Воздушно-плазменная резка металлов: технология, схема

Воздушно-плазменная резка — это один из самых востребованных и эффективных способов раскроя металлов. Данный метод основан на разрезании (расплавлении) материала при помощи высокотемпературного плазмообразующего газа, поданного под давлением. Для этого используется высокоточное оборудование — плазморез или резак плазменной резки, то есть станок, оснащенный специальным механизмом (плазмотроном).

Технология дуговой плазменной резки была изобретена намного позднее, чем методика, основанная на использовании кислорода. Однако сегодня ее производительность и эксплуатационные преимущества существенно выше аналогичных показателей привычной обработки кислородом. Использование систем плазменной резки незаменимо, когда необходимо выполнить следующие условия:

• исключение деформации заготовок;
• высокая скорость процесса;
• безупречная точность и чистота разреза;
• полное сохранение химико-физических свойств металла;
• минимальный расход материала;
• безопасность работ (исключает применение горючих газов).

Благодаря универсальности этот метод позволяет обрабатывать любые металлы, – черные, цветные, а также их сплавы быстро, просто, с превосходным результатом по качеству и без габаритных баллонов, как при газокислородном варианте. Кроме того, плазменную резку применяют, чтобы устранить с металлов швы, неровности и прочие дефекты, подготовить детали под сварку, выполнить прямые и фигурные срезы, просверлить отверстия.

В настоящее время плазменно дуговая резка широко используется в разных отраслях промышленности: строительстве, металлообрабатывающей, атомной, газовой, медицинской, электронной, автомобильной, судостроении и самолетостроении. Ее преимущества неоспоримы и позволяют добиться идеального сочетания качества и оптимизации расходов.

Технология плазменной резки металла

Процесс плазменной резки выполняется как в условиях закрытого производственного помещения, так и открытого пространства. Для этого используются промышленные автоматические станки или устройства, функционирующие в ручном режиме.

Основу работы всех источников плазменной резки составляет следующий принцип. При включении системы между электродом и соплом плазмотрона или разрезаемым металлом формируется высоковольтная электро-дуга. После этого начинает поступать газ.

В процессе подачи газа температура дуги повышается, благодаря чему он ионизируется и преобразуется в плазму, которая становится проводником между электродом и обрабатываемым материалом. Под действием плазмы поток электричества обретает рабочее состояние и способность проникновения в любые металлы. При этом его скорость может достигать огромных значений. Ярко светясь, струя плазмы нагревает деталь в зоне обработки и локально расплавляет ее.

Используя плазменную резку, можно раскраивать любые металлы, применяя для этого различные газы. Работа с черными металлами осуществляется при помощи кислорода или обычного воздуха; нарезка цветных аналогов – с использованием газов неактивного класса или их сочетаний. Скорость обработки материала обусловлена его техническими характеристиками.

В свою очередь скорость оказывает прямое влияние на чистоту разреза. Поэтому важно правильно подобрать этот параметр, чтобы не перегреть заготовки.

Схема плазменной резки

Для плазменной резки используют две схемы. Фактически обе они относятся к категории термической обработки и основаны на производстве электро-дуги и последующем формировании плазмы.

1. Плазменно-дуговая

В данном случае создание прямо действующей электро-дуги происходит между неплавким сварочным электродом и обрабатываемым материалом. Далее она совмещается с высокоскоростным факелом плазмы, образованным путем газовой ионизации. В подобном состоянии плазма разрезает любые металлы, не требуя их предварительного разогрева. Именно эта схема плазменной резки считается наиболее эффективной и чаще всего применяется в разных сферах промышленности.

2. Плазменная струя

Такой вид раскроя используют реже, в основном при обработке деталей не из металла. Резка посредством плазменной струи предусматривает, что в создании электро-дуги участвуют наконечник и электрод плазмотрона, а сама заготовка не является частью электрической схемы. Поэтому здесь формируется дуговой поток косвенного действия. Плазмотрон выпускает определенный объем плазмы в виде высокоскоростной струи. Благодаря ее энергии выполняется обработка изделия.

Аппарат плазменной резки металла

Конструктивно система плазменной резки представлена двумя ключевыми элементами: источником электроэнергии и плазмотроном. Первый узел отвечает за создание и поддержку электрического потока. Плазмотрон необходим для непосредственного формирования факела низкотемпературной плазмы. Его составными деталями являются: сопло, электрод, камера для образования плазмы, форсунка для создания струи плазмы и кабель-шланг. Различают два типа станков:

• инверторные – компактные установки плазменной резки с небольшим весом и энергопотреблением. Способны создавать стойкую электрическую дугу, обеспечивающую высокую производительность и качество работ. Характеризуются чувствительностью к перепадам напряжения;
• трансформаторные – долговечные и надежные, но габаритные агрегаты, применяемые для ручных и автоматизированных процессов разрезки. Главные достоинства: высокая продолжительность непрерывной работы, раскрой материалов большей толщины и нечувствительность к скачкам напряжения.

Чтобы правильно выбрать аппарат для плазменной резки металлов, нужно отталкиваться от условий эксплуатации и планируемого спектра задач. Первым делом следует обратить внимание на такие критерии, как:

• перечень материалов – желательно приобретать станки, предназначенные для обработки разных металлов;
• допустимая толщина резки – как правило, этот показатель указывается для обычной стали, а по нему уже определяются значения для остальных металлов;
• состав плазмообразующей смеси – станки, работающие на инертных газах, воздухе и кислороде, позволяют подобрать оптимальный режим раскроя для любых материалов.

Установка плазменной резки металла с чпу

Плазменная резка металла становится максимально эффективной, когда выполняется на специальных установках с чпу (числовым программным управлением). Эти станки предназначены для выполнения самых сложных и ответственных операций по раскрою материала с идеальной точностью. Технически состав такого аппарата дополняется специальным компьютером, который при помощи программы автоматически контролирует все параметры процесса.

Установка плазменной резки металла с чпу имеет множество неоспоримых преимуществ. Во-первых, это уникальная точность обработки. После запуска агрегат четко исполняет поставленную задачу, раскраивая заготовки любых конфигураций. В результате все детали получаются абсолютно идентичными. Во-вторых, использование станков с чпу очень выгодно с точки зрения экономии. Они потребляют минимум электроэнергии и не требуют серьезных расходов на дополнительное оборудование.

Практически все операции автоматизированы, что сокращает потребность в квалифицированном персонале. Один работник может легко контролировать работу нескольких станков. И, в-третьих, несмотря на то, что такой аппарат является технически сложным, его управление доступно любому человеку.

Для этого нужно пройти специальную подготовку, которая длится совсем недолго.

Стол плазменной резки

Для удобной, безопасной и быстрой плазменной резки деталей необходимо качественное сопутствующее оборудование, которым является специальный стол. Данные устройства выпускаются в широком ассортименте, что позволяет подобрать модель, оптимальную для использования на любом производстве или в частных условиях. Стол плазменной резки представляет собой изделие, созданное из стальных пластин. Это съемные элементы, которые в процессе износа просто меняются на новые.

Расстояние между ними может быть разным: его выбирают с учетом планируемых параметров деталей, чтобы те не проваливались. Дополнительные пластины всегда можно изготовить на самом устройстве. Как правило, инструкция по их раскрою поставляется производителем бесплатно. Под рабочим основанием стола плазменной резки предусмотрена внутренняя решетка. Ее наличие позволяет исключить падение готовых деталей в контейнер для отходов.

Также стол укомплектован встроенным воздуховодом для удаления пыли, дыма и других вредных продуктов, формируемых при обработке металлов. Установки шириной более 2,5 метров оснащаются такими системами с двух сторон. Все узлы этой конструкции рассчитаны на работу в сложных условиях. Поэтому они легкодоступны и при необходимости быстро заменяются. Выбор модели стола плазменной резки зависит от размера площади и максимальной толщины материала, планируемого для обработки.

Воздушно-плазменная резка металла: разбираемся в нюансах технологии

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Описание технологии воздушно-плазменной резки металла
• 5 видов воздушно-плазменной резки металла
• Плюсы и минусы воздушно-плазменной резки
• Сферы применения воздушно-плазменной резки
• Какое оборудование необходимо для воздушно-плазменной резки металла

Воздушно-плазменная резка металла сочетает в себе эффективность и экономичность, что и определяет ее распространенность на предприятиях, чья работа связана с раскроем. Не менее важным является и тот факт, что данный способ обработки подходит для обработки практически любых металлов: черных, цветных, сплавов – главное, чтобы толщина материала не превышала определенных значений.

Качество работ напрямую зависит от типа оборудования и правильно выбранных условий реза. В нашей статье мы расскажем о вариантах воздушно-плазменной резки металла, о видах и устройстве плазмотронов, а также рассмотрим сферу применения данной технологии.

 

Суть технологии воздушно-плазменной резки металла

Главное достоинство данного метода состоит в том, что с его помощью удается обрабатывать металлы любых видов толщиной до 220 мм.

Кратко принцип действия воздушно-плазменной резки можно описать следующим образом: в контуре электрической дуги между наконечником форсунки и неплавящимся электродом образуется искра, от нее воспламеняется поток газа. Последний ионизируется, превращается в управляемую плазму. За счет сужения выходного отверстия происходит ускорение потока плазмы, в результате чего скорость ее выхода достигает 800–1 500 м/с.

Плазменная струя вырывается из сопла при температуре около +20 000 °C, поэтому без труда проплавляет материал будущего изделия. Немаловажно, что метод воздушно-плазменной резки металла обеспечивает точечное воздействие и минимальный нагрев области вокруг места реза.

При плазменно-дуговом способе предполагается замыкание заготовки в проводящий контур. Этого не происходит, если применяется резка плазменной струей, поэтому в рабочей схеме плазмотрона обязательным становится стороннее образование высокотемпературного компонента.

VT-metall предлагает услуги:

Плазменная струя используется при работе с материалами, которые не проводят электрический ток. В таком случае будущее изделие не может стать частью электрической цепи, поэтому дуга формируется между наконечником плазмотрона и электродом.

 

Плазменно-дуговой метод подходит исключительно для раскроя токопроводящих материалов, так как дуга горит между заготовкой и электродом, ее столб совмещен со струей плазмы. Плазма является нагретым ионизированным газом. Последний продувается через сопло, обжимает дугу, придает ей проникающие свойства, обеспечивает активное формирование плазмы.

Рекомендуем статьи по металлообработке

• Марки сталей: классификация и расшифровка
• Марки алюминия и области их применения
• Дефекты металлический изделий: причины и методика поиска

За счет высокой температуры обеспечивается высочайшая скорость истечения газа, а также повышается уровень воздействие плазмы на будущее изделие. Немаловажно, что при таком способе раскроя капли металла выдуваются газом из области обработки. Процесс активизируется при помощи дуги постоянного тока прямой полярности.

Плазменно-дуговая резка используется в таких сферах, как:

• изготовление деталей с прямолинейными, фигурными контурами;
• вырезание отверстий, проемов в металле;
• производство заготовок для сварки, штамповки, механической обработки;
• обработка кромок поковок;
• резка труб, полос, прутков, профилей;
• обработка литья.

Благодаря всем перечисленным принципам, плазменная резка обеспечивает высокую производительность труда и отвечает всем требованиям пожарной безопасности. Дело в том, что здесь используются только материалы, которые не горят.

5 видов воздушно-плазменной резки металла

1. Обычная.

   В данном случае для охлаждения и образования плазмы применяется только один газ: это может быть воздух или азот. Чаще всего в таких системах сила номинального тока не превышает 100 А, а значит, возможна воздушно-плазменная резка материалов толщиной в пределах 5/8 дюймов. Данная технология обычно применяется для ручной резки.

2. С двумя видами газа.

   Один газ играет роль основы для будущей плазмы, а другой выполняет защитную функцию, не допуская попадания атмосферного воздуха в зону реза. В итоге обеспечивается более высокое качество обработки. Поскольку для формирования рабочей среды могут использоваться различные сочетания газов, этот способ входит в число наиболее распространенных.

3. С использованием водной защиты.

   Применяемый в данном методе принцип очень похож на описанный выше. Разница лишь в том, что вместо защитного газа используется вода. В результате достигается более качественное охлаждение сопла и заготовки, удается сделать более аккуратные резы на нержавеющей стали. Но такой вариант защиты может применяться только в сочетании с механизированными системами.

4. С впрыском воды.

   При данном виде воздушно-плазменной резки металлов газ используется для образования плазмы, а вода впрыскивается в саму дугу радиально или по контуру завихрения. Подобный подход позволяет значительно усилить сжатие дуги. Иными словами, повысить ее плотность, температуру, добиваясь силы тока в пределах 260–750 А. Именно такие показатели обеспечивают высококачественную обработку материалов вне зависимости от их толщины. Однако впрыск воды также допускается использовать только в механизированных системах.

5. Прецизионная.

   Данный метод незаменим, когда нужно раскроить материалы толщиной менее 1/2 дюйма и в то же время добиться высочайшего качества реза. Чтобы наиболее точно передать контур будущего изделия, обработку осуществляют на низких скоростях. Использование самых современных технологий позволяет сильнее сжать дугу, а значит, добиться очень высокой плотности энергии. Прецизионная резка тоже может использоваться лишь в механизированных системах.

Плюсы и минусы воздушно-плазменной резки

Обработка металлов используется практически всеми промышленными предприятиями, чье производство имеет отношение к металлопрокату. Плазмотрон позволяет быстро выполнить целый ряд операций: раскрой листового материала на заготовки, декоративную фигурную резку, создание точных отверстий.

Помимо этого, аппараты воздушно-плазменной резки металла обеспечивают:

• Высокую производительность, хорошую скорость обработки. Если сравнивать с электродным методом, за аналогичный отрезок времени выполняется в 4–10 раз больший объем работ.
• Экономичность по сравнению с более традиционными методами раскроя материалов. Однако нужно понимать, что при использовании плазменного метода есть ограничения по толщине металла. Такая резка стали толщиной более 5 см является нецелесообразной и экономически невыгодной.
• Точность, ведь данная технология обеспечивает практически незаметные деформации, а значит, можно избежать последующей дополнительной обработки.
• Безопасность.

Благодаря всем названным достоинствам метод воздушно-плазменной резки металла получил широкое распространение в промышленности и даже в быту.

