Качество плазменной резки: 9 секретов улучшения

30.03.2020 Автор: VT-METALL

Вопросы, рассмотренные в материале:

Как определяют качество плазменной резки
Какие еще критерии качества реза плазменной резки следует учитывать
Какие дефекты снижают качество плазменной резки металла
9 секретов улучшения качества плазменной резки

Качество плазменной резки определяется в соответствии с такими параметрами, как угол реза, цвет обработанной заготовки, количество окалины, качество поверхности. Повлиять на эти свойства можно верной настройкой оборудования и соблюдением правил металлообработки.

Неверно заданный угол, слишком высокая или низкая скорость обработки, количество подаваемого газа – все это может снизить качество выполняемых работ и привести к образованию дефектов. На что необходимо обращать внимание при выполнении плазменной резки для снижения процента брака, мы поговорим в этой статье.

Как определяют качество плазменной резки

Плазмотроны современного типа, оснащенные числовым программным управлением, делают возможным высокоточное позиционирование электродуги с потоком плазмы (рабочего тела станка) вплоть до 0,5 мм. Резка в таких аппаратах осуществляется в соответствии с загруженными в программу шаблонами – это также положительно влияет на качество и точность среза изделия.

При обработке заготовки с помощью аппарата для плазменной резки кромки получаются чистыми: на них не образуется окалин и натеков. Это обусловлено тем, что поток плазмы смывает разжиженный металл в процессе работы. В отличие от резки кислородно-газовым способом, плазмотрон нагревает лишь ограниченный рабочий участок, тонкие прокаты при этом не деформируются, а срез получается гладким, без зазубрин.

В отличие от станка кислородно-газовой резки, который подходит лишь для работы с черными металлами (из-за окисления кромок при раскрое), плазмотрон обеспечивает высокое качество плазменной резки при обработке всех видов металла, проводящих ток: алюминия, титана, меди, низкоуглеродистой и нержавеющей стали, чугуна и т. д. Агрегаты с ЧПУ позволяют выставлять индивидуальные настройки силы тока и подачи плазмообразующего газа для различных видов материала и толщины заготовок.

Рекомендуем статьи по металлообработке

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

Классификация видов термической резки, ее качество и геометрические параметры изделия отражены в Европейском стандарте качества EN ISO 9013 «Термическая резка».

Документ применяется при плазменной резке, лазерной и кислородной. При этом толщина проката для плазмотрона должна варьироваться от 1 до 150 мм, для лазерного резака – от 0,5 до 40 мм, для кислородного станка – от 3 до 300 мм. Стандарт EN ISO 9013 «Термическая резка» определяет геометрические параметры резки и допуски на размеры.

Качество плазменной резки определяется следующими критериями:

средней разницей высоты от впадин до вершин;
степенью неровности и угловым допуском.

Визуально определить качество изделий можно с учетом:

промежутков между бороздами;
оплавления кромок.

Преимущества компании

Почему следует обратиться именно в ГОСТ Металл? В нашу пользу говорят следующие преимущества:

Многолетний опыт в изготовлении металлопроката разной конфигурации и размеров. Мы более 10 лет оказываем качественные услуги.
В распоряжении компании имеется обширный парк современного оборудования плазменной сварки, в т. ч. с ЧПУ. Станки поставлены известными отечественными и зарубежными производителями.
В компании работают опытные, высококвалифицированные сотрудники на всех этапах подготовки, проектирования и изготовления продукции.
Большие возможности по обработке металлов. Мы способны обрабатывать детали практически из любого материала, любых размеров и конфигурации. Обеспечиваем обработку больших партий продукции. Способны производить фасонную и художественную резку.
Строгое соблюдение всех действующих стандартов. Контроль качества на всех этапах работ, начиная с входного контроля исходных материалов.
Высокое качество. Гарантируется высокая точность обработки кромок после резки.

За время своей деятельности наша компания уже обработала более 1 млн. м2 металлических изделий, не получив никаких существенных претензий. Ежемесячно мы получаем более 100 заказов на плазменную резку, но готовы значительно нарастить объемы.

Компания готова работать с заказчиками в любом регионе РФ. Наши менеджеры всегда предоставят необходимую информацию, проведут профессиональную консультацию и примут заказ.

Какие еще критерии качества реза плазменной резки следует учитывать

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

Грат – это остывший металл или оксид металла, прилипший к нижнему краю во время работы на плазмотроне. На верхней части кромки могут образовываться брызги. Грат может появиться при несоответствующих значениях скорости резки, неправильном расстоянии между плазморезом и заготовкой, неверно выбранных параметрах силы тока и напряжения, качества и интенсивности подачи плазмообразующего газа, при технологических нарушениях процесса.

Качество плазменной резки также зависит от состава проката, его толщины, состояния поверхности заготовки, колебания температуры во время работы. Образование грата может быть вызвано слишком высокой или низкой скоростью движения резака. Как правило, существует определенный диапазон скоростей, при работе в усредненных значениях которого подобных дефектов не образуется. Важную роль также играют плазмообразующий газ и способ резки.

Угловое отклонение.

При работе на плазмотроне кромка изделия приобретает небольшой наклон. Это происходит из-за разницы температуры на участках плазменной дуги. Так, у верхнего края среза ее температура выше, поэтому здесь снимается больше материала, чем в нижней части. Угол наклона среза напрямую зависит от степени обжатия дуги. Качество плазменной резки в этом аспекте также определяется расстоянием между резаком и заготовкой и скоростью его движения. Как правило, при использовании плазмотрона угловое отклонение с обеих сторон составляет 4–8°.

VT-metall предлагает услуги:

При увеличенном обжатии дуги угол кромки может сократиться до 1°. В этом случае элементы изделия имеют общий срез.

Ширина реза.

Согласно практическим правилам резки, ширина среза должна варьироваться между 1,5-2 величинами диаметра режущей струи. Качество плазменной резки с этой стороны напрямую зависит от скорости движения ножа – чем она ниже, тем ширина больше.

Стоимость установки

Часто на принятие окончательного решения об оснащении производства лазером или плазмой влияет цена установки и стоимость эксплуатации.

Для правильного понимания вопроса о стоимости лазерной и плазменной установок примем, что предполагается резка металла одной толщины с одной скоростью. При этом на толщинах до 4..6 мм лазерная установка дороже плазменной примерно в 4..6 раз; при толщине 6..20 мм разница в цене отличается уже в 10 и более раз.

При резке металла толщиной более 20 мм применение лазерной резки становится доступным только крупным производствам с уникальными специфическими задачами.

К координатной системе для лазерной установки предъявляются повышенные требования по динамическим и точностным характеристикам, соответственно, необходимо применение комплектующих более высокой точности. Вследствие этого стоимость лазерной координатной системы выше в 3..4 раза.

Какие дефекты снижают качество плазменной резки металла

Ниже рассмотрим дефекты изделий, которые могут быть вызваны неверно установленными параметрами резки или нарушениями технологии работы на плазмотроне, а также поговорим о способах избавления от них.

Угловатость.

Этот параметр означает степень наклона среза при обработке заготовки на плазмотроне. Угловатость может появиться из-за неравномерного нагрева листа по его толщине. Дело в том, что плазменная дуга выпускает неодинаковое количество тепла по всей длине, поэтому на разной глубине проката расплавляется разное количество материала.

Окалина.

Это расплавившийся во время раскроя метал, который, затвердев, прилип к кромке изделия. Окалину также называют шлаком. Качество плазменной резки в этом смысле зависит от расходных материалов, настроек резки, чистоты воздуха в цехе – эти параметры определяют объем образующихся окалин и сложность их счищения.

Качество поверхности.

Этот параметр определяется степенью шероховатости поверхности – общим количеством неровностей, расположенных близко друг к другу в пределах лита. Иначе говоря – это степень ее гладкости. Именно она определяет важнейшие пользовательские свойства заготовки.

Производительность

Рассматривая производительность, следует отметить, что при резке деталей из тонколистового метала (до 2..3 мм) с большим количеством отверстий, пазов и др. наиболее эффективен мощный высокоскоростной лазер. Однако на толщинах более 6 мм плазма выигрывает по скорости резки, а при толщине листа 20 мм и выше – вне конкуренции.

Основное правило – при одинаковой потребляемой мощности установок плазменная резка производительней лазерной в 2..3 раза – при изготовлении простых деталей. При этом большие партии однотипных сложных деталей из тонкого металла все же целесообразней изготавливать на лазере, т.к. вырезанные детали могут быть применимы к следующим технологическим операциям без дополнительной обработки (удаление окалины).

Краткие сведения о плазме

Плазма является газом, ионизированным в разной степени. Ионизация может быть полной или частичной – даже слабо ионизированный газ (менее 1% ионизированных частиц) проявляет некоторые свойства плазмы. Выделяют изотермическую и газоразрядную плазму, вид плазмы зависит от способа ее образования. Изотермическая плазма образуется при нагревании газа до температуры, при которой начинается процесс термической ионизации газа. Газоразрядная плазма, в свою очередь, образуется как следствие электрического разряда (электрической дуги) в газе. Наиболее распространенным примером такого разряда является молния.

Используемое оборудование

Для плазменной резки необходима следующая аппаратура:

источник электроэнергии. Обычно плазморез подсоединяют либо к трансформатору, либо к инвертору. Инвертор по всем параметрам (КПД, экономичность, стабильность дуги) лучше, чем трансформатор. Кроме одного – с питанием от инвертора плазморез не способен разрезать изделие большой толщины;
плазмотрон – «сердце» устройства. Он состоит из дуговой (плазмообразующей) камеры, электрода, сопла, систем подачи газа и воды;
компрессор – необходим для направления струи воздуха строго вдоль оси плазменного потока.

Резкая кумулятивной струей

Один из основных методов резки металлов взрывом основывается на применении явления образования кумулятивных струй. Небольшие заряды используют для пробивания отверстий на большой глубине в трубах при добыче нефти и газа. Кумулятивные заряды также используют для разрушения крупногабаритных железобетонных массивов и каменных монолитов.

а — схема кумулятивного заряда;

Читать также: Державка для алмазного карандаша

б — схема формирования кумулятивной струи;

в — схема пробития преграды кумулятивной струей

Резка толстых металлов взрывом с успехом используют для обработки техники, отслужившая, крупногабаритных объектов, мостов. Причем в последнем случае эти операции можно проводить под водой. Данная технология, как и другие виды взрывной обработки, не требует дорогостоящего оборудования, а стоимость взрывчатых веществ относительно невелика.

Особенности резки толстых металлов

На обрабатываемость резанием толстых металлов влияют технологические условия его обработки. В первую очередь следует обратить внимание на жесткость технологической системы резания. Если жесткость системы снижена возникают вибрации, в результате действия которых, фактическая скорость резания возрастает за счет наложения скорости колебательного процесса режущей кромки инструмента. В зависимости от жесткости системы резки фактическая скорость может возрастать на 15…40%, заметно снижая устойчивость инструмента в процессе резания труднообрабатываемых металлов, которые очень чувствительны к изменению скорости резки. К возможностям повышения жесткости технологической системы можно отнести изменения схемы крепления детали, уменьшение вылета резца, увеличение жесткости инструмента, применения устройств гашения вибраций и тому подобное. Для толстых и труднообрабатываемых металлов необходимо искать такие сочетания режимных и других технологических факторов, которые способствовали бы улучшению пластичности обрабатываемого материала в сочетании с его нагревом в зоне резания.

Другое направление — дополнительная внешняя стимуляция (наложения ультразвуковых колебаний, введение электрического тока и тому подобное).

Физический механизм процесса толстых резания металлов, который основан на дислокационно-энергетических закономерностях пластического деформирования и разрушения, дает возможность объяснить природу некоторых известных методов улучшения обрабатываемости, например, нагрев обрабатываемого материала в процессе резания. Этот метод, как правило, приводит к уменьшению твердость труднообрабатываемых материалов. Процесс деформирования также облегчается счет роста роли термической активации преодоления дислокациями барьеров, развитие диффузионных процессов.

Как альтернатива значительного количества критериев можно предложить один общий или интегральный показатель обрабатываемости и оптимальности резки в виде удельного энергоемкости процесса, основанный на определении затраченной энергии на снятие единицы объема припуска. Применение энергетического критерия целесообразно реализовывать для практических задач оптимального назначения технологических условий резания деталей.

Энергия на пластическое деформирование зоны резания распределяется неравномерно и зависит от режимов резания и геометрии инструмента. Наибольшие затраты приходятся как правило на деформацию металла выше поверхности среза (95% и более работы пластического деформирования).

Отсюда можно сделать вывод: для улучшения обрабатываемости достаточно уменьшить твердость слоя металла, который снимается.

Улучшение обрабатываемости металлов и сплавов до или во время обработки является важным эффективным средством управления процессом резания, а также средством достижения минимизации энергозатрат.

Управляя обрабатываемостью, можно назначать такие условия резания, которые будут оптимальные со всех точек зрения: сопротивление стружкообразованию, стойкость инструмента, качество обработки.

В зависимости от толщины металла и формы обработки, кромки готовят обрезкой на ножницах, механической строгальным или газовой резкой. Наиболее распространено механизированная газовая резка (в заводских условиях) и ручное газовой резки (в условиях монтажа). После газовой резки поверхность заготовки требует механической обработки до удаления следов резки. А для некоторых сталей (мартенситно-ферритного класса) после газовой резки необходимо механическим удалить слой металла толщиной как минимум 1-2 мм, поэтому перед резанием необходимо предусмотреть припуск. Для обработки высоколегированных сталей применяют пламенную и воздушно-дуговую резку.

Существует множество видов разделки кромок:
Стыковое соединение без разработки кромок;
Стыковое соединение с двухсторонней симметричной обработкой кромки или соединение с К-образной разделкой;
Стыковое соединение с односторонней разделкой одной кромки;
Стыковое соединение с односторонней симметричным разделкой двух кромок или соединения с V-образным разделкой кромок;
Стыковое соединение с двусторонним симметричным обработкой двух кромок или соединения с Х-образным разделкой кромок;
Стыковое соединение с односторонним симметричной разделкой двух кромок под разными углами. Как правило, применяется при сварке трубопроводов с толщиной стенки от 10 мм и выше.

Для изготовления деталей особо ответственных конструкций с кромками определенной конфигурации применяют токарные станки, труборезы и другое механическое оборудование. Также можно воспользоваться ручными механическими фрезами и абразивными машинками, если конструкция не является особенно ответственным или ее габариты позволяют прибегнуть к обработке такого вида.

Для получения заготовки, готовой к сборке, необходимо выполнить ее очистки для устранения неровностей, образовавшихся в процессе проката, и транспортировки.

Зачистку выполняют до сборки узла механически или химически. Ниже показаны участки поверхности деталей, требующих очистки:

Во время проведения этого вида огневых работ могут наблюдаться хлопки и обратные удары пламени, что могут привести к разрыву шланга и возникновения пожара.

Обратные удары возникают при условиях:

перегрева мундштука;
попадание горючего в кислородные шланги;
если скорость истечения горючей смеси из мундштука становится меньше скорости горения;
ослабление накидной гайки мундштука или камеры смешения.

Воспламенение и взрыв кислородного шланга в случае обратного удара происходит, если в кислородную трубку и шланг попадает жидкое топливо.

При изготовлении металлоконструкций из цветных металлов возникает необходимость их резки. Если выполнение прямолинейных и некоторых криволинейных срезов может быть достигнуто механическими методами в холодном состоянии и не вызывает трудностей, то резка металла большой толщины, изготовление фасонных деталей, отверстий, поверхностной обработки всегда связано с использованием тепловых методов резки.

Читать также: Метод литья по выплавляемым моделям

Плазменная резка сопровождается сильным шумом, который в сочетании с ультразвуковым эффектом является опасным для обслуживающего персонала.

Для чего нужна плазма, а для чего — лазер?

Лазер подходит там, где нужна точность, чистота реза и кромки и скорость. А плазма режет медленно, относительно лазера, и с грязным резом, поэтому сложные технические детали вырезать невозможно. А на лазерном станке по металлу возможно вырезать, например, небольшие шильды и таблички, тонкие решётки и сложные элементы дизайна, а также роторные колёса.

Плазма нужна для изготовления простых изделий. В форме прямоугольника, овала или квадрата, потому что их можно потом обработать. Но вырезать звёздочку с отверстиями внутри будет сложно. К тому же, на шлифовку уйдёт много времени. А оборудование для пост-обработки будет стоить в разы дороже, чем металлорезчик.

Плазма применяется там, где есть большие толщины и при простой резке, например, рельсов, элементов металлокаркаса или сварных конструкций и т.п..

Кислородная резка

Кислородная резка во многих случаях механтзируется с помощью специальных

переносных приборов и газорезательных машин. При газокислородной резке используют не только ацетилен, но и другие горючие газы, например природный и нефтяной газы, водород, а также жидкое топливо – керосин и бензин.

Газокислородная резка с качеством и производительностью превышает много других способов резки, поэтому его широко применяют.

Важным является также способ резки кислородным копьем, который применяют при пропиливании металла в металлургических печах, создании отверстий в бетонах и др. Резку кислородным копьем выполняют с помощью трубки из малоуглеродистой стали, в которую к месту резки подают кислород. Сначала место резки и конец трубки подогревают пламенем газосварочного паяльника, а затем в трубку подают кислород. Когда конец трубки загорится, его прижимают к месту резки и процесс резки осуществляется за счет сгорания металла трубки и изделия в струе кислорода.

Плюсы и минусы плазмы и лазера

Плазма

Преимущества:

Большой диапазон разрезаемых толщин от 0,5 до 50 мм на пробивку;
Высокая скорость реза при больших толщинах;
Низкая начальная цена оборудования
Отработанная технология резки под углом, как сейчас привыкли называть, резка со скосом.

