Плазменная резка металла: преимущества и недостатки

Плазменная резка применяется чаще всего для того, чтобы резать толстые листы металла, особенно токопроводящие. В этой статье мы рассмотрим принцип работы плазменной резки, ее преимущества и недостатки, типы оборудования и основные сферы применения.

Как работает плазменная резка

Плазменная резка металла — метод термической обработки, который применяется, когда нужно разделить отличные друг от друга виды металлов при помощи ионизированного газа, называемого плазмой. Этот процесс отличается высокой скоростью, точностью и возможностью резки как тонких, так и толстых металлических листов.

Во время этого типа резки появляется плазменная дуга, которая образуется при прохождении электрического тока через поток газа. Газ ионизируется и переходит в состояние плазмы — высокоэнергетического состояния вещества, при котором атомы теряют свои электроны, создавая мощное электрическое поле. Эта плазма нагревается до температуры около 20 тыс. °C, что позволяет металлу плавиться и испаряться, разрезая его с высокой точностью.

Процесс выглядит так:

1. Электрод пропускает ток через струю газа: это может быть, например, аргон, азот, кислород, какая-то смесь двух газов — аргоно-водородная или кислородно-азотная.
2. Газ, проходя через сопло резака, трансформируется в плазму.
3. Плазменная дуга направляется на металлическую заготовку, расплавляя металл в месте воздействия.
4. Расплавленный металл выдувается из зоны резки сильным потоком газа.

Газы, используемые при методе “резка плазмой”

Применение воздуха

Напомним, что воздух состоит по большей части из азота и на 20% из кислорода: благодаря энергии этой смеси можно работать с разными типами стали, как с нелегированной, так и с низколегированной, а также с высоколегированной. Еще с помощью воздуха разрезают алюминиевые листы. При резке углеродистой стали кромка материала будет мягкой, но, как и на большинстве стальных заготовок могут появиться поры, которые несложно удалить.

Основной газ: кислород

Кислород используется как основной газ при работе с нелегированной сталью или при ее низком легировании. При смешивании расплавленного с кислородом появляется текучесть и кромки реза можно получить без грата и скруглений. Можно увеличить скорость работы, так как нет риска, что появятся поры при сварочном процессе, потому что не происходит насыщения азотом.

Когда используют аргон

Аргон имеет низкую теплопроводность, поэтому сам по себе не рассматривается как газ для плазменной резки. Смесью с аргоном в 65-70% и водородом в 30-35% режут нержавеющую сталь, но именно толстые листы металла.

Использование водорода

Это очень теплопроводный газ и он, также как и аргон, не особенно подходит для данного метода резки. Но если смешать водород с пресловутым аргоном, то эта смесь хорошо будет резать толстые листы алюминия, меди и их сплавов, не будут липнуть частички расплавленных металлов к поверхности реза.

Плазменная резка листа с азотом

Если упоминать теплопроводность, то азот обладает ей в меньшей степени, чем водород, но большей, если сравнить с аргоном. Азот можно применять самостоятельно в качестве газа для резки плазмой. Но чаще всего он добавляется в различные виды смесей с вышеперечисленными газами, так как сам по себе он влияет на пористость металла и появление бороздок.

Азотно-водородная смесь подходит для работы с алюминием, медью, а также их сплавами и с высоколегированной сталью. Повышение напряжения во время процесса резки дает уровень энергии повыше, но при токе с меньшим значением.

Особенности метода: почему его выбирают

Резка металла плазмой обладает рядом преимуществ, если проводить аналогию с другими методами, такими, как газовая или резка при помощи лазерного излучателя.

Высокая скорость

Плазменная резка листового металла проходит на высоких скоростях, но преимущественно листовой материал толщиной до 15 см и в этом параметре выигрывает у гидроабразивного оборудования. Производственные процессы плазмореза протекают значительно оперативнее.

Универсальность

Метод отлично использовать практически для всех электропроводящих материалов, в том числе для разного типа металлов, как черных, так и цветных. Среди материалов есть алюминий, еще в списке обрабатываемых есть медь и сталь, а также прочие сплавы.

