Установки плазменной резки

3 Устройства для ручной плазменной резки металлов

Они состоят из плазмотрона, источника питания, набора кабелей и шлангов, с помощью которых производится соединение плазмотрона с источником питания и газовым баллоном или компрессором. Плазмотрон (плазменный резак) – главный элемент такого оборудования. Иногда по ошибке так называют весь аппарат. Возможно, это обусловлено тем, что применяемые для плазмореза источники питания не отличаются от подобных им устройств и могут использоваться вместе со сварочным оборудованием. А единственным элементом, который отличает плазменный аппарат от другого устройства, и является плазмотрон. Его основные составляющие:

• сопло;
• электрод;
• термостойкий изолятор, расположенный между ними.

Плазмотрон – это оборудование, которое энергию электрической дуги преобразует в тепловую энергию плазмы.Внутри его корпуса имеется цилиндрическая камера с выходным каналом (соплом) очень маленького диаметра. В тыльной части камеры установлен электрод, который служит для образования электрической дуги. Сопло отвечает за скорость и форму потока плазмы. Аппарат ручной плазменной резки применяется для раскроя металла вручную – оператор держит плазмотрон в руках и ведет его над линией реза.

Так как рабочий инструмент находится все время на весу, и поэтому может быть подвержен перемещениям из-за непроизвольных движений исполнителя, это неизменно отражается на качестве раскроя. Рез может быть неровным, с наплывами, следами рывков и так далее. Для облегчения и улучшения качества работы существуют специальные подставки, упоры, надеваемые на сопло плазмотрона. Они позволяют поставить оборудование непосредственно на заготовку и вести его вдоль линии реза. Зазор между металлом и соплом в этом случае всегда будет соответствовать предъявляемым требованиям.

При ручной резке плазмообразующим и защитным (для охлаждения сопла и удаления продуктов резки) газом может быть воздух или азот. Они подаются от магистрали, баллона или встроенного в оборудование компрессора.

Переделка из инверторного аппарата

Правильно собрать плазморез из сварочного инвертора своими руками можно, тщательно изучив принципы изготовления, купив все нужные детали.

Чертеж плазмореза на основе инвертора

Самодельные устройства рекомендуется собирать по типовым схемам, например на основе аппарата АПР-91. Необходимо четко придерживаться готовых чертежей. Это поможет правильно установить все конструктивные элементы, сделать работоспособное устройство.

Схема и изготовление осциллятора

Блок используется для генерации высокочастотных токов. Он функционирует в импульсном или непрерывном режиме. Осциллятор помогает быстро подготовить резак к работе.

Электрическая схема этого узла включает в себя:

• преобразователь (выпрямитель);
• ряд конденсаторов;
• блок питания;
• управляющие элементы;
• импульсный модуль;
• датчик напряжения.

Необходимые детали и возможность их самостоятельного изготовления

Для изготовления плазмореза требуется мощный источник питания. Лучший вариант — сварочный инвертор, выдающий стабильное напряжение.

Также потребуются следующие компоненты:

1. Блок питания. Для формирования этого узла используют сварочный инвертор, работающий с постоянным током. Переделывать его не нужно: устройство обладает всеми необходимыми для работы параметрами.
2. Плазмотрон. Этот компонент рекомендуется покупать в готовом виде, создавать его самостоятельно сложно.
3. Осциллятор. Устройство паяют по простой схеме. Однако людям, не разбирающимся в электротехнике, рекомендуется приобретать модуль в готовом виде.
4. Компрессор. Для самодельного агрегата подойдет любая деталь, например от краскопульта.
5. Кабель-шланг. Этот элемент можно сконструировать из кислородного шланга и стандартного провода. Однако желательно приобрести готовый набор, включающий все необходимые компоненты.
6. Кабель массы. Снабжается зажимом для фиксации на разрезаемой детали.

Процесс сборки плазмореза

Для подготовки оборудования к использованию плазмотрон соединяют с компрессором и инвертором.

Для этого потребуются кабель-пакеты, с которыми работают так:

1. Провод подачи электрического тока применяют для соединения электрода с инверторным сварочным аппаратом.
2. Воздушный шланг подключают к плазменной горелке и компрессору. В результате из воздушного потока должна образовываться струя плазмы.

О дальнейшей эксплуатации

Разрезаемый металл расплавляется только в точках воздействия, поэтому важно следить за перемещением потока. При смещении воздушно-плазменной струи качество работы ухудшается

Для соблюдения важного требования применяют тангенциальный способ подачи газа в камеру сопла.

Во время резки контролируют следующие показатели:

1. Скорость движения воздуха. Она не должна резко повышаться. Качественный срез получается, если параметр составляет 800 м/с.
2. Силу тока, подаваемого инвертором. Она должна составлять не более 250 А.

1 Особенности аппаратов и технологии плазменной резки

Плазменная резка – термический процесс разделительной обработки материалов, происходящей за счет их плавления. В качестве режущего исполнительного инструмента используется струя низкотемпературной плазмы, которую получают следующим образом. Между электродом плазменного аппарата и его соплом или разрезаемым металлом создается электрическая дуга, температура которой достигает 5000 °С.

Затем в сопло подается под давлением газ, что приводит к повышению температуры электрической дуги до 20 000 °С, в результате чего газ ионизируется и преобразуется в низкотемпературную плазму (высокотемпературный газ). Ионизация при нагреве от дуги возрастает, что ведет к повышению температуры газовой струи до 30 000 °С. При этом поток плазмы ярко светится, обладает высокой электропроводностью, проистекает из сопла со скоростью 500–1500 м/с, попадая на заготовку, локально ее разогревает и плавит в месте реза.

Для получения плазмы используют следующие газы:

• воздух;
• кислород;
• азот;
• водород;
• аргон;
• водяной пар.

Охлаждение сопла и удаление с поверхности реза расплавленных частичек материала осуществляется потоком газа или жидкости. Толщина разрезаемого плазменными установками металла может достигать 200 мм.

Эта технология крайне редко используется в быту, зато получила широкое распространение в различных промышленных отраслях. Плазменным аппаратом можно качественно, быстро, легко разрезать любой металл и другие материалы – пластик, камень. Благодаря этому, его используют в судостроении, машиностроении, коммунальной сфере, для ремонта техники, изготовлении рекламы и многого другого. Получаемый срез всегда аккуратный, ровный и красивый.

Виды плазменной резки

Плазменная резка металла бывает нескольких видов:

1. Простая. При таком способе используется электрический ток и воздух. Длина электрической дуги во время такого процесса ограничена, поэтому при толщине листа в несколько миллиметров обработка поверхностей сравнивается с резкой лазером. Простой способом применяется для обработки только мягкой или низколегированной стали. При разрезе материала заусенцы не образовываются, кромка остается ровной. Иногда вместо воздуха может применяться азот.

2. С применением воды. Во время резки вода используется для охлаждения плазмотрона и защиты среза от негативного влияния окружающей среды. Кроме этого, водой поглощаются все вредные испарения.

3. С использованием защитного плазмообразующего газа. Срез во время такой резки защищен от окружающей среды, поэтому качество разрезания металла увеличивается.

Также резать металл можно с помощью дуги или струи. В первом случае обрабатываемый материал является частью цепи, во втором – дуга образовывается между электродами.

Суть плазменной резки

Плазменная резка предполагает локальный нагрев металла в зоне разделения и его дальнейшее плавление. Такой значительный нагрев обеспечивается за счет использования струи плазмы, формируют которую при помощи специального оборудования. Технология получения высокотемпературной плазменной струи выглядит следующим образом.

• Изначально формируется электрическая дуга, которая зажигается между электродом аппарата и его соплом либо между электродом и разрезаемым металлом. Температура такой дуги составляет 5000 градусов.
• После этого в сопло оборудования подается газ, который повышает температуру дуги уже до 20000 градусов.
• При взаимодействии с электрической дугой газ ионизируется, что и приводит к его преобразованию в струю плазмы, температура которой составляет уже 30000 градусов.

Полученная плазменная струя характеризуется ярким свечением, высокой электропроводностью и скоростью выхода из сопла оборудования (500–1500 м/с). Такая струя локально разогревает и расплавляет металл в зоне обработки, затем осуществляется его резка, что хорошо видно даже на видео такого процесса.

В специальных установках для получения плазменной струи могут использоваться различные газы. В их число входят:

• обычный воздух;
• технический кислород;
• азот;
• водород;
• аргон;
• пар, полученный при кипении воды.

Технология резки металла с использованием плазмы предполагает охлаждение сопла оборудования и удаление частичек расплавленного материала из зоны обработки. Обеспечивается выполнение этих требований за счет потока газа или жидкости, подаваемых в зону, где осуществляется резка. Характеристики плазменной струи, формируемой на специальном оборудовании, позволяют произвести с ее помощью резку деталей из металла, толщина которых доходит до 200 мм.

