Воздушно плазменная резка

Воздушно-плазменная резка металлов

Воздушно-плазменная резка — это один из самых востребованных и эффективных способов раскроя металлов. Данный метод основан на разрезании (расплавлении) материала при помощи высокотемпературного плазмообразующего газа, поданного под давлением. Для этого используется высокоточное оборудование — плазморез или резак плазменной резки, то есть станок, оснащенный специальным механизмом (плазмотроном).

Технология дуговой плазменной резки была изобретена намного позднее, чем методика, основанная на использовании кислорода. Однако сегодня ее производительность и эксплуатационные преимущества существенно выше аналогичных показателей привычной обработки кислородом. Использование систем плазменной резки незаменимо, когда необходимо выполнить следующие условия:

  • исключение деформации заготовок;
  • высокая скорость процесса;
  • безупречная точность и чистота разреза;
  • полное сохранение химико-физических свойств металла;
  • минимальный расход материала;
  • безопасность работ (исключает применение горючих газов).

Благодаря универсальности этот метод позволяет обрабатывать любые металлы, – черные, цветные, а также их сплавы быстро, просто, с превосходным результатом по качеству и без габаритных баллонов, как при газокислородном варианте. Кроме того, плазменную резку применяют, чтобы устранить с металлов швы, неровности и прочие дефекты, подготовить детали под сварку, выполнить прямые и фигурные срезы, просверлить отверстия.

В настоящее время плазменно дуговая резка широко используется в разных отраслях промышленности: строительстве, металлообрабатывающей, атомной, газовой, медицинской, электронной, автомобильной, судостроении и самолетостроении. Ее преимущества неоспоримы и позволяют добиться идеального сочетания качества и оптимизации расходов.

Технология плазменной резки металла

Процесс плазменной резки выполняется как в условиях закрытого производственного помещения, так и открытого пространства. Для этого используются промышленные автоматические станки или устройства, функционирующие в ручном режиме. Основу работы всех источников плазменной резки составляет следующий принцип. При включении системы между электродом и соплом плазмотрона или разрезаемым металлом формируется высоковольтная электро-дуга. После этого начинает поступать газ.

В процессе подачи газа температура дуги повышается, благодаря чему он ионизируется и преобразуется в плазму, которая становится проводником между электродом и обрабатываемым материалом. Под действием плазмы поток электричества обретает рабочее состояние и способность проникновения в любые металлы. При этом его скорость может достигать огромных значений. Ярко светясь, струя плазмы нагревает деталь в зоне обработки и локально расплавляет ее.

Используя плазменную резку, можно раскраивать любые металлы, применяя для этого различные газы. Работа с черными металлами осуществляется при помощи кислорода или обычного воздуха; нарезка цветных аналогов – с использованием газов неактивного класса или их сочетаний.

Воздушно-плазменная резка металлов

Скорость обработки материала обусловлена его техническими характеристиками. В свою очередь скорость оказывает прямое влияние на чистоту разреза. Поэтому важно правильно подобрать этот параметр, чтобы не перегреть заготовки.

Схема плазменной резки

Для плазменной резки используют две схемы. Фактически обе они относятся к категории термической обработки и основаны на производстве электро-дуги и последующем формировании плазмы.

1. Плазменно-дуговая

В данном случае создание прямо действующей электро-дуги происходит между неплавким сварочным электродом и обрабатываемым материалом. Далее она совмещается с высокоскоростным факелом плазмы, образованным путем газовой ионизации. В подобном состоянии плазма разрезает любые металлы, не требуя их предварительного разогрева. Именно эта схема плазменной резки считается наиболее эффективной и чаще всего применяется в разных сферах промышленности.

