Как работает плазменная резка металла


принцип работы и особенности технологии, устройство ручного резака

На чтение 13 мин. Просмотров 10.2k. Опубликовано Обновлено

Плазменная резка – новая великолепная технология, позволяющая разрезать металлы солидной толщины и любой природы, даже самой капризной. В качестве режущего предмета выступает не нож, а плотная струя плазмы, которая позволяет формировать идеально точный рисунок реза в единицу заданного времени.

Этот способ работы с содержит множество достоинств, которые мы разберем ниже. А сейчас начнем с физики – нужно разобраться с сутью процесса.

Физика плазмы

Технология плазменной резки металла отдает главную женскую роль нашей любимой электрической дуге. Он формируется между электродом и соплом. Иногда вместо электрода выступает металл, который нужно разрезать. Разберемся, что такое плазменная резка.

Начало процесса – включение источника электрического питания и подача тока высокой частоты в . Источник питания включается автоматически после нажатия тумблера розжига в аппарате.

Сначала формируется так называемая промежуточная дуга – она имеет временный характер и соединяет электрод с наконечником сопла резака. Нагревается эта дежурная дуга до уровня температуры около 8000°С.

Это важный момент общего процесса плазменной резки – нужно помнить, что настоящая дуга между электродом и металлом образуется не сразу, а через ее промежуточный вариант.

Следующий этап процесса – поступление воздуха из компрессора, который обычно прилагается к аппарату резки металла. Компрессор подает воздух в сжатом виде. Этот воздух поступает в камеру плазмотрона, в котором находится и уже раскалена временная электрическая дуга.

[box type=”info”]Дуга нагревает сжатый воздух, объем которого при нагреве увеличивается во много раз. Дополнительно к нагреву и увеличению объема воздух начинает ионизироваться и трансформироваться в настоящий проводник электрического тока. Он превращается в ту самую плазму[/box]

Малый диаметр сопла дает возможность разгонять поток этой раскаленной плазмы до огромных скоростей, с которыми струя вылетает из аппарата. Скорость потока может достигать трех метров в секунду.

Схема работы плазменной резки.

Температура воздуха – запредельная, вплоть до 30 000°С. При этих условиях электрическая проводимость воздуха – плазмы практически равна проводимости разрезаемого металла.

Настоящая конечная дуга появляется мгновенно, как только поток плазмы достигает и касается поверхности металла. Временная дуга, в свою очередь, автоматически выключается. Металл начинает плавится точно в месте среза.

Жидкие металлические капли сразу же сдуваются струей сжатого воздуха. Это и есть принцип плазменной резки. Как видите, все просто, логично и понятно.

Классификация видов плазменной резки

Виды плазменной резки будут зависеть от среды, в которой проводятся работы по металлу:

Простой

Главное отличие способа – ограниченность электрической дуги. Для резки используется электрический ток и воздух. Иногда вместо воздуха применяются газ в виде азота. Если металлически лист тонкий – всего несколько миллиметров, процесс можно сравнить с лазерным разрезанием.

При этом способе толщина металлов не должна превышать 10-ти мм. Способ отлично работает для низколегированных сплавов стали и других мягких металлов. Режущим элементом выступает кислород, из которого формируется сжатая струя, превращающаяся в итоге в плазму.

В разрезах получаются очень ровные кромки, не требующие дальнейшей доработки.

С применением защитного газа

При этом способе вместо воздуха используются защитные газы, которые превращаются в плазменный поток после преобразования в плазмотроне. Качество срезов в данном случае значительно повышается благодаря отличной защите процесса от воздействия окружающей среды.

Газ для плазменной резки не представляет из себя ничего необычного: это может быть водород или аргон – «газовая классика».

С водой вместо воздуха

Отличны способ со многими преимуществами, одно из которых – отсутствие необходимости в дорогостоящей и громоздкой системе охлаждения.

Существуют и другие критерии классификации плазменной резки. К примеру, виды резки бывают разделительными и поверхностными. Первый из них используется чаще.

[box type=”info”]Еще один параметр – способ резки. Один вид – резка дугой, в котором разрезаемый металл выступает в качестве элемента электрической цепи. Другой вид – резка струей, когда электрическая дуга соединяет электроды, а не металлическую заготовку.[/box]

Плазменные резаки представлены на рынке в самых разнообразных вариантах, так что их можно классифицировать по маркам, производителям и многим другим техническим и торговым параметрам.

Есть, например, ручная плазменная резка – самый демократичный способ и по цене, и по простоте исполнения. Есть машинные автоматические технологии, устройства для которых намного дороже и сложнее.

Преимущества резки плазмой

Принцип работы плазменной резки.