Правда, у него есть и ряд недостатков:

• Ограничения по толщине материала. Даже мощные установки могут похвастаться плотностью обрабатываемой поверхности только в пределах 80–100 мм.
• Жесткие требования, касающиеся обработки деталей. Мастер должен следить за сохранением в процессе раскроя угла наклона резака 10–50 градусов. В противном случае будет страдать качество реза, а комплектующие быстрее придут в негодность.

Сферы применения воздушно-плазменной резки

Интересующий нас способ считается универсальным. В строительстве и промышленности воздушно-плазменная резка лучше всего позволяет раскроить тонкие металлические листы, стальные рулоны, изготовить металлические штрипсы, подробить чугунный лом. Трубы любого диаметра также могут быть разрезаны с помощью центратора трубореза. Также аппараты для воздушно-плазменной резки металлов позволяют зачищать швы, удалять кромки.

В основном, данная технология используется в таких промышленных сферах, как:

• машиностроение;
• капитальное строительство;
• авиа- и судостроение.

Кроме того, в строительстве распространена художественная плазменная резка при изготовлении ограждений, беседок, разного рода декоративных элементов.

Оборудование для воздушно-плазменной резки металла

• Обычные аппараты.

Устройства для плазменной резки бывают:

• Ручные. Эти приборы для ручной плазменной резки используются в цехах и на объектах. Поскольку раскрой осуществляется вручную, не удается добиться высокого качества реза.
• Машинные, то есть системы для работы в условиях цеха. Они позволяют формировать идеальные резы даже при фигурном раскрое. Однако подобное оборудование отличается большими размерами и низкой мобильностью по сравнению с ручными устройствами.

По принципу работы аппараты для воздушно-плазменной резки металла делятся на:

• Контактные. Обеспечивают работу с токопроводящими материалами, используя раскраиваемую заготовку как анод – дуга возникает между металлом и электродом.
• Бесконтактные. Металл изделия не участвует в формировании дуги, она образуется между внутренним электродом плазмотрона и его наконечником.

По типу источника питания системы для воздушно-плазменной резки металла бывают:

• Инверторными. Они потребляют мало электроэнергии, требовательны к качеству электропитания, имеют небольшие размеры, при этом гарантируют стабильную дугу.
• Трансформаторные. Отличаются большим весом и габаритами, энергозатратны, но справляются с более длительной нагрузкой.

Во всех аппаратах используется примерно один принцип обработки заготовок. При помощи встроенного или выносного компрессора, баллона со сжатым воздухом газ через фильтр и осушитель подается в плазмотрон, в котором находится катод (электрод). После того как загорается дуга, образуется плазма, которая, вырываясь из наконечника плазмотрона, раскраивает лист металла толщиной от 1 мм.

• Станки с ЧПУ.

Несмотря на то, что модели таких плазменных станков могут иметь разные характеристики, у такого оборудования есть общие элементы:

• система подачи газа в плазмотрон;
• стол для раскроя заготовок, укомплектованный поворачиваемой поверхностью;
• система креплений на магнитах, устройство для передвижения режущего инструмента;
• датчик для контроля высоты горелки над заготовкой;
• рельса из профиля с зубчатыми рейками;
• система ЧПУ.

Перед запуском станка составляется программа, в которую вводятся все необходимые параметры. Она позволяет системе работать без оператора либо требует его минимального участия.

Обработка заготовок плазмой на станках с ЧПУ имеет следующие достоинства:

• раскрой металлических листов сложной конфигурации осуществляется по установленным параметрам и обеспечивает высокую точность;
• низкие энергозатраты;
• отсутствие производственных издержек при работе станка, за счет чего повышается рентабельность производства;
• высокий уровень производительности;
• возможность обработки листов разного металлопроката, низколегированных и углеродистых сталей, чугуна толщиной 0,5–150 мм, при этом достигается качественный и чистый рез без необходимости финальной зачистки кромок;
• безопасность работы, так как не предполагается выхода газа, огня;
• наличие функции определения толщины разрезаемого листа;
• простая эксплуатация и обслуживание.

У таких устройств для воздушно-плазменной резки металлов лишь один минус: они не позволяют работать с титаном и высоколегированными металлическими листами толщиной более 100 мм.

• Стол.

Стол обеспечивает удобство, безопасность и высокую скорость раскроя. Сегодня существует богатый выбор таких устройств, поэтому можно выбрать модель для конкретных условий работы.

Стол состоит из съемных стальных пластин, которые могут быть заменены на новые при необходимости. Расстояние между пластинами зависит от пожеланий заказчика, ведь этот показатель выбирают с учетом планируемых параметров деталей. Последние не должны проваливаться во время раскроя. Если требуется, всегда можно изготовить дополнительные пластины, используя имеющийся стол и аппарат для воздушно-плазменной резки металла. Чаще всего производители бесплатно предоставляют инструкцию по их раскрою.

Под рабочим основанием стола находится внутренняя решетка, исключающая падение готовых деталей в контейнер для отходов.

Стол обязательно оснащается встроенным воздуховодом, ведь в процессе работы с металлами образуются пыль, дым и другие вредные для здоровья человека продукты. На установках шириной более 2,5 м подобные системы монтируются с двух сторон. Немаловажно, что все узлы конструкции рассчитаны на эксплуатацию в непростых условиях, поэтому их можно в короткие сроки и без труда заменить. При выборе модели стола важно учитывать имеющуюся для установки площадь, а также максимальную толщину обрабатываемых материалов.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Плазменная резка

   

Воздушно-плазменная резка представляет собой эффективный способ,   применяемый в различных отраслях промышленности для резки цветных и черных металлов и сплавов с высокими показателями производительности, точности и качества реза.

Суть ее состоит в высококонцентрированном локальном расплавлении металла теплом вдоль линии реза, генерируемом сжатой дугой, и удалении его интенсивным плазменным потоком, вытекающим из канала сопла плазматрона. Говоря иначе, подаваемый от компрессора сжатый атмосферный воздух нагревает изделие в исходной точке до температуры, необходимой и достаточной для воспламенения  данного металла в кислороде.

После чего на него направляется поток технически чистого (98 – 99%) режущего кислорода, под воздействием которого происходит интенсивное окисление сначала верхних слоев металла, а затем и нижележащих слоев засчет выделения значительного количества теплоты. При этом, образующиеся в процессе сгорания окислы, будучи еще в расплавленном состоянии,  выдуваются из зоны реакции. И в результате вы получаете удивительно тонкий и аккуратный срез для создания различных заготовок из листового материала и отверстий в них, уменьшения габаритов изделий при их утилизации, снятия фасок под сварку и т.д. в условиях максимальной экономии рабочего материала при резке.

Кроме того, следует также отметить, что воздушно-плазменная резка может осуществляться в ручном или автоматическом режимах, в монтажных, цеховых и даже полевых условиях, при нахождении изделия в любом пространственном положении.