2. Плазменная струя

Такой вид раскроя используют реже, в основном при обработке деталей не из металла. Резка посредством плазменной струи предусматривает, что в создании электро-дуги участвуют наконечник и электрод плазмотрона, а сама заготовка не является частью электрической схемы. Поэтому здесь формируется дуговой поток косвенного действия. Плазмотрон выпускает определенный объем плазмы в виде высокоскоростной струи. Благодаря ее энергии выполняется обработка изделия.

Аппарат плазменной резки металла

Конструктивно система плазменной резки представлена двумя ключевыми элементами: источником электроэнергии и плазмотроном. Первый узел отвечает за создание и поддержку электрического потока. Плазмотрон необходим для непосредственного формирования факела низкотемпературной плазмы. Его составными деталями являются: сопло, электрод, камера для образования плазмы, форсунка для создания струи плазмы и кабель-шланг. Различают два типа станков:

  • инверторные – компактные установки плазменной резки с небольшим весом и энергопотреблением. Способны создавать стойкую электрическую дугу, обеспечивающую высокую производительность и качество работ. Характеризуются чувствительностью к перепадам напряжения;
  • трансформаторные – долговечные и надежные, но габаритные агрегаты, применяемые для ручных и автоматизированных процессов разрезки. Главные достоинства: высокая продолжительность непрерывной работы, раскрой материалов большей толщины и нечувствительность к скачкам напряжения.

Чтобы правильно выбрать аппарат для плазменной резки металлов, нужно отталкиваться от условий эксплуатации и планируемого спектра задач. Первым делом следует обратить внимание на такие критерии, как:

  • перечень материалов – желательно приобретать станки, предназначенные для обработки разных металлов;
  • допустимая толщина резки – как правило, этот показатель указывается для обычной стали, а по нему уже определяются значения для остальных металлов;
  • состав плазмообразующей смеси – станки, работающие на инертных газах, воздухе и кислороде, позволяют подобрать оптимальный режим раскроя для любых материалов.

Установка плазменной резки металла с чпу

Плазменная резка металла становится максимально эффективной, когда выполняется на специальных установках с чпу (числовым программным управлением). Эти станки предназначены для выполнения самых сложных и ответственных операций по раскрою материала с идеальной точностью. Технически состав такого аппарата дополняется специальным компьютером, который при помощи программы автоматически контролирует все параметры процесса.

Установка плазменной резки металла с чпу имеет множество неоспоримых преимуществ. Во-первых, это уникальная точность обработки. После запуска агрегат четко исполняет поставленную задачу, раскраивая заготовки любых конфигураций. В результате все детали получаются абсолютно идентичными. Во-вторых, использование станков с чпу очень выгодно с точки зрения экономии. Они потребляют минимум электроэнергии и не требуют серьезных расходов на дополнительное оборудование.

Практически все операции автоматизированы, что сокращает потребность в квалифицированном персонале. Один работник может легко контролировать работу нескольких станков. И, в-третьих, несмотря на то, что такой аппарат является технически сложным, его управление доступно любому человеку. Для этого нужно пройти специальную подготовку, которая длится совсем недолго.

Стол плазменной резки

Для удобной, безопасной и быстрой плазменной резки деталей необходимо качественное сопутствующее оборудование, которым является специальный стол. Данные устройства выпускаются в широком ассортименте, что позволяет подобрать модель, оптимальную для использования на любом производстве или в частных условиях. Стол плазменной резки представляет собой изделие, созданное из стальных пластин. Это съемные элементы, которые в процессе износа просто меняются на новые.

Расстояние между ними может быть разным: его выбирают с учетом планируемых параметров деталей, чтобы те не проваливались. Дополнительные пластины всегда можно изготовить на самом устройстве. Как правило, инструкция по их раскрою поставляется производителем бесплатно. Под рабочим основанием стола плазменной резки предусмотрена внутренняя решетка. Ее наличие позволяет исключить падение готовых деталей в контейнер для отходов.

