Плазменная резка металла квалитет

Обновлено: 04.10.2024

Точность лазерной резки является ключевым параметром, от которого зависит качество готового изделия. Для деталей в некоторых отраслях отклонение даже на одну сотую миллиметра может быть критичным, поэтому резка с помощью лазера должна справляться и с такими требованиями.

На точность такого способа резки влияет множество факторов: тип заготовки, ее размеры, настройка луча, состояние деталей самого станка, а также качество чертежей, по которым идет раскрой. И чтобы в результате деталь получилась качественной, нужно учитывать все эти показатели.

Параметры точности лазерной резки

Современное оборудование способно обеспечить точность лазерной резки металла в пределах 0,1 мм. Впрочем, этот показатель зависит от ряда обстоятельств, а погрешности, если необходимо, могут определяться экспериментально.

На параметры точности оказывают влияние следующие факторы:

диаметр луча;
излучение – импульсно-периодическое или непрерывное;
вид газа, используемого в работе;
материал обработки;
толщина материала;
скорость перемещения луча и его мощность;
сложность рисунка чертежа – наличие мелких деталей, острых углов, контуров, которые близко расположены другу к другу.

Современное оборудование дает ширину разреза на входе луча около 0,15–0,2 мм – зависит от фокусного пятна или диаметра лазера. На ширину реза на выходе оказывает влияние скорость работы. Ширина может оставаться и прежней при возрастании скорости, но чаще возникает закономерность – чем выше скорость работы, тем ширина реза меньше. Однако появляется шероховатость поверхности реза.

Специалистам известно, что диаметр точки входа лазера больше, чем последующий рез. Поэтому при проведении ответственных работ для сохранения точности изготовления выполняют резку «с заходом». Так называется действие, при котором прожигание точки входа делают со смещением в нерабочую зону материала. Тот же прием используют при необходимости предотвратить выплеск испаряемого металла или его наплыв.

При резке фигур замкнутого контура возникает сложность с их выпадением из листа металла. Для этого оставляют небольшие перемычки, которые называют «подвесами». Их толщина от 0,5 до 1 мм. После окончания резки «подвесы» аккуратно и точно подрезают и вынимают готовое изделие.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Для особенно «ответственной» продукции, например, медицинских стентов или ювелирных изделий, требуется резка, выполненная с большой точностью. Тогда используют прецизионную лазерную резку, которую также называют высокоточной. Изготовление происходит на установках, которые выдают пучок с энергией высокой плотности. Точность лазерной резки на таком оборудовании достигает 0,005 мм.

Что ухудшает точность лазерной резки

В процессе использования любого лазерного оборудования, даже самого дорогого и профессионального, снижается точность позиционирования луча лазера. Специалисты указывают несколько причин:

В оптической системе нарушается юстировка.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Покрытие на зеркалах истирается.

Даже качественно сделанное покрытие со временем постепенно истончается. Лазерный луч из-за этого слишком рассеивается, линзы теряют свою отражающую способность, а излучение теряет мощность. Ошибки в обработке поверхности зеркал (применение излишне грубой ткани для протирки или использование металлических инструментов) могут привести к появлению царапин.

Если покрытие линзы окажется сильно поврежденным, ее необходимо заменить качественной оптикой от хорошо зарекомендовавшего себя производителя. Линзы более низкой ценовой категории имеют покрытие, отличающееся коротким сроком эксплуатации и быстрым прогоранием.

Точность настройки оборудования для лазерной резки страдает от отпечатков пальцев, нагара, мелкой пыли, оседающей на фокусирующих линзах, и пр. Для восстановления работоспособности необходимо регулярно обрабатывать линзы беличьими кистями, дабы убрать пыль, а также специальным раствором для протирки линзы и зеркал. При этом необходимо внимательно следить за сохранением настройки точности расположения зеркал.

Жесткость конструкции нарушается.

Снижение точности резки может появляться из-за того, что на приводных ремнях ослабляется натяжение. В случае возникновения такой неисправности необходимо обратиться к рекомендациям завода-изготовителя: скорректировать натяжение ремней, а также сделать так, чтобы натяжение стало одинаковым на всех элементах.

Плохо закрепленная в конусе излучателя линза может начать вибрировать в процессе работы оборудования.

Изменяется угол рабочей поверхности.

На точность резки может также влиять поверхность, на которую перед обработкой помещают заготовку. Если, несмотря на проверку системы передачи луча (ее настройку и уход), точность резки не устраивает, стоит обратить внимание на поверхность стола, на котором происходит раскрой металла. Ее проверяют, используя уровень, поскольку необходимо добиться точности горизонтали – для этого регулируют подвижные опоры.

Требования к чертежам для точной лазерной резки

Графические векторные файлы, с которыми работают программы для лазерной резки листов металла, имеют формат dwg, dxf. Это чертежи, используемые для изготовления деталей методом резки. Впрочем, в настоящее время возможна работа дизайнеров и с другими графическими векторными пакетами. Несмотря на то, что программа требует файлы определенного формата для проведения резки, созданный дизайнером чертеж можно легко перекодировать в нужный размер, а затем уже загрузить его в аппаратуру.

