Плазменная резка

Как устроен плазморез?

Главными узлами плазмореза являются:

• источник постоянного тока (трансформатор или инвертор);
• плазмотрон (плазменный резак);
• воздушный компрессор.

Применение постоянного тока обусловлено необходимостью регулирования температура пламени горелки, что невозможно при применении источников переменного тока.

Повышающие трансформаторы более громоздки, энергоемки, но при этом стойки к перепадам напряжения. Их преимуществом перед инверторами является возможность получать очень высокие напряжения, с их помощью специалисты могут резать металл больших толщин (до 8 см).

Инверторы занимают меньшую площадь и экономичнее трансформаторов (за счет более высокого КПД), однако, они не позволяют получать высоких напряжений. Как следствие – невозможность реза металла большой толщины (до 3 см).

Поэтому такие устройства распространены, по большей мере, на малых предприятиях и в небольших мастерских. Их принцип действия прост, поэтому агрегатом могут пользоваться младшие специалисты после проведения инструктажа, как работает аппарат.

Сфера применения, плюсы и минусы плазменной резки

Оборудование для плазменной резки металлов используется на заводах и в частных мастерских. С его помощью ведется крой листового железа с толщиной от 1 до 100 мм (зависит от мощности аппарата). Плазмой можно вырезать сложные узоры, прожигать отверстия, срезать кромку. Последующие заготовки используются для приваривания к другим конструкциям или подвергаются токарной обработке, штамповке. В отличие от кислородного пламени, плазма режет все виды металлов и керамику, поэтому ее функционал и зона применения шире.

Чтобы определиться, нужен ли Вам плазморез, рассмотрите преимущества и недостатки такого оборудования.

К главным плюсам этого метода кроя относятся:

Высокая скорость реза

Благодаря температуре 20000 градусов плазморезом можно кроить заготовки гораздо быстрее, чем другими методами. Например, лист с сечением 25 мм получится резать на скорости 1000 мм/мин.

Быстрый сквозной прожиг

Если требуется начать резку не с края листа, а в центре, то плазма прожжет толщину 15 мм за 2 с, а газопламенному резаку потребуется на это около 30 с.

Минимальный нагрев соседних участков

Плазма точечно воздействует на металл, не нагревая поверхность вокруг. Это снижает количество деформаций и позволяет держаться за крупные заготовки руками в перчатках, поворачивая их по необходимости.

Высокое качество реза

После плазмы почти не остается потекших капель шлака на обратной стороне заготовки. Кромки содержат минимум рельефности, поэтому не нуждаются в обработке — сразу можно производить последующую сварку конструкций. Если требуется порезать тонкие листы 1-2 мм, то их можно сгруппировать друг на друге и выполнить все за один раз — заготовки не прилипнут между собой на краях.

Пример металла разрезанного плазморезом.

Безопасность

В этом оборудовании не используются горючие газы. Применение сжатого воздуха или инертных газов делает процесс более безопасным — взрыва точно не будет, как в случае обратного удара пламени в кислородном резаке.

Простота использования

В отличие от газопламенной резки, здесь не нужно настраивать подачу по-отдельности горючего газа и кислорода, а затем регулировать еще и струю режущего кислорода. Все включается одной кнопкой и доступно для быстрого освоения даже новичку.

Возможность автоматизации

Плазморез легко доукомплектовать кронштейном (портальный или консольный тип), чтобы он автоматически передвигался над изделием. Управление ведется с ЧПУ. В нем оператор задает конфигурацию и скорость кроя, одновременно один человек может следить за процессами на пяти установках.

Минимум подготовки перед процессом

Плазма способна кроить любой металл без предварительной очистки от грязи или ржавчины. При работе нет разбрызгивания металла и воздушных хлопков.

Но у этого метода резки есть и недостатки, которые нужно знать, чтобы грамотно выбрать плазморез и не разочароваться.

Вот самые основные минусы аппаратов и самого метода:

• Лучшее качество реза достигается за счет удержания горелки под углом 90 градусов к поверхности. Резать фаску под косым углом могут только дорогие модели.
• Этим оборудованием сложно нагреть металл, чтобы выполнить гиб или ковку.
• Максимальная толщина реза составляет 100 мм, тогда как газопламенной резкой можно прорезать 200-300 мм.
• Само оборудование стоит дороже. Понадобиться еще компрессор. Цена аргона выше, чем пропана или кислорода.
• Аппараты зависят от электрической сети. Для работы в полевых условиях необходим бензогенератор. Его мощность должна быть достаточно высокой, чтобы покрыть потребности плазмореза и компрессора.

