Толщина реза плазменной резки

Плазменная резка листового металла – разновидность термической обработки материалов, их разделение на части при помощи струи плазмы. В последние 15 лет  плазморезы используются не менее интенсивно, чем  гидроабразивные и лазерные устройства.

Свидетельством этому – активный покупательский спрос и множество позитивных отзывов  от профессионалов. Такие вопросы, как «что такое плазменная резка?» и «как она работает?»  могут возникнуть у начинающего сварщика.

Давайте найдем на них ответы и  разберемся, почему резка металла плазмой так популярна.

Что задействовано при резке плазменной струей

Толщина реза плазменной резкиплазменная резка металла

Оборудование для плазменной резки металла включает в себя:

  • Источник питания. Чтобы плазменная дуга в процессе резки работала стабильно и не разбрызгивала металл, источник питания преобразует переменный ток в постоянный, а также регулирует его силу.
  • Плазмотрон. Генератор плазмы состоит из электрода, изолированного от него сопла и механизма, которое закручивает плазмообразующий газ. Для качественной работы плазмотрону нужен защитный кожух.
  • Систему розжига дуги. Ее назначение – образовывать искру в плазмотроне, которая нужна для поджига плазменной дуги.

Виды плазменной резки

Современное оборудование для плазменной резки металла бывает двух разновидностей: ручное и механизированное (высокоточное).

Ручные системы преобразуют в плазму обычный воздух. Сила тока такого устройства – от 12 до 120 А. Минимальная толщина металла, которую может разрезать прибор на самых низких токах, составляет 3,2 мм.

Более технологичной разновидностью традиционных плазменных станков являются ручные механизированные. Они оснащены числовым программным управлением и предназначены для работ, которые требуют высокой производительности – например, для изготовления тяжелого промышленного оборудования. Сила тока — от 130 до 1000 А. Максимальная толщина разрезаемого материала – до 159 мм.

Высокоточные станки используются для очень качественной и быстрой резки с минимальным износом расходников. Отверстие сопла в таких аппаратах маленькое, что позволяет получить дугу с силой тока 40 -50 тысяч А на квадратный дюйм. Для выработки плазмы, кроме очищенного воздуха,  используются кислород, азот, смесь из аргона, азота и водорода. Максимальная толщина реза — 160 мм.

Как работает плазменная резка

Толщина реза плазменной резкиустройство плазменной резки

Плазма представляет собой ионизированный газ, который обладает электропроводностью и содержит в себе заряженные частицы. В качестве плазмообразующих могут использоваться активные газы (кислород или смесь газов — воздух)  и неактивные газы (водород, аргон, азот). Их нагревание и ионизация при помощи дугового разряда происходят в плазмотроне. Чем выше поднимется температура газа, тем больше он будет ионизирован. Температура плазменного потока достигает до 6000 градусов по Цельсию.

Чтобы осуществить плазменную резку пластин металла, сперва нужно их надежно закрепить на станке. Затем между обрабатываемым материалом и форсункой происходит короткое замыкание, в результате которого зажигается электрическая дуга. Чтобы зажечь основную дугу, может использоваться дежурная.

Она образуется при помощи осциллятора и имеет силу тока 25-60 А. Затем под большим давлением в сопло подается газ, который под воздействием электричества превращается в плазму, которая выходит из аппарата со скоростью 500 – 1500 м/с.

Технология плазменной резки металла предполагает, что металл в области разреза расплавляется и выдувается во время перемещения резака.

Толщина реза плазменной резкиплазмотрон

Знаете ли вы, что принцип плазменной резки металла несколько отличается для каждой из ее разновидностей? Это обстоятельство стоит учитывать, так как грамотный подбор инструментов и материала – залог энергоэффективности проводимых работ.

  • При ручной резке плазменной струей электрод и детали сопла, даже если источник питания отключен, соединены. Если нажать триггер, через этот контакт пойдет постоянный ток, который также запустит поток плазменного газа. Электрод и сопло разомкнутся только тогда, когда давление плазменного газа будет оптимальным. Затем возникнет электрическая искра, и под действием высоких температур образуется плазма. Электрический ток переместится на контур, охватывающий электрод и разрезаемый металл. Если триггер отпустить, подача тока и воздуха прекратится.
  • При высокоточной резке плазменной струей электрод и детали сопла не соприкасаются. Для их изоляции предназначен завихритель. Когда включается источник тока, начинается предварительная подача газа в плазмотрон. Вспомогательная дуга в это время служит для питания сопла (подключение к «+» потенциалу) и электрода (подключение к «-» потенциалу). Затем вырабатывается высокочастотная искра, и ток от электрода к соплу идет уже через образованную плазму. Плазменная струя начинает разрезание металла, и контур тока переходит от электрода на обрабатываемую поверхность. После этого источник тока устанавливает оптимальную силу тока, происходит регулировка потока газа.

Зная, как работает аппарат плазменной резки, а также специфику работ, которые вам предстоят, можно собрать устройство плазменной резки своими руками, благо инструкции для этого широко представлены на просторах интернета. Наиболее подходящий для преобразования механизм — сварочный инвертор. Бытовым плазморезом можно не только разрезать металл, но и произвести плазменную сварку.

Плазменная резка какого металла возможна

Толщина реза плазменной резкинарезанные плазмой заготовки

Плазменный резак может использоваться как для цветных металлов, так и для черных и их сплавов. В первом случае в качестве основы для плазмы используются неактивные газы, а во втором – активные. Толщина материалов, которые способен обработать плазменный резак, может достигать 220 миллиметров. С помощью плазмы можно резать и тонкие металлы.

Однако обратите внимание, что даже самые дорогостоящие плазморезы не могут гарантировать отсутствие скоса, конусность резки все равно будет составлять 2-4 градуса.

Аппарат плазменной резки может производить как раскраивание металлического листа по прямой линии, так и фигурную резку, в том числе сверление отверстий. Минимальный диаметр отверстий при этом не может быть меньше 1,5 – 2 толщин металлической заготовки.

Оборудование для плазменной резки металла

Механизмы для резки плазменной струей бывают двух типов. Инверторные эффективны в случае, если вам необходима высокая производительность, а толщина металла не превышает 30 мм. Трансформаторные имеют меньший КПД, однако с их помощью можно нарезать более толстые детали.

По степени мобильности оборудование можно условно разделить на три разновидности:

  • Ручные. Такая установка универсальна и компактна, но при этом потребляет много электроэнергии. Представляет собой коробку, оснащенную шлангом и горелкой.Толщина реза плазменной резкиручная плазменная резка
  • Портальные. Имеют вид станков с просторной рабочей поверхностью, на которой располагается разрезаемый материал. Для их размещения требуется много свободного пространства, а для работы – мощный источник электроэнергии.Толщина реза плазменной резкипортальная установка плазменной резки
  • Переносные. Разрезаемый металл укладывается в отсек, имеющий вид рамы с рейками.Толщина реза плазменной резкипереносная плазменная резка

Преимущества и недостатки резки плазмой

К очевидным преимуществам плазменно-дуговой резки можно отнести следующие:

  • Установки для плазменной резки имеют меньшую стоимость по сравнению с лазерными.
  • Плазморезка может справиться с толщиной металла, недостигаемой для лазера.
  • Нарезанию плазмой поддаются практически все металлы, проводящие ток (медь, сталь, латунь, чугун, титан и т.д).
  • Толщина реза плазменной установки зависит от типа станка и его наконечников. Аппараты с минимальной толщиной реза снижают процент потери металла и увеличивают концентрацию потока плазмы.
  • Дополнительная обработка реза не нужна.
  • Безопасность плазменной установки. Ее конструкция не предполагает баллонов со сжатым газом, которые могут стать причиной пожара или взрыва.
  • Вмешательство обслуживающего персонала при автоматической резке сводится к минимуму.

Минусов у плазморезов не так и много:

  • Если нужно разрезать металл толщиной более 200 мм, придется прибегнуть к другим видам резки.
  • Нужно обращать пристальное внимание на угол отклонения. Он не должен составлять более 50 градусов.
  • К одному аппарату невозможно подключить два резака.

Плюсы и минусы плазменного раскроя металла по сравнению с лазерным мы уже раскрывали в одной из статей.

Резка плазменной струей: примеры

Толщина реза плазменной резкирезка труб плазмой

Метод плазменной резки является довольно универсальным. Струей ионизированного газа можно разделять на части практически все металлы любых конфигураций.  В строительстве и промышленности чаще всего к помощи плазмы прибегают в тех случаях, когда необходимо разделить на части тонкие листы металла, разрезать рулоны стали, изготовить металлические штрипсы или измельчить чугунный лом.

Оснащенные центраторами труборезы помогут вам разделить на фрагменты трубы любого диаметра. При этом функционал оборудования позволяет провести зачистку швов и разделывание кромок. С помощью плазмы осуществляют также сверление в металле отверстий.