Современное оборудование работает с форматами программных пакетов CorelDraw, а также AutoCAD. Таким образом, чертежи, содержащие задание по лазерной резке или гравировке, должны поддерживаться именно ими.

Для работы с AutoCAD чертежи должны соответствовать некоторым требованиям, таким как:

AutoCAD 2000 – чертеж не должен быть выполнен в программе ниже данной версии.
Готовый документ должен иметь масштаб – 1:1, представление плоское 2D, координатная система World;
Линии элементов системы должны быть замкнуты, не spline. Типы линий – Line и Arc.

CorelDraw имеет собственные требования к файлам и чертежам:

Символы и вставки текста необходимо преобразовывать в кривые – Curves.
Ширина кривых обязательно фиксируется константой Hairline в любом чертеже.
Масштаб документа – 1:1.
Отверстия и контуры необходимо создавать одним замкнутым движением (фрагментом).
Версии программы CorelDraw должным быть от 6 и до 14.

Созданный эскиз изделия должен представлять собой схематический объект, наружный контур которого замкнут. Внутри изделие может содержать незамкнутый рез, то есть прорези и отверстия.

Перечислим ряд требований, предъявляемых к эскизам:

Масштаб 1:1.
Внешний и внутренний контуры должны быть замкнуты.
Все контуры должны выполняться с использованием команд CIRCLE, LINE, ARC.
Команды ELLIPSE, SPLINE не подходят для работы с лазерным оборудованием.
Для выполнения ровного разреза необходимо выполнять крупные, а не мелкие линии и дуги.
Рекомендуется не накладывать линии друг на друга, поскольку лазерному лучу придется резать одно и то же место несколько раз.
Чертеж должен содержать информацию о количестве деталей и материале изготовления.
В файле должна быть прописана полная информация о чертеже. Разбивка на несколько файлов не допускается.
Информация о раскладке деталей необязательна.

Размер заготовки для резки изделия должна быть больше его внешнего контура на 5–10 мм.

Перевод контура букв в кривые происходит с помощью шрифтов Corel, они обводят каждую букву два раза или более. Участки эскиза с кривыми линиями разделяются на небольшие точечные отрезки. Все указанные выше требования необходимо точно соблюдать для получения качественной резки.

Лазерная резка дает возможность производить изделия с высокой точностью. Возможное отклонение от запланированных размеров – 0,3 мм. Ширина реза должна всегда зависеть от толщины заготовки. Например, для заготовки толщиной 4 мм, выбирается ширина реза 0,3 мм. В результате рез будет значительно меньше, чем диаметр отверстия.

Что точнее: лазерная или плазменная резка

Точность лазерной резки, по мнению специалистов, выше, чем плазменной, так как кромки, получаемые в результате первой, имеют большую степень соответствия по перпендикулярности, а прорези – более узкие из соответствующего диапазона толщин. Излучение лазера фокусируется и нагревает узкую часть обрабатываемой заготовки. Это позволяет значительно меньше деформировать заготовку и делать рез с большей точностью. В результате выходят аккуратные, качественные резы, достаточно узкие, в которых зона термического воздействия не очень большая.

Достоинствами лазерной резки, помимо вышеперечисленных, является точность изготавливаемых деталей. Это особенно заметно при осмотре небольших изделий сложной формы, вырезов, четко очерченных углов. А одним из главных преимуществ считается ее высокая производительность. Данный вид резки особенно хорошо зарекомендовал себя в работе со сталью, толщина которой меньше 6 мм. При этом сохраняются точность и качество, а также достаточно большая скорость резки.

Еще одной сильной стороной лазерной резки является отсутствие окалины на тонких листах металла. Это ускоряет процесс производства, позволяя сразу передавать материал на следующую операцию. Листы, толщина которых менее 4 мм, после обработки имеют прямолинейные и гладкие кромки. Если же обрабатывается более толстый лист, то кромка может иметь небольшое отклонение со скосом около 0,5°.

Отверстия, получаемые при лазерной резке, имеют диаметр, немного увеличивающийся книзу, но являются качественными, точными и круглыми. С увеличением толщины обрабатываемого металла подобный вид резки используется не так часто. При толщине, равной 2–4 см, она применяется уже значительно реже плазменной резки. А при толщине более 4 см и вовсе не применяется.

Диапазон толщины металла, при работе с которым эффективна плазменная резка, значительно больше, чем для той, когда применяется лазерная. Но сохраняется достаточно хорошая точность и качество реза. Экономически плазменная резка более выгодна для обработки алюминия и его сплавов, имеющих толщину менее 12 см, чугуна толщиной меньше 9 см, меди – менее 8 см, углеродистых и легированных сталей – до 15 см.

Плазменная резка редко применяется для толщины ≤ 0,8 мм. Характерной особенностью данного вида обработки металла является небольшая конусность поверхности разреза, находящаяся в диапазоне 3–10°. При большой толщине металла конусность делает диаметр нижней кромки отверстия меньшим, чем верхний. При толщине 2 см эта разница (между входом и выходом) может достигать 1 мм. Плазменная резка ограничена минимальным размером отверстия. Хорошее качество и точность данного вида резки возможны при диаметре, большем или равном толщине обрабатываемого металла.