Устройство и принцип действия плазменной резки

Аппараты плазменной резки успешно используются на предприятиях различных отраслей промышленности. С их помощью успешно выполняется резка не только деталей из металла, но и изделий из пластика и натурального камня. Благодаря таким уникальным возможностям и своей универсальности, данное оборудование находит широкое применение на машиностроительных и судостроительных заводах, в рекламных и ремонтных предприятиях, в коммунальной сфере. Огромным преимуществом использования таких установок является еще и то, что они позволяют получать очень ровный, тонкий и точный рез, что является важным требованием во многих ситуациях.

Виды плазморезов

Понимая принцип работы плазмореза и его устройство, рассмотрим разновидности оборудования. Это поможет определиться с деталями выбора под конкретные задачи на производстве.

Плазморезы по типу резки

Плазморезы бывают ручными и автоматическими

Это важно учесть при выборе, чтобы оборудование подходило под предстоящие процессы

Плазморезы для ручной резки

Применяются для работы с небольшими сечениями 1-10 мм. Это актуально для гаража и небольшой мастерской, где изготавливаются двери, ворота, калитки, мангалы. Им удобно прорезать скважины, вырезы под замки и петли, кроить заготовки под полотна и гнутые короба. Оборудование подороже способно прорезать 10-30 мм.

Это расширяет сферу использования и подходит для вырезания заготовок под последующую механическую обработку на производстве (изготовление фланцев, валов, порезка труб и т. д.). Такие установки мобильны и удобны.

Плазморез для ручной резки.

Плазморез для автоматической резки

Используются с режущими головками, перемещаемыми на кронштейнах портального или консольного типа. Управляются с ЧПУ. Могут одновременно вести резку сразу 2-4 головками. Подходят для кроя деталей, габаритами от 1х1 до 3х30 м. Нуждаются в достаточном месте и сложны при транспортировке.

Станок для плазменной резки.

Плазморезы по типу используемого газа

Для работы плазмореза необходим воздух, чтобы ионизироваться в электрической дуге. Здесь различаются два типа оборудования:

Плазморезы на сжатом воздухе

Бытовой и полупрофессиональный класс. Стоят дешевле, просты в управлении (регулируется только сила тока), универсальны. Совсем маленькие аппараты рассчитаны на крой сечения до 10 мм. Более мощные справятся с 12-25 мм. Главным плюсом является недорогое обслуживание (цена сопел, единоразовая покупка компрессора). В последствии ничего дорогостоящего докупать не придется.

Плазморезы на аргоне, кислороде, азоте или их смесях

Применяются на крупных станках по плазменной резке. Нуждаются в продолжительных настройках, зато способны выполнять рез быстрее, точнее и сложнее. Необходимо регулярно тратиться на закупку баллонов с газом. Такой тип подходит для крупных предприятий с большим объемом выпускаемой продукции.

Станок для плазменной резки на аргоне.

Плазморезы по типу поджига дуги

Еще плазморезы делятся по способу возбуждения электрической дуги:

• Контактные. Этот тип поджига встречается в бытовых инверторах. Соплом плазмотрона необходимо коснуться изделия, к которому подсоединена масса. Простая конструкция горелки реже ломается, но сопло быстрее покрывается окалинами.
• Пневматические. Образуют дугу самостоятельно при подаче газа (без касания об изделие). Это удобно для частого перемещения и выполнения мелких резов. Экономит ресурс сопла и повышает производительность.
• Высокочастотные (HF). Самый комфортный тип поджига, достигаемый за счет осциллятора. Дуга возбуждается высокочастотным импульсом, между катодом и анодом в сопле. При подносе к изделию автоматически переходит в режущую. Тип поджига подходит для точного начала реза, чтобы на заготовке не осталось электрических следов.

Плазморезы по типу охлаждения

Воздушное

Применяется в бытовых и полупрофессиональны моделях. Тепло с горелки удаляется естественным путем в окружающий воздух. Внутри каналы остужаются благодаря подаче кислорода или инертного газа. В самом корпусе расположен вентилятор, обдувающий трансформатор и выпрямляющий блок. При работе потребуются периодические перерывы, чтобы не расплавить сопло.

Плазморез с воздушным охлаждением.

Жидкостное

Используется на промышленных версиях оборудования. В плазмотроне есть каналы, по котором, при помощи водяного насоса, циркулирует дистиллированная вода с этиловым спиртом. Это быстро забирает тепло и позволяет работать аппаратом без перерывов. Подходит для объемных задач или эксплуатации установки в две смены.

5 Принцип работы аппаратов для ручной плазменной резки

После того, как установка ручной плазменной резки собрана (произведены все подключения и соединения ее элементов), металлическую заготовку подсоединяют к аппарату (инвертору или трансформатору) предусмотренным для этого кабелем. Оборудование подключают к электросети, плазмотрон подносят к обрабатываемому материалу на расстояние до 40 мм и производят зажигание дежурной (инициирующей ионизацию) электрической дуги. Затем открывают подачу газа.