Однако не только это определило ее широкое распространение в современной промышленности. В частности, к бесспорным преимуществам воздушно-плазменной резки необходимо отнести следующее:

1.           универсальность самого оборудования, что позволяет использовать его для обработки сталей, меди, алюминия и его сплавов, чугуна и других материалов;   

2.           простота эксплуатации;

3.           сравнительная дешевизна аппарата плазменной резки и его вспомогательных элементов;

4.            высокие скоростные и качественные показатели резки  изделия, независимо от его толщины, позволяющие вырезать детали любой сложности и различной конфигурации;

5.           исключение или ощутимое сокращение последующей механической обработки материала для сварочно-сборочных операций;

6.           возможность применение традиционного сжатого воздуха и, соответствие, отсутствие потребности в дорогостоящих газах, вроде ацетилена или пропана – бутана;

7.           резка окрашенных и загрязненных поверхностей без подготовительных работ;       

8.           отсутствие деформирования металла при резке и необходимости его правки после нее;

7.   безопасность на протяжении всего процесса резки;

8.   низкий уровень выброса вредных веществ в окружающую среду.

Таким образом, на любом предприятии, специализирующемся на металлообработке, вы непременно встретите аппараты воздушно-плазменной резки, для работы которых требуется лишь сжатый воздух и электроэнергия, а при наличии компрессора — и вовсе только электроэнергия. Следовательно, по сравнению со сложностями, возникающими в случае использования оборудования, скажем, для газокислородной резки (заправка, транспортировка и хранение громоздких баллонов, их периодическая переаттестация, и взрывопожароопасность) подобные агрегаты нуждаются исключительно в замене расходных материалов (сопел и электродов), чей месячный запас с легкостью умещается в дамской сумочке.

Вот и получается, что воздушно-плазменная резка во многих случаях является единственной доступной возможностью, обеспечивающей высокую производительность при работе с металлами и сплавами.

а) — плазменная дуга; б) — плазменная струя; 
1 — Подача газа; 2 — Дуга; 3 — Струя плазмы; 4 — Обрабатываемый металл; 
5 — Наконечник; 6 — Катод; 7 — Изолятор; 8 — Катодный узел.

Резка металла с помощью плазмы – это способ обработки, при котором металл подвергается разрезанию, а материалом для резки становится поток плазмы.

Такой вид резки заключается в том, что металл плавится в том месте, где на него воздействует сжатая при определенном давлении дуга плазмы. Именно с ее помощью металл нагревается до таких температур, что начинается плавление. Одновременно за счет плазменной струи происходит активное удаление наплавления.

По своей природе плазма – это ионизированный газ, физическим свойством которого является высокая температура. Такой газ имеет способность проводить электрический ток. Плазменная дуга, за счет которой осуществляется плазменная резка металла, образуется за счет сжатия этого ионизированного газа. Есть два способа резки металла с помощью плазмы – резка с помощью плазменной струи и резка плазменно-дуговая.

Во время обработки металла первым способом дуга разгорается между неплавящимся электродом и непосредственно металлом. Эта дуга совмещена со струей плазмы, которая подается при очень больших скоростях и температурах

При резке металла способом плазменной струи происходит косвенное воздействие, то есть дуга разгорается между электродом и наконечником, который формирует струю. Второй способ разрезания металла считается наиболее эффективным и популярным. Электроды для резки металлов производятся из таких материалов, как гафний, вольфрам, медь и др.

Технологические возможности, такие как скорость и качество, с которыми происходит процесс резки металла, напрямую зависят от плазмообразующей среды. Именно она сильно влияет на результат разрезания. Ведь за счет регулирования таких параметров плазменной среды можно изменить, например, количество выделяемого тепла для дуги. Также с помощью этой среды изменяется плотность тока, что влияет на скорость и ширину резки.

Плазменная резка металла имеет немаленький ряд преимуществ по сравнению с технологией газовой резки:

— этим способом можно обрабатывать практические любые виды металлов, то есть эта техника полностью универсальна, ведь с ее помощью можно воздействовать на сталь, алюминий, медь, чугун, разнообразные сплавы и т.д.;

— скорость разрезания как маленьких, так и средних по толщине металлов значительно превышает скорость резки этих же материалов с помощью газопламенной техники резки;

— в процессе резки металлов с помощью плазмы происходит нагрев конкретных небольших участков материала, что исключает деформацию близлежащих зон и обеспечивает качественный, аккуратный и ровный шов при разрезании;

— поскольку плазменная резка металла не требует такого оборудования, как баллоны с кислородом и горючим газом, то можно сделать вывод о безопасности такого метода;

— относительная несложный, этот способ резки обеспечивает возможность делать разрезы, сложные по форме, то есть фигурную вырезку;

— полученные точные вырезы высокого качества при этом не предполагают дополнительных механических обработок;

— данный способ резки металлов с помощью плазменной дуги экономически выгоден, ведь для его осуществления не требуется приобретение газов по высоким ценам, таких как кислород, пропан-бутан, ацетилен и др. ;

— эта техника абсолютно безопасна для окружающей среды и не влияет пагубно на экологическое состояние, что тоже немаловажно.

Итак, исходя из всех этих преимуществ и гарантированно качественного результата, можно сделать вывод, что плазменную резку металлов лучше всего производить именно с помощью плазменной дуги. Но при этом стоит учесть, что выполняться она должна опытными специалистами, ведь любая работа такого рода требует немалой сноровки и знаний.

• ESAB
• BLUEWELD
• FUBAG
• СВАРОГ

4 газа, используемых в плазменной резке, и как выбрать

Если вам нужна быстрая и чистая резка металла, плазменная дуговая резка должна быть на первом месте в вашем списке.

Но какой тип газа использует плазменная резка и как она работает?

В этом кратком руководстве мы рассмотрим четыре различных типа газов, подходящих для плазменной резки.

Читайте дальше, чтобы узнать, какой тип металла лучше всего подходит для резки, а также преимущества и недостатки каждого из них.

Какой газ использует плазменный резак?

В зависимости от типа материала и его толщины, разные газы позволяют добиться разного качества резки.

В идеале вы хотели бы иметь хороший баланс между результатами, скоростью, сроком службы деталей и эксплуатационными расходами.

Ниже приведены четыре наиболее часто используемых газа для плазменной резки.

Сжатый воздух

Это самый универсальный из всех плазмообразующих газов, используемых для низкоточной резки, который обеспечивает высококачественную резку низкоуглеродистой и нержавеющей стали, а также алюминия и углеродистой стали для плазменной строжки.

Сжатый воздух является экономичным выбором, поскольку воздух доступен бесплатно. Вам понадобится отдельный воздушный компрессор для запуска этой установки или плазменный резак со встроенным.

Однако вам все равно придется удалять частицы пыли или влаги, что может значительно увеличить расходы. Чаще всего используется для резки металлов толщиной до 1 дюйма.

Плюсы

• Имеет тенденцию быть экономичным
• Может также использоваться для строжки

Минусы

• Оставляет окисленную область разреза, влияющую на свариваемость
• Может произойти окисление и азотирование поверхности реза, что может вызвать пористость сварных швов. Бороться с этим можно, используя качественную сварочную проволоку с денитрификаторами и раскислителями.
• Требуется отдельный воздушный компрессор

Кислород

Использование кислорода в плазменном резаке обеспечивает самую высокую скорость резки по сравнению с любым другим плазменным газом, обеспечивая при этом наилучшее качество резки.

Этот газ подходит для углеродистой стали толщиной до 1-1/4 дюйма, где требуется резка высочайшего качества.