Плазменная резка дает кратковременное термическое воздействие на кромку металла (обжиг). Из-за этого снижается качество изделий. Нередко после обработки на деталях присутствует окалина, которую можно легко убрать.

Поведем итоги о том, что же лучше – плазменная или лазерная резка? При сравнении описанных выше способов можно сделать вывод, что при малой толщине обрабатываемого металла результаты резки примерно одинаковы. Для металлов с толщиной более 6 мм эффективнее применять плазменную резку. Скорость выполнения операций в этом случае выше, а уровень затрат энергии ниже, по сравнению с лазерной резкой.

Однако при малой толщине лазерная резка имеет преимущества, выражающиеся в более высокой точности и качестве изделий, по сравнению с плазменной. Также резка с использованием лазера имеет большую эффективность при изготовлении деталей сложной формы, когда важны точность и максимальная приближенность к проекту.

Лазерная резка имеет большую универсальность, в отличие от плазменной. Помимо непосредственно резки, лазер используется для разметки, маркировки, упрочнения и пр. Кроме того, расход материалов, используемых при такой резке, значительно меньше, поскольку срок их службы выше, чем при плазменной.

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.

Качество процесса

Европейский стандарт качества EN ISO 9013 «Термическая резка» определяет классификацию видов термической резки, геометрические параметры изделий и качество.

Стандарт применим к материалам, которые могут быть подвергнуты кислородной резке, плазменной резке и лазерной резке, имея при этом толщину, в случае кислородной резки, от 3 до 300 мм, в случае плазменной резки на станках с ЧПУ или ручных, от 1 до 150 мм, и в случае лазерной резки, от 0,5 до 40 мм. Данный стандарт включает в себя требования к геометрическим параметрам изделия и допуски на размеры (качество).

Рисунок 18: Параметры качества плазменной резки

Важно определить правильное качество для каждого изделия, подвергаемого резке. Данный раздел содержит описание наиболее важных параметров качества.

5.1 Параметры качества

• Неровность и угловой допуск (u)

• Средняя высота от впадин до вершин (Rz5)

• Интервал борозд (n)

• Оплавление краёв вершин (r)

• Возможность образования грата или капли расплавленного металла в нижней части кромки реза

Для того чтобы определить u, следует сместиться на величину ∆a от верхней и нижней кромки реза.

∆a зависит от толщины листа.

5.2 Обозначения и определения

Качества кромки реза в материале, подвергаемом плазменной резке, определяется следующими величинами:

• Неровность (см. рис. 19) и угловой допуск (см. рис. 20)

• Средняя высота от впадин до вершин (Rz5) (см. рис. 21)

Следующие величины могут также быть использованы для визуального контроля качества:

• Интервал борозд (n) (см. рис. 22)

• Оплавление краёв вершин (r) (см. рис. 22 внизу)

5.3 Другие критерии качества

Образование грата в нижней части реза и брызги в верхней части реза

Грат представляет собой затвердевший металл и оксид металла, приставший к нижней части поверхности после выполнении плазменной резки. На верхней кромке поверхности, прошедшей плазменную резку могут также быть брызги. На формирование грата оказывает влияние множество переменных значений, относящихся к процессу, например, скорость резки, расстояние, на котором находится резак, сила тока, напряжение, плазменный газ и технология плазменной операции. Имеется также зависимость от таких переменных значений как сам материал, его толщина, состояние поверхности и перепады температуры материала во время резки. Грат может также образовываться, если скорость резки слишком велика или слишком мала. Обычно в середине диапазона между этими двумя предельными величинами находится та величина, при которой отсутствует грат. Способ плазменной резки и используемый газ являются важными факторами по недопущению образования грата.

Во время плазменной резки поверхность реза обычно выходит под небольшим углом из-за температурного градиента в плазменной дуге. Наибольшая передача температуры происходит в верхней части реза, что заставляет плавиться большее количество материала, чем в нижней части. Чем большему обжатию подвергается дуга, тем меньше получается угловое отклонение реза. Угол реза также зависит от расстояния, на котором находится резак и от скорости резки. В традиционной плазменной резке угол резки с обеих сторон обычно составляет от 4 до 8 градусов.

При использовании плазменной технологии с повышенным обжатием, угол резки может быть уменьшен до величины меньше 1 градуса, так что вырезаемые детали имеют общие кромки реза.

Действует практическое правило, по которому ширина реза при плазменной резке составляет от полутора до двух величин диаметра выхода сопла. Ширина реза зависит от скорости резки. Если уменьшить скорость резки, то рез становится шире.

Металлургический эффект (зона, подверженная тепловому влиянию)

По сравнению с кислородной резкой, зона, подверженная тепловому влиянию, меньше приблизительно на одну треть, если для нелегированных сталей используется плазменная резка. При обработке с помощью плазменной резки других материалов зона подверженная тепловому влиянию, варьирует, смотря по тому, что это за материал.