Также стол укомплектован встроенным воздуховодом для удаления пыли, дыма и других вредных продуктов, формируемых при обработке металлов. Установки шириной более 2,5 метров оснащаются такими системами с двух сторон. Все узлы этой конструкции рассчитаны на работу в сложных условиях. Поэтому они легкодоступны и при необходимости быстро заменяются. Выбор модели стола плазменной резки зависит от размера площади и максимальной толщины материала, планируемого для обработки.

Установки плазменной резки

Технология воздушно плазменной резки металлов

Для комплектации машин плазменной резки могут использоваться плазмотроны, аппараты, установки и системы различных производителей.

Значительное большинство источников питания для плазменной резки работает на постоянном токе прямой полярности (у плазменных резаков постоянного тока наиболее высокий коэффициент полезного действия мощности). В некоторых случаях, например, для обработки алюминия и сплавов на его основе, может использоваться переменный ток.

Установки плазменной резки должны обеспечивать наибольшую стабильность рабочего тока при колебаниях напряжения, быстродействие управления током, плавное регулирование и т. д. Они имеют вертикальную или крутопадающую внешнюю вольт-амперную характеристику. Такая характеристика обычно формируется с помощью управляемых тиристорных выпрямителей, дросселей насыщения. Для механизированной резки применяются источники тока с продолжительностью включения (ПВ), как правило, более 70%.

Таблица. Оборудование для автоматической плазменной резки (без устройства для перемещения плазмотрона)

Марка Назначение
Hypertherm Powermax 45, Powermax 1000, Powermax 1250, Powermax 1650 Малогабаритные аппараты для ручной и механизированной плазменной резки и строжки металла в среде сжатого воздуха или азота
АПР-150 (концерн «Энерготехника»), АПР-150К (ПКФ «Кристалл»), АПР-404, АПР-404М Установки для ручной и механизированной воздушно-плазменной резки (для комплектации машин и станков плазменной резки металла)
ПУРМ-140, ПУРМ-160, ПУРМ-180МА,
ПУРМ-320ВА, ПУРМ-400ВА (ООО «Фактор»)
Energocut 320А, Energocut 400В (концерн «Энерготехника»)
Cebora Prof70, Prof122, Prof162, 3100, 6060/T, 9060/T
Energocut 400ВА (концерн «Энерготехника») Установка для механизированной воздушно-плазменной резки (для комплектации машин и станков)
УПР-4011, УПР-4011-1 (ПК «Спектр Плюс») Установки механизированной плазменной резки
в среде сжатого воздуха или кислорода. Предназначены для комплектации машин и станков
Hypertherm HPR130, HPR130XD, HPR260, HPR260XD, HPR400XD Мультигазовые установки механизированной плазменной резки (для комплектации машин и станков)

Установки воздушно-плазменной резки АПР-150К, АПР-404 и АПР-404М применяются для ручной, механизированной или автоматической (в составе портальных машин) резки нержавеющих сталей, меди, алюминия, титана, а также др. металлов и сплавов.

Фото. Установка плазменной резки АПР-150К (слева), с плазмотроном и блоком для ручной резки (справа)

Фото. Установки плазменной резки АПР-404 (слева) и АПР-404М (справа)

Таблица. Технические характеристики установок АПР

Наименование Установка плазменной резки
АПР-150К АПР-404 АПР-404М
Напряжение питания (В) 380 380 380
Потребляемая мощность (кВА) 45 125 125
Номинальный ток (А) при продолжительности включения (ПВ, %) 150 (100) 400 (100) 400 (100)
Диапазон регулирования тока (А) 25–150 200–400 80–450
Способ регулирования плавное плавное плавное
Напряжение холостого хода (В) 300 300 300
Рабочее напряжение (В) 150 260 260
Максимальная толщина разделительной резки (мм) 35 100 100
Габариты (длина x ширина x высота), мм 630x570x750 880x1040x1706 880x1040x1706
Масса (кг) 150 540 540

Одним из известных производителей оборудования плазменной резки считается американская компания Hypertherm. Она выпускает широкий спектр аппаратов и установок, в том числе мультигазовые установки серий HSD, HT и HPR, в которых могут применяться определенные комбинации плазмообразующего и защитного газов.

