Плазменная резка: принцип работы и ключевые преимущества

Что такое плазменная резка?

Плазменная резка — это процесс плавления, при котором струя ионизированного газа при температуре выше 20 000 °C используется для плавления и удаления материала из зоны реза. Это тепло плавит металл, а поток газа выталкивает его из реза. Плазмообразующие газы — обычно аргон, аргон/водород или азот.

В процессе между электродом (катодом) и обрабатываемым деталем (анодом) зажигается электрическая дуга. Электрод вкладывается в водяное или воздушное охлаждение газовой сопла, которое сжимает дугу, образуя узкую высокотемпературную высокоскоростную плазменную струю.

Когда плазменная струя попадает на заготовку, происходит рекомбинация и газ возвращается в нормальное состояние, излучая интенсивное тепло. Плазмообразующие газы — обычно аргон, аргон/водород или азот. Эти инертные газы можно заменить воздухом, но это требует специального электрода из гафния или циркония.

Использование сжатого воздуха делает этот вариант плазменного процесса высококонкурентоспособным по сравнению с кислородно-топливным процессом для резки углеродисто-марганцевистых и нержавеющих сталей толщиной до 20 мм. Инертные газы предпочтительны для качественных резов в реакционноспособных сплавах.

Плазменная дуга может резать очень широкий спектр электрически проводимых сплавов, включая обычные углеродистые и нержавеющие стали, алюминий и его сплавы, никелевые сплавы и титан. Метод изначально был разработан для резки материалов, которые не могли быть удовлетворительно разрезаны кислородно-топливным процессом.

Обычно деталь или лист, подлежащий резке, остается неподвижным, а плазменный резак движется. Кроме того, поскольку стоимость плазменного резака низка по сравнению с ценой манипуляционного оборудования, часто на резальном столе устанавливают несколько резаков.

Как работает плазменная резка?

Плазменные резаки пропускают электрическую дугу через газ, проходящий через суженное отверстие. Суженное отверстие (сопло), через которое проходит поток газа, заставляет его двигаться с высокой скоростью, как воздух, проходящий через вентири карбюратора. Этот высокоскоростной газ разрезает расплавленный металл.

Можно также представить это как электрически нагретый газовый поток. Мне нравится думать об этом как о состоянии, когда все электроны каждого атома текут из атома в атом, а не просто вращаются на орбитах. Независимо от того, что происходит в плазменном потоке, резать металлы с его помощью довольно просто.

Возьмите этот поток электричества, текущий через газ, и сузьте его через маленькое отверстие. Теперь этот поток становится действительно плотным и движется очень быстро. Полученная струя может легко расплавить и продуть сквозь большинство металлов. Это плазменный резак.

Плазменные резаки обычно используют медное сопло для сужения газового потока с дугой, текущей через него. Эта дуга перепрыгивает от одного электрода в резаке к чему-то другому — обычно к проводимому материалу, который режется. Это «перенесенная дуга». Существуют некоторые системы, использующие «неперенесенную дугу», где она отскакивает от электрода обратно к соплу, но они обычно не используются для резки.

Это означает, что плазменная резка используется только для проводимых материалов, в основном мягкой стали, нержавеющей стали и алюминия. Но многие другие металлы и сплавы также являются проводниками, такие как медь, латунь, титан, монель, инконель, чугун и т.д. Проблема в том, что температура плавления некоторых из этих металлов затрудняет резку с хорошим качеством кромки.

Электрод обычно сделан из меди, но с металлической вставкой там, где прикрепляется дуга. Это потому, что медь слишком быстро расплавилась бы, если бы дуга прилипала прямо к ней. Вольфрам — отличный материал для электрода, поэтому во многих электродах есть вольфрамовая вставка.

Некоторые небольшие фонари используют карандашный электрод, полностью сделанный из вольфрама с заостренным концом. Проблема вольфрама в том, что он горит в присутствии кислорода. Поэтому, если вы используете кислород или сжатый воздух как режущий газ, вставка делается из материала, называемого гафний. Гафний служит гораздо дольше в присутствии кислорода, но немного изнашивается каждый раз при зажигании дуги.

Зачем использовать кислород в плазменном резаке?

По той же причине, по которой вы используете кислород в ацетиленовом резаке, кислород в плазменном потоке реагирует с мягкой сталью. Поэтому чистый кислород используется только при резке мягкой стали или «углеродистой стали». Эта химическая реакция между кислородом в плазмообразующем газе и базовым металлом ускоряет процесс резки и улучшает качество кромки.

