Что такое воздушно-плазменная резка: принцип работы, преимущества, правила работы

В современных мастерских все чаще вместо всем привычных болгарок применяются аппараты для воздушно-плазменной резки. Установка воздушно плазменной резки позволяет проводить резку, включая фигурную обработку, выравнивание кромок, создание отверстий и проемов, а также проводить сложные по технологии работы. При этом качество реза отменное – не остается неровных кромок, заусенец, не образуется окалина. Аппараты могут с успехом использоваться как при резании металлических изделий, так и не металлических предметов – бетона, керамики, пластика и т.п.

Важной особенностью будет то, что при обработке не возникает деформаций, так как нагрев местный (в зоне резки). Также немаловажным фактом будет простота работы на устройстве (плазморезе). С ним способен разобраться даже новичок. Однако для того, чтобы качество результата оправдало ожидания, желательно изучить устройство плазмореза и технологию работы с ним.

Для более опытных домашних мастеров мы предлагаем инструкцию по сборке плазмореза своими руками.

Суть процесса

Принцип технологии заключается в том, что обрабатываемая заготовка локально интенсивно нагревается сжатой дугой. При этом расплавленный металл удаляется из обрасти резки потоком плазмы, подаваемой из плазмотрона.

Современные плазморезы могут работать по одной из двух схем:

1. Подача плазменной дуги.
2. Подача плазменной струи.

Изучение процессов и практика применения показали, что плазменно-дуговая резка характеризуется большей эффективностью, так как наибольшая мощность формируется за пределами наконечника. По этой причине этот метод более активно используется при разрезании металлических деталей. Плазменная струя не очень распространена и при этом активнее при обработке не металлических изделий.

Основной рабочей частью является плазмотрон, состоящий из электрода (катода), сопла и изолирующей части меж ними.

Плазмотрон для ручной воздушно плазменной резки — это дуговая камера цилиндрической формы с выходным каналом небольшого диаметра, формирующий сжатый плазменный поток. Чтобы разжечь плазменный поток применяется электрод, размещаемый, как правило, на задней стенке дуговой камеры.

Плазмообразующей средой является подаваемый в дуговую камеру рабочий газ. После того, как газ поступает в зону действия дуги, происходит образование плазмы. При этом образовавшийся плазменный поток служит стабилизатором дугового заряда. Благодаря подаваемому газу и диаметру формирующего канал происходит ограничивание сечения размера дуги, т.е. она сжимается. В свою очередь сжатие приводит к увеличению температуры плазменного потока до 20 000 градусов. Скорость потока, выходящего из плазматрона, может достигать 2 – 3 км/с. Мощность – до 10 Вт/см.

Важно отменить, что в этом температурном диапазоне электропроводность плазмы становится близкой к проводимости металлической детали.

Технология предполагает использование различных электродов – из бериллия, тория, гафния или циркония. Именно эти металлы в рабочей среде позволяют создавать на поверхности электрода особые тугосплавные оксиды, которые защищают его от преждевременного разрушения. Однако другой стороной использования подобных металлов является их токсичность.

Основным отличием от газокислородной резки является то, что она не выделяет большое количество тепла. При этом также необходимо некоторое время для прогрева места резки. Воздушно-дуговой резак за счет высоких температур и скорости плазменного потока позволяет выполнять резку практически моментально.

Разновидности плазменной резки

Исходя из типа используемой рабочей среды, можно выделить 3 типа технологии плазморезания:

• Простая – применяется лишь воздух/азот и электроток.
• С задействованием защитных газов – плазмообразующего и защитного, сохраняющего зону резания от влияния окружающих факторов. Итогом становится заметное улучшение качество кромок.
• С применением воды, которая имеет аналогичное газу назначение – защитное. Помимо этого лучше охлаждаются элементы плазмотрона и поглощаются токсичные газы.

Благодаря защитным средам воздушно дуговая резка металла не только в разы повышает производительность производства, но и увеличивает степень пожаробезопасности, так как используемые материалы безопасны.

Применяемые газы и их особенности

Воздушно плазменная резка металлов может осуществляться с применением одного из видов газа. Условно их возможно разделять на защитный и плазмообразующий.

В быту, т.е. толщинах металла до 50 миллиметров и силе тока до 200 А в чаще всего применяется сжатый воздух, используемый как в защитных, так и плазмообразующих целях. В промышленности применяются другие газы и смеси с содержанием кислорода, азота, аргона, гелия или водорода.

Характер плазмообразующей струи определяет качество и скорость резания, а также нюансы химико-физических процессов на обрабатываемых кромках. Вышеназванные газы и смеси могут использоваться для обработки почти всех металлов. Однако существуют исключения, когда их работа не допустима. К примеру, при резании титана нельзя применять азот, водород и смеси их содержащие.

Применяемое оборудование

Для осуществления плазменной резки используются различного типа аппараты. Источником тока могут выступать различные приспособления, включающие в себя трансформаторы, реле, осцилляторы.

Для бытовой резки вполне подходят небольшие, компактные модели, которыми можно разрезать детали с толщиной до 12 миллиметров. В промышленности используются более габаритные установки со значительной мощностью и другим напряжением, способные разрезать изделия до 100 миллиметров. Все обладают схожим принципом действия и отличаются лишь своими габаритами и номинальной мощностью.

Основной рабочий орган – плазмотрон – во всех плазморезах имеет одинаковое устройство с разницей лишь в размерах. Имеется рукоятка с кнопкой пуска, стержневой электрод (в качестве катода) и внутреннее сопло (в качестве анода), меж которых и возникает дуга. С помощью завихрителя потока направляется сжатый воздух и повышается температура. Благодаря изолятору происходит защита внешних частей от перегрева и контакта электродов. Наружное сопло выбирается исходя из предполагаемой толщины разрезаемой заготовки. Наконечник защищает сопло от летящих расплавленных металлических брызг. Воздух подается по шлангу, а давление регулируется с помощью клапана.

Преимущества использования плазморезов

Принцип действия аппаратов воздушно-плазменной резки обеспечивает ряд достоинств перед иными технологиями разделки металла:

• Обработка любой стали, в том числе с высокими коэффициентами теплового расширения.
• Резка диэлектриков.
• Повышенная скорость резания.
• Простота работы.
• Возможность выполнения фигурных резок.
• Высокая точность.
• Отсутствие необходимости последующей обработки кромок.
• Минимальное загрязнение.
• Малый размер и масса аппарата.

Правила применения аппаратов

Для начала продувается плазмотрон сжатым воздухом, удаляя остатки конденсата и загрязнения. Затем поджигается электродуга, т.е. нажимается и отпускается кнопка поджига дуги. Аппарат при этом запускает режим продувки. После 30 секундной паузы возможно нажать и удерживать кнопку розжига. В промежутке меж наконечником сопла и электродом возникает дежурная дуга. Продолжительность ее горения около 2 секунд. В это время должна автоматически разжигаться рабочая дуга. При этом важно удерживать плазмотрон как можно ближе к металлу, но не касаться его поверхности.

После возгорания рабочей дуги должно произойти погасание дежурной. В это время сопло должно подавать воздушно-плазменный поток, которым можно проводить непосредственно резание. Если сразу рабочая дуга не разгорелась, весь процесс нужно повторить сначала.

Рабочая дуга может не разгореться по следующим причинам:

• Низкое давление сжатого воздуха.
• Ошибки при сборке и настройке плазмотрона.
• Иные сбои и неполадки в системе.

Не редко происходит погасание рабочей дуги в процессе разделывания. Происходит это из-за нарушения необходимого расстояния меж поверхностью детали и плазмотрном, а также когда наблюдается полный износ рабочего электрода.

В работе также необходимо иметь в виду угол, под которым осуществляется резка. Его необходимо выдерживать строго 90 градусов относительно поверхности металла. Исходя из типов материалов и технологий резки, воздушно-дуговой резак можно отклонять на10 – 50°, но обосновано. Иначе разделывание с отклонением угла может приводить к деформациям металла.

Меры безопасности

Технология воздушно-плазменной резки имеет определенные опасности – влияние тока, повышенной температуры, горячей окалины и ультрафиолета. Поэтому следует соблюдать определенные правила безопасности:

• Работу выполнять в соответствующей экипировке – защитные очки/сварочный щиток, в плотных перчатках, в плотной одежде и в закрытой обуви. Также возможно образование вредных газов, поэтому может потребоваться респиратор.
• Включать в сеть аппарат через устройство защитного отключения (УЗО).
• Обеспечить надежное заземление рабочего стола, розетки.
• Не допускать работу с поврежденной изоляцией рабочих силовых кабелей.

Если соблюдать элементарные правила безопасности, то избежать травм и профессиональных заболеваний не составит труда.