Фото. Установки плазменной резки Hypertherm HPR130XD (слева) и Hypertherm HPR260XD (справа)

Фото. Установка плазменной резки Hypertherm HPR400XD

Таблица. Технические характеристики установок Hypertherm серии HPR, предназначенных для резки материалов из низкоуглеродистой стали, нержавеющей стали и алюминия

Наименование Установка плазменной резки
HPR130XD HPR260XD HPR400XD
Трехфазное напряжение на входе 200/208 В, 50/60 Гц
220 В, 50/60 Гц
240 В, 60 Гц
380 В, 50/60 Гц
400 В, 50/60 Гц
440 В, 60 Гц (50/60 Гц для HPR400XD)
480 В, 60 Гц
600 В, 60 Гц
Напряжение на выходе 50–150 В
постоянного тока
175 В
постоянного тока
200 В
постоянного тока
Рабочий цикл 100% 100% при 40°С при 45,5 кВт 100% при 40°С при 80 кВт
Диапазон регулирования тока (А) 30–130 30–260 30–400
Используемый плазменный газ кислород, азот, воздух, смесь 95% азота и 5% водорода, смесь 65% аргона и 35% водорода кислород, азот, воздух, смесь 95% азота и 5% водорода, аргон, смесь 65% аргона и 35% водорода
Используемый защитный (дополнительный) газ кислород, азот, воздух кислород, азот, воздух, аргон
Максимальное напряжение
холостого хода
311 В
постоянного тока
311 В
постоянного тока
360 В
постоянного тока
Толщина резки мягкой стали (мм)
без окалины 16 32 38
рабочая (прожиг) 32 38 50
максимальная (от кромки) 38 64 80
Толщина резки нержавеющей стали (мм)
рабочая (прожиг) 20 32 45
максимальная (от кромки) 25 50 80
Толщина резки алюминия (мм)
рабочая (прожиг) 20 25 38
максимальная (от кромки) 25 50 80
Габариты (длина x ширина x высота), мм 1080x570x970 1190x820x1150 1260x880x1180
Масса с резаком (кг) 317,5 567 851

Система плазменной резки Hypertherm HPR400XD состоит из следующих узлов:

  • источника питания (источника плазменной резки);
  • радиатора охлаждения;
  • системы (консоли) зажигания дуги;
  • отборочной консоли;
  • измерительной консоли;
  • плазмотрона (плазменного резака).

Рисунок. Подключение системы плазменной резки Hypertherm HPR400XD

Источник питания обеспечивает постоянный ток силой 400А и напряжением 200 В. Он состоит из электрических схем, отвечающих за зажигание плазмотрона, а также теплообменника и насоса охлаждающей системы. Блок электропитания оснащен последовательным интерфейсом, обеспечивающим связь с контроллером ЧПУ.

Радиатор охлаждения состоит из теплообменника и насоса, которые уменьшают температуру охлаждающей жидкости, поступающей к плазмотрону. Также содержит датчики потока и температуры для обеспечения надлежащей работы системы охлаждения.

В системе (консоли) зажигания используется узел искрового разрядника. На консоли зажигания происходит трансформирование контрольного напряжения 120 В переменного тока, поступающего из источника, в высокочастотные и высоковольтные импульсы (9–10 кВ), с помощью которых происходит пробой зазора между электродом и соплом. Высоковольтный высокочастотный сигнал спарен с проводом катода и проводом вспомогательной дуги.

С помощью отборочной консоли производится отбор и смешивание плазменных газов. В ней находятся приводные клапаны, электромагнитные клапаны и преобразователи давления, а также контрольная печатная плата, релейная печатная плата и распределительная плата.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *