Основы плазменной резки


Воздушно-плазменная резка на аппарате Tomahawk 375Вам нужен инструмент резки для периодического ремонта и обслуживания? Вы начали новый проект, который предполагает большие объемы резки металлов? Или Вам нужна альтернатива механической пиле? В таких случаях мы советуем обратить внимание на возможности плазменной резки. Учитывая падающую стоимость и широкое предложение устройств и технологий плазменной резки, резка металлов стала значительно проще, доступнее и эффективнее. Преимущества плазменной резки включают простоту в эксплуатации, высокое качество и скорость реза.

Что такое плазменная резка?

Процесс плазменной резки основан на использовании высокоскоростного потока ионизированного газа, поступающего из сужающегося отверстия. Этот ионизированный газ, т. е. плазма, служит проводником электричества от плазменной горелки к рабочему изделию. Плазма нагревает рабочее изделие и плавит материал. Кроме этого высокоскоростной поток ионизированного газа механически сдувает расплавленный металл и тем самым разделяет материал.

Каковы преимущества плазменной резки перед кислородно-газовой?

Плазменная резка подходит для любых токопроводящих металлов – например, углеродистой стали, алюминия и нержавеющей стали. В случае углеродистой стали резка отличается большей скоростью и шириной отверстий по сравнению с легированной.

Кислородно-газовая резка основана на сгорании, или окислении, металла. Следовательно, она применима только к стали и другим черным металлам, которые вступают в реакции окисления. Такие металлы, как алюминий и нержавеющая сталь, при этом образуют оксид, который замедляет и останавливает дальнейшее окисление, что делает традиционную кислородно-газовую резку невозможной. Плазменная резка не зависит от процесса окисления и поэтому также подходит для алюминия, нержавющей стали и любых других токопроводящих материалов.

Хотя для плазменной резки пригодны различные газы, сегодня для этого чаще всего используется сжатый воздух. Сжатый воздух легкодоступен и поэтому плазма не требует использования горючего газа и сжатого кислорода.

Для новичков плазменная резка обычно проще в освоении, а в случае тонкопрофильных материалов плазменная резка значительно быстрее кислородно-газовой резки. Однако для плазменной резки стали большого сечения (2,5 см и больше) требуются источники питания очень высокой мощности. Поэтому для таких случаев больше подходит традиционная кислородно-газовая резка, которая вдобавок в таких условиях обеспечивает большую скорость резки.

Для чего можно использовать плазменную резку?

Плазменная резка идеально подходит для резки стали и цветных металлов толщиной менее 2,5 см. Кислородно-газовая резка требует, чтобы для поддержания процесса окисления оператор тщательно контролировал скорость резки. Плазма в этом отношении более неприхотлива. Плазменная резка особенно хорошо подходит для некоторых узкоспециализированных задач, например, резки растянутых металлических пластин, что почти невозможно в случае кислородно-газовой резки. Если сравнивать с механической резкой, плазменная резка отличается значительно большей скоростью и пригодностью для нелинейной резки.

Какие ограничения имеет плазменная резка? В каких случаях предпочтительна кислородно-газовая резка?

Системы плазменной резки обычно имеют большую стоимость. Кислородно-газовые устройства не требуют доступа к сети питания и баллонам сжатого воздуха, что оказывается более удобно для некоторых пользователей. Кислородно-газовая резка больше подходит для резки изделий большого сечения (>2,5 см), так как в таких условиях она имеет большую скорость по сравнению с плазменными системами.

На что обратить внимание при покупке системы плазменной резки?
Если Вы приняли решение о покупке системы плазменной резки, помните о следующем:

1. Определите, металл какой толщины Вам нужно будет разрезать
Один из самых важных факторов, который Вам нужно определить – это толщина металла. Мощность большинства систем плазменной резки рассчитывается на основе производительности резки и силы тока. Следовательно, если чаще всего Вам приходится разрезать материал толщиной 6 мм, Вам подойдет устройство низкой мощности. Для резки металлов толщиной более 1,2 см нужен аппарат большей мощности. Даже если для этого подойдет менее мощная система, она не сможет обеспечить достаточное качество резки. Вместо этого разрез будет едва достигать другой стороны пластины и оставлять окалину и шлак. Для каждой системы существует оптимальный диапазон толщины материала – убедитесь, что он будет соответствовать Вашим задачам. Как правило, системы для резки по толщинам около 6 мм имеют мощность около 25А, 12 мм – 50-60А, 19-25 мм – 80А.

2. Выберите оптимальную скорость резки
Как будет проходить резка – в условиях производства или более свободной обстановке, где не так важна скорость? При покупке системы плазменной резки производитель должен предоставить информацию о скорости резки по различным толщинам, которая обычно указывается в сантиметрах в секунду. Даже если чаще всего Вам приходится заниматься резкой по небольшим толщинам (около 6 мм), более мощное устройство позволит провести резку быстрее. Опыт показывает, что для резки на производстве лучше всего выбирать устройства, которые позволяют вести резку по толщинам примерно в два раза больше обычной. Например, для того, чтобы быстро и качественно выполнять продолжительную резку стали толщиной 6 мм, рекомендуется использовать систему с максимальной глубиной резки 1,2 см (мощностью 60А).

Если Вы планируете продолжительную автоматическую резку, обязательно узнайте о рабочем цикле аппарата. Рабочий цикл обозначает, как долго можно вести непрерывную резку до перегрева аппарата или горелки. Рабочий цикл обозначают в виде доли 10-минутного периода. Например, рабочий цикл 60% при 50А означает, что вы можете вести непрерывную резку с мощностью 50А на протяжении 6 минут каждые 10 минут. Чем больше рабочий цикл, тем меньше время простоя.

3. Поддерживает ли устройство альтернативные методы зажигания дуги, помимо высокочастотного?
В большинстве систем плазменной резки используется высокочастотная вспомогательная дуга, которая служит для образования электрического контура в воздухе. Тем не менее, высокочастотный ток может вызывать помехи в работе компьютеров и другого офисного оборудования. Поэтому альтернативные методы зажигания, которые позволяют избавиться от потенциальных проблем из-за высокогочастотного тока, могут оказаться более предпочтительными.

Например, метод зажигания точечным касанием электрода предполагает использование форсунки с постоянным током обратной полярности, внутри которой расположен электрод с током прямой полярности. Сначала форсунка и электрод соприкасаются. При нажатии триггера горелки между электродом и форсункой возникает электрический ток. После этого электрод отводят от форсунки, из-за чего образуется вспомогательная дуга. Когда вспомогательная дуга приближается к рабочему изделию, она преобразуется в режущую. Это преобразование вызывается разностью потенциалов форсунки и рабочего изделия.

4. Сравните стоимость и срок службы изнашивающихся деталей
Горелки плазменной резки имеют множество изнашивающихся деталей, которые требуют регулярной замены. Поэтому постарайтесь найти производителя, который предлагает устройства с минимальным числом изнашивающихся деталей. Чем их меньше, тем меньше придется тратить на их замену.

Срок службы деталей должен быть указан в спецификациях от производителя. При этом учтите, что некоторые производители указывают эти данные в виде числа разрезов, а другие – числа зажиганий дуги.

5. Проведите испытания и оцените качество резки
Проведите пробные испытания нескольких устройств с одной и той же скоростью сварки и одинаковой толщиной материала, чтобы сравнить качество резки. При этом не забудьте убедиться в отсутствии окалины с нижней стороны пластины и том, что линия разреза расположена под заданным углом.

Горелка должна образовывать сфокусированную, жесткую дугу. Изнашивающиеся детали от Lincoln Electric специально разработаны так, чтобы сконцентрировать поток плазмы и собрать энергию в одной точке.

Также в качестве теста во время резки можно приподнять горелку над пластиной. Проверьте, насколько высоко Вы сможете поднять горелку до того, как разомкнется дуга. Длинная дуга означает большее напряжение и возможность резки по пластинам большой толщины.

6. Преобразование от вспомогательной к режущей и от режущей к вспомогательной дуге
Преобразование от вспомогательной к режущей дуге происходит в тот момент, когда она приближается к рабочему изделию. Это зависит от разницы потенциалов форсунки и рабочего изделия. Обычно для создания этой разницы в используется большой резистор в контуре вспомогательной дуги. Она непосредственно влияет на максимальное расстояние, на которое может распространяться дуга. После того, как вспомогательная дуга переместится на рабочее изделие, с помощью переключателя (реле или транзистора) включается токовая цепь.

Поэтому Вам нужно устройство, которое обеспечит быстрый переход от вспомогательной к режущей дуге на большом расстоянии от рабочего изделия. Такие модели «прощают» ошибки оператора и лучше подходят для строжки. Хороший способ проверить характеристики трансфера – провести резку растянутого металла или просечно-вытяжной стали. В таких случаях дуга должна очень быстро преобразовываться из вспомогательной в режущую и обратно. При этом часто рекомендуют использовать только силу тока вспомогательной дуги.

7. Проверьте поле обзора
Во время работы оператор должен хорошо видеть зону работ. Особенно это касается фигурной резки. Поле обзора зависит от геометрии горелки – маленькие, компактные горелки и удлиненные форсунки упрощают наблюдение за ходом резки. 

8. Портативность
Многие клиенты используют свои системы плазменной резки для нескольких задач, из-за чего им часто приходится перемещать аппарат по территории предприятия или даже перевозить его на другие заводы. Легкое, портативное устройство и средство транспортировки – например, тележка или наплечный ремень – могут это значительно упростить. Кроме того, в случае ограниченного пространства полезно иметь компактную модель.

Также удобно, когда устройство имеет место для хранения кабелей, горелок и изнашиваюихся деталей. Это значительно упрощает перевозку аппарата, потому что в противном случае такие аксессуары часто волокутся по земле и теряются. 

9. Надежность
Для работы в тяжелых промышленных условиях нужны надежные устройства с защитой элементов управления. Например, защищенные соединения и разъемы горелок меньше изнашиваются. Некоторые модели также включают защитную решетку вокруг воздушного фильтра и других внутренних узлов. Эти фильтры имеют большое значение, так как они удаляют из сжатого воздуха масло и влагу, которые могут приводить к возниканию дуговых разрядов. Соответственно, эти фильтры важно защищать от повреждений. 

10. Выясните, насколько легко и комфортно пользоваться аппаратом
Выбирайте системы с большой удобочитаемой панелью управления. Такая панель позволяет пользоваться аппаратом даже тем, кто никогда не занимался плазменной резкой. Кроме того, работу с аппаратом значительно упрощают нанесенные инструкции на корпусе. 

Удобно ли Вам держать в руке горелку? Она должна быть удобной и эргономичной. 

11. Функции безопасности
По возможности выбирайте модели с предохранительным датчиком наличия форсунки. Оно не позволит устройству работать без установленной форсунки. Некоторые системы безопасности можно обмануть и заставить «думать», что форсунка на месте, хотя это не так. Если при этом включить питание, оператор подвергнется риску поражения током напряжением 300В. Это невозможно при наличии датчика Lincoln. 

Некоторые модели также имеют функцию предупреждения о включении горелки до зажигания дуги. Например, устройство может подать звуковой сигнал за три секунды до включения горелки, чтобы оператор успел убрать от нее все части тела.

 Система плазменной резки Tomahawk 625

Как пользоваться системой плазменной резки максимально эффективно?
После того, как Вы выбрали подходящую систему плазменной резки, Вы можете повысить качество резки с помощью следующих подсказок:

1. Процедура настройки
Перед началом работы убедитесь в выполнении следующих условий:

Подача чистого сжатого воздуха без частиц влаги и масла. Быстроизнашивающиеся детали и черные отметины на пластине могут указывать на загрязненный воздух
Правильное давление воздуха – оно показано на индикаторах устройства
Правильная установка форсунки и электрода
Рабочий зажим надежно зафиксирован на чистой строне рабочего изделия

2. Техника безопасности
Во время работы необходимо соблюдать технику безопасности. Прочтите руководство по эксплуатации. Вы должны хорошо понимать, как работает аппарат. Во время резки рекомендуется носить длинные рукава и перчатки, так как при этом образуются брызги расплавленного металла. Для защиты глаз необходимо пользоваться затемненными очками или сварочным щитком. Обычно при этом используются степени затемнения от 7 до 9. Также соблюдайте все приведенные в инструкции советы и рекомендации по технике безопасности.