Однако, поскольку кислород не реагирует так же со нержавеющей сталью или алюминием, для этих металлов можно использовать более дешевые газы, такие как азот или сжатый воздух (который в основном состоит из азота).

Другие специальные газы иногда используются для других целей. Аргон используется в плазменной разметке (совершенно другая тема). Смесь аргона и водорода часто используется при резке более толстой нержавеющей стали или алюминия. Некоторые используют смесь водорода и азота или метана и азота при резке более тонкой нержавеющей стали. Каждая смесь имеет свои преимущества (улучшенное качество реза) и недостатки (затраты и обращение).

Как использовать плазменный резак?

Использование плазменного резака очень удобно и довольно просто. Преимущество в том, что можно делать металлические «свободно-формовые» резы на основе маршрутизации фрезы. Поскольку эта машина проводит плазму, создавая цепь, требуется зажим заземления, как и при сварке.

Шаг 1: Выбор рабочего места. Поскольку мы планируем резать металл, важно разместить металл на надежной поверхности, обеспечивающей свободу движения. «Сетка» или похожая поверхность, выступающая в роли стола, идеально подходит.

Шаг 2: Подключение блока. Убедитесь, что блок выключен, и подключите его к сети.

Шаг 3: Подключение воздуха. Подключите внешний воздушный компрессор к плазменному резаку. Это для обеспечения высокого давления плазменного потока. Для фиксации соединений оттяните внешнюю фланец гнездового соединения и вставьте штекерное соединение.

Шаг 4: Включение воздуха. Включите поток воздуха. В данном случае поверните рычаг на 90 градусов от перпендикуляра к воздуховоду к встроенному положению.

Шаг 5: Установка заземляющего зажима. Разместите используемый металл на столе и прикрепите заземляющий зажим близко к месту, где вы хотите резать.

Шаг 6: Включение машины. Включите машину, установив переключатель за устройством в положение ON.

Шаг 7: Установка тока. В данном случае мы устанавливаем 25 для листа 18 ga.

Шаг 8: Резка металла. Используйте курок на пистолете для активации плазменного резака. Обратите внимание, что курок имеет предохранитель, который нужно поднять, прежде чем нажать на курок. Держите фрезу (конец сопла) близко к металлу и используйте направляющие вокруг сопла для трассировки шаблонов, если есть.

Шаг 9: Выключение машины. Когда вы закончили резать металл, выключите машину.

Шаг 10: Отключение заземляющего зажима. Отключите заземляющий зажим от металла, над которым вы работаете.

Шаг 11: Выключение воздуха. В данном случае выключите воздух, повернув рычаг на 90 градусов от встроенного положения к перпендикуляру к линии.

Шаг 12: Сверните все шланги. Сверните линию плазменного пистолета, воздушную линию и линию заземления.

Советы по плазменной резке для улучшения результатов

Если вы учтете несколько советов и лучших практик при выборе и использовании плазменного резака, вы сможете улучшить результаты.

Совет 1: Выберите правильный плазменный резак

Некоторые ключевые факторы, которые нужно учитывать при выборе плазменного резака: выходная мощность, скорость резки, входная мощность, коэффициент загрузки, вес и размер. При выборе машины подумайте о задачах, которые вы выполняете чаще всего.

• Выходная мощность: Необходимая выходная мощность зависит в основном от толщины и типа резаемого материала. Два стандарта: номинальный и предельный резы. Номинальный рез — это толщина мягкого металла, которую оператор может вручную резать со скоростью 15 дюймов в минуту (IPM). Тяжелый рез — это максимальная толщина, которую может обработать плазменный резак. Скорость перемещения медленнее, и резь может потребовать очистки.
• Скорость резки: Обычно сообщается в дюймах в минуту (IPM). Один станок, режущий материал толщиной 1/2 дюйма, может потратить пять минут, в то время как другой — одну. Скорость резки существенно влияет на производственное время.
• Входная мощность: Всегда ли вы используете плазменный резак в одном месте или вам нужна портативность и возможность использовать разные источники питания? Ищите плазменные резаки, предлагающие диапазон вариантов производительности. Некоторые могут переключаться с 120 вольт на 240 вольт.
• Коэффициент загрузки: Коэффициент загрузки — это время, в течение которого машина может резать в 10-минутном цикле без перегрева. Если коэффициент загрузки машины 60%, машина может работать шесть из десяти минут непрерывно, а затем должна остывать оставшиеся четыре минуты. Более высокий коэффициент загрузки важен при длинных резах, при запуске высокопроизводительных приложений или при использовании машины в жаркой среде.
• Вес и размер: Если портативность важна, есть много портативных устройств весом менее 45 фунтов.

Совет 2: Читайте руководство

Внимательно прочитайте инструкцию, чтобы ознакомиться с безопасной и правильной эксплуатацией вашего плазменного резака. Это поможет вам оптимизировать возможности вашего плазменного резака и способствовать безопасному использованию машины.

Совет 3: Обратите внимание на настройку

Прикрепляйте заземляющий зажим только к чистому металлу. При необходимости сшейте ржавчину или краску, так как они препятствуют прохождению электричества.

Также разместите заземляющий зажим максимально близко к резу или, если возможно, к самой заготовке. Проверьте кабели на предмет изношенных участков, ослабленных соединений или чего-либо, что может ненужно мешать прохождению тока.

Для настройки ампеража или тепла резального блока на правильный уровень выполните несколько пробных резов с высоким амперажем. Затем вы можете снизить ток в соответствии со своей скоростью вождения. Если ампераж слишком высок или ваша скорость вождения слишком медленна, резаемый материал может нагреться и набрать нагар.

Совет 4: Проследите путь перед резкой

Проследите путь, который вы хотите резать, не нажимая курок. Для длинных резов потренируйте свои движения перед нажатием курока, чтобы убедиться, что у вас достаточно свободы движения для непрерывного реза. Остановка и перезапуск в одном месте сложны и обычно приводят к нерегулярностям на краю реза.

Вы также можете сделать пробный рез с тем же материалом, с которым будете работать. Так вы убедитесь, что используете правильные настройки и скорость движения.

Совет 5: Используйте правильную технику

Используйте нерезающую руку как опору для другой руки. Это стабилизирует вашу резающую руку, обеспечивает свободу движения во всех направлениях и помогает поддерживать постоянный зазор 1/16 – 1/8 дюйма. Обратите внимание, что большинство людей находят легче тянуть фонарик к себе, чем толкать его прочь.

Поддержание зазора 1/16 – 1/8 дюйма увеличивает резальную способность меньших машин и продлевает срок службы расходников.

Используйте защитный козырек, если ваша машина оснащена им. Это позволяет держать резак на заготовке, сохраняя оптимальное расстояние без касания металла наконечником, что негативно влияет на качество реза и срок службы расходника.

Начните резку, помещая резак максимально близко к краю базового металла. Нажмите курок для запуска пилотного тока. Пилотная дуга загорается, за которой следует резальная дуга. Как только начинается резальная дуга, медленно двигайте резак по металлу.

Регулируйте скорость так, чтобы искры резки выходили из нижней части металла. В конце реза слегка наклоните резак к концу реза или сделайте короткую паузу, чтобы завершить рез. Пробуксовочный воздух остается некоторое время после отпускания курка для охлаждения горелки и расходных частей.

Совет 6: Проверяйте расходники

Если наконечник или электрод изношены или повреждены, качество реза будет затронуто. Поэтому регулярно проверяйте свои расходники. Если отверстие наконечника неправильной формы и/или покрыто брызгами, выбросьте его. Если наконечник электрода образует ямку, выбросьте его.

Расходники изнашиваются при каждом резе, но такие факторы, как влага в воздухоснабжении, резка чрезмерно толстых материалов или плохая техника увеличивают износ расходников. Рекомендуется менять наконечник и электрод вместе для лучшего возможного качества реза.

Не затягивайте держатель расходников слишком сильно. Детали внутри фактически должны двигаться (разделяться) для создания дуги. Поэтому просто используйте палец для затяжки чашки.

Совет 7: Следите за скоростью перемещения

Чем быстрее вы идете (особенно с алюминием), тем чище будет ваш рез. При резке более толстого материала установите машину на полную мощность и меняйте скорость вождения. С более тонким материалом снизьте ампераж и переключитесь на наконечник с более низким амперажем для создания узкого реза.

При разумной скорости перемещения дуга должна выходить из материала под углом 15–20 градусов против направления движения. Если она идет прямо вниз, значит вы движетесь слишком медленно. Если она брызгает назад, значит вы движетесь слишком быстро.

Если вы движетесь с правильной скоростью и используете правильное количество тепла, вы получите очень чистый рез с меньшим нагаром на нижней стороне реза и малым или нулевым искажением металла.

Совет 8: Следуйте процедурам безопасности

Для правильной плазменной безопасности открытая кожа должна быть защищена. Вам понадобятся сварочные перчатки и сварочный курток или другая огнеупорная одежда. Застегните манжеты рубашки, карманы и воротник, чтобы предотвратить попадание искр.

Защитите глаза правильным защитным фильтром для плазменного резака, который вы планируете использовать. Инструкция по эксплуатации указывает требуемый оттенок для силы тока. Можно использовать обычные очки для плазменной резки/кислородно-топливной резки или сварочную маску с режимом резки.

Процедуры безопасности должны строго соблюдаться в каждом применении плазменной резки.

Преимущества плазменной резки

• Способна резать все проводимые материалы. Газовая резка, хотя также подходит для резки толстых металлов, ограничена только черными металлами.
• Отличное качество для толщины до 50 мм.
• Максимальная толщина до 150 мм.
• Сравнительно дешево для средней толщины резов.
• Лучший способ резать нержавеющую сталь и алюминий средней толщины.
• CNC-станки доступны для обеспечения высокой точности и повторяемости.
• Можно резать в воде, что уменьшает ЗТН (зону термического влияния). Также снижает уровень шума.
• Меньшая ширина реза по сравнению с газовым резованием.
• Более высокая скорость резки, чем у кислородно-топливной резки.

Недостатки плазменной резки

• Большая ЗТН по сравнению с лазерной резкой.
• Качество на более тонких листах и пластинах не так хорошее, как при лазерной резке.
• Точности не такие точные, как при лазерной резке.
• Не достигает толщин, как водорез или газорез.
• Оставляет ЗТН, чего не делает водорез.
• Более широкая ширина реза, чем у лазерной резки.

Часто задаваемые вопросы

Что такое плазменная резка?

Плазменная резка (плазменная дуговая резка) — это процесс плавления, при котором струя ионизированного газа при температуре выше 20 000 °C используется для плавления и удаления материала из зоны реза. Это тепло плавит металл, а поток газа выталкивает его из реза. Плазмообразующие газы — обычно аргон, аргон/водород или азот.

Как работает плазменная резка?

Плазменные резаки работают путем пропускания электрической дуги через газ, проходящий через суженное отверстие. Суженное отверстие (сопло), через которое проходит газ, заставляет его выжиматься с высокой скоростью, как воздух, проходящий через вентири карбюратора. Этот высокоскоростной газ разрезает расплавленный металл.

Зачем используется плазменная резка?

Слепующую яркость факела плазменного резака можно найти в большинстве мастерских по металлообработке. Используется для пробивки огромных листов металла любой толщины, этот метод используется для производства всех видов металлических изделий, таких как ворота, вывески и скульптуры.

Как долго служит плазменный резак?

Типичный срок службы комплекта расходников должен составлять около 1–3 часов для около 120 А механизированной резки, это зависит от работы. Резка при более низком токе может дать более долгую жизнь расходникам.

На какую глубину может резать плазменный резак?

Обычно ручной плазменный резак может резать стальную пластину толщиной до 38 мм (1,5 дюйма). Если вам нужно что-то более мощное, промышленный компьютерно-управляемый резак может резать сталь до 150 мм (6 дюймов) толщиной. Также нужно учитывать тип металла, который вы режете.

Будет ли плазменный резак резать ржавый металл?

Плазма может резать любой электрически проводимый металл, включая нержавеющую сталь, мягкую сталь, алюминий и многое другое, без предварительного нагрева. Плазма также отлично подходит для резки покрашенного, грязного или даже ржавого металла.

Может ли плазменный резак сварка?

При правильном дизайне резака инъекция азота-воды, дешевле других газов, может хорошо работать при плазменной резке алюминия и нержавеющего материала для последующей сварки. Процесс включает электрод, окруженный азотом, который нагревается электрической дугой для формирования плазмы.

Плазменный резак лучше, чем газовый резак?

Плазма не требует предварительного нагрева металла перед резкой, что экономит время, и плазменные резаки также превосходят кислородно-топливные резаки при резке сложенных металлов. Более высокие скорости можно достичь на более тонких металлах с плазмой, с минимальным или нулевым искажением металла.

Что требуется для плазменной резки?

Плазменная резка требует двух основных элементов — воздуха и электричества — поэтому следующий вопрос: какой тип входной мощности доступен. Несколько 30-амперных плазменных резаков, таких как Spectrum® 375 X-TREME™, работают от 120- или 240-вольтного питания.

Каковы преимущества и недостатки плазменной резки?

Преимущества плазменной резки	Недостатки плазменной резки
Широкий спектр материалов, включая нержавеющую сталь и алюминий	Обычно ограничено 50 мм (воздушная плазма) пластиной
Узкая ЗТН	Шум при резке толстых сечений
Низкие затраты на расходники (воздух)	Дым при резке в воздухе
Идеально для тонколистового материала	Свечение дуги при резке в воздухе
Низкий дым при подводной резке	Затраты на расходники (электрод и сопло)
Высокое качество кромки реза

В чем разница между кислородно-топливной резкой и плазменной резкой?

Плазменная резка становится возможной за счет введения электричества в сжатый воздух для создания ионизированного, несбалансированного плазменного газа. Кислородно-топливная резка — это процесс, где пламя кислородно-топливного газа предварительно нагревает материал до температуры воспламенения, затем мощная кислородная струя направляется на материал.

Сколько стоит плазменный резак?

В зависимости от типа, размера и функций, CNC-плазменная резальная машина может стоить от $15 000 до $300 000. Это большой диапазон, но подавляющее большинство CNC-плазменных машин, продаваемых сегодня, значительно ниже $100 000.

Может ли плазменный резак резать через краску?

Проверьте заземленное соединение с заготовкой. Хотя плазма может резать покрашенный металл, она требует надежного соединения на чистой части заготовки максимально близко к рабочей зоне.

Плазменный резак горячее солнца?

Тепло плазменного резака может достичь впечатляющей температуры 25 000 градусов Цельсия. Для сравнения, это горячее поверхности солнца, которая находится при комфортных 5 505 градусов Цельсия.

Может ли плазменный резак резать алюминий?

Да, как и любой электрически проводимый металл, плазменная резка алюминия не просто возможна, она высокоэффективна. Для непосвященных, плазменная резка — это процесс, который стреляет струей ионизированного газа на высокой скорости через отверстие.

Нужен ли газ для плазменной резки?

Да. Все системы плазменной резки, включая воздушно-плазменные резаки, используют газ.

Нужен ли воздушный компрессор для плазменного резака?

Плазменные резаки нуждаются в воздушном давлении для резки в двухэтапном процессе. Сначала дуга нагревает металл до полугазообразного состояния. Второе, плазма выталкивается порывами воздуха для завершения реза. Поэтому все плазменные резаки нуждаются в воздушном компрессоре для генерации достаточного воздушного давления для задачи.

Какую толщину металла может резать 50-амперный плазменный резак?

Этот инверторный плазменный резак имеет 50 ампер мощности, способный резать стальную пластину толщиной до 1/2 дюйма.

Можно ли сварка алюминий плазменным резаком?

Плазменная резка алюминия может создавать идеальные швы. Используя такой резак, вы можете держать поверхность металла вне зоны сварки умеренно прохладной. Также это помогает предотвратить искажение или повреждение краски, которое обычно сопровождает газовые резаки. Плазменные резаки точно и быстро сваркивают алюминиевые заготовки вместе.

Какое воздушное давление нужно для работы плазменного резака?

Для большинства линейки продуктов Everlast воздушное давление, необходимое для работы резаков, составляет от 55 до 70 psi. Резка с низким амперажем потребует меньше воздушного давления для более стабильной работы, иногда до 45 psi или около того, иначе дуга будет сдуваться.

Может ли плазменный резак резать болты?

Они также могут использоваться для резки почти всего, что сделано из металла, включая сталь, нержавеющую сталь и алюминий. Вы даже можете использовать их для резки ржавых гайок и болтов так же, как вы бы использовали газовый резак, только гораздо быстрее и с более чистыми результатами.

Можно ли резать чугун плазменным резаком?

Вы можете резать чугун плазменным резаком, но это не лучший метод. Если вам нужно резать чугун, ваши лучшие варианты — использовать либо щипковый резак, либо инструмент с алмазным диском.

Можно ли резать арматуру плазменным резаком?

Плазма или окси-ацетиленовые резаки — эти инструменты часто используются для резки металла, но я считаю, что они оставляют много «шлака» или отходов вокруг реза, которые мне потом приходится чистить шлифмашинкой, чтобы нарезать гладкую поверхность для сварки. Плазма также заняла много времени, чтобы пробить арматуру и использовала значительное количество электричества.

Можно ли плазменно резать под водой?

При плазменной резке под водой вода поглотит абсолютное большинство плазменного дыма. Вместо свисающих облаков дыма, которые должны быть захвачены дорогим пылесборником, водяной стол обычно излучает случайный маленький пых, который быстро рассеивается.