В случае выполнения плазменной резки воздухом или азотом создаются такие условия, при которых на поверхности реза накапливается большое количество азота. В результате сварочный шов может иметь поры. При использовании кислорода образование пор может быть намного уменьшено.

Плазменная резка с повышенным обжатием даёт возможность добиться очень хорошего качества реза и высокой точности. Данная технология обеспечивает для элементов допуск ±0,2 мм и высокую точность повторения, позволяя, таким образом, получить резы сопоставимые по качеству с теми, которые даёт лазер.

Качество реза, которого можно добиться

Если выдерживаются определённые технические параметры резки, то можно на наиболее популярных марках конструкционных и высоколегированных сталей получить качество реза, которое соответствует стандарту. Изделия из алюминия также могут резаться в соответствии со стандартами, однако, у них высота от вершин до впадин несколько больше, чем у стали. Качество, которого можно добиться, обычно определяется разрезаемым материалом. Состояние кромки реза зависит от составляющих сплава: титан, магний и их сплавы, а также латунь и медь имеют зернистую структуру с такой высотой от вершин до впадин, которую нельзя посчитать, а также оценить на основании стандарта EN ISO 9013.

Плазменная резка с повышенным обжатием даёт возможность обеспечить хорошие результаты (см. рис. 23 и 24):

Грат либо не образовывается вовсе, либо создаётся в ограниченном количестве
Высокая точность контура при острых углах и кромках
Узкий допуск неровности поверхностей реза
Высокая точность подгонки (напр., разъёмов)
Узкая зона, подверженная тепловому воздействию, незначительное искривление
Минимальная высота от вершин до впадин, гладкая поверхность реза

Возможность выполнения отверстий малых диаметров

Рисунок 23: Материалы с разным качеством поверхностей, подвергаемые плазменной резке с повышенным обжатием

Рисунок 24: Результаты плазменной резки по качеству сходны с теми, которые обеспечивает лазер

5.4 Выявление причин неисправностей и их устранение

Переменные значения процесса, которые могут повлиять на качество реза, включают в себя скорость резки, расстояние до резака (расстояние до изделия), тип плазменного и вторичного газа, размер сопла, а также ток резки. В табл. 6 предоставлены советы по выявлению причин неисправностей и их устранению.

Таблица 6: Наиболее распространённые отклонения по качеству, связанные с плазменной резкой, и способы их устранения

Плазменная резка — как работает плазморез по металлу

Плазменная резка осуществляется аппаратом под названием плазморез. Он создаёт поток высокотемпературного ионизированного воздуха (плазмы), который разрезает заготовку.

Принцип плазменной резки основан на свойстве воздуха в состоянии ионизации становиться проводником электрического тока.

Плазморез создаёт в плазмотроне плазму (ионизированный воздух, разогретый до высокой температуры) и сварочную дугу, которые осуществляют раскрой материала.

Устройство плазмореза

Плазморез состоит из нескольких блоков:

источник электропитания; ;
компрессор;
комплект кабель-шлангов.

Источник электропитания

Источником электропитания может быть:

трансформатор. Достоинством его является то, что он практически не чувствителен к перепадам напряжения электросети и позволяет резать заготовки большой толщины, а недостатком – значительный вес и низкий КПД;
инвертор. Единственным его недостатком является то, что он не позволяет резать заготовки большой толщины. Достоинств много:
- при питании от него стабильно горит дуга;
- КПД на 30 % выше, чем у трансформатора;
- дешевле, экономичнее и легче трансформатора;
- его удобно использовать в труднодоступных местах.
Плазмотрон

Плазмотрон – это плазменный резак, с помощью которого разрезается заготовка. Он является основным узлом плазмореза.

Конструкция и схема подключения плазмотрона

Конструкция плазмотрона состоит из следующих составляющих:

Компрессор

Компрессор в плазморезе требуется для подачи воздуха. Он должен обеспечивать тангенциальную (или вихревую) подачу сжатого воздуха, которая обеспечит расположение катодного пятна плазменной дуги строго по центру электрода. Если этого не будет обеспечено, то возможны неприятные последствия:
- плазменная дуга будет гореть нестабильно;
- могут образоваться одновременно две дуги;
- плазмотрон может выйти из строя.
Принцип работы

Результат работы плазмотрона

Принцип действия плазмотрона заключается в следующем. Создаётся поток высокотемпературного ионизированного воздуха, электропроводность которого равна электропроводности разрезаемой заготовки (т.е. воздух перестаёт быть изолятором и становится проводником электрического тока).

Образуется электрическая дуга, которая локально разогревает обрабатываемую заготовку: металл плавится и появляется рез. Температура плазмы в этот момент достигает 25000 – 30000 °С. Появляющиеся на поверхности разрезаемой заготовки частички расплавленного металла будут сдуваться с нее потоком воздуха из сопла.

Технология

Технология плазменной резки металла вкратце может быть описана следующим образом. Плазменной обработке поддаются все виды металлов толщиой до 220 мм.

Эффект появляется после воспламенения плазмообразующего газа при образовании искры в контуре электрической дуги (между наконечником форсунки и неплавящимся электродом. От искры загорается поток газа, здесь же он ионизируется, превращаясь в управляемую плазму (с крайне высокой, 800 и даже 1500 м/с скоростью выхода).

В выходном отверстии, от сужения, происходит ускорение потока плазмообразующего носителя. Высокоскоростная плазменная струя позволяет получить температуру на выходе около 20 0000с. Узконаправленная струя в тысячи градусов буквально проплавляет материал в точечной области воздействия, нагрев вокруг места обработки незначительный.

Плазменно-дуговой способ используется с замыканием обрабатываемой поверхности в проводящий контур. Другой вид резки (плазменной струей) — работает при наличии стороннего (косвенного) образования высокотемпературного компонента в рабочей схеме плазмотрона. Нарезаемый металл не включен в проводящий контур

Резка плазменной струей

Раскрой заготовок плазменной струей применяется для обработки материалов, не проводящих электрический ток. При резке этим методом дуга горит между формирующим наконечником плазмотрона и электродом, а сам разрезаемый объект в электрической цепи не участвует. Для разрезания заготовки используется струя плазмы.

Плазменно-дуговая резка

Плазменно-дуговой резке подвергаются токопроводящие материалы. При выполнении резки этим методом дуга горит между разрезаемой заготовкой и электродом, её столб совмещен со струей плазмы. Последняя образуется за счет поступления газа, его нагрева и ионизации. Газ, продуваемый через сопло, обжимает дугу, придает ей проникающие свойства и обеспечивает интенсивное плазмообразование. Высокая температура газа создает высочайшую скорость истечения и увеличивает активное воздействие плазмы на плавящийся металл. Газ выдувает из зоны реза капли металла. Для активизации процесса используется дуга постоянного тока прямой полярности.

Плазменно-дуговая резка применяется при:
- производстве деталей с прямолинейными и фигурными контурами;
- вырезании отверстий или проемов в металле;
- изготовлении заготовок для сварки, штамповки и механической обработки;
- обработке кромок поковок;
- резке труб, полос, прутков и профилей;
- обработке литья.
Виды плазменной резки

В зависимости от среды, существуют три вида плазменной резки:
- простой. Этот метод подразумевает использование только воздуха (или азота) и электрического тока;
- с защитным газом. Применяются два вида газа: плазмообразующий и защитный, который сохраняет зону реза от влияний окружающей среды. В результате повышается качество реза;
- с водой. В этом случае вода выполняет функцию, аналогичную защитному газу. Кроме того, она охлаждает компоненты плазмотрона и поглощает вредные выделения.
Основанная на указанных принципах плазменная резка обеспечивает не только высокопроизводительное производство, но и совершенно пожаробезопасное: применяемые в технологии материалы не огнеопасны.

Видео

Посмотрите ролики, где наглядно объясняется, как происходит плазменная резка:

Принцип работы воздушно-плазменной резки металла

Воздушно-плазменная резка: на чем основан принцип осуществления. Плазма, производящая резку, является разогретым газом с высоким значением электропроводности . Его еще называют ионизованным. Генерируется плазма специальным дуговым элементом. Принято называть этот способ резки плазменным.

Обычная дуга сжимается плазмотроном. Ионизованный газ вдувается в нее, с помощью чего она может генерировать горячий воздух. Она способна производить обработку, при помощи повышенной температуры. Металл разрезается, плавясь при этом.

Осуществление обработки металла происходит благодаря, как плазменной дуге, так и струе. В первом варианте на металлическое изделие оказывается прямое воздействие, во втором — косвенное. Наиболее распространенным и действенным является метод резки с помощью действия напрямую. Для материала, который не обладает электропроводностью (как правило это неметаллические изделия) применяют способ непрямого влияния. При любом из вариантов разрезаемый материал не теряет агрегатного состояния и его конструкция слабо подвергается деформации.

Принцип работы плазменного резака

Плазмотрон – это техническое устройство, которое образует электрический разряд между электродом (катодом) и поверхностью обрабатываемого изделия (анодом), это происходит в потоке газа который образует плазму.

Принцип работы устройства: для охлаждения применяется вода или газ, для получения плазмы используется плазмообразующий газ. Поток входящего в камеру газа подвергается нагреванию до высоких температур после чего ионизируется, тем самым приобретает свойства плазмы. Плазмообразующий газ и охлаждающий подаются в различные каналы плазматрона. При подаче питания между катодом и соплом образуется так называемый вспомогательный разряд, визуально её можно видеть как небольшой факел.

Основная (рабочая дуга) образуется при касании второстепенного разряда обрабатываемой поверхности, которая в данном случае выполняет роль анода (плюс). Стабилизация разряда может осуществляться магнитным полем, водой либо газом, зачастую стабилизирующий газ является и плазмообразующим. После этого можно проводить резку материала, нанесение покрытий, сварку, наплавку или даже добычу полезных ископаемых, путём разрушения горных пород.