Когда газообразная кислородная плазма используется на углеродистой стали, они вступают в реакцию с образованием мелких брызг расплавленного металла, при этом каждая капля имеет низкое поверхностное натяжение. Этот мелкодисперсный спрей облегчает удаление из пропила.

При использовании кислородной плазмы воздух действует как защитный газ. Кислород также можно использовать для обработки нержавеющей стали и алюминия, но он дает более грубую поверхность среза.

Плюсы

• Максимальная скорость резки
• Наилучшее качество резки низкоуглеродистой стали

Минусы

• Газообразный кислород стоит дорого.
• Срок службы расходных материалов короче. Однако высококачественные кислородные плазменные горелки используют инертные газы с кислородной плазмой, такие как азот, для получения тех же результатов.

Тем не менее, вы можете компенсировать высокие затраты, связанные с расходными деталями и самим газом, сведя к минимуму расходы на послесварочные операции, такие как удаление окалины и правка скошенных деталей.

Азот

Азот лучше всего подходит для сильноточных плазменных резаков. Он обеспечивает превосходное качество резки низкоуглеродистой и нержавеющей стали или алюминия толщиной до 3 дюймов.

Азот обычно используется в качестве стабилизатора с аргоном, чтобы добавить смачивающее действие к сварке, сохраняя при этом стоимость.

Азотная плазма очень хорошо работает с CO2 в качестве вторичного газа для повышения скорости резки и увеличения срока службы деталей по сравнению с воздухом. Вы также можете использовать воду в качестве вторичной с грунтовыми водами.

Pros

• Отличное качество резки.
• Прочные части жизни.

Минусы

• Использование CO2 стоит намного дороже, чем воздух, и означает использование нескольких газовых баллонов для подачи достаточного потока, который удовлетворяет потребности такого рода.
• Газообразный азот стоит дорого.

Аргон-водород  

Эта конкретная смесь в основном используется для резки нержавеющей стали и алюминия.

Аргон-водород обеспечивает чистый, прямой рез и очень гладкую поверхность нержавеющей стали.

Идеальное стехиометрическое соотношение, обеспечивающее оптимальные условия, составляет 65 % аргона и 35 % водорода. Эта комбинация в этом соотношении предлагает самый горячий плазменный горящий газ, обеспечивающий почти идеальные, чистые разрезы. По этой причине не рекомендуется резать мягкую сталь.

Горелки с впрыском воды используют аргон-водород для резки нержавеющей стали толщиной до 6 дюймов. Он подходит для резки любого материала толщиной более трех дюймов.

Еще одно преимущество использования этой комбинации заключается в том, что ее также можно использовать для плазменной строжки любого материала. Тем не менее, вдоль нижнего края материала можно обнаружить зубчатые окалины, с которыми иногда неудобно работать.

В качестве контрмеры азот используется в качестве защитного газа с аргоном-водородом. Эта смесь газов также имеет тенденцию быть дорогой, что увеличивает стоимость эксплуатации.

Pros

• Создает самую горячую плазму для резки материалов.
• Может использоваться для плазменной строжки любых материалов.

Минусы

• Неэкономичен из-за дороговизны эксплуатации.
• Уровни окалины могут образовываться вдоль нижнего края разрезаемого материала.

Выбор подходящего газа

Когда дело доходит до выбора газа для плазменной резки, вам необходимо учитывать несколько важных факторов, начиная от типа материала, с которым вы хотите работать, желаемого качества резки и заканчивая вашим бюджетом.

Приведенная ниже таблица служит ключом к выбору наилучшего газа для плазменной резки.

Плазменный газ и защита	Мягкая сталь	Нержавеющая сталь	Алюминий
Воздух и Воздух	– Хорошее качество резки, – Более высокая скорость резки, – Экономичность	– Хорошее качество резки, – Более высокая скорость резки, – Экономичность	– Хорошее качество резки, – Более высокая скорость резки, – Экономичность
Кислород и воздух	– Хорошее качество резки, – Более высокая скорость резки, – Очень мало окалины	– Не рекомендуется	– Не рекомендуется
Азот и воздух	– Немного окалины, – Удовлетворительное качество резки, – Впечатляющий срок службы деталей	– Впечатляющий срок службы деталей, – Хорошее качество резки	– Впечатляющий срок службы деталей, – Превосходное качество резки
Азот и CO2	– Небольшой окалина, – Впечатляющий срок службы деталей, – Удовлетворительное качество резки	– Впечатляющий срок службы деталей – Хорошее качество резки	– Впечатляющий срок службы деталей – Хорошее качество резки
Азот и вода	– Немного окалины, – Удовлетворительное качество резки, – Впечатляющий срок службы деталей	– Превосходное качество резки – Впечатляющий срок службы деталей	– Превосходное качество резки – Впечатляющий срок службы деталей
Аргон-водород и вода	– Не рекомендуется	– идеально подходит для толщины >1/2″	– идеально подходит для толщины >1/2″

Читать по теме : Лучший плазменный резак – Лучшие выборы и обзоры тип используемого газа.

Рекомендации в соответствии с отраслевой практикой в ​​отношении того, какие газы лучше всего подходят для каких материалов, следующие:

• Кислородная плазма лучше всего подходит для низкоуглеродистой стали, где воздух действует как защитный газ, обеспечивая наилучшее качество резки с минимальным образованием окалины. Это дает мало шансов на доработку, сохраняя при этом превосходную свариваемость при высоких скоростях резания.
• Используйте аргон-водород в сочетании с азотом в качестве вторичного, чтобы получить наилучшее качество резки алюминия и толстой нержавеющей стали. Убедитесь, что ваша система безопасна и совместима с газообразным аргоном-водородом.
• Используйте азотную плазму с CO2 для резки нержавеющей стали и алюминия для достижения наилучших результатов по стоимости.
• Для наиболее экономичной плазменной резки чистый сжатый воздух лучше всего подходит для резки алюминия, низкоуглеродистой и нержавеющей стали.

Плазменная резка нержавеющей стали и алюминия

Рисунок 1

Процесс плазменной резки можно использовать для резки любого проводящего материала, включая углеродистую и нержавеющую сталь, алюминий, медь, латунь, литые металлы и экзотические сплавы. Каждый из этих материалов ведет себя по-разному при интенсивном нагреве и охлаждении в процессе плазменной резки.

Мягкая сталь является наиболее часто используемым материалом в производстве металлов. Однако коррозионная стойкость, высокое отношение прочности к весу, термические свойства и эстетический вид нержавеющей стали и алюминиевых сплавов делают эти материалы привлекательными для многих применений. Свариваемость и другие характеристики углеродистых сталей, полученных плазменной резкой, хорошо задокументированы. Недавнее исследование инженеров в компании автора (опубликовано в выпуске журнала за сентябрь 2000 г. The FABRICATOR® , стр. 28-31) охарактеризовал зону термического влияния (ЗТВ) для углеродистых сталей и предложил несколько альтернативных плазменных процессов для сведения к минимуму ЗТВ.

В продолжение этого исследования ученые дополнительно исследовали свойства материалов из нержавеющей стали и алюминия. Исследование преследовало две цели:

1. Охарактеризовать термические и химические изменения в плазменной резке нержавеющей стали и алюминиевых сплавов.
2. Рекомендовать альтернативные процессы, которые могут улучшить внешний вид и качество резки для улучшения формовки и изготовления этих материалов.

