Плазменная резка металла: вид и устройство плазмотрона, принцип работы резака и советы по выбору

Первые плазменные станки были изобретены в 50-х годах XX века. Оборудование было громоздким и дорогостоящим, использовалось оно только в некоторых отраслях промышленности. Но уже к концу двадцатого столетия плазменная резка металла стала доступной, и спрос на неё вырос.

Сегодня этот вид резки занимает одно из лидирующих мест в металлообрабатывающей отрасли. Оборудование, применяемое в технологии плазменной резки металла, постоянно модернизируется, становясь всё более практичным и удобным.

Виды и способы плазменной резки

Плазменной называется резка металла под большим потоком плазмы, которая образуется за счёт обдува газом электрической дуги. Нагреваясь, газ ионизируется на положительные и отрицательные частицы. Температура потока плазмы достигает нескольких тысяч градусов.

По видам плазменная резка бывает:

разделительная;
поверхностная.

При разделительной резке электрод утопает в разрезе металла. Угол между поверхностью металла и электродом должен быть от 60° до 90°, а при поверхностной он не может быть более 30°.

Существует два способа резки:

при помощи плазменной дуги;
при помощи плазменной струи.

При первом способе дуга горит между неплавящимся электродом и разрезаемым металлом. При втором — между формирующимся наконечником плазматрона и электродом. Изделие не включается в электрическую цепь при плазменной струе.

Для обработки металлов широко применяется плазменно-дуговая резка, а для обработки неметаллических заготовок — обработка плазменной струёй.

Элементы прибора

Устройство плазмотрона представлено таким образом, чтобы обеспечивать резку металлов, относящихся к классу тугоплавких. Электрод (катод) имеет специальную циркониевую или гафниевую вставку. Использование указанных металлов при высоких температурах позволяет добиться эффекта выбивания электронов с их поверхности (термоэлектронная эмиссия).

Сопло – еще один расходный элемент плазмотрона, который всегда изолируется от катода. Прибор также оснащен механизмом для закручивания газа, образующего плазму.

Расходники способны функционировать в течение одной 8-часовой рабочей смены, если речь идет об обработке металла толщиной до 1 см. Далее они подлежат замене, причем последнюю желательно проводить одновременно для катода и сопла.

При несоблюдении сроков замены качество получаемого реза значительно ухудшается, могут появиться волны или дать о себе знать эффект реза под углом. Если гафниевая или циркониевая вставка выгорят более чем на 2 мм, то электрод пригорит. Следствием станет значительный перегрев устройства.

Чтобы расплавленный обрабатываемый материал не повредил элементы плазмотрона, его оснащают защитным кожухом. Регулярный демонтаж и чистка кожуха – залог долгой и качественной работы всего прибора. При несоблюдении элементарных условий эксплуатации можно в скором времени добиться серьезной поломки плазмореза. Не менее важно чистить и другие элементы.

Классификация плазмотронов

Плазмотроны для резки металла делятся на электродуговые, высокочастотные и комбинированные.

По виду образования дуги:

С дугой прямого действия, которая горит между металлическим изделием и неплавящимся электродом. Источник питания — постоянный ток.
С дугой косвенного действия. Не связанная с изделием, она возбуждается и горит между анодом-соплом и катодом-электродом. Питание осуществляется переменным током.

По виду охлаждения:

воздушное;
водяное.

Более популярным является водяное охлаждение плазмотрона, так как теплоёмкость воздуха ниже, чем воды. Водяное охлаждение позволяет устанавливать на сопло и электрод высокие тепловые нагрузки, что увеличивает производительность плазменной сварки. Недостаток этого вида охлаждения состоит в усложнении конструкции самого устройства и необходимости постоянной подачи чистой воды.

По способу стабилизации дуги:

водяной;
вихревой;
двойной;
аксиальный одинарный;
магнитный.

Водяной способ стабилизации дуги сложен по конструкции, имеет ненадёжную систему автоматической подачи и регулирования электрода.

Наиболее простыми и распространёнными являются вихревой, двойной и аксиальный одинарный виды стабилизации дуги. Магнитный способ стабилизации дуги не очень эффективен. Он создаёт малый сжимающий столб дуги, устройство сложное в эксплуатации.

По виду электрода для работы с металлом:

газозащищённые;
расходуемые;
плёнкозащищённые.

Чаще других используются газозащищенные катоды с вольфрамовым стержнем. Расходуемые — это графитовые катоды. Из циркония, запрессованного в медной обойме, изготавливаются плёнкозащищенные электроды.