Условно конструкцию плазмотрона можно представить как несколько основных элементов:
1. изолятор;
2. электрод;
3. сопло;
4. механизм для подвода плазмообразующего газа;
5. дуговая камера.
Конструкция и принцип работы плазмотрона с совмещенным соплом и каналом

Особенностью плазмотрона, использующего воздушно-плазменную резку является совмещение канала и сопла. Воздух проходит через канал сопла наружу. Принцип работы схож, при подаче электропитания промеж катодом и соплом образуется вспомогательный разряд. Воздух закрученный по спирали, стабилизирует и сжимает столб рабочего разряда. Он же предотвращает соприкосновение электрической дуги стенок соплового канала.

Типы плазмотронов

Плазмотроны можно условно разделить на три глобальных типа
1. электродуговые;
2. высокочастотные;
3. комбинированные.
Устройства работающие на основе электрической дуги оснащены одним катодом, который подключен к источнику питания постоянного тока. Для охлаждения применяют воду, которая находится в охладительных каналах.

Можно выделить следующие виды электродуговых аппаратов
- с прямой дугой;
- косвенной дугой (плазмотроны косвенного действия);
- с использованием электролитического электрода;
- вращающимися электродами;
- вращающейся дугой.
Автомат: принцип работы

Станок плазменной автоматической резки имеет:
1. пульт управления,
2. плазмотрон
3. рабочий стол для заготовок.
На пульте управления происходит корректировка предварительно установленных программ, если резка отклоняется от установленных параметров. Для оперативного исправления в процессе работы и выбора оптимальных режимов резания.

Через установленный на рабочем столе лист, пропускается электрический ток. Между поверхностью листа и плазмотроном пробегает первичная электродуга. В которой сжатый воздух, разогревается до состояния плазмы. Первичная дуга скрывается в раскаленной ионизированной струе, которая и режет металла.

Резка начинается с середины или с края. Чем чаще происходит прерывание дуги и зажигание новой искры, тем меньше становится ресурс сопла и катода. Грамотный оператор автоматической резки выбирает режимы резания по таблице и отталкиваясь от конкретных условий (толщина металла, диаметр сопла). Благодаря чему можно добиться значительного сокращения расходов. По окончанию операции, автомат самостоятельно оповестит оператора, выключит и отведет плазмотрон от материала.

Какие газы используются, их особенности

Плазменная резка металла представляет собой процесс проплавления и удаления расплава за счет теплоты, получаемой от плазменной дуги. Скорость и качество резки определяются плазмообразующей средой. Также, плазмообразующая среда влияет на глубину газонасыщенного слоя и характер физико-химических процессов на кромках среза. При обработке алюминия, меди и сплавов, изготовленных на их основе, используются следующие плазмообразующие газы:
- Сжатый воздух;
- Кислород;
- Азотно-кислородная смесь;
- Азот;
- Аргоно-водородная смесь.
Важно! Для некоторых марок металла недопустимо применение определенных плазмообразующих смесей (к примеру, для резки титана нельзя использовать смеси, содержащие в составе азот или водород).

Все газы, используемые при выполнении плазменной обработки, условно делятся на защитные и плазмообразующие.

В целях бытового назначения (толщина до 50 мм, сила тока дуги – менее 200 А) применяется сжатый воздух, который может использоваться как защитный, так и плазмообразующий газ, а в более сложных условиях промышленного назначения применяются другие газовые смеси, которые содержат кислород, азот, аргон, гелий или водород.

Достоинства и недостатки плазменной резки

Обработка металлов аппаратами или станками плазменной резки дает в работе целый ряд преимуществ.
1. По сравнению с кислородной горелкой, плазморез обладает более высокой мощностью, и соответственно, производительностью, и по данному параметру уступает только лазерным установкам промышленного масштаба.
2. Плазменная резка выгодна с экономической точки зрения при толщине металла до 60 мм. Для резки материалов с толщиной более 60 мм рекомендуется использовать кислородную резку.
3. Современные плазморезы отличаются высокоточной и качественной обработкой металлов. Срез получается «чистый», с минимальной шириной, благодаря чему, практически не требует дополнительной шлифовки.
4. Также, плазменно-дуговая обработка характеризуется универсальностью применения, безопасностью и низким уровнем загрязнения окружающей среды.
Из недостатков можно отметить скромную толщину среза (до 100 мм), а также невозможность одновременной работы двух плазморезов и соблюдение жестких требований к отклонениям от перпендикулярности среза.

Возможности плазменной резки

Сфера применения плазменной резки очень разнообразна, благодаря своей универсальности и диапазону обрабатываемых металлов и металлических сплавов. Автоматизированная и ручная плазменная резка материалов широко применяется на предприятиях и во многих отраслях промышленности для выполнения обработки:
- Труб;
- Листового металла;
- Чугуна;
- Стали (в т.ч. нержавеющей);
- Бетона;
- Отверстий;
- Фигурной и художественной резки.
Характеристики плазморезов позволяют выполнять обработку нержавеющей стали, что недоступно кислородным горелкам. Плазморезы практически незаменимы для обработки тонкой листовой стали. Особого внимания заслуживают ручные устройства, которые отличаются компактными размерами и экономичным потреблением электроэнергии. Технология плазменно-дуговой резки особенно ценится за выполнение чистого среза без «наплывов», что положительно влияет на скорость и точность выполнения работ, а также на производственные возможности предприятий.