Читайте также:  Однолинейная схема реверсивного пускателя

Толщина реза плазменной резкихудожественная резка плазмой

Художественная плазменная резка широко распространена в строительстве. К этому методу прибегают при оформлении ограждений, уличных очагов, беседок, флюгеров, разнообразных элементов интерьера.

 В заключение

Плазменная резка —  быстрый и эффективный способ нарезать металл толщиной до 200 мм. Она может применяться для любых материалов, обладающих электропроводностью: меди, стали, латуни, чугуна, титана, алюминия, сплавов. Принцип действия плазменного резака основан на плавлении металла тонкой струей ионизированного газа и сдувании расплавленного материала с области реза.

Оборудование для нарезки плазмой бывает ручное и механизированное; инверторное и трансформаторное; ручное, портальное и переносное. Несмотря на различия в тех или иных характеристиках, любое из перечисленных приспособлений состоит из источника питания, системы поджига дуги и плазмотрона. Зная принцип работы устройства, собрать генератор плазмы для резки металла можно в домашних условиях.

Плазменная резка металла

22.10.2019 VT-METALL Толщина реза плазменной резки

Вопросы, рассмотренные в материале:

  • Какова технология плазменной резки металла
  • Какое оборудование используется для плазменной резки металла
  • Какие системы качества применяются для плазменной резки металла
  • Какие дефекты существуют при плазменной резке металла

Для операций по разделению тех или иных металлов сегодня успешно используется плазма. Это источник тепловой энергии высокой концентрации, применение которого для резки металлических заготовок чаще всего гораздо эффективнее многих других подобных технологий.

Дело в том, что для разделения металла плазмой не требуются кислород и горючие газы. При этом данный способ дает возможность отлично разрезать материал в разных условиях применения.

Ниже мы подробно расскажем, как происходит плазменная резка металла и рассмотрим устройства, которые для этого требуются.

Технология плазменной резки металла

Плазменное разделение металла – это когда резка производится большим потоком плазмы. Последняя же формируется во время обдува электрической дуги газом, молекулы которого при нагреве распадаются на положительные и отрицательные ионы. В итоге получившийся поток имеет температуру в несколько тысяч градусов.

Основные виды резки плазмой:

  • разделительный;
  • поверхностный.

Первый вид предполагает утопание электрода в разрезе материала. Также при разделительной резке угол между деталью и электродом составляет примерно 60–90 градусов. Поверхностная резка угол больше 30° не допускает.

Толщина реза плазменной резки

Способов разделения плазмой тоже два:

  • плазменной дугой;
  • плазменной струей.

В первом случае между поверхностью заготовки и неплавящимся электродом горит плазменная дуга. Второй же подразумевает, что она горит между электродом и наконечником плазмотрона. При резке струей плазмы изделие в электрическую цепь не входит.

Одним из самых популярных методов разрезания металлов сегодня является плазменно-дуговая резка, а для обработки изделий из других материалов больше подходит обработка струей плазмы.

Технология разделения металла плазморезом имеет свои особенности, которые обязательно нужно принимать во внимание:

  • для охлаждения плазменного резака необходим постоянный приток воздуха;
  • в составе газа для разделения металлов не должны присутствовать частицы масла и воды, иначе оборудование сломается;
  • тщательное очищение заготовки перед резкой – обязательный этап;
  • чтобы рез был качественным, требуется верно рассчитать давление газа и силу тока;
  • в зависимости от вида металла и силы тока резак необходимо вести со скоростью 0,2–2 м/мин.
  • во время плазменной резки сопло должно находиться перпендикулярно детали – лучше всего, если они будут удалены друг от друга на 1,6–3 мм.

Плазмотрон позволяет разрезать абсолютно любой металл. Нужно лишь правильно подобрать вид газа.

Резка металла плазмой с помощью воздуха. Если для формирования плазмы применяется воздух, то ее потоком можно обрабатывать самые разные металлические заготовки. Это могут быть детали из меди, латуни, черной и нержавеющей стали и т. п.

Причем цена плазменной резки металла в этом случае невысока. Именно воздушно-плазменный метод нередко лежит в основе работы простейшего оборудования, которое находит применение, например, в частных хозяйствах. Качество резки металла и скорость здесь средние.

Толщина реза плазменной резки

Кислородная резка. Она выполняется исключительно на профессиональном оборудовании. За счет использования чистого кислорода получаются высококачественные швы с небольшим слоем облоя. При этом рез строго перпендикулярен поверхности, а скорость разделения металла высокая.

Резка металлических заготовок защитными газами. На кислороде, азоте, аргоне и воздухе работает оборудование, созданное по последним технологиям. Цены на такие устройства немаленькие. К примеру, плазмотрон может обойтись в сумму свыше 10 миллионов рублей. Однако и качество обработки деталей будет не хуже, чем при лазерной резке.

К преимуществам разделения металла защитными газами можно отнести:

  • скорость резки – 2,5–10 м/мин;
  • толщину струи порядка 0,5–2 мм;
  • возможность обрабатывать заготовку толщиной 0,5–60 мм;
  • давление газа – 5–12 атмосфер;
  • силу тока в пределах от 20 до 800 ампер.

Плюсы и минусы плазменной резки металла

Достоинствами метода являются:

  • Универсальность. Технология дает возможность разделять любые металлы, в том числе черные, легированные, титан, алюминиевые и медные сплавы.
  • Резка материала производится за несколько минут. К примеру, портальное устройство МТР «Юпитер», оборудование «Омега» и даже довольно дешевый станок «Гермес» позволяют выполнять плазменную резку металлических заготовок со скоростью до 12 м/мин.
  • Резка материала толщиной до 30 мм имеет низкую себестоимость. Но она значительно увеличивается при толщине от 30 до 50 мм. При воздушно-плазменной резке металлических заготовок издержки при производстве будут минимальными.
  • В районе реза зона воздействия высоких температур на лист материала совсем небольшая.
  • Обработка высокого качества. Применение плазмотронов вместе с правильно выбранными плазмообразующими и охлаждающими газами дает возможность получить минимальную ширину и конусность реза, а также равномерные гладкие кромки, которые не нуждаются еще в какой-то обработке. Высокоточное плазменное разделение металлов отвечает всем условиям.
  • Безопасность. В отличие от газовой резки, плазменная технология не заставляет прибегать к таким горючим газам, как ацетилен и пропан.

К минусам принципа плазменной резки металла относят следующие:

  • Разделение металлолома толщиной от 50 до 100 мм обходится довольно дорого.
  • Толщина разрезаемого материала обычно ограничена максимальным значением в 100–110 мм.
  • При разрезании черного металла конусность реза составляет 1–10°, а при резке цветного – 1–20°. Причем этот показатель лишь растет, если в качестве используемого газа выбрать воздух или резать металл увеличенной толщины.
  • Применяемое в процессе оборудование очень сложное. Поэтому подключить к одному аппарату два плазменных резака и одновременно использовать их не получится.

Толщина реза плазменной резки

Оборудование для плазменной резки металла

Для разрезания металла плазменным методом могут применяться электродуговые, высокочастотные и комбинированные плазмотроны.

По виду формирования дуги плазменные резаки делятся на:

  • Оборудование с дугой прямого действия. Эта разновидность предполагает, что дуга горит между заготовкой из металла и неплавящимся электродом. Источником питания здесь является постоянный ток.
  • Плазмотроны с дугой косвенного действия. Здесь дуга горит между соплом и электродом, которые выполняют роль анода и катода соответственно. С обрабатываемой деталью дуга никак не связана. Такое оборудование подключается к источнику переменного тока.

Охлаждение плазмотрона может быть:

Второй вариант встречается чаще всего, поскольку теплоемкость воды выше, чем этот же показатель воздуха.

Водяное охлаждение плазменных резаков дает возможность давать высокие тепловые нагрузки на сопло и электрод. В результате производительность плазменной сварки растет.

Что касается минусов такого охлаждения, то к ним относят конструкцию самого устройства и постоянную потребность в чистой воде.

Стабилизация дуги может осуществляться разными способами. Выделить можно следующие:

  • вихревой;
  • двойной;
  • водяной;
  • магнитный;
  • аксиальный одинарный.

Водяной способ по своей конструкции довольно сложен, а также обладает системой автоматической подачи и регулирования электрода, которая не отличается высокой надежностью.

Вихревой, двойной и аксиальный одинарный способы стабилизации дуги – самые легкие и популярные. Магнитный вид считается неэффективным, потому что формирует малый сжимающий столб дуги. К тому же, при эксплуатации данного устройства возникают сложности.

Электроды, работающие с металлом при плазменной резке, бывают:

  • газозащищенные;
  • расходуемые;
  • пленкозащищенные.

Самый распространенный вид – это газозащищенные катоды, имеющие вольфрамовый стержень. Расходуемыми электродами являются графитовые катоды, а пленкозащищенные выполнены из запрессованного в медной обойме циркония.

Сам плазмотрон можно назвать компактным и надежным генератором плазмы. Устройство позволяет без труда отрегулировать мощность, пуск и остановку режимов работы.

Читайте также:  Толщина сварного шва гост

Толщина реза плазменной резки

Главные части конструкции плазменного резака:

  • Кожух.
  • Корпус из фторопласта.
  • Электродный узел.
  • Механизм закрутки воздушного потока.
  • Изоляционная втулка.
  • Электрод.
  • Гайка сопла.
  • Сопло.

Сопло и электрод – это расходные материалы. Скорости их износа равны, а значит, замена этих элементов проводится в одно и то же время. Если не поменять эти материалы вовремя, качество реза ухудшится, а другие части плазмотрона начнут изнашиваться следом.

Чтобы защитить плазменный резак от брызг металла и пыли, используется кожух. Его, как и само устройство, периодически стоит очищать от грязи.

На этапе подготовки к работе следует удостовериться в необходимом давлении компрессора и проверить, нагрета ли жидкость водяных приборов до определенной температуры.

Нажатие на кнопку «розжиг» приводит к тому, что от источника питания к прибору начинает поступать ток высокой частоты. От этого в плазмотроне формируется дежурная электрическая дуга, и весь канал занимает ее столб.

В камеру прибора проходит сжатый воздух. Благодаря дуге он нагревается, занимает больший объем, меняет свои свойства и начинает проводить электричество.

После этого из сопла плазмотрона со скоростью 2-3 м/с выходит нагретый почти до +30 000 °С воздушный поток. Это и есть плазма.

Теперь зажигается не дежурная дуга, а режущая. Она касается металлической детали и нагревает область реза. Раскаленный воздух заставляет разлетаться частицы расплавленного металла, которые образовались на изделии. При этом на месте плавки формируется рез.

Толщина реза плазменной резки

Если кнопку «розжиг» отпустить, дуга сразу же перестанет гореть.

Шлак на краях реза удаляется. Также, если требуется, заготовку зачищают от всего лишнего.

VT-metall предлагает услуги:

Порошковая покраска металла

  • Чтобы без проблем разрезать металл плазмой, получая гладкий и качественный рез, нужно понимать сам принцип работы плазменного резака.
  • Сегодня на производствах можно увидеть и автоматическое, и ручное разделение металлических заготовок плазмой.
  • При плазменной резке листов металла и всевозможных деталей используют устройства разных типов:
  1. Плазменные резаки для разделения металлов. К этому типу относятся воздушно-плазменный и газоплазменный резак. Первое устройство обладает несложной конструкцией, а применяется для разрезания черных металлов. Для эксплуатации такого резака подходят однофазная и трехфазная сети. Что касается газоплазменного типа, то он использует водяной пар. Плазма здесь формируется из кислорода, азота, водорода или аргона.
  2. Индукционный резак. Представляет собой высокочастотный прибор, в основе работы которого лежит принцип индуктивно связанной плазмы. Она отличается электронами высокой плотности и нагревается до 6 000 К.
  3. Комбинированные аппараты. Предполагают совмещение высокочастотных токов с электрической дугой. Магнитное поле действует на поток заряженных частиц, сжимая его.
  4. Газовые устройства. Они функционируют за счет того, что образующий плазму газ сжимает столб дуги.
  5. Водяные приборы. Работать им позволяет паровой газ. Водяной пар, нагретый до высокой отметки, заставляет углерод ускоренно сгорать.
  6. Магнитные резаки. Эти устройства не дают нужных результатов, поэтому спросом не пользуются. Но хороши они тем, что дают возможность регулировать сжатие электрической дуги, не теряя газа.

Подобрав тип плазмотрона, можно с легкостью разрезать изделия из любых металлов, в том числе и из тех, которые отличаются высоким расширением. Материалы, не проводящие ток, тоже можно обрабатывать такими устройствами.

Какие стандарты качества применяют к плазменной резке металла

Заготовительные предприятия нашей страны уже свыше десятилетия используют технологии резки металла плазмой. Однако устройства плазменной резки зарубежного производства демонстрируют гораздо более высокие показатели.

О таких европейских и американских компаниях, как Hypertherm, Kjellberg и Victor, слышали многие.

Но не все знают о том, что иностранные изготовители оценивают качество обработки деталей на своем оборудовании не по ГОСТу 14792-80,а согласно ISO 9013:2002.

ГОСТ 14792-80 появился, соответственно, в 1980 году, а ISO 9013:2002 – в 2002-м. Исходя из того, что между датами их утверждения прошло столько лет, второй стандарт, возможно, является более прогрессивным.

При этом государство не заставляет предприятия, использующие резку плазмой и оказывающие такие услуги, строго придерживаться того или иного регламента.

Если раньше производства должны были следовать определенному ГОСТу, то сейчас они могут выбрать и ISO.

ГОСТ 14792-80 определяет такие характеристики устройств для резки плазмой:

  1. Точность получаемых изделий.
  2. Качество реза.
  3. Перпендикулярность реза относительно заготовки.
  4. Шероховатость поверхности реза.
  5. Область воздействия тепла.

В первую очередь SO 9013:2002 отличается от ГОСТа 14792-80 тем, что определяет не только сами этапы плазменной резки металлов, но и технологию проведения замеров для изделий разных габаритов и всевозможных типов реза.

Толщина реза плазменной резки

a толщина реза Rz5 средняя высота профиля
Aa уменьшение толщины t толщина обрабатываемой детали
допуск не машинную обработку t0 допуск на прямолинейность
c глубина канавки tp допуск на параллелизм
I наклон линии сопротивления резанию % допуск на перпендикулярность
G0 верхнее предельное отклонение и допуск на перпендикулярность или угловатость
Gu нижнее предельное отклонение Zt высота элемента профиля
In оценочная длина ß угол скоса среза
Ir одиночная длина выборки

Может ли плазменная резка конкурировать с лазерной

>Толщина реза плазменной резки

Производительность

Рассматривая производительность, следует отметить, что при резке деталей из тонколистового метала (до 2..3 мм) с большим количеством отверстий, пазов и др. наиболее эффективен мощный высокоскоростной лазер. Однако на толщинах более 6 мм плазма выигрывает по скорости резки, а при толщине листа 20 мм и выше – вне конкуренции.

Основное правило – при одинаковой потребляемой мощности установок плазменная резка производительней лазерной в 2..3 раза – при изготовлении простых деталей.

При этом большие партии однотипных сложных деталей из тонкого металла все же целесообразней изготавливать на лазере, т.к.

вырезанные детали могут быть применимы к следующим технологическим операциям без дополнительной обработки (удаление окалины).

Качество реза

Требования к качеству реза определяются спецификой конкретного производства. Например, для приварного фланца рабочей поверхностью служит плоскость фланца.

Соответственно, шероховатость, конусность и пережог кромки не оказывают существенного влияния на конечное качество изделия.

Напротив, для звездочки цепного привода чистота поверхности, отсутствие термических деформаций и точность профиля зубьев являются первостепенными задачами, и часто лазерная резка обеспечивает решение этих задач.

В таблице приведены основные отличия в качестве реза между лазерной и плазменной резкой:

Показатель качества Лазерная резка Плазменная резка
Конусность кромки 0..2° 0..10°*
Шероховатость поверхности Ra, мкм 1.25..2.5 6.3..12.5*
Окалина (грат) минимально отсутствует*
Оплавление врезок, углов минимально Присутствует*

При плазменной резке величину конусности кромки и количество окалины можно уменьшить или убрать совсем путем подбора оптимальных параметров, таких, как скорость и направление реза, высота плазмотрона над поверхностью металла, сила тока источника плазмы.

Сильное влияние на качество реза оказывает состояние расходных элементов (сопло, электрод, защитный экран, и др.). Шероховатость поверхности также зависит от скорости резки и рабочего тока источника.

Чем ниже скорость и выше ток, тем меньше шероховатость, но тем больше окалина и перегрев кромки.

Оплавление на углах и врезках может быть уменьшено путем правильного расположения врезок и методом прохождения углов «петлями».

  • Необходимо отметить что точность позиционирования резака и динамические характеристики координатной системы установок имеют важнейшее значение для качественного результата.
  • При грамотном подходе к эксплуатации хорошей установки плазменной резки можно добиться отличного качества реза: на переднем плане деталь, вырезанная лазерной установкой, на заднем – установкой плазменной резки.
  • Толщина реза плазменной резки

Ограничения

Ограничение Лазерная резка Плазменная резка
Минимальный диаметр отверстия (0.3..0.4)S (0.9..1.4)S*
Разрезаемый материал Металлы, пластики, дерево металлы
Максимальная эффективная толщина резки, мм До 40 До 150
Прорезка внутренних углов + С радиусом

* — но не менее 2..3 мм, т.к. диаметр пучка плазмы 1..2.5 мм;

S – толщина материала.

Сравнение процессов

На примере двух деталей с одинаковым контуром, вырезанных лазером и плазмой, рассмотрим в сравнении отдельные участки реза. (Низкоуглеродистая сталь толщиной 5 мм).

Сравниваемые детали изготовлены с применением установки лазерной резки известного европейского производителя и станка плазменной резки GIGAMECH 6PC с системой воздушно-плазменной резки Hypertherm Powermax65. Качество резки с применением установок других производителей могут отличаться от рассматриваемых.

  • Толщина реза плазменной резки
Читайте также:  Схема подключения двухклавишного выключателя на четыре лампочки

Резка прямых и криволинейных контуров с радиусами более толщины металла происходит практически с одинаковым качеством. Видна небольшая разница в шероховатости поверхности реза.

Внутренние углы контура детали, вырезанной на плазме, скруглены, в связи с тем, что диаметр плазменного пучка более чем на порядок превышает диаметр лазерного луча (1..2.5 мм против 0.2..0.3 мм).

При плазменной резке ограничено расстояние между контурами резки на детали. При близко расположенных контурах происходит перегрев и пережигание тонких стенок. При конструировании это расстояние закладывают 2.5..4 мм, при возможных 0.5 мм — у лазера.

  • Толщина реза плазменной резки

При лазерной резке отверстия либо без конусности, либо могут иметь небольшую конусность, обусловленную неоптимальной настройкой фокусирующей системы.

При плазменной резке отверстия и криволинейные контура имеют искажения геометрии. В частности, на отверстиях это конусность, направленная на уменьшение диаметра к нижней кромке отверстия. Обусловлено это явление тем, что плазменный пучок при изменении направления резки отклоняется в сторону, противоположную направлению движения.

Также, чем ближе диаметр отверстия к толщине металла, тем более явно может проявляться искажение геометрии отверстия и криволинейных контуров при резке. Эти искажения можно минимизировать правильной настройкой параметров резки.

Стоимость установки

Часто на принятие окончательного решения об оснащении производства лазером или плазмой влияет цена установки и стоимость эксплуатации.

Для правильного понимания вопроса о стоимости лазерной и плазменной установок примем, что предполагается резка металла одной толщины с одной скоростью. При этом на толщинах до 4..6 мм лазерная установка дороже плазменной примерно в 4..6 раз; при толщине 6..20 мм разница в цене отличается уже в 10 и более раз.

При резке металла толщиной более 20 мм применение лазерной резки становится доступным только крупным производствам с уникальными специфическими задачами.

К координатной системе для лазерной установки предъявляются повышенные требования по динамическим и точностным характеристикам, соответственно, необходимо применение комплектующих более высокой точности. Вследствие этого стоимость лазерной координатной системы выше в 3..4 раза.

Стоимость эксплуатации

Стоимость эксплуатации установок складывается из стоимости

  • энергетических затрат и затрат на рабочие газы;
  • стоимости расходных комплектующих;
  • стоимости сервисного обслуживания и ремонта.

Энергетические затраты

Основными потребителями электроэнергии в лазерной и плазменной установках являются лазер (источник тока для плазмы), координатная система со стойкой управления, вытяжная система, чиллер (для охлаждения рабочего тела лазера или мощного плазмотрона).

Энергопотребление лазерных и плазменных установок может быть близко по значению или различно, что зависит от ряда факторов. Например, при резке металла одной толщины (до 5..8 мм) с одной скоростью лазером и плазмой энергопотребление установок (включая оборудование, необходимое для работы установок – компрессор, чиллер, и др.) практически одинаково.

По иному обстоит дело при высокопроизводительной лазерной резке на высокой скорости. При той же толщине металла уже понадобится лазерная установка мощностью в 3..4 раза превышающей мощность плазменного станка. При резке металла толщиной более 8 мм потребная мощность лазера возрастает в несколько раз по сравнению с плазменными установками.

Энергопотребление установок при резке тонколистового металла находится либо на одном уровне, либо с небольшим перевесом в сторону плазмы. Резка толстого металла требует уже более высоких энергозатрат от лазера. В первом приближении лазерные и плазменные установки можно отнести к одному классу энергопотребления.

Обе системы резки включают в себя источник сжатого воздуха (кислорода, азота). Лазерная резка требует более высокой степени очистки рабочего газа, чем при плазменной резке, что, в свою очередь, требует присутствия высококачественных фильтрующих элементов, сепараторов, и др. в системе подготовки газа.

Расходные элементы и комплектующие

Основными расходными комплектующими для плазменной резки являются сопло и электрод, подвергающиеся непосредственному износу в процессе работы.

При интенсивной резке, в зависимости от толщины металла, комплекта сопло-электрод может хватать на 600-800 прожигов или на 5-8 часовую рабочую смену. Защитные экраны, завихрители и др.

элементы плазмотрона выходят из строя, как правило, в результате неправильных алгоритмов прожига и резки или аварийных ситуаций. Замена данных комплектующих производится с помощью обычной процедуры «открутил-закрутил» в течении нескольких минут.

Понятие «расходные» комплектующие для лазера весьма условно, т.к. детали лазерного источника и режущей головки (линзы, отражающие зеркала, сопла) выходят из строя реже, чем у плазмотрона, но их поломка и замена вытекают в дорогостоящий сложный ремонт.

Например, «банальная» очистка линзы должна производиться под микроскопом в стерильных условиях и специальными инструментами. Стоимость линзы в 10..

30 раз выше стоимости комплекта «сопло-электрод» для плазмы, а, например, лампа накачки для мощного СО2 лазера может стоить как качественный комплектный источник плазмы.

Сервисное обслуживание и ремонт

При правильной эксплуатации источник плазмы и плазмотрон не требует каких либо сложных операций по регулировке и сервисному обслуживанию.

Данные операции сводятся к продувке внутренних полостей источника тока и плазмотрона. Элементы плазмотрона легко заменяются силами эксплуатанта.

При замене же каких-либо оптических деталей лазерной головки требуется сложная регулировка квалифицированным персоналом.

От чистоты поверхности металла напрямую зависит срок службы лазерной головки, напротив, при плазменной резке на поверхности допускается как ржавчина, так и масляный налет.

Стоимость эксплуатации одного и того же оборудования на различных производствах может отличаться в несколько раз. На это влияет толщина основного обрабатываемого металла, время непрерывной работы, качество и своевременность технического обслуживания, правильная подготовка рабочих газов.

Выводы

Обобщая вышесказанное, можно выделить несколько основных моментов, которые можно рекомендовать при выборе между лазерной или плазменной резкой.

  • На малых толщинах металла (до 5..6 мм) лазер малой мощности и плазма начальных уровней обладают примерно одинаковой производительностью и качеством резки (не принимая во внимание ограничения по минимальному диаметру отверстий и прорезке внутренних углов на плазме). Увеличение мощности лазера и, соответственно, увеличение скорости резки (производительности) влечет за собой большое увеличение стоимости лазерной установки.
  • При толщине металла более 6 мм производительность плазменного раскроя резко возрастает при меньших энергозатратах. При этом несколько ухудшается качество отверстий диаметрами, близкими к толщине металла.
  • Лазерная установка будет незаменима при резке очень маленьких и точных деталей, при резке неметаллических материалов (фанеры, пластиков).
  • При больших партиях деталей из тонколистовой стали с большим количеством малых отверстий, а особенно, когда эти отверстия (малые пазы) в конечном итоге ничем не закрываются и находятся на лицевой поверхности изделия, целесообразно применять лазерную резку (см. фото)
  • Если отверстия в деталях являются проходными (под крепежные изделия), а кромки в результате сгибов, сварки, и др. в собранном изделии не видны (например, электрический шкаф, металлическая дверь), то использование плазменной резки в случаях с малым количеством отверстий экономически более эффективно. При этом надо учитывать повышенный износ расходных элементов, при выполнении большого числа отверстий на плазменной установке. Но в рамках объема работы, который можно выполнить одним комплектом расходных материалов, их стоимость сравнительно невысока
  • Конечные детали под сварку (фланцевые опоры столбов, детали металлоконструкций, и др.) из металла толщиной 4 мм и более (см. фото), где нет повышенных требований к кромке реза, с максимальной скоростью можно изготавливать на плазменных станках с минимальными затратами
  • Лазерная резка, обладая много меньшим диаметром пучка, оказывает меньшее термическое влияние на кромку реза, а в небольших деталях – и на всю деталь в целом. При плазменной резке на мелких деталях, в которых ширина перемычек менее 3..4 толщин металла, возможны изгибающие деформации.
  • Установка плазменной резки с достаточно мощным источником тока является более универсальным инструментом в рамках металлообрабатывающего производства широкого профиля, т. к. с одинаковым успехом можно резать как оцинкованные листы толщиной 0.5 мм при изготовлении вентиляции, так и косынки ферм толщиной 30 мм.

Для правильного выбора в пользу той или иной установки необходим глубокий анализ задач и возможностей конкретного производства. Необходимо изучить возможность внедрения установки в существующие технологические процессы или перестраивать эти процессы, обеспечивая наиболее оптимальное и эффективное использование лазерной или плазменной резки.

Ссылка на основную публикацию
Для любых предложений по сайту: [email protected]