Качество реза

При толщине, составляющей до 50 мм, будет неплохое качество, только чем тоньше листовой металл, тем оно хуже, поэтому метод выбирают при работе с заготовками большой толщины. Если сравнивать с лазерной резкой, то зона теплового воздействия будет больше. Кромки реза часто выглядят грубее, и, вероятно, потребуется дополнительная обработка.

Экономичность

Плазменный раскрой металла требует меньше энергоресурсов, а при стартовых расходах и вовсе лидеры, так как ручную плазморезку можно приобрести в районе 300 $. Но, несмотря на то, что оборудование дешевле, расход газа и износ деталей, например, сопел, может увеличить эксплуатационные расходы.

Оборудование для плазменной резки

Существует несколько вариантов разграничения оборудования для плазменной резки:

По типу резки

• Современные ручные плазменные резаки или плазморезы отличаются компактностью и портативностью устройства, широко используются для проведения полевых работ или для небольших проектов в частных мастерских. Они довольно удобны в эксплуатации и позволяют точно контролировать процесс резки.
• Станки для автоматизированной плазменной резки обычно используются на производственных предприятиях для выполнения крупных заказов и для серийного производства. Они могут быть оснащены ЧПУ, что позволяет автоматически программировать процесс резки и минимизировать ошибки, повышая производительность. При разработке такие аппараты оснащают высокоточными эл.приборами и они хорошо справляются как цветными металлами, так и с конструкциями из стали, чугуна.

Способ воздействия

• Дуговая резка: плазменная дуга создается между электродом, который используют в процессе и поверхностью металла, что подвергается обработке. Лучше использовать данный способ для металлов с хорошей токопроводимостью.
• Косвенного действия: можно обрабатывать металлы с меньшей электропроводимостью и еще с диэлектриками. Заготовка соприкасается только с потоком плазмы, потому что сам источник расположен внутри оборудования.

По критерию охлаждения

• С помощью воздуха: подобные плазморезы используют как для бытовых , так и для профессиональных целей.
• С помощью жидкости: необходимо в оборудовании при работе на высоких токах.

Сферы применения плазменной резки

Плазменная резка металла отличается экономичностью и универсальностью, что делает ее необходимой в разнообразных отраслях промышленности:

• металлообработка: незаменима при создании конструкций, корпусов, машин и пр. изделий.
• строительство и монтаж: популярна при обработке труб, металлических конструкций, профилей и арматуры.
• автомобильная промышленность: используется для изготовления и ремонта кузовов, шасси и прочих металлических компонентов.
• судостроение и авиастроение: создание сложных и прочных конструкций из металла.
• ремонт и обслуживание: ручные плазменные резаки чаще всего применимы для резки и ремонта металлических деталей в полевых условиях, например, при ремонте трубопроводов.
• художественные изделия: с помощью плазмореза изготавливают двери, изящные заборы и перила, флюгеры, дверца, закрывающая камин и даже садовые качели и беседки.

Сравнение плазменной и лазерной резки

Подобный метод резки чаще применяется в случае, когда высокая точность не стоит в ключевых задачах у вас или заказчика: она идеально работает для резки толстых листов стали, алюминия и других металлов в строительстве, судостроении, производстве тяжелых металлоконструкций и ремонте оборудования. Благодаря относительно низкой стоимости оборудования и быстрой скорости резки, этот метод популярен на предприятиях среднего и малого бизнеса. Однако для проектов, где важна точность и качество края, лучше выбрать лазерную резку. Особенно для тонких и средних по толщине материалов (до 25–30 мм для стали), где скорость резки может быть выше, чем при плазменной резке, особенно на тонких листах металла. Лазерные резы гладкие, чистые и часто не нуждаются в постобработке, что экономит время и материал..

Если нужно сравнить отличия лазерной и плазменной резки, мы советуем прочитать статью на эту тему на нашем сайте. Тем, кто пришел к выводу, что лазерное оборудование подходит больше, предлагаем зайти в каталог, чтобы узнать больше про лазерные металлорезы, их характеристики и комплектующие.