Самой близкой технологией является лазерная резка металлов, поэтому логично будет перечислить преимущества в сравнении с «соседкой»:

  • Плазменной резке по плечу металлы любой природы, в том числе цветные, тугоплавкие и другие, сложные для обработки.
  • Скорость процесса значительно выше, чем резка газовым резаком.
  • Одна из значительных особенностей – возможность производить резы любой формы, включающие и геометрические узоры, и фигурную резку самой высокой сложности. Иными словами, резка с помощью плазмы – это реализация самых смелых творческих идей по металлу и другим трудно поддающимся материалам.
  • нипочем любая толщина металла: скорость и качество никоим образом не теряются.
  • Этому способу поддаются не только металлы, но и другие материалы: он вполне универсальный.
  • Резка плазмой и быстрее, и эффективнее по качеству кромки, чем любые другие механические способы резки.
  • В данном методе возможна работа не только перпендикулярно к поверхности металла, но под углом, что помогает освоить широкие листы металла.
  • С экологической точки зрения это вполне благополучный вид работы с металлом с минимальным выбросом вредных веществ или загрязнений в воздух.
  • Отличная экономия времени из-за отсутствия необходимости предварительно нагревать металл.
  • Поскольку в методе не используются взрывоопасные газовые баллоны, он значительно безопаснее, чем другие способы.

Недостатки плазморезки

Ни один способ обработки металлов не обходится без недостатков, и плазменная резка здесь не исключение.

Недостатки плазменной резки следующие:

  • Дороговизна всего модельного ряда аппаратов для плазменной резки, включая даже самые простые ручные варианты.
  • Пределы толщины металла для резки плазмой: предельная толщина всего 100 миллиметров.
  • Это шумный способ работы, потому что сжатый воздух или газ подаются с огромной скоростью.
  • Оборудование непростое, дорогое и требующее грамотного и постоянного технического обслуживания.

Советы и нюансы

Еще одной отличительной положительно характеристикой метода является то, что во время процесса происходит нагрев лишь небольшого локального участка. Да и остывает этот участок намного быстрее, чем при лазерной или механической резке.

Охлаждение необходимо только для двух составных элементов – катода и сопла, как самых нагруженных. Это без проблем производится с помощью рабочей жидкости.

Плазменная дуга и струя. начинает работать стабильно в результате рабочего соотношения катода и сопла с паром из сжатого раскаленного воздуха. На катоде локализуется отрицательный заряд, на наконечнике сопла – соответственно положительный. В результате этого образуется промежуточная дуга.

Лишняя влага впитывается специальным материалом, который находится в резервуаре камеры плазмотрона.

Правила безопасности при данном методе имеют строжайший характер, потому что все аппараты плазменной резки могут быть очень травматичными для мастера. Особенно это касается моделей с ручным управлением.

Все будет в порядке, если вы будете соблюдать рекомендации по защитной амуниции мастера: щиток, затемнённые очки, защитные ботинки и т.д. В этом случае вы сможете уберечься от главных факторов риска данного метода – капель расплавленного металла, высокого напряжения и раскаленного воздуха.

[box type=”warning”]Еще один совет по безопасности – ни в коем случае не стучать резаком по металлу для удаления металлических брызг, как это делают некоторые мастера. Вы рискуете повредить аппарат, но главное – поймать кусочки расплавленного металла, например, лицом или другой незащищенной частью тела. Лучше поберечь себя.[/box]

Экономия расходных материалов занимает не последнее место в эффективной резке. Для этого зажигаем электрическую дугу не слишком часто, а точно и в срок, чтобы не обрывать ее без надобности.

Экономия ресурсов также распространяется на силу и мощность тока. Если рассчитать его правильно, вы получите не только экономию, но и отличный срез без заусениц, окалины и деформации металла.

Для этого следует работать по следующей схеме: сначала подать ток высокой мощности, сделать пару – тройку разрезов с его помощью. Если сила и мощность тока великоваты, на металле сразу же будет образовываться окалина из-за значительного перегрева.

После осмотра срезов будет ясно, оставить ток на этом уровне или изменить его. Иными словами, работаем экспериментально – малыми пробами.

Как работать плазморезкой?

Электрическая схема плазменного генератора.

Резка металлов с помощью плазменного потока – слишком серьезное дело, чтобы заниматься им без предварительного изучения и тщательной подготовки. Это поможет вам сделать резку эффективнее со всех точек зрения, и, что весьма немаловажно, минимизировать риски, связанные с производственными опасностями.

Прежде всего нужно знать принцип работы плазменной резки – видеть картинку физических явлений целиком.

Плазменную горелку следует держать очень близко к поверхности и краю металла, в отличие от лазерной резки. Когда тумблер с «пуском» включится, первой загорится временная электрическая дуга, и только затем – настоящая, которая будет главным режущим элементом. с режущей дугой нужно вести по материалу ровно и медленно.

Скорость резки следует строго контролировать. Это можно делать, наблюдая за искрами с обратной стороны листа разрезаемого металла. Если этих искр нет, то это значит, что разрезка металла произошла неполная.

Такое может произойти по нескольким причинам: из-за слишком большой скорости ведения горелки или прохождения аппарата, либо слишком недостаточной мощности подаваемого тока, либо несоблюдения прямого угла в 90° между горелкой и поверхностью металла.