Смотрите на что способен плазморез:

Преимущества плазморезов

Принципы работы плазменной резки, использующей высокотемпературную дугу, позволяют получать ряд преимуществ перед другими видами разделывания металла, а именно:

• Возможность обрабатывать любые виды стали, включая металлы с высоким коэффициентом теплового расширения.
• Разрезание материалов не проводящих электрический ток.
• Высокая скорость проводимых работ.
• Легкая обучаемость рабочему процессу.
• Разнообразные линии реза, включая фигурные формы.
• Высокая точность резки.
• Малая последующая обработка поверхности.
• Меньшее загрязнение окружающей среды.
• Безопасность для сварщика ввиду отсутствия газовых баллонов.
• Мобильность при транспортировке оборудования имеющего малые размеры и вес.

Устройство и принцип работы

Чтобы разобраться в том, как работает плазменный станок с ЧПУ, нужно узнать его конструкций. К основным элементам относятся:

1. Станина — устойчивое основание для закрепления остальных деталей оборудования.
2. Рабочий стол с механизмами для изменения его положения.
3. Направляющие для передвижения рабочей части станка.
4. Шаговые двигатели с помощью которых перемещается плазмотрон.
5. Портал, на котором закрепляется плазмотрон.
6. Датчики, с помощью которых происходит считывание основной информации о рабочем процессе.
7. Панель управления для задания алгоритмов.

Нельзя забывать про крепежные элементы, провода, выключатели, подсветку рабочей зоны. Компактные модели не имеют рабочего стола. Они закрепляются на верстаках с помощью специальных креплений.

Принцип работы плазмотрона простой:

1. На резак под давлением поступает поток воздуха.
2. После соприкосновения с электродом, он нагревается до высокой температуры (максимум до 30000 градусов).

Воздух становится ионизированным, у него повышается показатель электропроводности. Под воздействием раскаленного потока металл расплавляется в зоне нагревания. Мастер убирает разрезанные метали после того, как программа остановила рабочую часть оборудования.

Особенности конструкции основные элементы

У любой установки плазменного вида резки металла с ЧПУ есть пару систем, входящие в её структуру в обязательном порядке. Необходимо отметить вначале, что у этого агрегата есть блок питания, работающий под конкретные параметры работы с целью обеспечения правильной и стабильной работоспособности всего оборудования.

Также в конструкции находится специальный резак плазмы либо, как его ещё называют, плазмотрон со специфической конструкцией. Также содержится воздушный компрессор, который дает возможность подать поток воздуха под определённым давлением.

Плазменная резка ЧПУ, как процесс, подразумевает под собой использование оборудования, где в наличии находится специальный пакет со шлангами и кабелями. Зачастую, основным источником питания является простой трансформатор либо инверторное оборудование.

Конструкция плазменного станка с ЧПУ.

С их помощью регулируется подача тока на устройство, чтобы совершать данный процесс под определенные параметры.

Главным преимуществом рассматриваемого оборудования, функционирующего на трансформаторе, считается способность резать трубы с толстым слоем металлической поверхности.

Плазменное инверторное оборудование потребляет минимальное количество электроэнергии, что дает возможность эффективно применять его в сфере маленьких производств.

Чтобы создать агрегат для данного процесса с ЧПУ самостоятельно, необходимо воспользоваться чертежами и тогда результат будет точным и эффективным. Самой основной деталью этой конструкции считается резак, либо как его ещё называют плазмотрон.

С его помощью можно нарезать любую заготовку вне зависимости от размера или формы. Кроме этого оно довольно-таки простое в использовании и имеет следующие элементы: сопло, электроды и охладительную систему посреди двух прошлых деталей. Резак имеет специальный канал, через который подается сжатый воздух под конкретным давлением.

Связь компрессора, источника питания и плазмотрона формирует пакет со шлангами и кабелями. Необходимо сделать акцент на стоимости такого агрегата, который продается в любом специализированном магазине. Он довольно высокий, из-за чего большинство мастеров предпочитают собрать конструкцию самостоятельно из подручных средств.

Применение установок

Плазменные станки с ЧПУ выбираются для отраслей, где требуются близкие к идеальным точность и ровность реза. Это машино-, судо-, приборостроительные сферы, металлопрокатные заводы и т. д. Но монтаж оборудования для плазменной резки не ограничивается производственными и промышленными предприятиями. Станки нередко выбирают для комплектования частных мастерских, включая кузнечные цеха.

Итак, какими возможностями обладают плазменные станки:

• Резка листового материала. Это основная область, для которой достаточно небольшого компактного устройства. Плазме поддаётся большое количество разнообразных металлов. Толщина поддающихся материалов пропорциональна их теплопроводимым свойствам. Т.е. чем они выше, тем меньше должна быть толщина металла.
• Резка трудноподдающихся обработке металлов. Плазма одна из немногих без проблем справляется с чугуном, а также достаточно капризной нержавеющей сталью. При этом место реза получается чистым, без грота и оплавлений, что особенно ценно при производстве высококачественных изделий.
• Резка труб. При работе с трубопрокатом большого диаметра сложно обойтись только автогенным аппаратом. Тут и приходят на помощь плазменные труборезы, которые могут оснащаться дополнительными приводами для автоматизации процесса. К тому же, плазма гораздо чище и ровнее способна разрезать трубу, чем тот же автоген.
• Художественная фигурная резка. Станок позволяет вырезать оригинальные узоры сложной геометрической формы из листового металла. Изделия находят применение в строительстве, приборостроении, а также в качестве декоративных компонентов для украшения фасадов, заборов, беседок. Посредством фигурной резки можно воплотить любые дизайнерские задумки.
• Резка других материалов. Помимо прочего, станок плазменной резки купить можно и в целях обработки бетона, камня и других прочных материалов с плотной структурой (толщиной до 100 мм). Однако для этих целей необходимы специальные станки или модернизация существующего оборудования.
• Резка отверстий. С данной задачей прекрасно справляются практически все станки плазменной резки.

Технология начала активно внедряться во все промышленные сферы не так давно, но уже приобрела массу почитателей среди профессиональных мастеров, специалистов разного уровня. Они оценили универсальность плазменного метода резки, его высокое качество, а главное – экономическую эффективность.

Сегодня у многих на слуху мировые гиганты Hypertherm, Kjellberg, а также российские бренды. Один из ведущих отечественных разработчиков – это ПЛАЗМАКРОЙ, выпускающий высококачественное инновационное оборудование по доступным ценам. Количество производителей плазменного оборудования неуклонно растёт, что обусловлено всё возрастающим спросом. Уже сейчас можно говорить о будущем плазмы, которая, возможно, вскоре вытеснит с рынка многие аналоги и станет общедоступным инструментом для металлообработки.

Источники плазменной резки

Характеристики источника питания зависят от производительности и мощности оборудования. Его предназначение заключается в подаче тока определённой силы. Роль источника могут выполнять:

• трансформатор, дающий возможность более эффективно работать с трубами или металлом увеличенной толщины;
• инвертор, более подходящий для небольших цехов. Основное преимущество – это экономное энергопотребление.

Трансформаторный источник питания считается более надёжным благодаря малой восприимчивости к перепадам напряжения в сети. Широко применяется вместе со станками плазменной резки, автоматическими линиями с ЧПУ. Отличается долгим сроком службы без потери качественных характеристик. Основными недостатками являются высокое энергопотребление, большие вес и габариты, что обуславливает низкий КПД. Широко востребован благодаря возможности получения выходного тока до 180 ампер, что позволяет уверенно работать в самых сложных условиях.

Инвертор отличается гораздо меньшими габаритами и весом, позволяет значительно экономить электроэнергию. Однако максимально возможный ток в 70 ампер ограничивает сферу использования. К тому же, инвертор плохо переносит колебания напряжения. Ремонт достаточно сложен и обычно осуществляется в сервисных центрах.

Какой именно выбрать источник плазменной резки, каждый решает сам исходя из конкретных задач и требований. Источник питания может идти в комплекте со станком, но можно подобрать его и отдельно с условием, чтобы он подходил по параметрам.

Что такое плазменная резка?

Ручная плазменная резка — технологический процесс, который подразумевает локальный нагрев металла с целью его расплавления. Температура может подниматься свыше 30000 градусов. Во время работы образуется струя плазмы, которая прорезает металлический слой. Существует несколько видов плазменной резки:

1. Создание электрической дуги. При этом может использоваться азот, который улучшает проводимость электрического тока. Разрезая металлические листы малой толщины таким способом, можно сравнить его с лазерной обработкой. Подходит для разрезания мягких металлов, низколегированных сталей.
2. Использование водного охлаждения. При разрезании металлического листа место реза защищается водным потоком. Он охлаждает рабочую поверхность, поглощает испарения, образующиеся после нагревания металла.
3. Добавление защитного газа при разрезании заготовки. Место реза защищается от воздействия факторов окружающей среды, увеличивается качество реза.

Как устроен плазморез

Этот аппарат состоит из следующих элементов:

• источник питания;
• воздушный компрессор;
• плазменный резак или плазмотрон;
• кабель-шланговый пакет.

Источник питания для аппарата плазменной резки осуществляет подачу на плазмотрон определенной силы тока. Представляет собой инвертор или трансформатор.

Компрессор требуется для подачи воздуха. 

Кабель-шланговый пакет используется для соединения компрессора, источника питания и плазмотрона. По электрическому кабелю от инвертора или трансформатора начинает поступать ток для возбуждения электрической дуги, а по шлангу осуществляется подача сжатого воздуха, который требуется для возникновения внутри плазмотрона плазмы.

Преимущества и недостатки

Почти ни одно промышленное производство, которое каким-то образом связано с металлопрокатом, не может обойтись без порезки металла. Вырезание точных отверстий, фигурная декоративная резка, быстрое разрезание на заготовки листового металла — все это можно сделать довольно быстро при помощи плазмотрона. Преимущества этого способа состоят в следующем:

1. Экономичность — плазменный способ на фоне стандартных методов обработки материалов значительно выигрывает. Есть только одно ограничение, которое связано с толщиной материала. Экономически невыгодно и нецелесообразно разрезать при помощи плазмотрона сталь толщиной более 50 мм.
2. Мобильность плазменных ручных агрегатов.
3. Высокая скорость обработки деталей и производительность. В отличие от обычного электродного способа скорость работ увеличивается в 5−12 раз.
4. Раскрой всех разновидностей металлов (медь, алюминий, сталь, нержавейка, титан и т. д. ).
5. Безопасность.
6. Точность — от тепловой нагрузки деформации почти незаметны и впоследствии не потребуют дополнительной обработки. При этом точность плазменной резки составляет 0,24−0,34 мм.

Все эти достоинства плазменной резки объясняют, почему этот способ пользуется такой большой популярностью не только в производственных целях, но и в бытовых нуждах.

Но, говоря о преимуществах, нужно отметить и определенные отрицательные моменты:

1. Четкие требования касательно проведения обработки деталей. Мастеру необходимо строго соблюдать угол наклона резака в районе 10−50 градусов. При невыполнении этого правила ускоряется износ комплектующих деталей, а также нарушается качество реза.
2. Ограничения, которые связаны с толщиной реза. Даже у мощного оборудования наибольшая плотность обрабатываемого материала не может быть более чем 10 см.
3. Помимо этого, рабочее оборудование очень сложное, что делает абсолютно невозможным применение одновременно двух резаков, которые подсоединяются к одному агрегату.

Деталировка агрегата

Рабочий орган аппарата имеет сложное внутреннее устройство. В отличие от кислородно-ацетиленового резака, в случае плазменной сварки, он получил особое название – плазмотрон.

Устройство плазматрона

В его корпусе находятся следующие узлы:

• сопло;
• электрод;
• изолятор;
• узел приема сжатого воздуха.

Возбудителем электрической дуги является электрод. Материалами его изготовления, чаще всего, являются гафний, цирконий и бериллий. Эти редкие металлы имеют свойство образовывать тугоплавкие оксидные пленки, которые защищают электрод от разрушения под воздействием высоких температур. Однако, по своим экологическим характеристикам, гафний превосходит другие металлы, ввиду меньшей радиоактивности и применяется чаще остальных.

Сопло плазменного резака выполняет функцию создания высокоскоростного потока плазмы. Геометрическая конфигурация сопла определяет скорость работы и мощность плазмореза, а также качество получаемой кромки реза. Последний параметр зависит от длины сопла.

Воздушный компрессор нужен для получения сжатого воздуха требуемого давления.

Устройство воздушного компрессора

Помимо этого, он применяется еще и для охлаждения рабочих элементов плазмореза.

Источник питания, плазмотрон, и воздушный компрессор соединяет между собой комплекс кабелей и шлангов.

В зависимости от типа контакта с разрезаемым материалом, плазморезы подразделяются на следующие виды: контактные и бесконтактные. Настроенный плазморез контактного типа дает возможность разрезать материалы толщиной до 18 мм.

Ручные плазморезы обладают малой мощностью. Они работают от сети переменного тока с напряжением 220 вольт. Мощные промышленные установки плазменной резки работают от трехфазной сети постоянного тока.

Плазменная резка металла

3 Резка своими руками – начнем с основ

Прежде, чем приступать к работе, следует позаботиться о мерах безопасности. Надо убедиться, что напряжение питающей сети именно то, на которое рассчитан аппарат (380 В либо 220 В), а проводники сети и ее защита выдержат нагрузку, создаваемую устройством. Затем надо позаботиться о добротном заземлении рабочей подставки или стола, окружающих металлических предметов и розетки (сделайте это своими руками!).

Нужно проверить, что силовые кабели и аппарат воздушно-плазменной резки в идеальном рабочем состоянии и не имеют повреждений. Подключать оборудование к сети следует через УЗО (устройство защитного отключения). Чтобы уберечь себя от травмирования и возможных профзаболеваний, работать надо в специальной экипировке:

• щитке или очках сварщика, имеющих стекла с затемнением 4–5 класса;
• в перчатках, куртке и штанах из плотного материала, хорошо закрывающих тело;
• в закрытой обуви;
• желательно в респираторе или маске.

Подключив своими руками все элементы устройства, в соответствии с инструкцией к нему, следует установить аппарат в таком месте и таким образом, чтобы его корпус хорошо охлаждался и на него не попадали брызги расплавленного металла. Подсоединение к оборудованию компрессора или баллона со сжатым газом должно быть выполнено через масло- и влагоотделитель. Эти вещества, попав в камеру плазмотрона, могут привести к его поломке и даже взрыву.

Необходимо отрегулировать давление газа, подаваемого в плазмотрон – оно должно соответствовать характеристикам аппарата. При избыточном давлении некоторые детали плазмотрона могут прийти в негодность, а при недостаточном – поток плазмы будет нестабильным и часто прерывающимся. Когда необходимо резать емкости, где ранее хранились горючие или легковоспламеняющиеся материалы, их следует тщательно очистить. Если на поверхности заготовки, которую надо обработать, есть масляные пятна, окалина или ржавчина, их лучше удалить, так как при нагреве они могут выделять ядовитые пары.

Чтобы рез выходил ровным, без наплывов и окалины, как это показано на видео, требуется правильно подобрать скорость резки и силу тока. В ниже представленных таблицах приведены оптимальные значения этих параметров для различных металлов и их толщин.

Основные элементы

Друг от друга станки отличаются предназначением, устройством, способом размещения обрабатываемого листа и способом управления. Управляется станок компьютерной программой, которая автоматически контролирует необходимые параметры:

• мощность;
• угол наклона резака;
• напряжение на выходе и др.

Современное оборудование высокопроизводительно, а конструкция при этом не особо сложная. Основные элементы машин следующие:

• плазмотрон с системой подачи газа;
• рабочий стол;
• система управления высотой горелки;
• система ЧПУ.

Иногда используется один плазмотрон, иногда — несколько.

Устройство плазмореза

Плазморез состоит из нескольких блоков:

Устройство плазмореза. Плазменная резка осуществляется плазморезом, который состоит из нескольких блоков

• источник электропитания;
• плазмотрон (резак);
• компрессор;
• комплект кабель-шлангов (отдельно о шлангах тут).

Источник электропитания

Источником электропитания может быть:

• трансформатор. Достоинством его является то, что он практически не чувствителен к перепадам напряжения электросети и позволяет резать заготовки большой толщины, а недостатком – значительный вес и низкий КПД;
• инвертор. Единственным его недостатком является то, что он не позволяет резать заготовки большой толщины. Достоинств много:
  • при питании от него стабильно горит дуга;
  • КПД на 30 % выше, чем у трансформатора;
  • дешевле, экономичнее и легче трансформатора;
  • его удобно использовать в труднодоступных местах.

Подробнее смотрите в статье про источники питания.

Плазмотрон

Плазмотрон – это плазменный резак, с помощью которого разрезается заготовка. Он является основным узлом плазмореза.

Конструкция и схема подключения плазмотрона

Конструкция плазмотрона состоит из следующих составляющих:

• электрод;
• сопло;
• охладитель;
• колпачок.

Узнайте больше об устройстве резака здесь.

Компрессор

Компрессор в плазморезе требуется для подачи воздуха. Он должен обеспечивать тангенциальную (или вихревую) подачу сжатого воздуха, которая обеспечит расположение катодного пятна плазменной дуги строго по центру электрода. Если этого не будет обеспечено, то возможны неприятные последствия:

• плазменная дуга будет гореть нестабильно;
• могут образоваться одновременно две дуги;
• плазмотрон может выйти из строя.

Про компрессоры смотрите больше информации на этой странице.