Эксперимент

Для подготовки вырезанных образцов для металлографического анализа использовались три системы плазменной дуговой резки (PAC):

1. PAC с впрыском воды (WIP). В этом процессе используется плазмообразующий газ и закачиваемая вода. Впрыскиваемая вода попадает непосредственно на струю плазмы, сужая дугу и защищая сопло горелки. Для этого эксперимента использовалась система впрыска воды с азотной плазмой.
2. Обычный двухгазовый (CDG) PAC. В этом процессе используется плазмообразующий газ и защитный газ, охлаждающий переднюю часть резака и повышающий качество резки. В этом эксперименте использовалось несколько комбинаций плазмы и защитного газа: воздушная плазма-воздух, азотная плазма-азотная защита, азотная плазма-двуокись углерода и аргоновая/водородная плазма-азотная защита.
3. Высокоточный ПАК (HPP). В этом процессе используется сильный вихрь плазмообразующего газа и специальная геометрия расходных материалов для достижения большего сужения дуги и более высокой плотности энергии. Для этого эксперимента в высокоточной системе использовались воздушно-плазменно-воздушно-метановая защита и аргонно-водородная плазменно-азотная защита.

Вырезанные образцы толщиной от 1 до 25 мм. На рис. 1 приведены условия эксплуатации.

Исследователи удалили небольшой участок из каждого срезанного образца (см. Рисунок 2 ). Срез помещали в металлографическую оправу, полировали и подвергали электрохимическому травлению для выявления деталей микроструктуры. Термин микроструктура относится к микроскопической зернистой структуре материала, которая определяет многие его физические свойства.

Измерения и анализ каждого срезанного образца проводились с использованием оптической микроскопии. Использовались два увеличения: 100-кратное, позволяющее измерять характеристики ЗТВ, и от 400 до 500, позволяющее анализировать содержание фазы ЗТВ.

Используемые материалы

Большинство образцов были вырезаны из листов нержавеющей стали 304. Поскольку нержавеющая сталь серии 300 имеет структуру аустенитной фазы, для сравнения также было проанализировано ограниченное количество образцов мартенситной нержавеющей стали 410. Существенная разница между серией 300 и 400 заключается в содержании никеля и железа: нержавеющая сталь 410 имеет более высокое содержание железа (от 84 до 86 процентов) и не содержит никеля, в то время как нержавеющая сталь 304 имеет значительное содержание никеля (8 до 10,5%).

Из-за разного химического состава материалы серий 300 и 400 также имеют разные теплофизические свойства, такие как теплопроводность и удельная теплоемкость, которые влияют на поведение металла при резке и получаемую ЗТВ. Для резки алюминия используется сплав марки 6061 (номинальный состав: 1% магния, 0,6% кремния, 0,2% хрома, 0,3% меди, остальное алюминий).

Обрезные кромки из нержавеющей стали

Внешний вид обрезной кромки значительно зависит от процесса ПАУ и выбора газа (см. Рис. 3 ). Воздушная плазма или окислительный защитный газ, такой как воздух или CO ₂ , имеют тенденцию к образованию темной окисленной кромки среза.

Рисунок 2

Азотная плазма, аргон/водородная (h45) плазма или восстановительный защитный газ (метан или другие водородосодержащие газы) склонны вступать в химическую реакцию с кислородом, присутствующим в пропиле, что приводит к образованию небольшого количества оксида или его отсутствию на разрезе. край. Плазменный и защитный газы, конструкция и состояние расходных деталей влияют на другие характеристики режущей кромки, такие как шероховатость, угол среза и др. шлак.

Повторно затвердевший слой вдоль кромки реза характеризует ЗТВ в аустенитной нержавеющей стали (такой как сплав 304). Этот слой виден на металлографическом поперечном сечении на рисунках 4a (малое увеличение) и 4b (большое увеличение) для 400-амперного азотного плазменного разреза в 304 SS толщиной 12,8 мм. Этот материал расплавился в процессе резки, прилип к стороны разреза и затвердевают.

Хотя фазовый состав этого слоя не ясен, его мелкозернистая микроструктура демонстрирует некоторые признаки селективного травления между зернами, что указывает на возможное образование выделений вдоль границ зерен.

Все образцы из аустенитной нержавеющей стали, исследованные в этом исследовании, вели себя одинаково. Сравнение Рисунка 4c , микрофотографии с большим увеличением 200-амперного плазменного разреза CDG в 304 SS толщиной 12,8 мм, и Рисунка 4d (аналогичный вид для 200-амперной аргоновой/водородной плазмы) с Рисунком 4b показывает, что каждый из них имеет мелкозернистый повторно затвердевший слой поверх оригинальный основной металл.

Теплопроводность стали серии 300 относительно низкая, что приводит к концентрации термических эффектов на кромке реза. Поскольку аустенитное фазовое превращение происходит при относительно высоких температурах, заметного твердотельного фазового превращения в аустенитных краях PAC не наблюдается.

На рисунках 4e и 4f показаны микрофотографии с малым увеличением аустенитных (316) и мартенситных (410) сплавов, вырезанных с помощью идентичных процессов резки (азотная плазма CDG на 120 ампер) из материала толщиной 3,3 мм. При таком увеличении едва ли можно увидеть повторно затвердевший слой в любом вырезанном образце.

В то время как микроструктура нержавеющей стали 316 относительно неизменна от поверхности к сердцевине, микроструктура нержавеющей стали 410 демонстрирует явные признаки фазового превращения в твердом состоянии. Ферритные и мартенситные сплавы нержавеющей стали ведут себя так же, как углеродистая сталь, в том смысле, что в ЗТВ обычно происходит твердофазное превращение.

Анализ вырезанных образцов показывает, что толщина повторно затвердевшего слоя обычно составляет от 10 до 30 мкм, хотя размеры некоторых толстых образцов из нержавеющей стали в три-шесть раз больше.

На изображениях (a) и (b) показан образец из сплава 304 SS толщиной 12,8 мм, вырезанный с помощью 400-амперного WIP. Изображение (а) имеет 100-кратное увеличение; изображение (b) — 500-кратное увеличение.

Изображение (c) и (d) показывают образец из нержавеющей стали 304 толщиной 12,8 мм, вырезанный с помощью 200-амперного CDG, при 500-кратном увеличении. Изображение (в) получено воздушной плазмой; изображение (d) было сделано с аргон/водородной плазмой.

Изображение (e) — нержавеющая сталь 316; изображение (f) — мартенситная нержавеющая сталь 410; оба имеют 100-кратное увеличение. Оба представляют собой образцы толщиной 3,3 мм, вырезанные азотной плазмой CDG при 120 ампер. Обратите внимание на наличие фазового перехода в ЗТВ в мартенситном образце.

Изображения (g) и (h) представляют собой 500-кратное увеличение краев 304 SS толщиной 3,3 мм, вырезанных азотной плазмой CDG. Образец (g) имеет более высокое содержание серы в сыпучем материале, чем образец (h). Повторно затвердевший слой на (g) составляет примерно половину толщины слоя на (h).

Толщина повторно затвердевшего слоя в аустенитной нержавеющей стали PAC, скорее всего, связана с химическим составом нержавеющей стали, а также с конкретным процессом PAC, используемым для резки. Например, на рисунках 4g и h показаны микрофотографии с большим увеличением вырезанных образцов, изготовленных с использованием азотной плазмы CDG с током 120 ампер.

Материал из нержавеющей стали 304 толщиной 3,3 мм был получен из двух разных источников. Оба образца (рис. 4g и 4h ) имеют тонкий оксидный слой, который лежит поверх повторно затвердевшего слоя. Повторно затвердевший слой в образце 4h примерно вдвое толще, чем в образце 4g .

Рисунок 3

Хотя несколько незначительных различий в составе очевидны, наиболее значительным может быть различие в составе серы. Сера является поверхностно-активным элементом, способным существенно изменить поведение расплавленного металла при высокотемпературной обработке металлов (например, при сварке). Повышенное содержание серы в образце 4h , возможно, привел к более тонкому слою повторного затвердевания.

В дополнение к описанным здесь микроструктурным оценкам были выполнены измерения микротвердости вблизи кромки среза и в сердцевине образцов из нержавеющей стали 304 и 316. Хотя твердость краев обычно была немного выше, чем твердость материала сердцевины, среднее изменение твердости часто находилось в пределах вариации нескольких выполненных измерений.

Хотя эти результаты показывают, что ПАУ существенно не упрочняет кромки аустенитной нержавеющей стали, можно ожидать, что результаты для ферритной и мартенситной нержавеющей стали будут разными из-за вероятности твердофазных превращений. Однако никаких измерений на этих материалах не проводилось.

Свариваемость кромок PAC из нержавеющей стали является предметом будущих исследований. Однако в целом поверхностные оксиды, образовавшиеся на поверхности нержавеющей стали, разрезанной окислительной плазмой или защитным газом (таким как воздух или CO ₂ ), необходимо удалить путем шлифовки, прежде чем можно будет получить хорошие сварные швы.

Процессы PAC, в которых используется восстановительная плазма или защитный газ, такой как аргон/водород или метан, дают кромки реза со значительно меньшим количеством поверхностного оксида, которые требуют минимальной подготовки перед сваркой или вообще не требуют ее.

Алюминиевые режущие кромки

Внешний вид алюминиевой режущей кромки также зависит от процесса PAC и выбора газа (см. , рис. 5 ). Состояние поверхности алюминиевых кромок часто характеризуется относительной шероховатостью, тонкими оксидными слоями, межкристаллитными трещинами и пористостью вблизи поверхности кромки реза.

ЗТВ вырезанных образцов из алюминиевого сплава, проанализированных в данном исследовании, имеет как повторно затвердевший слой, так и твердофазное превращение. Однако фазовая структура алюминиевого сплава часто слабо видна на металлографических микрофотографиях.

Например, изображения поперечного сечения алюминиевого сплава толщиной 6,3 мм, вырезанного с помощью 70-амперной воздушной плазмы и метанового экрана, показаны при малом увеличении (см. Рисунок 6a ) и при большом увеличении (см. Рисунок 6b ) шероховатая кромка с некоторой пористостью.

Протяженность ЗТВ (включая повторно затвердевший и фазово-преобразованный слои) обычно определяется наличием выделений силицидов по границам зерен. Микроструктура вырезанных образцов, приготовленных воздушной плазмой КДГ (см. Рисунок 6c ) и аргон/водородная плазма CDG (см. Рисунок 6d ) качественно аналогичны показанным на рисунках 6a и 6b.

Из-за высокой теплопроводности алюминиевых сплавов общая толщина ЗТВ может быть значительной. Повторно затвердевший слой часто имеет такую ​​же толщину, как и область, определяемая фазовым превращением. Толщина ЗТВ зависит от условий процесса, таких как скорость резки и технологический газ, а также от толщины материала. Ширина ЗТВ больше для более толстого разрезаемого материала. на более низкой скорости.

Рисунок 4

Измерения микротвердости алюминиевого сплава 6061 вблизи кромки среза и в области сердцевины срезанного образца показывают, что твердость значительно снижается в ЗТВ. Термический цикл нагревания и охлаждения, происходящий во время процесса ПАУ, по существу представляет собой процесс отжига. Этот термический цикл ухудшает термообработку металла (обычно Т6) и возвращает его в отожженное состояние.

Свариваемость обрезанных кромок из алюминиевого сплава, изготовленных из полиакрилата, лучше всего достигается при отсутствии поверхностных оксидов. Если в плазме или защите используются окисляющие технологические газы, может потребоваться шлифовка кромок перед сваркой. Свариваемость кромок, срезанных восстановительной плазмой или защитным экраном, вероятно, будет лучше. Поскольку алюминий легко вступает в реакцию с кислородом, для подготовки разреза может потребоваться шлифование. край.

Сводка результатов

Серия 300 SS. Плазменно-дуговая резка аустенитных сплавов нержавеющей стали дает ЗТВ, характеризующуюся тонким слоем повторно затвердевшего металла, прилипшим к кромке реза. В микроструктуре наблюдается малое фазовое превращение или его отсутствие.

Толщина повторно затвердевшего слоя обычно составляет от 10 до 30 мкм (менее 0,001 дюйма). На формирование этого слоя может влиять присутствие микроэлементов (например, серы) в исходном металле.

Небольшая разница в микротвердости на кромке среза по сравнению с материалом сердцевины.

Серия 400, нержавеющая сталь. Мартенситные и ферритные нержавеющие стали ведут себя иначе, чем сплавы серии 300. Нержавеющие стали серии 410 после плазменной резки демонстрируют признаки твердофазного превращения вдоль ЗТВ.

Сплав 6061 Алюминий. Кромки реза имеют ЗТВ, характеризующуюся как твердофазным превращением, так и повторным затвердеванием. Поверхности кромок реза из алюминиевого сплава шероховатые, могут иметь межкристаллитные трещины и пористость. Наличие поверхностных оксидов может повлиять на свариваемость материалов как из нержавеющей стали, так и из алюминиевого сплава.

Все эти материалы из нержавеющей стали и алюминия легко образуют поверхностные оксиды, которые могут повлиять на свариваемость.

Результаты HAZ

Это исследование термических и химических эффектов в плазменной резке нержавеющей стали и алюминия подтвердило многие выводы предыдущих исследований углеродистой стали.

• ЗТВ состоит из небольших кусков, вырезанных плазмой. Большинство измерений HAZ в этом исследовании имели толщину менее 0,001 дюйма.
• ЗТВ зависит от скорости и мощности. Степень ЗТВ в низкоуглеродистой стали зависит от технологических параметров, таких как скорость и мощность резки, а также от толщины материала.
• Чем быстрее резка, тем меньше ЗТВ. Уменьшение времени, необходимого для выполнения резки, за счет использования высокой силы тока и высокой скорости снижает ЗТВ.
• Чем больше тепла (на квадратный дюйм), тем меньше HAZ. Процессы с высокой плотностью энергии (больше мощности на единицу площади), такие как высокоточный PAC, производят меньше HAZ.

