Преимущества плазменной резки
Резка металлов — проблема, с которой приходится сталкиваться и в цеху, и на стройплощадке, и в мастерской. Простые решения вроде автогена устроят многих, но не всех. Если объем работ велик, а требования к качеству реза высоки, стоит подумать об использовании аппаратов плазменной резки.Первые установки и аппараты плазменной резки появились более полувека назад, но широкому кругу мастеров они стали доступны только в последние два десятилетия.
ПРЕИМУЩЕСТВА:
Какие преимущества в работе дает аппарат плазменной резки металла в работе?
При правильном подборе мощности он позволит в 4-10 раз (по сравнению кислородной горелкой) повысить производительность. По этому параметру «плазма» уступит лишь промышленной лазерной установке, зато намного выиграет в себестоимости. Экономически целесообразно использовать плазменную резку на толщинах металла до 50-60мм. Кислородная же резка более предпочтительна при раскрое стальных листов толщиной свыше 50 мм.
УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ. ПЛАЗМЕННАЯ РЕЗКА позволяет обрабатывать и сталь, и чугун, и алюминий, и медь, и титан, и любой другой металл, причем работы выполняются с использованием одного и того же оборудования: достаточно выбрать оптимальный режим по мощности и выставить необходимое давление воздуха. Важно отметить и то, что качество подготовки поверхности материала особого значения не имеет: ржавчина, краска или грязь помехой не станут.
ТОЧНОСТЬ и ВЫСОКОЕ КАЧЕСТВО РЕЗА. Современные аппараты обеспечивают минимальную ширину реза и «чистые» без наплывов, перекаливания и грата кромки, почти не требующие дополнительной обработки. Немаловажно и то, что зона нагрева обрабатываемого материала намного меньше, чем при использовании автогена, а поскольку термическое воздействие на участке реза минимально, то и тепловые деформации вырезанных деталей незначительны, даже если они небольшой толщины.
БЕЗОПАСНОСТЬ, обусловленная отсутствием взрывоопасных газовых баллонов.
НИЗКИЙ уровень загрязнения окружающей среды. Касательно экономической стороны вопроса, то совершенно очевидно, что при больших объемах работ плазменная резка выгоднее той же кислородной или, например, механической. В остальных же случаях нужно учитывать не материалы, а трудоемкость использования. Например, сделать фигурный рез в толстом листе недолго и автогеном, но может потребоваться продолжительная шлифовка краев.
НЕДОСТАТКИ:
Ну а теперь поговорим о недостатках. Первый из них — относительно скромная максимально допустимая толщина реза, которая даже у мощных аппаратов редко превышает 80-100 мм. В случае же с кислородной резкой максимально допустимая толщина реза для стали и чугуна может достигать 500 мм.
Следующий недостаток метода — довольно жесткие требования к отклонению от перпендикулярности реза. В зависимости от толщины детали угол отклонения не должен превышать 10-50°. При выходе за эти пределы наблюдается значительное расширение реза и, как одно из следствий, быстрый износ расходных материалов.
Наконец, сложность рабочего оборудования делает практически невозможным одновременное использование двух резаков, подключенных к одному аппарату, что с успехом применяется при резке штучным электродом.
Процесс плазменной резки
Для начала определим, что же есть плазма. В данном случае это нагретый электрической дугой до высокой температуры (порядка 25000 °C) воздух в ионизированном состоянии. Последнее означает, что он утрачивает свойства диэлектрика и приобретает способность проводить электрический ток. В процессе резки плазменный поток становится проводником для тока, расплавляющего металл, и сам же его выдувает.
Для начала определим, что же есть плазма. В данном случае это нагретый электрической дугой до высокой температуры (порядка 25000 °C) воздух в ионизированном состоянии. Последнее означает, что он утрачивает свойства диэлектрика и приобретает способность проводить электрический ток. В процессе резки плазменный поток становится проводником для тока, расплавляющего металл, и сам же его выдувает.
Рабочий орган аппарата называется плазмотрон. Под этим словом подразумевается плазменный резак с кабель-шланговым пакетом, подключаемый к аппарату. Иногда плазмотроном ошибочно называют аппарат плазменной резки целиком. Разновидностей плазмотронов достаточно много. Но наиболее распространены и более всего пригодны для резки металлов плазмотроны постоянного тока прямой полярности. По виду дуги различают плазмотроны прямого и косвенного действия. В первом случае разрезаемое изделие включено в электрическую цепь, и дуговой разряд возникает между металлической деталью и электродом плазматрона. Именно такие плазмотроны применяются в устройствах, предназначенных для обработки металлов, включая и аппараты воздушно-плазменной резки. Плазматроны косвенного действия применяются, в основном, для обработки неэлектропроводных материалов (у них электрическая дуга возникает в самом резаке).
Сопло — важнейший элемент, определяющий возможности плазмотрона. При плазменной резке применяются сопла небольшого (до 3 мм) диаметра и большой (9-12 мм) длины. От размера диаметра сопла плазмотрона зависит количество воздуха, которое способен пропустить плазмотрон, этот параметр необходимо учитывать при подборе компрессора. Это также влияет на ширину реза и охлаждение плазмотрона. Что касается длины, то чем она больше, тем выше качество реза. Однако чрезмерное увеличение этого параметра ведет к снижению надежности работы и быстрому разрушению сопла. Считается, что длина канала должна быть больше диаметра в 1,5-1,8 раза.
Электродом (катодом) внутри плазматрона служит металлический стержень — другие конструкции в недорогих аппаратах не применяются. То же можно сказать и о материале: разновидностей изобилие, но массово используется лишь электрод из гафния.
Теперь пару слов о рабочих газах, используемых при плазменной резке. Их можно разделить на плазмообразующие и защитные (транспортирующие). Для резки в обычных плазменных системах бытового назначения (сила тока дуги — ниже 200 А, максимальная толщина реза — до 50 мм) сжатый воздух применяют и как плазмообразующий, и как защитный газ. При этом достигается удовлетворительное качество реза, хотя и наблюдается некоторое азотирование и окисление обрабатываемой поверхности. В более сложных системах применяются иные газовые смеси, содержащие кислород, азот, водород, гелий, аргон.
Выбор аппарата плазменной резки
Даже самые доступные аппараты плазменной резки сложны и довольно дороги в сравнении, например, со сварочными, поэтому к выбору недешевой техники нужно подходить осознанно. Прежде всего необходимо определиться, как обычно, с целями и задачами.
Первый параметр, без учета которого бесполезно учитывать остальные, — это максимально допустимая толщина реза. Данная величина обычно приводится для углеродистой стали, реже — для нержавеющей, еще реже — для алюминия и очень редко — для меди. Поскольку на максимально допустимую глубину реза сильно влияет теплопроводность материала, то для сплавов на основе меди этот показатель примерно на 30% ниже, чем для сплавов на основе железа. И если в технических характеристиках аппарата заявлена максимально допустимая толщина реза стали в 10 мм, это будет означать, что максимальная глубина реза медных сплавов составит 7 мм. Таким образом, вторым по важности показателем станет тип сплава, с которым предстоит работать.
Следующий фактор — планируемый режим эксплуатации. Как и в случае со сварочными аппаратами, он определяется параметром «ПВ» (продолжительность включения), который определяет отношение времени работы аппарата ко времени, необходимому для его охлаждения. В некоторых промышленных аппаратах ПВ может приближаться к 100%, для ручной же резки вполне достаточно 30-50%.
На практике это выглядит следующим образом. Если ПВ плазмореза составляет 50%, то в течение часа эксплуатации он должен 30 минут работать и 30 минут остывать. При ручной резке приходится время от времени перемещаться или перемещать изделие и периодически выключать кнопку поджига на плазмотроне. Это время как раз и идет в зачет охлаждения, и поэтому работа кажется непрерывной. Такая формула дает сбой при работе с толстыми листами металла или при автоматической плазменной резке с ЧПУ, когда время реза может быть значительным. Дело в том, что параметр ПВ определяется для 10-минутного цикла, поэтому в начале смены, пока аппарат холодный, он будет отработать без перерыва и 15 минут даже при низком ПВ, а вот при цикличной работе может отключиться и после 5 минут непрерывной резки.
Когда ключевые параметры, определяющие принципиальную возможность использования аппарата, определены, следует уделить внимание такому аспекту, как удобство использования. Тут первостепенное значение приобретает мобильность, точнее, радиус действия, на который можно свободно удаляться от малоподвижного аппарата, «прикованного» к своему месту компрессором. Так, длина кабель-шлангового пакета плазмотрона может варьироваться до десятков метров. Кстати, важна не только длина: некоторые производители заявляют ее на уровне 30 м и более, но «забывают» сообщить о том, имеются ли евроразъемы на плазмотроне и источнике. Если таких разъемов нет, то укоротить или удлинить плазмотрон вряд ли получится, и всякий раз разматывать его для того, чтобы резать небольшие по размерам листы, будет утомительно. Главный же минус длинного плазматрона не в этом, а в том (и производители об этом, как правило, тоже умалчивают!), что при его длине свыше 20 метров наблюдается потеря мощности, причем довольно ощутимая. Поэтому разумнее всего выбирать плазмотрон небольшой (6-12 м) длины, оснащенный евроразъемом, чтобы при необходимости была возможность удлинить конструкцию, используя быстронаращиванмый удлинитель плазмотрона. Это будет, кстати, удобно и при работе на открытом воздухе в неблагоприятных условиях, когда выносить из помещения аппарат нежелательно. Однако, как уже отмечалось, использовать удлинитель нужно лишь в случае действительной необходимости.
Очень важный вопрос — проблема расходных материалов: электродов (катодов) и сопел. Важно, чтобы они были доступны и недороги. Как правило, износ этих деталей происходит или одновременно или с небольшим «разбросом» (один катод на два сопла). Одного сопла в среднем хватает на целую рабочую смену (при работе с деталями, толщиной до 10 мм).
Момент, не относящийся напрямую к плазматрону, но требующий обязательного учета, — это система подачи воздуха. Если отбросить самые маломощные модели, оборудованные встроенным компрессором и воспринимаемые многими профессионалами как малополезные игрушки, то следует помнить, что для работы плазматрону нужен мощный компрессор. И не он один: при достаточно большом расходе воздуха (100-250 л/мин при 0,4-0,6 МПа) жесткие требования предъявляются и к его качеству, а значит не обойтись без вспомогательных устройств — таких как влаго- и маслоотделители, фильтры. Поступать в аппарат воздух должен равномерно, без пульсаций, поскольку они серьезно влияют на стойкость сопел и электродов, на стабильность поджига дуги и, как следствие, на качество реза, а значит, нужен объемный ресивер.
ПРЕДЛОЖЕНИЕ ДЛЯ ЛЮБИТЕЛЯ
Среди современных устройств плазменной резки можно выделить отдельную и наиболее интересную для рядового потребителя категорию — переносные инверторные источники плазмы, применяемые при ручной резке. Их основные достоинства: низкое энергопотребление, компактность, небольшой вес, эргономичный дизайн. Недостатки: ограничение по максимальной мощности (не более 70 А), и, как следствие, по максимальной толщине реза (до 15-20 мм). Также придется мириться с невысокой продолжительностью включения и чувствительностью к перепадам напряжения. Оборудование, выходящие за рамки этого типа, как правило, рассчитано на промышленное применение.
Большинство аппаратов с плазмотронами воздушного охлаждения пригодны для резки металлических деталей толщиной до 50 мм. Для резки деталей толщиной свыше 50 мм или для увеличения производительности применяют более сложные и дорогие аппараты с плазмотронами водяного охлаждения
Максимальная глубина реза определяет толщину материала, которая может быть разрезана данным аппаратом в принципе. Скорость работы при этом в расчет не берется. Чтобы комфортно и быстро работать с деталями толщиной 3-4 мм, следует выбирать аппарат, максимально допустимая глубина реза которого — 8-10 мм.
Унифицированные разъемы для плазмотронов производятся в соответствии с европейскими стандартами и состоят из розеток (со стороны источника плазмы) и вилок (со стороны резака). Преимущество подобной системы заключается в возможности при необходимости удлинить или укоротить конструкцию без ощутимой потери мощности, прочности и электрического контакта.
Износ сопла заключается в нарушении его геометрической формы, что негативно влияет на качество реза. Износ же катода приводит к выработке стержня (допустимая глубина выработки — не более 1,5 мм), в результате чего может произойти пригорание катода к головке плазмотрона и его (плазмотрона) перегрев.
При минусовых температурах необходимо соблюдать определенные меры предосторожности. Поскольку в ресивере и шлангах образуется конденсат, который в случае замерзания может вывести из строя оборудование, то после окончания работ шланги обязательно продувают, а сам компрессор хранят в помещении с плюсовой температурой.
