Как работает плазменная резка?

Предпринимательская деятельность — динамический процесс. Одни компании закрывают бизнес, другие организации расширяют коммерческую деятельность: изучают перспективные направления и заказывают оборудование. С каждым годом возможности плазменной резки расширяются. Изучите особенности технологии, когда возникнут вопросы, обратитесь к специалистам “НПО “ГКМП”.

Плазменная резка — термический метод раскроя диэлектрических и токопроводящих материалов потоком ионизированного газа, нагретым до температуры в несколько тысяч градусов. Плазмотрон генерирует энергию. Ионизированная дуга состоит из электронов с отрицательным зарядом, атомов и молекул. После активации поток элементарных частиц преобразуется в инструмент, который режет металл толщиной до 100 мм на части или формирует отверстия.

Результат работы плазмотрона — чистая линия реза и точное соблюдение размеров. Чаще метод используют как самостоятельную операцию. Когда необходимо усилить воздействие, — в комбинации с другими технологиями. Лазерно-плазменным способом режут заготовки толщиной до 200 мм.

Производители оборудования предлагают купить стационарное и мобильное оборудование бытового и промышленного назначения, которое управляется вручную, механически или блоками ЧПУ.

Область применения

Покупают агрегаты предприятия машиностроения, медицинской, строительной и металлургической отрасли, а также коммунальные хозяйства, слесарные мастерские, автосервисы. Примеры: плазменно-дуговая хирургическая установка «Плазморан», плазменно-дуговая сталеплавильная печь постоянного тока.

На крупных комбинатах устанавливают специализированные комплексы продольно-поперечной резки металла, автоматические линии резки профилей.

Компания “НПО “ГКМП” принимает заявки на разработку и изготовление высокотехнологичного оборудования плазменной резки специального назначения. В состав организации входит проектно-конструкторское бюро и производственный центр.

Над проектом заказчика работают специалисты высокого класса, которые владеют теоретическими знаниями и имеют практический опыт. Компания гарантирует комплексный подход (проектирование, изготовление, испытание), соответствие техническому заданию и нормативным требованиям, при расширении бизнеса — дооснащение оборудования типовыми или нестандартными решениями.

Плазма на службе человека и как природное явление

В атмосфере воздуха находятся вещества с неоднородным составом. Кроме атомов в равновесном состоянии, присутствуют положительные и отрицательные частицы. Когда температура, концентрация и скорость движения ионов достигает определенных значений, поток газа приобретает новые свойства: возникает свечения, многократно увеличивается способность проводить ток.

Вблизи земной поверхности концентрация электронов ничтожно мала, воздействие на человека и окружающую обстановку равно нулю. Пример природного явления, который возникает в верхней части атмосферы, — северное сияние.

У многих людей в квартирах работают телевизоры с плазменной панелью. Поверхность экрана PDP покрыта люминофорами. При включении вещество преобразовывает электрическую энергию в свечение.

В промышленности струя плазмы выполняет полезную работу. При термической резке сплавов и сталей используют свойства ионов проводить электрический ток, нагреваться до сверхвысоких температур, увеличивать быстроту перемещения частиц до скорости звука. Человек контролирует процесс и прогнозирует результат.

В природе одновременное сочетание трех факторов невозможно. В газопламенном оборудовании узконаправленный поток заряженных частиц режет мягкие и максимально твердые материалы. Температура раскаленной струи в два раза больше аналогичного показателя солнца. При соблюдении мер безопасности плазма не вредит человеку.

Экологичность и экономичность технологии

На производстве применяют разные термические методы раскроя металла. Когда работает ионизированная дуга, результат достигается за меньшее время и деньги. При подготовке к работе станков с ЧПУ специалист в программе автоматического проектирования (AutoCad) создает математическую модель. От чертежа зависит результат работы.

Микроконтроллер ЧПУ преобразует набор кодов в импульсы, которые управляют движением всех исполнительных механизмов, в том числе, плазматрона. Заказчик получает изделие (2D-формата), которое точно соответствует техзаданию.

