Плазменная резка: объяснение принципа работы, материалов, преимуществ и ограничений

Концепция плазменной резки довольно проста. Вы используете сверхгорячий поток ионизированного газа, чтобы расплавить выбранный токопроводящий металл и отделить секцию.

По сравнению с другими процессами резки плазменная резка кажется экономичной и удобной для проводящих металлов. Прочитайте эту статью, чтобы узнать все об этой технологии плазменной резки. 

Плазменная резка: краткое введение

Знакомы ли вы с четвертым фундаментальным состоянием материи? Да, плазма.

Вы не можете связать плазму, используя простые определения газа, твердого тела или жидкости. Вместо этого плазма является особой материей, состоящей из электропроводящего ионизированного газа. 

Определенно возможно преобразовать газ в перегретую плазму. Для этого вам понадобится мощный источник нагрева и электрическая энергия. 

В нагретом электрическом состоянии молекулы газа бурно вибрируют, теряя свою электронную нейтральность. Таким образом, образуется ионизированный газ, он же плазма.

Технология плазменной резки использует этот перегретый ионизированный газ для создания электрической дуги. Эта дуга может резать материалы, мгновенно расплавляя их. 

Вам интересно, как ионизированный газ может плавить и разделять материалы?

Ну, плазменные горелки могут достигать температуры до 40 000˚ F, в то время как температура поверхности Солнца составляет всего 10 000˚ F. Теперь вы можете посчитать!

Рисунок: Технология плазменной резки

Виды плазменной резки 

Технологию плазменной резки можно разделить на две основные категории. Например, 

1. Обычная система плазменной резки 

В этой системе окружающий воздух используется в качестве плазменной дуги. При обычной плазменной резке вы получаете менее точный рез. Эта система подходит только для материалов с более низким допуском. 

2. Система прецизионной плазменной резки 

В этой системе плазменной резки используются сжатый кислород, азот, водород и аргон или смесь нескольких газов. С помощью этой техники можно резать широкий спектр материалов с превосходной точностью.

Рисунок: Прецизионная плазменная резка

Технология плазменной резки может быть далее разделена на два типа. Например,

1. Высокочастотный контакт 

В этой системе плазменная дуга инициируется прямым контактом сопла и заготовки. Обычно высокочастотный контактный плазменный резак может резать материалы толщиной около 38 мм. Этот быстрый процесс используется в промышленности для получения чистых срезов.

2. Пилотная дуга 

Здесь нет прямого контакта между соплом и заготовкой. Вместо этого подается ток высокого напряжения, чтобы создать дугу от электрода к заготовке. Дуга ионизирует газ, превращая его в плазменный поток. Этот плазменный поток затем плавит и режет материалы.

Как работает плазменная резка? 

Проще говоря, перегретая плазма расплавляет материалы в целевой зоне. Затем этот высокоскоростной поток сдувает расплавленные материалы, оставляя чистый срез. 

Но как именно добиться такого точного разреза? 

Если разобрать систему плазменной резки, то можно увидеть 3 основных компонента. Например, 

1. Источник питания
2. Плазменная горелка 
3. Заготовка 

После включения питания он создает высоковольтную электрическую дугу от электродной горелки к заготовке. В то же время сжатый воздух пропускается через сопло, окружающее электрод. 

Как упоминалось выше, электрическая энергия может отрывать электроны газообразных молекул, превращая поток в высокотемпературную плазму. Плазма генерирует достаточно температуры, чтобы резать сталь, латунь, медь и алюминиеподобные материалы.

Рисунок: Принцип работы плазменной резки

Основные части машины плазменной резки 

Для создания системы плазменной резки вам понадобится несколько элементов. 

1. Источник питания 

Источником электроэнергии в плазменном резаке является наземный источник питания. Он обеспечивает постоянное напряжение постоянного тока от 200 до 400 вольт.

2. Консоль запуска дуги 

ASC отвечает за создание искры, которая запускает плазменную дугу.

3. Газовая консоль

Эта консоль управляет расходом и давлением подаваемых газов, необходимых для генерации плазмы и резки. Она также обеспечивает правильное функционирование плазмы и защитных газов внутри сопла резака. При необходимости вы можете добавить воздушный компрессор к вашей системе плазменной резки. 

4. Плазменная горелка

Резак для плазменной резки металла бывает ручным или навесным, как и сварочная горелка. Он состоит из головки горелки, электрода, сопла и завихрителя. Игла и сопло часто заменяются из-за естественного износа.

5. Система охлаждения

Возможно, вам захочется установить систему охлаждения, чтобы избежать перегрева компонентов резака. Система охлаждения может использовать воду или воздух для охлаждения корпуса резака и расходных деталей.

Рисунок: Система плазменной резки

Параметры процесса плазменной резки

Вы можете контролировать качество плазменной резки и отделки с помощью следующих параметров:

1. Расход газа

Поток плазменного газа влияет на стабильность и эффективность дуги. Регулируя расход газа, можно выбирать форму и качество реза.