Точность плазменной резки

Оборудование для плазменной резки металла сегодня повсеместно применяется во многих отраслях хозяйства. Подобные технологии используются на крупных заводах, на мелкосерийном производстве и в небольших частных мастерских, а иногда и в быту. Струя плазмы быстро и точно раскраивает металл любой толщины. Оборудование для такой резки достаточно недорого и освоить его не так уж сложно. Из этой статьи вы узнаете, что такое точность плазменной резки металла.

Технология плазменной резки

Суть такой резки – воздействие на металл струей плазмы, которая образуется в процессе ионизации и нагрева газа до +10 000 °С и выше. Такой газ в своем составе содержит как заряженные, так и нейтральные частицы, но при этом он квазинейтральный. Свободные радикалы в нем делают плазму проводником электрического тока.

Изучение электропроводности высокоскоростных потоков газов в условиях высокой температуры послужило толчком для разработки и создания плазменных аппаратов для резки металла.

Существуют два метода воздействия на металл:

При использовании первого способа электрическая дуга зажигается между катодным узлом внутри резака и металлическим изделием, выступающим в роли анода. Катод находится внутри корпуса с соплом. Струя газа под давлением проходит мимо электрода, нагревается до высоких температур и становится ионизированной. Большая скорость потока газа получается при выходе из сопла. Возникшая электрическая дуга расплавляет металлическое изделие. Нагретый газ выходит из зоны нагрева.

Вторым способом раскраивают не только металл, но и материалы с низкой электропроводностью и диэлектрики. При косвенном резе источник электроискры размещается внутри резака, и на обрабатываемую поверхность воздействует исключительно струя плазмы. Стоимость оборудования с косвенной резкой выше, чем у аппаратов прямой плазменно-дуговой резки.

Общее техническое название резаков обоих типов – плазматрон, то есть генератор плазмы.

Технология плазменной резки имеет ряд преимуществ перед другими способами раскроя и обработки металла:
- качественная резка изделий из металла, после которой не требуется шлифовки места разреза;
- малые толщины до 50 мм режутся в 25 раз быстрее, чем посредством газопламенной резки;
- плазморезы годятся для художественных работ и сложной фигурной резки;
- обрабатываются не только металлы, но и прочие материалы;
- деталь греют локально в месте разреза, за счет чего избегают тепловых и механических деформаций;
- простота в использовании – не нужны баллоны газа под давлением, взрывоопасные и горючие вещества.
Оборудование для резки металла плазмой бывает промышленное и бытовое. На большом производстве для быстрой резки металла пользуются как ручными аппаратами, так и специальными стационарными автоматизированными плазменными станками с ЧПУ. Для бытовых целей используют небольшие переносные аппараты, питающиеся от электрической сети 220 или 380 V.

В аппаратах для бытового использования источником плазмы является сварочный генератор (инвертор) или трансформатор. Оборудование с инвертором меньшего размера и более удобно в использовании. Устройства с трансформатором отличаются высокой надежностью и долговечностью. Рабочее тело – подготовленный атмосферный воздух. Ручной аппарат обладает мощностью для распила металла толщиной не более 15–20 мм. У некоторых моделей есть функция бесконтактного зажигания дуги. В комплекте также плазмотрон и устройство подготовки воздуха.

На рисунке ниже дан графический пример для отображения понятия о точности плазменной резки металла. Пунктирная линия показывает край изделия согласно чертежу, который нужно получить после резки. Сплошная линия – кромка детали, которая получена фактически после обработки плазморезом.

Отчетливо видны отклонения от изначальных параметров и контура:
- АЛ, Дв, ДС, AD – отклонения габаритов от изначальных номиналов;
- Д/’лД/д, fc, А/0 – отклонения от изначальной формы краев.
В этом конкретном случае – это отклонение от прямолинейности, так называемая непрямолинейность. Таким образом, в это отклонение АЛ от номинала А входит изменение размера из-за перекоса кромки D.

Помимо указанных отклонений, присутствуют:
- искажения от изначального взаимного расположения кромок из-за перекоса этих кромок относительно других или базовой;
- отклонения всей поверхности изделия от плоскости;
- неперпендикулярность плоскости разреза к поверхности изделия;
- неплоская поверхности разреза;
- отклонения от изначальных номинальных размеров и формы фасок под сварку;
- отклонения от изначальных номинальных размеров и формы вырезов.
Приемлемый размер отклонений в точности регламентируется ГОСТом 14792–80 «Детали и заготовки, вырезаемые кислородной и плазменно-дуговой резкой. Точность, качество поверхности реза». Указанный норматив касается изделий, которые обрабатывают механизированной кислородной и плазменной резкой.