Отличие плазменной от газовой резки:

• Отсутствие на кромках оксидов. Продукты горения представляют собой твердые частицы — сложные соединения металла с кислородом. Когда у оксидов показатель жидкотекучести меньше установленного значения, частицы не выдуваются струей газа, а оседают по краям реза и мешают горению.

• Не образуются твердые и газообразные вещества, которые загрязняют воздух в помещении и негативно влияют на самочувствие обслуживающего персонала.

• Резка металла плазмой происходит при температуре плавления, а не горения. Первый показатель больше второго, как минимум, на 50 0C. Точное значение зависит от состава и особенностей кристаллической решетки сплава.

Ионизированная дуга направлена перпендикулярно плоскости реза сверху вниз. В точке соприкосновения поток прорезает материал, формирует отверстие, выходит с противоположной стороны и уносит частицы металла.

Предприятия, которые выбирают плазменные технологии, экономят на покупке, монтаже и обслуживании систем вентиляции и безопасности. По сравнению с газовым раскроем, меньше требований к средствам индивидуальной защиты человека, оснащению производственного участка, например, устройствами кондиционирования воздуха, ограждению оборудования.

Плюсы и минусы плазменной резки

Преимущества технологии — универсальность, скорость, высокое качество реза, безопасность, производительность, экономичность. С помощью плазмы режут цветные и черные металлы любой твердости, в том числе, медь, нержавейку, алюминий, чугун, твердосплавные стали (титан, тантал). В строительной отрасли плазмотрон используют при работе с бетоном и камнем.

Технология востребована дизайнерскими бюро, рекламными компаниями и предприятиями художественного промысла. Специалисты изготавливают оригинальные плоские предметы для украшения выставок, конференций, жилых, офисных и производственных помещений.

Производственные компании применяют плазменные аппараты для резки листового и трубного проката, обработки поковок, брусков, крупных и миниатюрных изделий.

Возможности плазменного метода:

• резка по прямой или сложной траектории;

• пробивка отверстий;

• скошенный срез;

• формирование фасок и лунок (при строжке разжатую дугу направляют под углом к поверхности металла).

О высоком качестве реза свидетельствует точность соблюдения размеров, чистые кромки без деформации и заусенцев.

При раскрое плазмой мало отходов, предприятия экономят время на подготовке и доводке. Когда не предъявляют высоких требований к качеству кромок, ионизированная дугой режут металл с окисленной поверхностью.

Минусы технологии: ограничение по толщине, строгое соблюдение нормы отклонения угла (10-50, в зависимости от толщины металла).

Оборудование для плазменной резки

Генерирует энергию плазменный резак, соединенный с блоком питания и компрессором. При включении оборудования аппарат создает ионизированную дугу. Для работы используют режущий, пусковой или вихревой газ.

Основные компоненты плазмотрона: электрод из металла с высокой термоэлектронной эмиссией и конусообразное сопло, изолированное от катода. Полезную работу выполняет концентрированный поток тепловой энергии, который состоит из плазмы и воздуха или плазмы и специального газа. Во многих моделях плазменных резаков предусмотрены оба режима: воздушно-плазменный и плазменно-дуговой способ.

К агрегату присоединены шланги компрессора. Воздух или газ поступает в плазмотрон под высоким давлением. Внутри у выхода из сопла расположен механизм для закручивания газообразной среды. Завихритель еще больше увеличивает усилие воздействия на металл. Все устройства работают синхронно.

Когда запускают оборудование, сопло плазмотрона движется по траектории, разработанной компьютерной программой и заложенной в настройках. Перемещение происходит плавно, с минимальным шагом подачи. Плазма прорезает одно отверстие, которое в следующий промежуток времени соединяется с предыдущим резом.

Качество поверхности и точность размеров обусловлены физическими явлениями. Ионы движутся с высокой скоростью, соседние слои металла не успевают нагреться до температуры фазового перехода. Если в результате реза образуются небольшие наплывы, дефекты удаляют простукиванием.

Компактные устройства плазменной резки работают от сети 220 В, промышленные агрегаты потребляют электричество напряжением 380 В.

Воздушно-плазменный способ раскроя

Эффективность процесса зависит от характера воздействия на материал: плазменной струей или плазменно-дуговым способом. Независимо от способа генерации энергии, в бытовых и промышленных установках используют единые принципы работы.

Технологический процесс включает четыре последовательно протекающие стадии: создание электродуги, ионизация газа, формирование высокоскоростного потока, взаимодействие струи и металла.

Резку плазмой производят с помощью сжатого воздуха (без специального газа). Технологию используют при раскрое мягких металлов, тонкостенных стальных заготовок, диэлектриков и материалов с низкой электропроводностью.

Этот метод воздействия на металл иногда называют косвенным или непрямым. Причина заключается в месте расположения источника электрических разрядов — генератор находится внутри резака. Искра не воздействует на материал.

Полезную работу выполняет концентрированный поток ионов. Температура воздушной ионизированной струи — 5000 0C. В точке приложения силы металл плавится, мгновенно образуется отверстие.

Плазменно-дуговой способ

В этом случае усилие воздействия плазмы на металл сильнее за счет сверхвысокого нагрева, ускорения ионов газом, вихревого движения потока и прямого контакта с электрической дугой.

Температура находится в пределах: 5000-30000 0C. Значение параметра зависит от давления газа и особенностей материала: толщины, твердости, состава. Низкотемпературный режим устанавливают для цветных металлов. В настройках указывают верхний предел, когда раскраивают тугоплавкую сталь.

Плазменно-дуговым способом разрезают любой материал, который обладают свойством проводить электрический ток, в том числе, толстые заготовки.

В обоих методах операция начинается с размещения детали в рабочей зоне (между электродами). Сопло резака строго перпендикулярно направляют на металл. Расстояние от изделия до источника энергии указано в технологической карте.

При плазменно-дуговой технологии анодом служит электрод плазматрона, а катодом — токопроводящий металл. При подаче питания насос нагнетает в рабочую полость сжатый газ, который при контакте с электродом нагревается и ионизируется (становится токопроводящим). Между анодом и катодом возникает электрическая дуга, металл расплавляется.

Качество резки плазменно-дуговым способом

Точность соблюдения размеров и качество кромок детали определяется скоростью движения потока элементарных частиц, составом газа, формой отверстия, толщиной материала.

При плазменно-дуговой резке скорость потока ионов достигает 500–1500 м/с. Меньшее значение устанавливают для заготовок из толстого материала заготовку, или когда формируют сложный контур.

При движении по прямой линии и криволинейной траектории энергозатраты отличаются. Во втором случае плазмотрон работает интенсивнее, скорость меньше. Ускорять процесс нельзя, снижается качество. Численное значение параметра определяется свойствами материала и общей продолжительностью процесса.

Цветные металлы обрабатывают в среде неактивного газа: азота, водорода, аргона. При раскрое черных железоуглеродистых сплавов используют сжатый воздух или кислород. В некоторых случаях, — водяной пар.

Ширина реза зависит от скорости движения рабочего устройства, диаметра сопла плазмотрона, силы тока, толщины и свойств материала.

При серийном выпуске продукции главную роль играет производительность оборудования. В бытовых агрегатах (с током 60-70 А, предназначенных для заготовок толщиной до 20 мм) средняя скорость перемещения равна 390-420 м/ч.

Аналогичный показатель промышленных установок, которые работают при силе тока 160-200 А: для листов толщиной 10 мм из алюминия — 300-400 м/ч, меди и нержавеющей стали — 80-150 м/ч. Средняя скорость для перечисленных металлов толщиной 60 мм (соответственно): 20 м/ч, 6-7 м/ч и 12 м/ч.

Это основные особенности технологии плазменного раскроя. Подробную информацию о нюансах процесса узнавайте у консультанта “НПО “ГКМП” по телефону: +7(495) 150-14-50. Обращайтесь!