Дело в том, что полная проплавка металла происходит лишь при наклоне плазморезки к поверхности металла под прямым углом и ни градусом больше или меньше.

[box type=”info”]После завершения работы резак нужно наклонить. Воздух будет выходить и после выключения аппарата – непродолжительное время.[/box]

Перед работой невредно изучить схему вашего аппарата: именно в ней можно прочитать самую достоверную информацию по допускаемой толщине металла, который можно прорезать или сделать в нем отверстие. Устройство плазменного резака может различаться, все зависит от функций его назначения.

Выбор аппарата для плазменной резки

Покупка любого технического оборудования – дело, для которого не нужно жалеть времени и усилий: слишком высок риск неудачного решения и потери денег. А деньги здесь немалые, вы не найдете плазменного резака дешевле 500 USD в принципе.

Сначала разбираемся с параметрами и техническими характеристиками прибора.

[box type=”fact”]Выбор нужно делать только под свои планы и нужды. Задача – найти не самый лучший резак, а самый подходящий для вас по принципу «здесь и сейчас».[/box]

Две большие группы плазморезов – это инверторные и трансформаторные. Названия говорят сами за себя.

Открытая и закрытая плазменная струя.

Если вам нужен компактный для работы с металлами небольшой толщины, вы можете остановить свой выбор на резаке инверторного типа. Они забирают немного энергии, легкие и с небольшими габаритами.

Вместе с тем работают они с перерывами и легко выходят из строя при перепадах сетевого напряжения. Цена на такие приборы вполне умеренная, из всех плазморезов это самые недорогие.

Другое дело – трансформаторные резаки. Здесь и с габаритами, и с весом «все в порядке»: серьезные аппараты по всем параметрам.

Энергии потребляют много, зато работать они могут практически без перерыва в течение целого дня. И толщина металла может быть побольше, чем при резке инверторной моделью. Стоимость таких устройств высокая – от 3000 до 20000 USD.

Выбор плазменного резака по мощности

Рассуждения начинаем со свойств и технических характеристик деталей, которые вы планируете обрабатывать и резать. Именно это этого рассчитывается мощность режущего прибора, потому что в нем будут различаться и сопло по своему диаметру, и тип используемого газа.

Применение плазменной резки – область чрезвычайно широкая, поэтому говорить нужно только о ваших конкретных нуждах.

[box type=”info”]К примеру, если толщина металлических заготовок около 30-ти мм, вам будет вполне достаточно резака с мощностью 90А. Он легко справится с вашим материалом.[/box]

А вот если ваш металл потолще, ищите подходящую модель в диапазоне мощности от 90 до 170А.

Выбор резака по времени и скорости разрезания материала

Скорость плазменной резки металла измеряют в сантиметрах за одну минуту. Эта скорость у разных аппаратов тоже разная и зависит от их общей мощности и природы разрезаемого металла.

Например, при всех прочих равных медленнее всего режется сталь, чуть быстрее – медь и ее сплавы. И еще быстрее – алюминий со своими алюминиевыми сплавами.

Устройство плазменного резака.

Если для вас важна скорость, не забывайте о таком показателе, как длительность работы без перегрева, то есть без перерыва. Если в технической спецификации к аппарату написано, что длительность работы 70%, это означает, что после семи минут резки аппарат должен быть выключенным в течение трех минут, чтобы остыть.

Среди трансформаторных резаков встречаются чемпионы с продолжительностью работы в 100%. Иными словами, они могут работать целый день без отключения. Стоят они, конечно, немало. Но если у вас впереди длинные разрезы, думайте о покупке «чемпионских» трансформаторных плазменных резаков.

Пара слов о горелке

Снова оцениваем природу металла или другого материала, который планируем разрезать. От этого будет зависеть мощность горелка плазмореза. Она должна быть достаточной для качественного реза.

При расчетах нужно учитывать факт, что вы можете встретиться со сложными условиями работы, которая, как назло, должны быть произведена в самые короткие сроки, то есть резка должна носить выраженных интенсивный характер.

[box type=”fact”]Во многих источниках рекомендуется выбирать сопло из меди: оно прочное и отлично охлаждается воздухом, намного быстрее, чем сопла из других металлов.[/box]

Рукоятку горелку не упускаем из зоны внимания, это важная часть для комфортной, а значит качественной работы. На рукоятке можно зафиксировать дополнительные элементы, которые помогут держать сопло на одинаковом расстоянии от поверхности металла. Данный совет распространяется только на ручные модели аппаратов.

Если вы собираетесь резать , выбирайте модель с горелкой, которая предназначена для поступления воздуха.

Если же ваши планы связаны с массивными толстыми заготовками, покупайте резак с горелкой для приема защитного газа – азота, например.

Плазменная резка и принципы ее работы

Базовая технология плазменной резки существует уже несколько десятилетий. Исследователи и инженеры по-прежнему сосредоточены на увеличении скорости резки, улучшении качества резки и продлении срока службы расходных деталей, одновременно делая системы меньше и мощнее.

Что такое плазменная резка?

Когда газ нагревается до чрезвычайно высокой температуры и ионизируется, он становится электропроводным и считается плазмой. В процессах плазменной резки и строжки плазма используется для передачи электрической дуги на заготовку.Металл, который нужно разрезать или удалить, плавится под действием тепла дуги, а затем уносится ветром.

Тепло плазменной дуги - около 22 000 градусов C (40 000 градусов F) - обеспечивает чистый рез без образования окалины с минимальным тепловложением. Процесс обычно требует очень небольшой доработки или очистки.

Плазменная резка

Плазменная резка - отличный выбор для большинства видов резки, поскольку она позволяет резать как черные, так и цветные металлы, но особенно хорошо подходит для тех, в которых важны скорость и качество резки.

Плазменная резка с небольшой зоной термического влияния или без нее, особенно тонких металлов. Однако плазменная резка имеет свои ограничения. По-прежнему более рентабельно резка более толстых (более 2 дюймов) черных металлов с применением кислородного топлива.

Небольшие подготовительные работы

Плазменная дуга достаточно горячая, чтобы прожечь большинство покрытий поверхности, таких как краска и ржавчина, если зажим заземления обеспечивает хорошее соединение с заготовкой. Следовательно, требуется меньше подготовительных работ. Сложные формы, такие как вентиляционные каналы (HVAC), резервуары и сосуды, можно легко разрезать с помощью плазмы.

Выбор системы

Для выбора системы плазменной резки необходимо просто ответить на несколько основных вопросов. Ответы направят вас к системе, которая наилучшим образом соответствует вашим потребностям.

1. Какую толщину металла я хочу разрезать? Чем толще материал, тем выше требуемая сила тока.

Отрасль наводнена такими терминами, как выходное пособие , рекомендованное , максимальное , с рейтингом , прожиг , с торцевым пуском и производство , что может затруднить выбор плазменной машины.Ищите машину, которая может резать желаемую толщину в течение всего дня, каждый день, но имеет дополнительный перфоратор для резки более толстого материала, когда в этом возникает необходимость.

2. Какое качество резки мне нужно? Станок с большей силой тока и регулируемой мощностью даст вам возможность регулировать выходную мощность для получения желаемого качества резки на нескольких толщинах.

3. Какой металл я режу? Цветные металлы труднее резать и требуют немного большей мощности, чем низкоуглеродистая сталь той же толщины.Если вы будете резать цветные металлы, внимательно ознакомьтесь со спецификациями, так как большинство опубликованных спецификаций основаны на резке низкоуглеродистой стали.

4. Какая у меня основная входная мощность? Небольшие плазменные системы могут работать от напряжения 110 В и 220 В. Однако для большинства плазменных систем требуется большая сила тока и напряжение не менее 220 В в одно- или трехфазном режиме. Системы в диапазоне от 60 до 120 ампер могут использовать различные входные мощности; увеличение напряжения снижает потребляемую мощность плазменной системы.

Если вы подготовили свои ответы, дистрибьютор плазменных систем или сварочный центр могут предложить подходящий аппарат.

Термины плазменной резки

Когда вы рассматриваете плазменную резку для вашего приложения, полезно понимать терминологию процесса: резка лобовым наконечником, резка с зазором, резка защитным экраном и строжка.

Резка лобовым наконечником —Предпочтительный метод резки тонкого металла толщиной до ¼ дюйма. Резка скользящим наконечником обеспечивает наилучшее качество резки, наименьшую ширину пропила и максимальную скорость резки.Этот метод позволяет наконечнику контактировать с продуктом. Расстояние между заготовкой и плазменной дугой остается постоянным, а качество резки остается неизменным. Используя непроводящий материал, вы можете использовать шаблон для отслеживания рисунка.

Резка с зазором - Предпочтительно для более толстого металла и при силовых токах выше 60 А, резка за зазором отделяет наконечник от заготовки и требует, чтобы расстояние между наконечником и заготовкой было постоянным. Хранение наконечника вдали от расплавленного металла предотвращает накопление шлака на наконечнике и может увеличить срок службы расходных деталей.Режущие направляющие с зазором можно использовать для поддержания постоянного расстояния.

Резка с защитным экраном - Удобный для оператора метод резки от 70 до 120 ампер с поддержанием постоянного расстояния зазора, резка с защитным экраном позволяет резаку опираться на рабочую поверхность во время процесса резки, но использует специальный экран для предотвращения скопление шлака и брызг на наконечнике. Непроводящие шаблоны можно использовать для вырезания прямых линий или рисунка.

Строжка - Использование наконечника для строжки и наклона резака под углом от 35 до 45 градусов - простой способ удалить металл.Типичное применение - удаление существующего сварного шва во время ремонтных работ. Наконечники для строжки позволяют плазменной дуге распространяться и расширяться в зависимости от размера сварного шва и того, насколько глубоко вы хотите удалить металл.

Плазменные установки работают в сложных условиях. Поскольку в них отсутствуют движущиеся части, они не требуют регулярного обслуживания. Однако подача чистого и сухого воздуха и поддержание расходных деталей в хорошем состоянии обеспечивают оптимальную производительность изо дня в день.

.

Как работает плазменный резак

Что такое плазма?

Чтобы правильно объяснить, как работает плазменный резак, мы должны начать с ответа на основной вопрос: «Что такое плазма? Проще говоря, плазма - это четвертое состояние вещества. Обычно мы думаем о материи, имеющей три состояния: твердое, жидкое и газообразное. Материя переходит из одного состояния в другое посредством введения энергии, например тепла. Например, вода переходит из твердого (ледяного) состояния в жидкое при приложении определенного количества тепла.Если уровень тепла увеличится, он снова изменится с жидкости на газ (пар). Теперь, если уровень тепла снова увеличится, газы, составляющие пар, станут ионизированными и электропроводящими, превратившись в плазму. Плазменный резак будет использовать этот электропроводящий газ для передачи энергии от источника питания к любому проводящему материалу, в результате чего процесс резки будет более чистым и быстрым, чем при использовании кислородного топлива.

Формирование плазменной дуги начинается, когда газ, такой как кислород, азот, аргон или даже производственный воздух, пропускается через небольшое отверстие сопла внутри горелки.Электрическая дуга, генерируемая от внешнего источника питания, затем вводится в этот поток газа под высоким давлением, что приводит к тому, что обычно называют «плазменной струей». Плазменная струя сразу достигает температуры до 40000 ° F, быстро пробивая заготовку и сдувая расплавленный материал.

Компоненты плазменной системы

  • Источник питания - Источник питания для плазменной резки преобразует одно- или трехфазное сетевое напряжение переменного тока в плавное постоянное напряжение постоянного тока в диапазоне от 200 до 400 В постоянного тока.Это постоянное напряжение отвечает за поддержание плазменной дуги на всем протяжении резки. Он также регулирует требуемый выходной ток в зависимости от типа и толщины обрабатываемого материала.

  • Консоль зажигания дуги

    - Схема ASC вырабатывает переменное напряжение приблизительно 5000 В переменного тока с частотой 2 МГц, которое создает искру внутри плазменной горелки для создания плазменной дуги.

  • Плазменный резак

    - Плазменный резак предназначен для обеспечения правильного выравнивания и охлаждения расходных деталей.Основными расходными материалами, необходимыми для генерации плазменной дуги, являются электрод, завихритель и сопло. Дополнительный защитный колпачок может использоваться для дальнейшего улучшения качества резки, а все части удерживаются вместе внутренними и внешними удерживающими колпачками.

Подавляющее большинство систем плазменной резки сегодня можно разделить на обычные или прецизионные категории.

В обычных плазменных системах в качестве плазменного газа обычно используется производственный воздух, а форма плазменной дуги в основном определяется отверстием сопла.Приблизительная сила тока плазменной дуги этого типа составляет 12-20K ампер на квадратный дюйм. Во всех портативных системах используется обычная плазма, и она все еще используется в некоторых механизированных приложениях, где допуски деталей более приемлемы.

Системы прецизионной плазменной резки (с высокой плотностью тока) спроектированы и спроектированы для получения самых острых и высококачественных разрезов, которые достижимы с помощью плазмы. Конструкция резака и расходных деталей более сложна, и в нее включены дополнительные детали для дальнейшего сжатия и формы дуги.Прецизионная плазменная дуга составляет примерно 40-50K ампер на квадратный дюйм. Несколько газов, таких как кислород, воздух высокой чистоты, азот и смесь водорода / аргона / азота, используются в качестве плазменного газа для достижения оптимальных результатов на множестве проводящих материалов.

Ручной режим

В типичной ручной плазменной системе, такой как наша Tomahawk® Air Plasma, расходные части электрода и сопла контактируют друг с другом внутри резака в выключенном состоянии.При нажатии на спусковой крючок источник питания создает постоянный ток, который течет через это соединение, а также инициирует поток плазменного газа. Как только плазменный газ (сжатый воздух) создает достаточное давление, электрод и сопло раздвигаются, что вызывает электрическую искру, которая превращает воздух в плазменную струю. Затем поток постоянного тока переключается с электрода на сопло, на путь между электродом и заготовкой. Этот ток и воздушный поток продолжаются до тех пор, пока спусковой крючок не будет отпущен.


Операция прецизионной плазменной резки

Внутри прецизионного плазменного резака электрод и сопло не соприкасаются, а изолируются друг от друга завихрительным кольцом с небольшими вентиляционными отверстиями, которые превращают предварительный поток / плазменный газ в закрученный вихрь. Когда на источник питания подается команда запуска, он генерирует до 400 В постоянного тока напряжения холостого хода и запускает предварительную подачу газа через шланг, подсоединенный к горелке.Сопло временно подключается к положительному потенциалу источника питания через цепь вспомогательной дуги, а электрод находится на отрицательном полюсе.