В некоторых случаях ЗТВ необходимо удалять механически перед сваркой, чтобы предотвратить охрупчивание и разрушение сварного шва, но ЗТВ при плазменной резке нержавеющей стали и алюминия, как правило, невелика и может быть дополнительно минимизирована с помощью управления процессом.

Руководство по выбору газа – плазменная резка алюминия, низкоуглеродистой/нержавеющей стали

Используют ли плазменные резаки газ? Да. Все системы плазменной резки, включая воздушно-плазменные резаки, используют газ. В дополнение к использованию одного типа газа многие производители выбирают плазменные системы с возможностью «двойного газа» или «мультигаза». Это означает, что различные плазменные и защитные газы могут использоваться для различных целей. Мультигазовые резаки предлагают максимальную гибкость для мастерских, которые режут различные материалы. В зависимости от типа и толщины материала используются различные газы для достижения наилучшего баланса между качеством резки, сроком службы расходных материалов, производительностью и общей стоимостью эксплуатации. Большинство руководств по плазменным системам, как правило, перегружают оператора запутанным набором технологических карт резки и выбора газа. Цель этой статьи — дать краткий обзор преимуществ и недостатков каждого газа и дать «наилучшие» рекомендации по резке трех наиболее распространенных материалов: низкоуглеродистой стали, нержавеющей стали и алюминия.

Воздух

Воздух является наиболее универсальным плазмообразующим газом; он обеспечивает хорошее качество и скорость резки низкоуглеродистой стали, нержавеющей стали и алюминия. Воздух также снижает эксплуатационные расходы, поскольку нет необходимости покупать газы. Однако воздух не свободен. Воздух в цеху необходимо очищать от таких загрязнений, как твердые частицы, масляный туман и влага. Лучшее решение для воздушно-плазменных систем, таких как наши системы Powermax ^® , — это специальный воздушный компрессор хорошего размера, рефрижераторный осушитель и набор фильтров для удаления твердых частиц, масляного тумана и любой остаточной влаги. Еще одной проблемой воздушной плазмы является свариваемость кромки реза. Воздушной плазмой происходит некоторое азотирование и окисление поверхности реза; это может вызвать пористость сварных швов. Проблема обычно решается простым использованием сварочной проволоки хорошего качества с денитридами и раскислителями. Благодаря универсальности, хорошей скорости, низкому уровню окалины и сроку службы деталей до 600 пусков воздух является хорошим вариантом для многих мастерских. Воздушный защитный газ является лучшим выбором при использовании воздушной плазмы.

Кислород

Что касается плазмообразующего газа, кислород является отраслевым стандартом для резки низкоуглеродистой стали, поскольку он обеспечивает наилучшее, чистое качество резки и самую высокую скорость резки по сравнению с любым плазмообразующим газом. (Плазменная резка алюминиевого листа или листа из нержавеющей стали кислородным плазменным газом не рекомендуется). Кислородный плазменный газ вступает в реакцию с углеродистой сталью, образуя более мелкие брызги расплавленного металла, причем каждая капля имеет более низкое поверхностное натяжение. Этот расплавленный спрей легче выбрасывается из пропила. Недостатком кислорода является стоимость газа и срок службы расходных частей. Однако современные системы кислородной плазмы используют инертные пусковые газы (такие как азот) с кислородной плазмой для достижения срока службы деталей, аналогичного азотным или воздушным системам. Эти системы могут иметь срок службы расходных материалов в диапазоне 800-1500 пусков. Увеличение расходов на расходные материалы и газ обычно компенсируется сокращением дорогостоящих вторичных операций по удалению окалины и выпрямлению скошенных деталей. Воздушный защитный газ обычно используется с кислородной плазмой.

Азот

Азот использовался в большинстве ранних плазменных горелок. Это по-прежнему лучший выбор, если вы режете много алюминия и нержавеющей стали. Качество резки и срок службы расходных материалов превосходны, а срок службы электрода и сопла составляет более 1000 пусков. Тем не менее, лучше всего использовать газовую смесь аргона и водорода при резке материала толщиной более ½″, что соответствует предельным возможностям вашей плазменной системы. Обычно воздух является лучшим вторичным газом при использовании азотной плазмы. СО ₂ работает хорошо, слегка улучшая чистоту поверхности, скорость резки и срок службы деталей на воздухе. Но CO ₂ стоит больше, чем воздух, и требует наличия нескольких газовых баллонов с коллектором или объемной системы для обеспечения адекватного потока. Вода является хорошим вспомогательным средством для использования с азотной плазмой, если позволяет система. Использование его при резке алюминия и нержавеющей стали позволяет получить очень гладкую блестящую поверхность реза. Вода должна использоваться как вторичный газ с грунтовыми водами.

Аргон, водород

Аргон, водород — предпочтительный газ для резки толстой нержавеющей стали и алюминия (> 1/2″). Обычно используется смесь 35% водорода и 65% аргона, часто называемая H-35. Водород аргона является самым горячим горящим плазменным газом и обеспечивает максимальную режущую способность. (Аргон-водород используется в горелках с впрыском воды до 1000 ампер для резки нержавеющей стали толщиной до 6 дюймов). В мультигазовых горелках аргон-водород обеспечивает прямой рез и очень гладкую, почти полированную поверхность нержавеющей стали. Вдоль нижнего края может образоваться неровная окалина. Азот обычно используется в качестве защитного газа с аргоном и водородом. Недостатком этой комбинации является ее дороговизна.

Иллюстрированное руководство по выбору плазмообразующего газа:

Плазмообразующий газ/защитный газ	Плазменная резка низкоуглеродистой стали	Плазменная резка нержавеющей стали	Плазменная резка алюминия
Воздух/Воздух	Хорошее качество/скорость резки. Экономичный	Хорошее качество/скорость резки Экономичный	Хорошее качество/скорость резки Экономичный
Кислород (O 2 )/воздух	Превосходное качество/скорость резки. Очень мало шлака	Не рекомендуется	Не рекомендуется
Азот (N 2 )/СО 2	Неплохое качество огранки, немного окалины. Отличный срок службы деталей	Хорошее качество резки Высокий срок службы деталей	Отличное качество резки. Отличный срок службы деталей
Азот (N 2 ) 2 /Воздух	Неплохое качество огранки, немного окалины. Отличный срок службы деталей	Хорошее качество резки Отличный срок службы деталей	Хорошее качество резки Высокий срок службы деталей
Азот (N 2 )/H 2 0	Неплохое качество огранки, немного окалины. Отличный срок службы деталей	Отличное качество резки. Отличный срок службы деталей	Отличное качество резки. Отличный срок службы деталей
Аргон Водород/N 2	Не рекомендуется	Отлично подходит для толстых поверхностей >1/2″	Отлично подходит для толстых поверхностей >1/2″

 

Выбор наилучшего газа зависит главным образом от трех соображений: качество резки, производительность и экономичность.

• Для низкоуглеродистой стали используйте кислородный плазменный газ и воздушный защитный газ для достижения наилучшего качества чистого реза, минимального уровня окалины, минимальной доработки, отличной свариваемости и максимальной скорости/производительности резки.
• Для наилучшего качества резки нержавеющей стали и алюминия размером менее 1/2″ используйте азотную плазму и вторичный воздух для хорошего баланса качества резки и доступности.