Недостатки:

Нецелесообразность обработки металлов тоньше 1 мм;
Конусность кромок до 5 градусов (некачественный край);
Присутствие окалины на отверстиях при поворотах, поэтому нужна дополнительная обработка изделий;
Ограничение на диаметр отверстия до 4 мм;
Высокая стоимость расходных материалов;
Низкая точность по сравнению с лазерным станком;
Требует постобработки;
Низкая скорость резки по сравнению с лазером на тонких материалах;
Невозможность выполнять многие разновидности резки, доступные лазерному станку.

Лазер

Преимущества:

Перпендикулярность кромки;
Малая ширина реза;
Отсутствие окалины — получаете 100% готовое изделие;
Диаметр отверстия меньше толщины листа. Можно вырезать мелкие детали вплоть до 1 мм;
Низкое термическое воздействие на кромку;
Дешевые расходники;
Обработка тонкого металла от 0,2 мм;
Наивысшая возможная скорость резки;
Материалы не требуют постобработки и готовы к сварке, покраске или упаковке, а затем к продаже.

Недостатки:

Можно резать металл только до 20 мм;
Высокая начальная цена оборудования.

Как работает плазмотрон?

Процесс образования плазменной дуги происходит примерно следующим образом.

Между соплом и электродом плазмотрона возникает электрический разряд и разжигается так называемая дежурная дуга. Она выдувается через сопло наружу и касается металлической разрезаемой поверхности. Возникает замыкание между электродом и металлом, создается уже настоящая дуга, которая нагревает и ионизирует подаваемый в плазмообразующую камеру газ. Образовавшийся плазменный поток выдувается из сопла. Вихревой газ сужает и концентрирует плазму, не позволяя ей касаться стенок сопла. Скорость плазмы в итоге достигает 2-3 км в секунду, а температура – до 30 тысяч градусов.

Обработка цветных сплавов

Во время обработки цветных металлов применяются различные способы резки с учетом плотности материала, его типа и иных технических показателей. Для разрезания цветных металлов необходимо соблюдение таких рекомендаций:

Резка алюминия — для материала толщиной до 7 см, может применяться сжатый воздух. Использование его нецелесообразно во время низкой плотности материала. Качественный рез алюминиевого листа до 2 см достигается во время применения чистого азота, а с толщиной 7−10 см при помощи водорода с азотом. Порезка плазмой алюминия при толщине более 10 см производится смесью водорода с аргоном. Такой же состав советуют применять для толстостенной высоколегированной стали и меди.
Порезка нержавеющих сталей — для проведения работ не советуют применение сжатого воздуха, с учетом толщины материала может использоваться чистый азот или смеси с аргоном. Нужно учесть, что нержавеющая сталь довольно чувствительна к действию переменного тока, что может приводить к изменению ее структуры и более быстрому выходу из эксплуатации. Порезка нержавейки производится при помощи установки, которая использует принцип косвенного действия.

Гильотинная резка

Гильотинная резка – это прямолинейное резания листового металла. Металл режется противоположными лезвиями двух ножей.

Во время резки подвижный нож движется по отношению к неподвижному с зазором, определяемым условиями резания.

Подвижный нож может быть выставлен под углом по отношению к недвижимому для того, чтобы резание происходило последовательно, с одной стороны к другой. Этот угол называется углом между ножами, уменьшает усилие резания, но увеличивает ход подвижного ножа.

Гильотина — это устройство которое состоит из станины с рабочим столом, системы прижима листа, верхнего и нижнего ножей и заднего упора. Задний упор обеспечивает нужный размер детали, которая отрезается.

Задний угол верхнего ножа незначительно влияет на усилие резки. При использовании 2-х лезвий с 4-мя режущими кромками нужны более повышенные усилия резания, чем тогда, когда верхнее лезвие установлено с небольшим задним углом (как правило, не больше 3°).

Угол между лезвиями существенно влияет на усилие резания и влияет на дефекты. Данный угол — не должен быть больше 3°.

Зазор между ножами — это перпендикулярная линия между ними. Чистота реза зависит от толщины листа. Если зазор слишком мал, наблюдается повышенный износ ножей, что предусматривает расходы на заточку инструмента. Если зазор слишком большой – металл сминается между двумя ножами. В результате мы получим конусновидный срез и пластические деформации в материале.

Общими недостатками гильотинной резки является: скручивание, саблевидность, сгиб и не прямолинейность кромки.

Гильотинные ножницы для резки толстого металла применяется для листов толщиной до 5 мм. Край получается ровным, но важно поддерживать зазор между лезвиями 0,03 мм.