Плазменная резка — технологическая операция разделения материалов, при которой роль режущего инструмента играет струя плазмы. Суть процесса плазменной резки — высокоскоростное прохождение через сужающееся отверстие (сопло) потока ионизированного газа, т. е. плазмы, которая выступает проводником электрического тока между горелкой (плазмотроном) и разрезаемым материалом. Она нагревает, расплавляет изделий. Затем высокоскоростной поток плазмы механически сдувает расплав, разделяя.
Температура плазменного потока варьирует от 5000 °C до 30000 °C, скорость — от 500 м/с до 1500 м/с.
Основное назначение операции — разрезание металлических элементов с толщиной до 25 мм. Максимальная толщина материала при плазменной резке не превышает 200 мм. Величина толщины металла, разрезаемого плазмой, зависит от его теплопроводности. А именно: чем больше теплопроводность металла, тем тоньше изделие, которое возможно разрезать. Для получения струи плазмы используют:
- неактивные газы (азот, водород, пар воды) — плазменная резка цветных металлов;
- для разрезания черных металлов активные газы (кислород, воздух).
Преимущества, недостатки метода плазменной резки
Отметим основные преимущества данной технологической операции:
- плазменная резка используется как для черных (сталь, чугун), так и для цветных (алюминий, медь) металлов. Также можно разрезать неметаллические материалы (бетон);
- высокая скорость, производительность, точность;
- возможность вырезать фигуры сложной конфигурации;
- отличное качество кромочной поверхности. Кромку не надо подвергать дополнительной механической обработке;
- безопасность, экологичность технологического процесса. В нем не используют горючий газ и сжатый кислород, практически отсутствуют вредные выбросы;
- универсальность операции: возможность резать детали большой ширины, трубные заготовки, выполнять рез под определенным углом;
- перед работой заготовку не надо предварительно нагревать. Это существенно экономит время технологической операции.
Но в современном, инновационном процессе плазменной резки присутствуют и отрицательные моменты:
- при раскрое заготовок большой толщины необходимо использовать источники электричества высокой мощности;
- необходимость привлекать для работы обученный квалифицированный персонал;
- ограничение по толщине обрабатываемых деталей;
- работа по плазменной резке сопровождается высоким уровнем шума;
- высокая цена оборудования.
Оборудование для плазменной резки металла
Для осуществления раскроя с помощью плазмы необходимо получить непосредственно саму плазменную дугу. Для этого используют специальный аппарат — плазмотрон, который состоит из:
- сопла — выходного отверстия для плазмы;
- электрода, изготовленного из металла с высоким показателем температуры плавления (вольфрам, цирконий);
- канала для подачи сжатого газа (воздуха, очищенного кислорода);
- изолирующего элемента, который одновременно играет роль охладителя.
Часть конструкционных элементов плазмотрона, которая работает в зоне высоких температур и значительных динамических нагрузок, может изнашиваться, требовать периодической замены. К таким элементам относят:
— электроды;
— сопло плазмотрона;
— изолирующие узлы;
— диффузор, где происходит закручивание потока рабочего газа.
Кроме того, расходными элементами считаются различные защитные экраны, кожухи, которые делают работу с плазмотроном более комфортной.
Износ расходных деталей может привести к ухудшению качества реза, поломке дорогостоящего оборудования. Поэтому необходимо, вовремя выявлять износ расходных элементов, проводить их замену.
В состав установки для осуществления плазменной резки входит:
- трансформатор либо инвертор, преобразователь тока для создания электрической дуги;
- компрессор для подачи газа под давлением;
- плазмотрон для получения потока;
- трубка для подачи воздуха, соединенная с электрическим кабелем.
Хотя самый важный технологический процесс происходит в плазмотроне, но при отсутствии любого другого элемента оборудования плазменная резка невозможна.
Оптимальные решения для бытовых условий
Резка чугуна в быту исключает использование сложного, дорогостоящего инструмента. Предпочтение отдается простым и доступным решениям, требующим минимальной подготовки со стороны мастера.
В качестве вспомогательного инструмента можно использовать:
- болгарку;
- ножовку;
- сабельную пилу (электрическую ножовку);
- труборез.
Работа с каждым из перечисленных инструментов имеет ряд особенностей.
Резка чугуна болгаркой
Применение углошлифовальной машинки поможет сформировать резы толщиной 2,3 — 2,5 мм на поверхности чугунной детали. Устройство обладает высокой маневренностью, имеет умеренный вес.
Для эффективного проведения работ потребуются алмазные диски для резки чугуна. Применение оснастки общего назначения снизит эффективность труда, приведет к быстрому износу дисков.
Круг алмазный 12А2-45 150х10х3х32 АС4 125/100 В2-01 100% 58,0 Бестселлер
2 989 р.
В корзину
Круг алмазный 12А2-45 150х10х3х32 АС4 100/80 В2-01 100% 58,0 Бестселлер
2 742 р.
В корзину
Круг алмазный 1А1 125х10х5х32 АС4 125/100 В2-01 100% 83,0 Бестселлер
3 837 р.
В корзину
Круг алмазный 1А1 125х10х5х32 АС4 100/80 В2-01 100% 83,0 Бестселлер
3 748 р.
В корзину
Круг алмазный 1А1 125х10х3х32 АС4 125/100 В2-01 100% 51,0 Бестселлер
2 577 р.
В корзину
Круг алмазный 12А2-20 125х10х2х32 АС4 125/100 В2-01 100% 32,0 Бестселлер
2 890 р.
В корзину
Рекомендации при резке чугуна болгаркой.
- Выполняйте только ровные резы. Попытка формирования фигурного выреза увеличивает риск получения травмы, закусывания и поломки круга.
- В процессе работы образуется большое количество искр. Перед началом мероприятий стоит убрать все горючие предметы в пределах 2 м2.
- Резка выполняется только в защитной одежде. Обязательно наличие перчаток и очков (маски).
По завершении операции стоит дождаться остывания рабочей поверхности детали.
Рис. 1 Резка чугуна болгаркой
Применение ножовки
Посредством ножовки возможна распиловка заготовок малой толщины. Мероприятие отнимает немало времени и сил, требует от мастера значительной физической подготовки.
Учитывая конструкцию и габариты ножовки, слесарь не сможет работать в ограниченных пространствах, например, в коробе для труб.
Главное достоинство ручного инструмента – его безопасность. В процессе работы не образуются искры, не возникает избыточный нагрев поверхности.
Рис. 2 Ручная ножовка по металлу
Резка заготовок электрической ножовкой
Электроножовка (сабельная пила) на порядок производительнее классического аналога. Она имеет малый вес и умеренные габариты, создает минимальную нагрузку на мастера. Как и в случае с обычной ножовкой, полностью отсутствуют искры. Это положительно влияет на безопасность процедуры.
Подбирая полотно для инструмента, стоит предпочесть продукцию с маркировкой BIM и HSS. Она обладает повышенной прочностью, хорошо переносит нагрев и интенсивное механическое воздействие.
Рис. 3 Работа с электроножовкой (сабельной пилой)
Работа с труборезом
Способ подойдет для резки труб и чугунных прутков. При работе в бытовых условиях используются ручные труборезы. Они ориентированы на заготовки диаметром 6 – 23 мм, формируют рез за счет подвижных заостренных кругов, прижимаемых к детали храповым механизмом.
Труборез, 3-28 мм Matrix 550 р.
В корзину
Труборез, 25-75 мм Сибртех 4 630 р.
В корзину
Труборез, 12-50 мм Сибртех 3 062 р.
В корзину
Труборез ладонный»Piranha», 22 мм, 3/4, авт. рег., трещотка, отверстие 1/4 Gross 530 р.
В корзину
Труборез ладонный «Piranha», 16 мм, 1/2, авт. рег., трещотка, отверстие 1/4 Gross 853 р.
В корзину
Труборез ручной «Piranha», 6-23 мм, 1/4-7/8, мех. рег. заж. трубы, трещ. с храп. мех.Gross (нет на складе)
Подробнее
В большинстве случаев домашние трубопроводы расположены в труднодоступных местах. Это усложняет использование труборезов, исключает работу с компонентами крупного диаметра. Если же свободное пространство позволяет, применение ручного трубореза станет неплохим решением.
Рис. 4 Работа с ручным труборезом
Если требуется только демонтаж
В случаях, когда сохранение целостности детали не является приоритетом, можно использовать зубило и молоток. Чугун – хрупкий материал, быстро разрушаемый ударным воздействием.
Вместо зубила допускается применение кувалды. При этом стоит озаботиться наличием свободного места для хорошего размаха.
Процесс работы плазмотрона
После нажатия кнопки в аппарат поступает электрический ток и внутри загорается, распространяется по всей площади канала первичная электрическая дуга с температурой около 8000 °C.
Компрессор начинает подавать в канал с первичной дугой сжатый воздух, который проходя по каналу, разогревается, приобретает свойства ионизированного газа, проводящего электрический ток. Из-за высоких температур нагрева воздух расширяется в объеме в 50-100 раз. Это значительно увеличивает давления газа.