Затем из пульта запуска дуги генерируется высокочастотная искра, которая заставляет плазменный газ становиться ионизированным и электропроводным, в результате чего возникает путь тока от электрода к соплу, и создается пилотная плазменная дуга.

Как только вспомогательная дуга контактирует с заготовкой (которая подключается к заземлению через планки режущего стола), путь тока смещается от электрода к заготовке, высокочастотная дуга отключается, и цепь вспомогательной дуги размыкается. .

Затем источник питания увеличивает постоянный ток до величины силы тока резки, выбранной оператором, и заменяет газ предварительной подачи на плазменный газ, оптимальный для разрезаемого материала. Также используется вторичный защитный газ, который выходит за пределы сопла через защитный колпачок.

Форма защитного колпачка и диаметр его отверстия заставляют защитный газ еще больше сжимать плазменную дугу, что приводит к более чистому сечению с очень малыми углами скоса и меньшим пропилом.

.

Основы плазменной резки

Основы плазменной резки

Процесс плазменной резки
  • Плазменная резка - это самый быстрый процесс резки углеродистой, алюминиевой или нержавеющей стали.
  • Плазменная резка может сочетаться с гидроабразивной или кислородной резкой одной и той же детали.
  • Плазменная резка может использоваться для точной резки материала толщиной до 6 дюймов из нержавеющей стали. ЭСАБ изобрел плазменную резку в 1955 году, и мы никогда не прекращали разработки способов сделать устройства плазменной резки лучше и проще.Последние инновации ЭСАБ в автоматизации процесса плазменной резки увеличивают объем производства и каждый раз повышают качество резки ... независимо от уровня квалификации оператора:
Плазменная дуга

Характеристики Плазма определяется у Вебстера как «совокупность заряженных частиц ... содержащих примерно равное количество положительных ионов и электронов и обладающих некоторыми свойствами газа, но отличающихся от газа тем, что является хорошим проводником электричества ...»

Для дуговой резки плазму можно также определить как электрически нагретый газовый поток.Газовый поток нагревается до такой высокой температуры, что становится ионизированным. Ионизированный газ по определению может свободно обмениваться электронами между атомами. Это движение электронов позволяет газу переносить режущий ток.

В плазменной горелке используется сопло из сплава меди, которое сужает поток ионизированного газа и фокусирует энергию на небольшом поперечном сечении. Принцип такой же, как при использовании увеличительного стекла для концентрации солнечной энергии для создания сильного тепла.

Газ, протекающий через сопло, также служит средой для удаления расплавленного металла, нагретого ионизированным газом.Приблизительно 30% газа фактически ионизируется (при оптимальных условиях), тогда как оставшиеся 70% газового потока используются для удаления материала и охлаждения.

Закрутка газа

Закрутка газа способствует резке несколькими способами. Закрутка увеличивает охлаждение. Атомы неионизированного газа тяжелее / холоднее и выбрасываются за пределы вращающегося газового потока. Этот холодный барьер защищает медное сопло. По мере увеличения силы тока степень ионизации увеличивается (изменяется соотношение 30/70%), а охлаждение уменьшается, сокращая срок службы сопла.Сопла предназначены для работы в определенном диапазоне тока (ампер).

Вихревой газ улучшает качество резки.

Если плазменный газ не закручивается, в результате будет получен скос с обеих сторон реза. Закручивая газ, дуга равномерно распределяется по одной стороне разреза. Если направление завихрения меняется на противоположное (CW на CCW), сторона квадрата изменится. Когда ионизированный газ (плазменная дуга) закручивается, электрическая дуга равномерно прикрепляется к передней кромке разреза.Эти многочисленные точки крепления обеспечивают более равномерное распределение мощности по заготовке. Это выравнивание мощности сверху вниз приводит к получению более квадратной стороны. Другая сторона имеет фаску от 5 до 8 градусов.

Введение защитного газа будет дополнительно сужать и охлаждать сопло. Этот газ впрыскивается в поток плазмы после процесса ионизации на кончике сопла.

Впрыск воды улучшает качество резки и охлаждает сопло. Закручивая воду в том же направлении, что и газ, а затем впрыскивая ее в точку выхода дуги из сопла, дуга еще больше сужается.Когда холодная вода вступает в контакт с высокотемпературной дугой, между дугой и отверстием сопла образуется слой пара. Действие этого барьера можно продемонстрировать, если нагреть сковороду и налить на нее воду. Сразу же маленькие капельки воды будут танцевать на поверхности кастрюли вместо того, чтобы испаряться. Эти водяные шарики защищены пароизоляционными свойствами, которые образуются при контакте воды с поддоном. Для правильной работы впрыска воды температура воды должна оставаться ниже 70 градусов по Фаренгейту.Состояние, известное как пленочное кипение, возникает, если температура поднимается выше этой точки. В результате возникает нестабильная дуга, сокращается срок службы сопла и ухудшается качество резки.

Запуск плазменной дуги

Внутри корпуса резака есть три основных компонента.

  • Электрод
  • Газовая заслонка (завихритель)
  • Сопло

Эти предметы называются расходными материалами. Они расходуются с течением времени во время процесса плазменной резки и подлежат замене.Детали резака ESAB PT-36 показаны выше. Другие факелы могут выглядеть иначе, но у всех есть части, которые функционируют как 3 основных перечисленных выше. Точную конфигурацию деталей см. В руководстве к горелке.

Электрод подключен к отрицательной стороне источника питания постоянного тока плазмы. Форсунка подключена к положительной стороне, но электрически изолирована с помощью нормально разомкнутого реле.

При подаче на систему плазменной резки пускового сигнала происходит следующее:

  • Главный контактор в источнике питания подает питание, создавая высокое отрицательное напряжение на электроде.
  • Газ начинает поступать к горелке и закручивается перегородкой.
  • Нормально разомкнутые контакты в цепи форсунки замыкаются, обеспечивая путь к положительной стороне источника питания.
  • Высокочастотный генератор создает потенциал высокой частоты-высокого напряжения между электродом и соплом. Это заставляет небольшую искру прыгать между соплом и электродом, ионизируя путь через газ.
  • Вдоль этого ионизированного пути между электродом и соплом начинает протекать большая дуга постоянного тока.Это называется вспомогательной дугой.
  • Пилотная дуга выдувается из сопла потоком газа и контактирует с заготовкой.
  • Основная дуга создается, когда вспомогательная дуга переходит на рабочий материал (если резак расположен достаточно близко). Реле форсунки размыкается при отключении форсунки от цепи. Установлено состояние перенесенной дуги.
  • После размыкания реле сопла основная дуга увеличивается до режущей силы тока.
Двойная дуга

Двойная дуга - это состояние, при котором сопло остается в плазменном контуре.Как описано выше, сопло должно находиться в цепи только во время фазы вспомогательной дуги. Если оставить в цепи, сопло будет пропускать режущий ток, который его разрушит.

Двойная дуга вызвана:

  • Постоянный пирсинг. Горелка должна быть расположена достаточно близко к обрабатываемой детали, чтобы вспомогательная дуга касалась пластины, чтобы основная дуга могла переноситься. Брызги прожига выбрасываются под небольшим углом во время начального прожига. По мере того, как дуга проникает в материал, брызги становятся более вертикальными.Этот мусор может соединить пластину и сопло, удерживая сопло в цепи, даже когда реле размыкается, чтобы удалить его. Этот сценарий может повредить переднюю часть резака.
  • Горелка контактирует с пластиной. Резка тонких материалов. Все системы автоматического позиционирования резака используют некоторый метод определения начальной высоты для позиционирования резака над пластиной. Один из методов - метод касания и втягивания. Горелка перемещается, пока не соприкасается с пластиной, и возвращается на начальную высоту с помощью таймера или кодировщика.Если прикосновение не распознается должным образом, резак может все еще контактировать с материалом из-за подпружинения или деформации материала. Сопло останется в плазменном контуре с током резки, повредив его.
  • Неисправность вспомогательной дуги. Это может произойти, если цепи реле вспомогательной дуги не удается снять сопло. Это может произойти либо с закороченным реле, либо с резистором. Сопло снова пропускает больше тока, чем предполагалось, что приводит к его повреждению.
Предотвращение двойной дуги

Двойная дуга обычно возникает во время процесса прожига.

Некоторые методы, которые могут помочь избежать двойной дуги:

  • Ползучесть. Режущий станок запрограммирован на пониженную скорость, чтобы начать движение станка при переносе дуги. Эта скорость обычно составляет от 5 до 10% нормальной скорости резания и рассчитана на определенный период времени. В это время из сопла выбрасываются пронзительные брызги. Это снижает вероятность возникновения двойной дуги.
  • Факел поднимается при прожиге стоя. При переносе дуги резак начинает отрываться от заготовки.Это позволит разбрызгивателям вывести из сопла. Это втягивание продолжается в течение определенного периода времени, а затем уменьшается до нужной высоты резки после того, как машина движется со скоростью резки.
  • Пробивка с более высокой начальной высотой (пробивка стоя), чем обычно. Это позволяет прожигающим брызгам не попадать в сопло, что снижает вероятность образования двойной дуги. Этот метод профилактики наименее эффективен.
Параметры плазменного процесса

Все переменные, связанные с плазменной резкой, должны тщательно контролироваться для достижения максимального качества резки, максимального срока службы сопла / электрода и максимальной производительности.Между ними должен соблюдаться баланс.

Газ

Чистота газа

Чистота газа важна для хорошего качества резки и длительного срока службы электрода. Минимальные требования к чистоте азота 99,995% и 99,5% кислорода. Если уровень чистоты ниже рекомендуемого минимума, может произойти следующее.

  • Неспособность дуги проникать в тонкие материалы при любом уровне тока.
  • Качество резки зависит от степени загрязнения.
  • Чрезвычайно короткий срок службы электрода.
  • При резке N2 появление остатков черной пленки на лицевой стороне электрода и в отверстии сопла. Чем сильнее загрязнение, тем больше остатков. Если газ чистый, электрод и отверстие сопла приобретут вид пескоструйной обработки.

Давление / расход газа

Каждая форсунка рассчитана на работу при оптимальном токе в зависимости от заданного давления / расхода газа. Повышение этого давления может привести к сокращению срока службы электрода.Об этом свидетельствует появление отверстий на вольфрамовой вставке. При использовании азота возникнет проблема с запуском горелки. Если горелка не запускается при высоком давлении, может наблюдаться разбрызгивание вспомогательной дуги. Там, где высокое давление газа может создать проблемы, низкий расход газа обычно приводит к отказу двойной дуги.

Вода

Чистота воды

Для плазменного процесса с впрыском воды требуется деионизированная и фильтрованная вода. Взвешенные твердые частицы, растворенные минералы и другие факторы влияют на проводимость воды и срок службы форсунки и увеличивают возможность высокочастотных помех.

Давление / расход воды для резки

Расход воды для резки должен быть установлен на количество, указанное в документации по резаку. Чрезмерный поток воды приведет к сокращению срока службы электрода и нестабильной дуге. Низкий расход воды приведет к недостаточному охлаждению, влияющему на срок службы сопла.

пропил

Пропила - это ширина материала (перпендикулярного резаку и оси реза), удаляемого в процессе плазменной резки. Kerf зависит от трех основных переменных.

  • Скорость резания. Более высокие скорости резания при постоянных других переменных приводят к более узкому пропилу. Прорезь будет продолжать сужаться, пока не произойдет потеря пропила. Более низкая скорость движения приведет к более широкому пропилу, пока не произойдет пропадание дуги.
  • Режущая сила тока. Увеличение силы тока резания при постоянных двух других переменных приведет к более широкому пропилу. Продолжая увеличивать ток, пропил будет увеличиваться до тех пор, пока сопло не будет разрушено. Снижение силы тока приведет к более узкому пропилу и более положительному углу среза до тех пор, пока проплавление не будет потеряно.
  • Противостояние. Зазор - это расстояние между резаком и заготовкой после прожига (во время резки). В большинстве современных систем используется система обратной связи по напряжению дуги. Увеличение напряжения дуги увеличивает расстояние зазора и расширяет пропил. Продолжение увеличения расстояния в конечном итоге приведет к потере резания. Уменьшение зазора приведет к более узкому пропилу и, в конечном итоге, к потере пропила.
Напряжение дуги

Напряжение дуги не является независимой переменной.

Зависит от:

  • Ток (в амперах)
  • Размер сопла
  • Противостояние
  • Расход режущего газа
  • Расход воды для отсечки (если применимо)
  • Скорость резания

Газы, необходимые для большинства приложений, - это пусковой газ, защитный газ и режущий газ. В некоторых ситуациях требуется второй защитный газ. Результаты меняются в зависимости от различных комбинаций азота, кислорода, воздуха, метана и H-35 (комбинация 35% водорода - 65% аргона).Для плазменной маркировки используется газообразный аргон. Тип и толщина материала, качество резки, скорость и стоимость производства - это переменные, которые следует учитывать при выборе комбинаций газов. Все газы не подходят для некоторых применений и горелок. Обратитесь к документации по горелкам для получения дополнительной информации.

Решение ESAB
Плазменная система m3

ESAB полностью автоматизирует процесс плазменной резки, упрощая настройку всех параметров процесса, описанных выше, и обеспечивает стабильное качество резки.

.

Как работают плазменные резаки | HowStuffWorks

Современная промышленность зависит от обработки тяжелых металлов и сплавов: нам нужны металлы для изготовления инструментов и транспорта, необходимых для повседневной работы. Например, мы строим краны, автомобили, небоскребы, роботов и подвесные мосты из точно сформированных металлических компонентов. Причина проста: металлы чрезвычайно прочные и долговечные, поэтому они являются логичным выбором для большинства вещей, которые должны быть особенно большими, особенно прочными или и тем, и другим.

Забавно то, что прочность металла - это еще и слабость: поскольку металл настолько хорош в сопротивлении повреждениям, им очень трудно манипулировать и формировать специализированные части. Так как же люди точно режут металлы и манипулируют ими, чтобы построить что-то такое большое и прочное, как крыло самолета? В большинстве случаев ответ - плазменный резак. Это может звучать как что-то из научно-фантастического романа, но плазменный резак на самом деле является обычным инструментом, который существует со времен Второй мировой войны.

Концептуально плазменный резак чрезвычайно прост. Он выполняет свою работу, используя одно из наиболее распространенных состояний материи в видимой Вселенной. В этой статье мы раскроем тайну, окружающую плазменный резак, и посмотрим, как один из самых интересных инструментов сформировал мир вокруг нас.

.

Смотрите также