2. Ток дуги

Интенсивность плазмы, скорость резки и мощность напрямую связаны с током дуги. Более высокий ток дуги вызывает больше тепла и приводит к более высокой скорости резки. Более низкие токи дуги дают более низкую скорость резки, но подходят для точной резки.

3. Скорость резки

Скорость резки — это скорость, с которой резак плазменной резки металла перемещается по заготовке. Слишком высокая скорость резки приводит к неровным срезам с грубыми краями. Опять же, низкая скорость резки может привести к деформации подводимого тепла.

4. Напряжение дуги

Это разность электрических потенциалов на плазменной дуге. Это значение напряжения влияет на стабильность и длину дуги, что, в свою очередь, определяет качество резки. 

5. Тип и давление газа

Выбор газа и его давления может быть определяющим фактором качества резки и образования окалины. Более высокое давление газа может быть выгодным только для повышения эффективности резки. 

6. Размер и форма насадки

Вы можете использовать различные сопла, например, для резки мелких деталей, резки скосов и строжки, в соответствии с вашей задачей. Размер и форма сопла определяют длину дуги и расход газа.

7. Толщина и тип материала

Материалы с большей толщиной в основном идут рука об руку с более высокими токами дуги, более низкими скоростями резки и большими размерами отверстий сопла. Кроме того, некоторые материалы требуют определенных типов газа или подходов к резке с прорезью для получения чистых срезов и сокращения отходов.

Материалы, совместимые с плазменной резкой 

Плазменная резка в основном предназначена для резки проводящих металлов. Ниже приведены распространенные металлы и их применение,

Металлы	Обслуживаемые отрасли
Сталь, мягкая сталь и нержавеющая сталь	Автомобильная, пищевая и медицинская промышленность
Чугун	Автомобилестроение и строительство
Алюминий	Аэрокосмическая и автомобильная промышленность
Медь	Электрические
Латунь	Архитектурно-декоративные
Титан	Аэрокосмическая и медицинская

Рисунок: Проводящие материалы для плазменной резки

Газы, используемые в системе плазменной резки 

Для проведения плазменной резки можно использовать только некоторые селективные газы. 

Газы	Совместимо с металлами	Комментарии
Сжатый воздух	Мягкая сталь, нержавеющая сталь, алюминий	Качественный крой и экономичность
Кислород	Мягкая сталь	Может резать металлы толщиной более 1''
Азот	Нержавеющая сталь и алюминий	Качественная резка
Аргон/водород	Нержавеющая сталь и алюминий	Может резать металлы толщиной более 1/2''

Преимущества плазменной резки 

Главное преимущество плазменной резки заключается в том, что с помощью этой техники можно резать токопроводящие металлы. Вы можете добиться точной и качественной резки металла толщиной до 50 мм. С помощью нескольких настроек вы можете увеличить предел толщины до 150 мм. 

Плазменная резка создает незначительную зону термического воздействия в заготовке. Однако вы можете контролировать интенсивность с помощью охлаждающих жидкостей. 

Плазменная резка дешевле и быстрее других технологий резки. С помощью установки плазменной резки с ЧПУ вы можете улучшить качество резки и отделки.

Рисунок: Преимущества плазменной резки

Ограничения плазменной резки

Какими бы выгодными ни казались преимущества плазменной резки, есть и несколько недостатков. Вы должны рассмотреть обе стороны, прежде чем выбрать эту технологию резки. Главные недостатки:

• Невозможно добиться точной резки тонких листов и пластин.
• Плазменные резаки совместимы только с проводящими металлами. Это означает, что вы не можете обрабатывать непроводящие материалы, такие как полимер, стекло, керамика и т. д., используя технологию плазменной резки.
• Плазменная резка не всегда может соответствовать стандартам точной обработки. Она может оставлять шлак, остатки лома или грубые края на сложных геометриях.

Сравнение плазменной резки, лазерной резки и гидроабразивной резки 

Плазменную резку чаще всего сравнивают с лазерной резкой и гидроабразивная резкаСравнительную таблицу плазменной резки, лазерной резки и гидроабразивной резки вы можете найти ниже.

Функции	Плазменная резка	Лазерная резка	Гидроабразивная резка
Стоимость установки	Дешевый	Дорогой	Дорогой
Глубина реза	<3,15''	< 0,98''	До 12''
Резка неметаллических материалов	Нет	Да	Да
Качество резки	Хороший	Отличный	Отличный
Скорость резки	Очень быстро	Быстрый	Медленный
толерантность	от ±0,02 до ±0,1 дюйма	от ±0,002 до ±0,01 дюйма	от ±0,001 до ±0,005 дюйма

Заключение

Технология плазменной резки сравнительно проста и дешевле других операций резки. Она обеспечивает быструю оборачиваемость и качественное массовое производство. 

Плазменная резка хорошо подходит и гарантирует точный рез для металлов средней толщины. Если вы хотите получить максимальную точность для своих изделий, рассмотрите другие варианты резки, например, резку струей воды.

Обращайтесь к нам в компанию Tuling, чтобы получить решение по изготовлению металлоконструкций для ваших изделий.