Затем по каналу раскаленный, расширенный поток газа поступает в сопло, которое сужает его и делает более концентрированным. Поток воздуха, преобразованный в плазму, вылетает из отверстия сопла с огромной скоростью (около 3 км/с). При этом температура ионизированного потока возрастает в разы.
Именно такой ионизированный, раскаленный до огромной температуры газ, и является плазмой, посредством которой осуществляется раскрой.
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..
Разновидности плазменной резки
Разделение с помощью плазмы классифицируется по ряду признаков.
По способу резания:
- дугой. В этом случае разрезаемый материал выступает частью электрической цепи;
- струей. Материал не является часть цепи. Электрическая дуга образуется между электродами.
По глубине реза различают:
- поверхностную, при которой изделие не разделяется на части;
- разделительную, при которой металл делится на несколько отдельных частей.
Чаще эксплуатируется разделительная плазменная резка.
По свойствам среды, в которой происходит технологический процесс:
- обычный вид раскроя с использованием окружающего воздуха.
- резка с использованием защитного газа.
- раскрой с использованием воды.
В последнем случае вода защищает рез от воздействия окружающей среды, остужает резак (плазмотрон), впитывает вредные испарения.
Технология
При проведении работ следует придерживаться следующей технологии плазменной резки металла:
- Сопло, из которого наружу будет вырываться поток воздуха, располагается у края металлического листа.
- Мастер запускает аппарат с помощью кнопки включения. Включается начальная дуга, которая постепенно превращается в режущую.
- Горелка располагается под наклоном в 90 градусов. Резка выполняется медленно и аккуратно.
- Мастер должен контролировать появление брызг расплавленного металла. Если они не появляются, значит металлическую заготовку не получилось разрезать насквозь.
- Нельзя прикасаться к соплу или направлять его в сторону других предметов сразу после выключения, поскольку некоторое время из него будет идти горячий воздух.
Если не получается прорезать металлический лист насквозь, необходимо изменить угол наклона, замедлить темп проведения работы или увеличить напряжение.
Технология плазменной резки
Виды систем для резки
Системы различаются в зависимости от вида плазменного газа, предусмотренного технологией.
Обычные системы используют в виде газа окружающий воздух. Сила тока при таком процессе составляет от 12-20 тыс. А/дюйм². Форма потока плазмы зависит от отверстия сопла. Подобные системы используют как для ручного, так и для механизированного раскроя. Допускаются отклонения в размерах разрезаемой детали.
Высокочастотные системы (с высокой плотностью тока) применяют для плазменной резки с повышенной точностью. В качестве плазменного газа применяют очищенный воздух, кислород, смеси водорода, азота. В технологическом процессе эксплуатируют плазмотроны и расходные материалы более сложной конструкции. Сила тока при высокочастотном разделении составляет 40-50 тыс. А/дюйм². Основная цель — добиться повышенной точности при фокусировке дуги, получить высокое качество реза.
Как верно подобрать силу тока?
Чтоб получить ровненький и осторожный рез, без окалины, наплывов и шлака, необходимо хорошо выставить на аппарате силу тока, нужную для разрезания определенной заготовки. Для этого необходимо знать, какая сила тока приходится на расплавление 1 мм материала. Для различных видов сплава будет свое значение:
- При работе с чугуном и сталью – 4 А.
- При работе с цветными сплавами и их сплавами – 6 А.
Интересно почитать: Можно ли нарезать резьбу в чугуне?
Например, для обработки железного листа шириной 20 мм на аппарате необходимо выставить силу тока не наименее 80 А, а для работы с дюралевым листом таковой же толщины – 120 А. Но это еще не все, что необходимо учитывать при работе. Чтоб сплав успел расплавиться в месте реза, но при всем этом не деформировался при термическом действии плазмы, принципиально подобрать лучшую скорость ведения резака. Она быть может от 0,2 до 2 м/мин., зависимо от выставленной силы тока, толщины заготовки и вида сплава, Естественно, 1-ое время новенькому будет трудно измерить скорость и подобрать более пригодную, это придет с опытом. А на 1-ое время запомните обычное правило: ведите горелку так, чтоб искры были видны с оборотной стороны разрезаемой заготовки. Если их не видно – сплав разрезан не насквозь, скорость большая. Но очень неспешное ведение резака, в особенности при высочайшей силе тока, может стать предпосылкой образования окалины, угасания дуги и ухудшению свойства реза.
