Возможно ли проведение плазменной резки металла в домашних условиях

4 Достоинства и недостатки плазменной резки

Сам принцип работы плазменной резки обуславливает преимущества данной технологии перед газовыми методиками обработки неметаллических и металлических изделий. К главным достоинствам использования плазменного оборудования можно отнести следующие факты:

• универсальность технологии: практически все известные материалы можно резать при помощи плазменной дуги, начиная от чугуна и меди и заканчивая алюминиевыми и стальными холоднокатаными листами;
• высокая скорость операции для металлов средней и малой толщины;
• резы получаются по-настоящему качественными и высокоточными, что нередко дает возможность не производить дополнительную механическую обработку изделий;
• минимальное загрязнение воздуха;
• отсутствие необходимости выполнять предварительный прогрев металла для его резки, что позволяет уменьшать (и существенно) время прожига материала;
• высокая безопасность выполнения работ, обусловленная тем, что для резки не нужны баллоны с газом, являющиеся потенциально взрывоопасными.

Стоит отметить, что по некоторым показателям газовые технологии признаются более целесообразными, нежели плазменная резка. К недостаткам последней обычно относят:

• сложность конструкции плазмотрона и его дороговизну: естественно, это увеличивает себестоимость выполнения каждой операции;
• относительно малую толщину реза (до 10 сантиметров);
• высокий уровень шума в процессе обработки, который возникает из-за того, что из плазмотрона газ вылетает на околозвуковой скорости;
• необходимость высококачественного и максимально грамотного техобслуживания агрегата;
• повышенный уровень выделения вредных веществ при применении в качестве плазмообразующего состава азота;
• невозможность подключения к одному плазмотрону двух резаков для ручной обработки металлов.

Еще один минус описанного в статье вида обработки заключается в том, что отклонение от перпендикулярности реза допускается не более, чем на угол от 10 до 50 градусов (конкретная величина угла зависит от толщины изделия). Если увеличить рекомендованный показатель, отмечается значительное расширение режущей области, а это становится причиной необходимости частой замены используемых материалов.

Теперь вы знаете, что такое плазменная резка, и прекрасно ориентируетесь во всех ее особенностях.

Когда высевать смеси

Как работает плазменная сварка

Метод плазменной сварки применим для сваривания и пайки тугоплавких металлов толщиной до одного миллиметра. Подходит также для сварки металлов с неметаллами и резки. Сущность этого метода заключается в локальном расплавлении металла плазменным потоком. Плазма – ионизированный газ, который содержит заряженные частицы, обладающие способностью проводить ток. Ионизируется газ при нагреве сжатой дуги, вытекающей из плазмотрона. Ее температура может достигать 5000-30000°С. В целом, есть сходство с аргонной сваркой, но там рабочая температура до 5000 градусов. Плазменная дуга считается более мощным источником энергии, чем обычная.

На чём работает плазменная сварка

В данном методе используется направленная плазменная дуга, которая образуется из обычной электрической (дежурной). Основные характеристики: высокая температура и мощность, малый диаметр струи. Давление на металл увеличивается в разы по сравнению с электродуговой сваркой.

При работе с плазмой выполняются условия:

• организуется защита электрода путем подачи инертного газа (аргон);
• применяется неплавящийся вольфрамовый электрод с присадками тория;
• разогретые стенки плазмотрона интенсивно охлаждаются.

Для запуска плазменной горелки может использоваться постоянный или переменный ток.

СПРАВКА. Плазма – это ионизированный газ, в состав которого входят нейтральные частицы и электрически заряженные.

Как это работает

После зажигания дежурной дуги ее сжимают в специальном устройстве (плазмотроне). Затем туда вдувают под давлением плазмообразующий газ (аргон). В результате зона разогревается до 50 000°С, газ увеличивается в объеме и истекает из узкого сопла с высокой скоростью.

К сведению! В обычном аргонодуговом аппарате температура достигает 5000–7000°С.

Тепловая и кинетическая энергии дополняют друг друга, образуя мощный источник. Вытекающая раскаленная струя, расплавляя металл деталей, образует шов. В зависимости от величины рабочего тока (малый, средний, большой) в технологии существуют различия.

Плазмообразующий и защитный газы проходят по отдельным каналам и не соприкасаются.

Как работает ручная и как автоматическая

Для малых объемов работ с черным и цветными металлами применяют ручные аппараты. После образования плазменной дуги сварщик подводит горелку к материалу, другой рукой подает в зону шва проволоку. Перемещая горелку и присадку вдоль шва, образует соединение. Технология позволяет вести сварку с присадками и без них.

Автоматическая сварка применяется в промышленном производстве. Оператор управляет процессом с пульта. Разработаны автоматические установки:

• для плоских деталей, труб;
• однопроходные с подачей проволоки;
• многопроходные;
• для нанесения упрочняющего порошкового напыления и т.п.

Алюминий сваривают проникающей дугой. Чаще всего детали из алюминиевых сплавов обрабатываются автоматическими установками.

ВНИМАНИЕ! Сварщик должен: защитить глаза от излучения; предупредить термические ожоги; в помещении использовать вытяжную вентиляцию.

Как устроен плазморез

• 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.

Трансформаторы гораздо увесистее, тратят много энергии, но при этом имеют меньшую чувствительность к перепадам напряжения, и с их помощью разрезают заготовки большой толщины.

Плазменный резак считается главным элементом плазмореза. Его основными элементами являются:

• сопло;
• охладитель/изолятор;
• канал, необходимый для подачи сжатого воздуха;
• электрод.

Компрессор требуется для подачи воздуха. Принцип работы плазменной резки предусматривает применение защитных и плазмообразующих газов. Для аппаратов, которые рассчитаны на силу тока до 200 А, применяется только сжатый воздух как для охлаждения, так и для создания плазмы. Они способны разрезать заготовки толщиной в 50 мм.

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.

Принцип работы

После того как возникла дежурная дуга, в камеру начинает поступать сжатый воздух. Вырываясь из патрубка, он проходит через электрическую дугу, нагревается, при этом увеличиваясь в объеме в 50 или 100 раз. Кроме того, воздух начинает ионизироваться и перестает быть диэлектриком, приобретая свойства проводить ток.

Сопло плазмотрона, суженное книзу, обжимает воздух, создавая из него поток, которое начинает вырываться оттуда со скоростью 2 – 3 м/с. В этом момент температура воздуха часто достигает 30 тыс. градусов. Именно такой раскаленный ионизированный воздух и является плазмой.

В то время, когда плазма начинает вырываться из сопла, происходит ее соприкосновение с поверхностью обрабатываемого металла, дежурная дуга в этот момент гаснет, а зажигается режущая. Она начинает разогревать заготовку в месте реза. Металл в результате этого плавится и появляется рез. На поверхности разрезаемого металла образуются небольшие частички расплавленного металла, сдуваемые с нее потоком воздуха. Таким образом осуществляется работа плазмотрона.

Преимущества плазменной резки

Работы по резке металла часто осуществляются на стройплощадке, в мастерской или цеху. Можно использовать для этого автоген, но не всех это устраивает. Если объем работ, связанный с резкой металла, слишком большой, а требования, предъявляемые к качеству реза, очень высоки, то следует подумать о том, чтобы использовать плазменный резак, имеющим следующие достоинства:

• Если мощность подобрана правильно, то аппарат плазменной резки позволяет в 10 раз повысить производительность. Такой параметр позволяет плазморезу уступить только промышленной лазерной установке, однако, он значительно выигрывает в себестоимости. Целесообразно с экономической точки зрения применять пламенную резку для металла, имеющего толщину до 50 – 60 мм.

• Универсальность. С помощью плазменной резки обрабатываются чугун, медь, сталь, алюминий и прочий металл. Необходимо просто выбрать оптимальную мощность и выставить конкретное давление воздуха.

• Высокое качество реза. Аппараты плазменной резки способны обеспечить минимальную ширину реза и кромки без перекаливания, наплывов и грата практически без дополнительной обработки. Кроме того, достаточно важен такой момент, что зона нагрева материала в несколько раз меньше, чем при использовании автогена. А так как термическое воздействие минимально на участке реза, то и деформация от этого вырезанных деталей будет незначительной, даже если они имеют небольшую толщину.
• Не происходит существенного загрязнения окружающей среды. С экономической точки зрения, если имеются большие объемы работ, то плазменная резка гораздо выгоднее кислородной или механической. Во всех остальных случаях учитывают не материалы, а трудоемкость использования.

Недостатки плазменной резки

Недостатки в работе плазменной резки тоже имеются. Первый из них – максимально допустимая толщина реза довольно небольшая, и у самых мощных агрегатов она редко бывает больше 80 – 100 мм.

не должен быть больше 10 – 50 градусов

Кроме того, рабочее оборудование довольно сложное, что делает совершенно невозможным использование двух резаков одновременно, которые подключаются к одному аппарату.

Рабочий стол

Сам стол для машин плазменной резки представляет собой жесткую конструкцию, предназначенную для укладки листов толщиной до 200 мм. В нижней части расположена система удаления дыма и частиц металла. Она состоит из секций размером примерно 500*500 мм, каждая секция может работать автономно, то есть при резке удаление отходов происходит только под задействованной в резке секцией. Такие установки наиболее энергоэффективны. При резке плазмой на больших токах выделяется очень много металлической аэрозоли, которая впоследствии превращается в металлический абразив. Поэтому узлы стола рассчитаны работать в очень жестких условиях. В столах используется специальная пылезащищенная пневматика. Все узлы легкодоступны, поэтому в случае необходимости их легко заменить. Столы шириной от 2,5 метров имеют каналы для дымоудаления с двух сторон. Рабочая поверхность стола чаще всего изготовлена из стальных пластин. Расстояние между пластинами бывает разное, его нужно выбирать исходя из размеров деталей, которые вы планируете вырезать, чтобы они не проваливались. Дополнительные пластины вы всегда сможете нарезать на самой установке. Обычно завод-изготовитель бесплатно поставляет программу раскроя таких пластин.

Рис. 2. Схема рабочего стола плазменной установки

Чаще всего рабочий стол бывает двух типов:

• Рабочий стол интегрирован с координатной системой.
• Рабочий стол и координатная система расположены на разных фундаментах.

Выбор конструкции установки обусловлен ограничениями по производственным площадям и максимальной толщиной металла, который планируется резать. Для металла до 10 мм подходит первый вариант, потому что он занимает меньше площади на производстве. Если же толщина металла более 10 мм, то целесообразным будет выбор второго варианта. Дело в том, что при резке больших толщин стол нагревается и со временем деформируется. Поэтому лучше будет, если направляющие будут смонтированы отдельно от рабочего стола. Типовые размеры рабочего стола обычно имеют следующую классификацию: 1500×3000 мм, 2000х6000 мм, 2000х12000 мм. Конечно, размеры стола могут быть и другими, но это уже нужно уточнять у завода-изготовителя.

Как выполняется процесс плазменной сварки в нижнем положении?

Используя плазменную сварку, можно сваривать самые различные металлы и их сплавы, находясь в нижнем пространственном положении. Плазмообразующими газами являются аргон и гелий, которые нередко применяются и в качестве защитного вещества. Данный способ сваривания используется в тех случаях, когда швы идут в горизонтальном направлении по горизонтально расположенной поверхности.

В процессе плазменной сварки в нижнем положении из сильно нагретого электрода жидкий металл под силой собственного веса постепенно стекает в специальный кратер, а затем накапливается в небольшой расплавленной ванне из металла. Его вытеканию препятствуют сварные кромки обрабатываемых изделий. Также из сварочной ванны выходят шлаковые и газообразные вещества, за счет чего качество швов получается значительно лучше.

Сварные швы можно выполнять либо на себя, либо слева направо. Благодаря применению такой техники можно полностью контролировать весь процесс.

Конструкция

Конструкция плазменного резака состоит из следующих компонент:

1. Плазмотрон, предназначенный для формирования плазменной струи. Имеет сложную конструкцию, изготавливается из тугоплавкого металла. Требуется подбор таких параметров: диаметра сопла, длины резака, угла подачи сжатого воздуха в область формирования плазмы.
2. Источник питания предназначен для поджига дуги. Должен иметь стабильные параметры по току и напряжению. Подбирают в зависимости от максимальной величины выходного тока, габаритов, размеров и веса.
3. Осциллятор, используемый для упрощения розжига дуги, стабилизации её горения. Имеет простую схему, поэтому может быть собран самостоятельно либо приобретён в сборе.
4. Компрессор для создания потока воздуха, подаваемого для охлаждения горелки, формирования направленного потока плазмы. Подходит практически любая модель. Чтобы не попала влага, потребуется установить осушитель.
5. Медный кабель с зажимом на конце для подключения массы.
6. Кабель-шланг, предназначенный для подключения горелки и поджига электрической дуги, а также для подачи сжатого воздуха. Может быть изготовлен путём укладки кабеля и кислородной трубки внутри поливочной гибкой трубки.

Необходимые комплектующие

Перед сборкой резака потребуется подготовить следующие комплектующие:

• источник питания;
• резак или плазмотрон;
• компрессор с осушителем или фильтром;
• осциллятор;
• электроды;
• шланги;
• кабели.

Подбор блока питания

Выбор источника электроэнергии для плазменной установки выполняется с учётом следующих критериев:

• максимальной толщины и типа разрезаемого металла;
• длительности проведения работ, времени горения дуги;
• требований к параметрам плазмы;
• стабильности тока, напряжения питающей сети;
• требований безопасности;
• необходимости расширения функциональности плазмореза.

Блок питания

Плазмотрон

Поскольку плазмотрон используется для генерации плазмы, к подбору его параметров нужно подходить грамотно. Важные параметры:

• стойкость к рабочим температурам;
• удобство пуска, настройки, остановки работы оборудования;
• небольшой вес, компактные размеры;
• срок службы;
• требования к обслуживанию;
• ремонтопригодность.

По типу стабилизации дуги плазмотроны бывают газового, водяного и магнитного вида.

При работе важно своевременно заменять электроды, чтобы максимально продлить срок службы сопла. Понять необходимость данной процедуры можно по ухудшению качества резки: нарушение точности, появлению поверхностных волн

Важно не перегревать плазмотрон, поскольку это может повлечь серьёзные поломки.

Для создания плазмотрона потребуются следующие детали:

• рукоятка из материала с низкой теплопроводностью, в которой есть отверстия под провода для электрода, трубок для газа;
• пусковая кнопка;
• подходящие по параметрам электроды;
• сопло нужного диаметра;
• изолятор;
• пружина для соблюдения расстояния от сопла до разрезаемого металла;
• наконечник с защитой от брызг расплавленного металла;
• завихритель потока;
• специальная насадка.

Осциллятор

Осциллятор применяется для выработки токов высокой частоты. Работает в режимах коротких импульсов или постоянного горения дуги. Предназначен для быстрого запуска плазмореза.

Конструктивно состоит из следующих элементов:

• выпрямителя;
• конденсаторов;
• блока питания;
• управляющей микросхемы;
• импульсного модуля;
• повышающего трансформатора;
• контроллера напряжения.

Электроды

Выбор электродов определяется на основе рабочих режимов резки, типа металла, требований к качеству работ. Для эксплуатации в небольших мастерских рекомендуется приобретать гафниевые электроды. Бериллиевые или ториевые могут формировать токсичные соединения.

Компрессор и кабель шланги

Модель компрессора подбирается на основе его технических параметров, требований к конструкции плазмореза. Он используется для создания воздушных потоков внутри рабочих каналов, охлаждения компонентов оборудования при непрерывной работе. Для регулировки подачи воздуха на выходе из компрессора устанавливается электрический клапан.

Внутри шлангов размещают кабель, трубку для сжатого воздуха. На массовом кабеле располагают щуп для обеспечения контакта с разрезаемым металлом и поджига стабильной дуги.

оплата ON-LINE

Цветность и прозрачность

Опросник для подбора установки плазменной резки

Мы рассмотрели основные узлы плазменных машин и особенности, которые нужно учитывать при подборе данного вида оборудования. В заключении я представляю вашему вниманию краткий список вопросов, ответ на которые поможет вам подобрать оптимальный для вас станок:

• Какой тип металла вы будете раскраивать?
• Какова минимальная и максимальная толщина резки?
• На какой максимальной толщине вам необходима врезка (прошивка)?
• Какие требования к чистоте и точности реза?
• Нужно ли вырезать окружность, диаметр которой равен или меньше толщины листа?
• Нужно ли осуществлять рез под углом?
• Какой размер листа вы планируете резать?
• Сколько часов в сутки планируется эксплуатировать установку?
• Какое количество деталей необходимо раскраивать в смену/месяц/год?
• Какие есть ограничения по производственным площадям?
• Какие есть ограничения по электрической сети?
• На какой бюджет вы рассчитываете?

Ответ на эти вопросы и определит технические параметры для подбора подходящей установки.

Рис. 3 Установка плазменной резки от турецкого производителя

Типы плазморезов:

• Для ручной резки. Используются для работ в небольших производствах, мастерских, станциях технического обслуживания, гаражах, личном хозяйстве и т.д. Даже инвертор небольшой мощности позволяет ручным резаком быстро и эффективно резать металл толщиной до 30 мм. Можно резать листовой металл, трубы, различные детали и конструктивные элементы.
• Для автоматической резки. Используются в станках стационарного типа для автоматического раскроя листового металла или профильных труб. В работе обычно управляются с помощью ЧПУ. Комплектуются мощными инверторами зачастую с несколькими сменными плазмотронами и соплами.

По типу используемого газа:

• Плазмотроны на сжатом воздухе. Наиболее распространенный вид плазморезов. К их достоинствам относятся простота, низкая стоимость оборудования и расходных материалов (электроды, сопла), простота в управлении, высокая эффективность и универсальность. Могут использовать обычный или очищенный сжатый воздух.
• Плазмотроны на аргоне, кислороде, азоте или их смесях. Используются в работах более сложных систем больших производств на стационарных раскройных станках для резки меди, алюминия и их сплавов. Требуют более точной настройки.

По типу поджига дуги:

• Контактные. В контактных плазмотронах соплом нужно дотронуться на поверхности рабочей детали для формирования дуги. Такой тип поджига у бытовых инверторов небольшой мощности.
• Пневмоподжиг. Инверторы с пневмоподжигом формируют стартовую (дежурную) дугу внутри плазмотрона, без контакта сопла с поверхностью детали или высокачастотного разряда, который может нанести вред электронике станка с ЧПУ.
• Высокочастотный (HF) поджиг. В данном случае дуга возбуждается при помощи входящего в состав источника тока устройства – осциллятора. Дуга образовывается, только когда имеется высокочастотный электрический разряд между поверхностями заготовки и соплом плазмотрона (при этом поверхности между собой не соприкасаются). Стартовая дуга инициируется по команде сварщика внутри поверхности плазмотрона между электродом и внутренней поверхностью сопла с помощью тока высокой частоты. Рабочая дуга автоматически поджигается от стартовой каждый раз при поднесении плазмотрона к поверхности детали и гаснет по команде сварщика или при увеличении этого расстояния.

По типу охлаждения:

• С воздушным (газовым) охлаждением. Сопло плазмореза охлаждается поступающим воздухом или рабочим газом.
• С жидкостным охлаждением. Жидкостное охлаждение плазмореза используется в высоконагруженных промышленных резаках с большими токами от 150 А.

Отдельные модели станков для плазменной резки

Рассмотрим отдельные модели станков-плазморезов, сравнивая их основные характеристики, производительность и цены.

Cut 40

Современный плазморез Cut 40 Кедр применяется для резки металлических заготовок толщиной 16 мм и меньше. Имея вполне солидные характеристики, этот аппарат вполне оправдывает свою стоимость в 23000 рублей. Плазморез Кедр режет практически все металлы, проводящие электрический ток. Это и нержавеющие стали, изделия из чугуна и меди, латунные и бронзовые заготовки.

Дополнительно в комплект поставки Кедра входит плазмотрон РТ-31 для образования направленной струи плазмы. Подвод к плазмотрону электрического тока и поздуха производится по гибкому рукаву, который не сковывает резчика в работе.

Аппарат не приводит к короблению металла в прилегающей к резке зоне, листовая сталь не изменяет свою внутреннюю структуру. Рез представляет собой чистую зону, в которой не образуются заусенцы или дефекты другого вида. Как только на предприятии начинают пользоваться этим плазменным резаком, о пропано-кислородной резке срузу все как бы забывают.

Аврора

Следующий рассматриваемый аппарат — плазморез Аврора. Это оборудование предназначено для резки сталей как мягкого класса, так нержавеющих и легированных. Применяется Аврора ещё для резки алюминия и меди, сплавов другого содержания. При стоимости от 21 тыс. рублей в зависимости от модификации аппарат очень экономен в расходе электроэнергии, позволяет получать резы высокого качества без деформирования прилегающей к резу зоны основного металла заготовки.

Максимальная толщина разрезаемого металла – 20 мм. Устройство использует в работе сжатый воздух и может длительное время работать, не перегреваясь. На строительных площадках актуальность этого аппарата высока за счёт того, что он отлично работает с углеродистыми и нержавеющими сталями. У него есть удобный переключатель токовых режимов горения плазмы. Срок гарантии на этот прибор составляет 2 года.

Ресанта

Инверторный плазморез Ресанта представляет собой аппарат, очень удобный в переноске. С его помощью можно быстро, точно и качественно резать металл как листового проката, так и другой формы. При этом деформации, возникающие в прилегающей зоне термического влияния минимальны. В аппарате предусмотрена плавная регулировка силы тока с возможностью выставления точных его значений.

Давление в рукаве подаваемого к аппарату сжатого воздуха должно быть не меньше 0,5 Мпа. Резка чёрно-белой стали допускается при толщине заготовки до 8 мм, нержавеющей стали – до 5 мм. При стоимости в 29 тыс. рублей Ресанта очень удобен в использовании и при интенсивной эксплуатации вполне соответствует затратам на его приобретение.

Blueweld

Итальянский плазморез Blueweld питается от напряжения в 220 В и при работе потребляет максимальную мощность в 4,5 кВт. Токовая нагрузка в зависимости от режима работы колеблется от 7 до 40 А.

Он применяется для плазменной дуговой резки различных стальных сплавов и цветных металлов. Главное достоинство этого аппарат – высокая скорость резки, сочетающаяся с отличным качеством получаемых изделий. Стоимость аппарат составляет в настоящее время 60 тыс. рублей. В комплект поставки входят кабель массы, токовые клещи и четырёхметровый подводящий рукав.

Горыныч

Многофункциональный плазморез Горыныч генерирует низкотемпературную электродуговую плазму путём разогревания и испарения до состояния ионизации рабочей жидкости.

Плазморез Горыныч состоит из двух блочных модулей – плазменного генератора и блока питания. Аппарат очень удобен как в домашнем хозяйстве, так при выполнении ремонтных и строительных работ. Рабочей жидкостью, по-другому расходником, из которого получают пары для плазмы, является дистиллированная вода или 45% спирт. Установка может работать с материалами самой разной природы, включая некоторые неметаллические заготовки. Им также можно резать, варить или разогревать изделия в режиме паяльной лампы. В последнем случае плазмотрон Горыныча используется в качестве простой горелки. Стоимость Горыныча в настоящее время составляет 29 тыс. рублей.

Дополнительное оснащение

Современные наклонные вытяжки стали высокотехнологичными и многофункциональными. Они не только очищают воздух на кухне, но и извещают о состоянии фильтров и необходимости их замены. Удобная панель в совокупности с дистанционным управлением обладает возможностью выбора режимов работы и активации отложенного запуска. На многих моделях есть возможность автовключения при изменении параметров воздуха в помещении.

Особенной популярностью пользуются модели со встроенными светильниками. Чаще всего используются галогеновые лампы, но возможна и установка более экономичных LED-светильников. Это очень удобно, если не хочется включать верхний свет. В большой кухне-столовой это опция очень удобна.

Наклонная вытяжка со встроенными светильниками – стильно и удобно