После получения плазменной струи, которая обладает высокой электропроводимостью, в момент ее соприкосновения с металлом образуется рабочая (режущая) электрическая дуга. Одновременно автоматически отключается дежурная. Рабочая дуга поддерживает непрерывность процесса ионизации подаваемого газа, образования плазменного потока. Если она по какой-то причине погаснет, то требуется прекратить подачу газа, заново включить плазменный аппарат и зажечь дежурную дугу, а после этого пустить газ.

Для чего нужен трансформатор

Источником питания плазменной дуги служит трансформатор с выпрямителем. От его мощности зависит сила тока и скорость реза металла, а от выходного напряжения толщина разрезаемого материала.

Обойтись без такого устройства нельзя по нескольким причинам:

• Трансформатор по самому принципу своей работы ограничивает ток во вторичной обмотке. При питании плазмотрона прямо от сети аппарат будет работать в режиме КЗ, поэтому ток реза и потребляемая мощность превысят любые допустимые величины.
• Сварочный аппарат при работе выполняет роль разделительного трансформатора. При подключении плазмотрона без него горелка и деталь окажутся под напряжением, что опасно для жизни людей.

Конструкция оборудования для ручной плазменной резки

Воздушно-плазменную резку применять выгодно и из экономических соображений, потому что она требует минимум электрического тока, минимум расходных материалов, и сравнительно недорого стоит.

Ручные установки для плазменного резания обладают множеством дополнительного оснащения для свободного передвижения и вариантов настройки:

• Специальные ручки,
• Подъемные ремни,
• Колеса для транспортировки,
• Легкий корпус.

Но в основе всех ручных плазменных устройств заложен плазмотрон, который является сложным сборочным узлом. В состав этого узла входят:

• Головка резака,
• Соединительные шланги,
• Форсунка,
• Роликовый упор,
• Электрод,
• Сопло, оснащенное защитным клапаном.

А что в обзоре плазморезов

На предприятиях различных отраслей используют:

• стационарные модели, среди них есть машины портального; шарнирного; консольного типа для резки металла при помощи плазмы;
• мобильные или переносные такого же предназначения (вертикальная плазменная резка), оборудованные системами ЧПУ.

Сегодня несложно сделать выбор плазменного станка, – есть много производителей, специализирующихся на изготовлении устройств подобного рода. Ассортимент представлен отечественными и зарубежными моделями. Назовем и кратко охарактеризуем хотя бы некоторые из них:

Установка PlasmaCut от российской компании Юнимаш ориентирована на то, чтобы ее применяли на предприятиях среднего и малого бизнеса. Источник плазмы Hypertherm – из числа наиболее технологичных, в наличии механизм FOCUT, осуществляющий контроль за высотой резака, мощные ШД. Управлять ним можно дистанционно, посредством USB и Ethernet, со стойки, на которой смонтирован пульт управления.

Станок IGNIS для плазменной резки с ЧПУ (Россия) представляет несколько модификаций – IGNIS 2500, 3000 и 6000 с разными габаритами, мощностью плазмообразующего источника и грузоподъемностью. Все они рассчитаны на применение при толщине металла 28 мм, имеют стабильный спрос и применимы в техническом оснащении небольших по масштабу работы мастерских, предприятий.

Powermax считается машиной уникальных свойств, способной выполнять плазменный раскрой изделий, различных по виду и форме.

PlasmaBox – отличный станок из серии многокоординатных, имеет четыре ШД, работающих с разными мощностями.

РВ 6000, РМ 3000, PS 2500 – агрегаты, выполняющие нарезку заготовок с разной длиной и толщиной.

Все эти высокопроизводительные станки пользуются системой ЧПУ фирмы AMN.  В некоторых моделях для применения в промышленности, плазмотрон охлаждается принудительно под воздействием жидкости, у остальных охлаждение – естественное воздушное.

Следует также сказать, что слабое место станков с программным управлением – уязвимость для воздействия электромагнитного излучения. Это делает устройства с ЧПУ требовательными к способу поджига электрической дуги. Наиболее безопасный вариант – пневмоподжиг, иногда обозначаемый в названиях моделей аппаратов как PN. Главная особенность пневмоподжига – подвижный электрод, который в нужный момент придвигается к соплу. За счет уменьшения расстояния для возбуждения дуги не требуются высокочастотные импульсы и помехи на электронику минимизируются. Сегодня на рынке представлено не так много аппаратов с пневмоподжигом, например, он реализован в плазморезе Triton CUT 100 PN CNC.