Изделия, согласно этому ГОСТу, выполнены:
1. Из листовой стали следующих типов: низколегированной, низкоуглеродистой, высоколегированной, коррозионно-стойкой, жаростойкой и жаропрочной.
2. Из листового алюминия и его сплавов.
Допустимы толщины в пределах от 5 до 100 мм при кислородной резке и от 5 до 60 мм при плазменной. ГОСТ допускает три класса точности для изделий одинаковых размеров.

Согласно исследованиям, использование портальных станков с цифровым программным управлением позволяет добиться первого и второго классов точности реза плазменной резки, если обеспечивается точность работы машин согласно их заводским установкам.

Второй и третий класс точности плазменной резки достигается станками с фотоэлектронным управлением, если согласно установочным чертежам требуется точность не менее ± 1,0 мм.

Переносные и ручные агрегаты для раскроя изделий обеспечивают третий класс точности выполняемых резов.

В нижеприведенной таблице указаны нормы допустимых отклонений в точности от номинальных значений при резке согласно ГОСТу 14792–80. Допустимые отклонения учитываются как половина допуска на размер.

Толщина листа, мм

Предельное отклонение при номинальных размерах детали или заготовки, мм

Плазменная и кислородная

В следующей таблице приведены нормы допускаемых отклонений на неперпендикулярность краев в зависимости от толщины металла, который режут плазмой. Чтобы добиться допусков, указанных в таблице, следует работать согласно технологическим заводским установкам и в отработанных режимах:

Нормы при толщине разрезаемого металла, мм

В третьей таблице даны допустимые нормы для шероховатости поверхности реза. Допустимы некоторые неровности, не укладывающиеся в указанные нормы шероховатости:

В последней таблице указаны нормы на ширину зоны термического влияния. Нормативы установлены для разреза плазмой сплавов алюминия. Они увеличиваются в два раза, если работают с углеродистой сталью, и уменьшаются в два раза, если речь идет об аустенитной стали:

Нормы для алюминиевых сплавов, при толщине в мм

ГОСТ или ISO для норм точности плазменной резки

Последние 10 лет на предприятиях российской промышленности широко используют технологию плазменной резки для заготовки материалов. В настоящее время лучшим считается оборудование для промышленной резки импортного производства, именно оно обеспечивает требуемую точность плазменной резки. Лидеры в этой области – компании из США Hypertherm и Victor, а также германская фирма Kjellberg. Однако производителями иностранного оборудования качество выполнения плазменной резки оценивается по ISO 9013:2002, а не по ГОСТ 14792-80.

Российский ГОСТ выпущен в 1980 году, а международный ISO – в 2002 году. Более поздний документ учитывает специфику современного оборудования и технологий, в отличие от более раннего ГОСТа. Каким же стандартом руководствоваться в своей работе конкретному российскому предприятию, решает не государство, как это было раньше, а руководство или отраслевые регламенты.

ГОСТ 14792–80 вводит следующие основные параметры:
1. Точность разрезаемых деталей и заготовок.
2. Критерии качества поверхности реза.
3. Отклонение плоскости реза от перпендикулярности.
4. Шероховатость плоскости реза.
5. Зона термического воздействия.
В ISO 9013:2002 приведено подробное описание процесса термической резки и методов замера для разных типов реза и толщин.

Средняя высота профиля

Толщина обрабатываемой детали

Допуск на машинную обработку

Допуск на прямолинейность

Допуск на параллелизм

Наклон линии сопротивления резанию

Допуск на перпендикулярность

Верхнее предельное отклонение

Допуск на перпендикулярность или угловатость

Нижнее предельное отклонение

Высота элемента профиля

Угол скоса среза

Одиночная длина выборки

Угол (установочный) насадки

Плавление верхнего края

В ISO 9013:2002 шире перечень критериев для определения точности и качества заготовок и их взаимного влияния друг на друга.

В международном стандарте ISO более критично и детально оценивается точность геометрии, а значит, и качество реза. Также в этом документе описана достаточно гибкая методика расчета и определения мест замеров. В отличие от ГОСТа, где перпендикулярность реза оценивается по трем критериям, в ISO присутствует таблица с пятью классами точности, и по каждому из них можно определить конечное значение по вполне конкретной толщине исходного материала.

На рисунке представлен вариант оценки германской компанией Kjellberg качества и точности реза при использовании разных технологий.

Здесь вполне наглядно можно сопоставить необходимое качество изделий с технологическими особенностями оборудования, чего не позволит сделать ГОСТ 14792-80.

И все-таки, чем же лучше руководствоваться: отечественным ГОСТом или международным ISO? Очевидно, что последний – более современный стандарт системы менеджмента качества, но нет смысла руководствоваться только им. Также очевидно, что отдельно взятое российское предприятие не сможет единолично обеспечить качество согласно ISO по всей цепочке до конечного потребителя, если прочие компании отрасли руководствуются другими стандартами и критериями качества продукции и услуг. Если на производстве используется отечественное оборудование, то работа согласно ГОСТов вполне оправдана.

Однако если предприятие ориентировано на экспорт или руководство компании ставит амбициозные задачи по организации бизнеса согласно международным стандартам, которые прописывают требования к точности плазменной резки, то руководством к действию послужат стандарты ISO.

Читайте также: