Плазменная резка — технология обработки материалов с помощью струи плазмы в качестве режущего инструмента, которая имеет массу преимуществ и получила широкое распространение при производстве металлоконструкций.
При проведении процесса между электродом и соплом плазмотрона возникает электрическая дуга, а в сопло подается газ, давление которого составляет несколько атмосфер. Электрическая дуга превращает этот газ в струю плазмы, температура которой составляет от 5000 до 30000 градусов, а скорость — от 500 до 1500 м/с. При таких показателях толщина металла, подвергаемого резке, может доходить до 200 мм. Первое зажигание дуги происходит при подаче высоковольтного импульса или благодаря короткому замыканию, которое возникает между форсункой и металлом. Известно, что форсунки, подающие воздух, надежнее форсунок с охлаждением жидкостью, и поэтому первые используются в мощных установках и позволяют получить отличное качество резки.
Основные преимущества процесса:
- позволяет обрабатывать любые металлы — черные, цветные, тугоплавкие сплавы и т. д.;
- значительно повышает скорость обработки металлов малой и средней толщины;
- нагрев разрезаемой заготовки получается небольшим и локальным, что исключает возможность тепловой деформации;
- позволяет достичь высокой чистоты поверхности;
- безопасна в процессе работы, так как при плазменной резке не используются баллоны со сжатыми горючими газами;
- позволяют выполнять вырезки сложной конфигурации.
Основные ввиды:
- плазменно-дуговая;
- резка плазменной струей.
Плазменно-дуговая резка подразумевает горение дуги между неплавящимся электродом и разрезаемым металлом. В этом случае дуга совмещена со струей плазмы, которая возникает при нагреве и ионизации газа. Для резки применяется мощность одного из пятен дуги, плазмы и факела столба.
Процесс осуществляется дугой, которая возникает между электродом и наконечником аппарата для плазменной обработки материалов. При этом элемент, подвергающийся обработке, исключается из электрической цепи. В этом случае часть плазменного столба превращается в высокоскоростную плазменную струю, которая и используется для резки.
Отмечается, что первый тип резки более эффективен и чаще применяется для обработки металлов. Резка плазменной струей используется в основном при необходимости обработки неметаллических материалов.
Особенности технологии
Резка металла плазмотроном применяется при обработке алюминия и его сплавов толщиной до 120 мм, меди толщиной до 80 мм, чугуна толщиной до 90 мм, различных видов легированных и углеродистых сталей, толщина которых не превышает 50 мм.
Перед подачей струи плазмы резак плазмотрона необходимо поднести очень близко к материалу, который будет подвергаться обработке. После включения плазмотрона возникает дежурная дуга, после чего возникает режущая дуга, которая и осуществляет разрезание металла. В процессе обработки наконечник резака должен оставаться на неизменном расстоянии от поверхности. Дуга при этом направляется вниз под прямым углом к листу. Резак проходит вдоль намеченной линии разреза с такой скоростью, чтобы искры были видны с обратной стороны поверхности. В противном случае металл не будет разрезан до конца. Такая же проблема может возникнуть при недостатке силы тока, слишком быстром перемещении резака над обрабатываемой поверхностью или же отклонениями струи от поверхности.
Для того, чтобы получить разрез без окалины и избежать деформации обрабатываемого материала, наиболее важны скорость резки и сила тока. Для лучшего их подбора рекомендуется произвести пробные пробивные разрезы при более высоких показателях силы тока, уменьшив их до необходимой величины в зависимости от скорости движения струи. Если сила тока и скорость не соответствуют необходимым показателям, металл перегревается, а на краях разреза образуется окалина.
В зависимости от того, какой металл или сплав подвергается плазменной резке, используются различные газы. Например, при плазменной нарезке алюминия толщиной 5–20 мм, необходимость которой часто возникает на производстве, выполняется с использованием азота. Если толщина материала достигает 100 мм, используются азотно–водородные смеси, а при толщине свыше 100 мм — аргоново–водородные смеси. В последнем случае применяются плазмотроны, в которых предусмотрена дополнительная стабилизация дуги при помощи сжатого воздуха. Если же резка алюминия и его сплавов производится ручным методом, горение дуги обеспечивается газовой смесью с содержанием водорода не более 20%.
При заготовке деталей для механической обработки используется воздушно–плазменная резка алюминия. Оптимального качества работ удается достичь при обработке металла толщиной до 20 мм и при силе тока в 200 А.
Резка меди и медных сплавов производится с применением аргонно–водородной смеси или азота, если толщина обрабатываемых изделий не превышает 15 мм. Для обработки меди повышают мощность дуги, так как этот материал имеет более высокую теплопроводность и теплоемкость по сравнению с алюминием. Латунь разрезают на более высокой скорости перемещения резака и применяют те же воздушные смеси, что и для обработки меди.
Резка плазмотроном высоколегированных сталей лишь в случае, если толщина обрабатываемой поверхности не превышает 100 мм. Для изделий большей толщины используются другие технологии — например, кислородно–флюсовая резка. Если толщина металла составляет 50–60 мм, применяется воздушно–плазменная резка или ручная резка с использованием азота. При большей толщине рекомендуется проводить резку в газовой смеси азота с кислородом.
Обработка нержавеющей стали происходит в азоте или азотно–водородной смеси в зависимости от толщины металлической поверхности. В некоторых случаях рекомендуется использование сжатого воздуха.
Плазменная резка низкоуглеродистых сталей наиболее эффективна в сжатом воздухе (особенно для толщин до 40 мм). При толщинах свыше 20 мм разрезание может осуществляться в азоте и азотно-водородных смесях.
При плазменной резке углеродистых сталей целесообразно применять сжатый воздух, кислород или его смесь с азотом.