3. Прожигание рабочего изделия
Многие начинающие пользователи ведут резку вертикально вниз перпендикулярно рабочей поверхности (под углом 90°). Из-за этого расплавленный металл сдувается обратно в горелку. Более эффективный метод – наклонить металл под углом (60° по горизонтали, 30° по вертикали) и затем повернуть горелку вертикально. Таким образом расплавленный металл будет сдуваться в сторону от горелки.

4. Не прикасайтесь форсункой к рабочему изделию
Не касайтесь форсункой рабочей поверхности при силе тока более 45А. Это значительно сокращает срок службы форсунки, так как через нее проходит двойная дуга. Двойная дуга и повышенный износ также могут возникать, если перемещать горелку непосредственно по трафарету.

5. Новички должны пользоваться насадкой для контактной резки
Многие системы имеют изолированную насадку, которая защелкивается на форсунке. Благодаря ней горелку можно прислонить к изделию и плавно перемещать по поверхности, создавая ровный разрез.

6. Правильная скорость резки
При правильной скорости резки поток расплавленного металла должен выходить с нижней стороны пластины под углом 15-20°. При слишком низкой скорости будет возникать окалина, которая представляет собой скопление расплавленного металла с нижней стороны разреза. Окалина также может возникать и при слишкой высокой скорости перемещения, потому что тогда у дуги не будет достаточно времени на полное проплавление металла. Другими словами, слишком большая или малая скорость приведет к падению качества резки. Окалину из-за низкой скорости резки можно узнать по простоте удаления. Обычно ее можно снять рукой, в то время как для удаления окалины, образующейся при слишкой высокой скорости резки, требуется шлифовка.

7. В начале работы увеличьте мощность на максимум
Сначала задайте максимальную мощность аппарата, а затем снизьте ее до наиболее эффективной. Чем выше мощность, тем обычно лучше, особенно при высокоточной резке или необходимости в небольшом разрезе.

8. Сократите длительность горения вспомогательной дуги
Из-за повышенного износа деталей горелки необходимо максимально сократить время горения вспомогательной дуги. Для этого перед включением плазменную горелку нужно поместить непосредственно возле рабочего изделия.

9. Поддерживайте постоянное расстояние до рабочего изделия
Оптимальное расстояние между горелкой и рабочим изделием составляет 3-5 мм. Колебания горелки вверх и вниз только затруднят резку.

10. Ведите резку в наиболее подходящем направлении
Если Вам нужно создать разрез в виде окружности и использовать внутреннюю круглую деталь, горелку необходимо перемещать по часовой стрелке. Если Вам нужна внешняя часть заготовки, из которой был вырезан круг, нужно перемещаться против часовой стрелки.

Так как Вы направляете горелку от себя, более высокое качество реза и более ровные края будут с правой стороны по направлению резки.

11. Наклоняйте горелку в направлении, противоположном направлению сварки
При резке материалов большой толщины при приближении к последнему сегменту материала горелку можно немного повернуть, чтобы направить поток плазмы в направлении, противоположном направлению резки. Таким образом вначале будет прорезана нижняя часть детали и не образуется уголок, который обычно остается при резке пластин большой толщины. Последний сегмент разреза нельзя отламывать постукиванием горелки.

Подобрав подходящую модель для своей задачи и овладев некоторыми приемами профессиональной резки, Вы сможете выполнить любой проект. Помните, что плазменная резка обладает множеством преимуществ и позволяет наладить высокопроизводительную и качественную резку металла.