При этом разница не только в использовании плазмотронов переменного или постоянного тока, но и в других факторах.

— При работе с тонкими металлами и конструкциями целесообразно выбрать плазменную струю для их разделения. При этом между электродами создается дуга, а разделяемый металл не является частью электрической цепи.
— При резке толстых металлов применяется дуга прямого действия. В данном случае деталь является одной из частей электроцепи.

При обработке металлов с разными свойствами используются разные смеси. Для резки алюминия и его сплавов используются смеси с содержанием аргона, водорода или азота. Для меди и сплавов из этого вещества целесообразно использование смесей на основе водорода. При обработке латунных конструкций применяются водородные и азотные смеси.

Правильно подобранная смесь, выбор плазменной установки, а также способа резки с учетом всех специфических задач непременно обеспечит высокую скорость, экономичность, а также качество резки металла.

Установка плазменной резки
Воздушно плазменная резка

Высокая скорость работы, улучшенное качество среза и повышенная производительность – это лишь малая часть преимуществ, которые можно получить при плазменном разделении металлов и сплавов с применением воды.

Способы резки металлов с использованием воды:

— Вода может подаваться в столб плазмы небольшими объемами;
— Водоэлектрическая резка. При этом способу вода применяется в качестве плазмообразующей среды;
— Метод погружения или полупогружения. Металлы и сплавы разделяются в момент полного или частичного погружения в водяную ванну.

Дополнительные преимущества термического разделения металлов и сплавов с использованием воды.

1) Выделения вредных газов в атмосферу (такие как окислы азота и др.) сводятся к минимуму. Также не выделяются пыль, аэрозоль и дым – их осаждает вода.
2) Благодаря понижению температуры при процессах резки тепловая деформация деталей и срезов уменьшается, таким образом, кромка металла становится более ровной и гладкой.
3) Улучшаются условия труда и гигиены рабочего персонала.

При всех преимуществах обработка металла под водой имеет и небольшие ограничения. Так, усложняется контроль за плазменной резкой. Также сложности могут возникнуть в начале процесса при возбуждении дуги. При этом способе резки возможно использовать только ручное управление. Работа станков ЧПУ и других роботосистем часто является неоправданной.

Аппарат плазменной резки
Плазменная резка чпу

Технологические процессы сегодня требуют ультрасовременных решений, даже в такой несложной операции, как резка металла. Для этой задачи сегодня все чаще используют плазмотроны – приборы, в которых металл обрабатывается факелом плазмы. Существует четкое разделение этих устройств по технологическим параметрам и принципу работы. Основная дифференциация происходит на устройства переменного и постоянного тока.

Плазмотроны переменного тока

Эти приборы являются незаменимыми в тех случаях, когда применение обычных методов термического разделения сплавоввызывает проблемы или же невозможно. Основным преимуществом применения для резки устройства переменного тока считается минимальная возможность взаимодействия между дугами, в отличие от плазмотронов с постоянным током, использующих при работе несколько генераторов. Кроме того, плазмотроны переменного тока идеально подходят при работе с алюминиевыми сплавами.

Плазмотроны постоянного тока

Такие установки являются наиболее распространенными благодаря высоким техническим и производственным качествам. У этих устройств стабильная дуга горения, довольно высокий КПД и, помимо всего прочего, при использовании устройств постоянного тока загрузка в трехфазной цепи является наиболее равномерной. Кроме того, плазмотроны постоянного тока прямой полярности имеют допустимую токовую нагрузку на электрод на порядок выше, чем обратной.

Смотрите наши услуги по резке металла плазмой.

КОнтакты
Заказать звонок