Высокочастотные плазморезы

Особенностью приборов данного класса является отсутствие электродов, поскольку связь с питающим источником осуществляется благодаря индуктивному (или емкостному) принципу. Соответственно, плазматроны делятся на индукционные и емкостные.

Принцип работы плазмотронов, принадлежащих к классу высокочастотных устройств, подразумевает выполнение камеры, где происходит разряд, из не проводящих ток материалов. Зачастую применяется стекло или керамика.

Изоляция стенок осуществляется по газодинамическому принципу, поэтому приборы застрахованы от перегрева и могут охлаждаться за счет воздуха.

Устройство аппарата для резки плазмой

По своей сущности плазмотрон представляет собой генератор плазмы. Это надёжное и компактное устройство, в котором легко регулируется пуск, мощность и остановка рабочих режимов.

Плазмотрон состоит из конструктивных элементов:

Кожух.
Корпус фторопластовый.
Электродный узел.
Механизм закрутки воздушного потока.
Втулка изоляционная.
Электрод.
Гайка сопла.
Сопло.

Основными расходными материалами прибора являются сопло и электрод. Они изнашиваются с одинаковой интенсивностью, поэтому менять их следует одновременно. Несвоевременная замена повлияет на качество реза и приведёт к износу остальных элементов устройства.

Кожух применяется для защиты прибора от металлической пыли и брызг металла. Кожух и плазмотрон периодически необходимо чистить от загрязнений.

Принцип работы устройства

Перед работой нужно убедиться, что у компрессора достаточный показатель давления, а у водяных устройств жидкость разогрета до необходимой температуры.

От источника питания после нажатия на кнопку «розжиг» подаётся ток высокой частоты. Внутри прибора образуется дежурная электрическая дуга, весь канал заполняет столб дуги.
Сжатый воздух начинает поступать в камеру устройства. Проходя через электрическую дугу, он нагревается и увеличивается в объёме, перестаёт быть диэлектриком и проводит ток.
Со скоростью от 2 до 3 м/с из сопла прибора начинает вырываться поток воздуха, температура которого может достигать 30 тысяч градусов. Этот раскалённый воздух и является плазмой.
Вместо дежурной зажигается режущая дуга, которая, соприкасаясь с заготовкой металла, разогревает её в месте реза. В зоне плавки появляется рез, а образующиеся на заготовке частички расплавленного металла от потока воздуха разлетаются.
Отпустив кнопку «розжиг», горение дуги прекращается.
По краям реза отбивается шлак, при необходимости изделие зачищается от него.

Базовое знание принципа работы плазмотрона не только поможет понять, как управлять процессом резки, но и сделает работу лёгкой, а рез — ровным и красивым.

Технология работы плазморезкой

Перед тем как начать разрезание плазмой, стоит знать, как проходит весь процесс. В отличие от лазерной резки, горелку плазмы стоит разместить близко к краю материала.

После включения кнопки «пуск» будет зажжена сначала дежурная дуга, потом режущая. Горелку с режущей дугой необходимо медленно вести по материалу.

Для регулировки скорости разрезания, рекомендуется контролировать появление искр с другой стороны металла. Когда их нет, то полностью материал разрезать не удалось.

Причин можно отметить несколько: высокая скорость прохождения аппарата, низкий ток, горелка не находилась под углом в 90 гр. к разрезаемому металлу. Как правильно установить угол резки, показано на видео.

Видео:

После завершения процесса, горелку нужно наклонить, как показывают схемы. Стоит помнить, что после выключения пуска, воздух будет идти еще какое-то время.

Проплавить полностью металл плазморезка сможет в тот момент, когда наклон составит 90 градусов и выше.

После включения аппарата — дождаться появления режущей дуги, создать между горелкой и материалом прямой угол. Так любая фигурная конструкция может получить отверстие.

При работе с плазморезкой стоит изучить схемы аппарата — в них указана наибольшая толщина металла, в котором можно сделать отверстие. Технология плазменной резки подробно показана на видео.

Видео:

Типы плазмотронов

На предприятиях широко применяется автоматическая и ручная резка плазмой.

Резать металл можно различными типами приборов.

Плазменные резаки для резки металлов. В эту группу входит воздушно-плазменный и газоплазменный резак. Воздушно-плазменный резак выделяется простой конструкцией и применяется для резки чёрных металлов. Он может работать как от однофазной, так и трёхфазной сети. Газоплазменный аппарат работает на водяном паре, для образования плазмы применяется водород, аргон, кислород, азот.
Индукционный резак. Это высокочастотное устройство, работающее по принципу индуктивно-связанной плазмы с температурой до 6000 К и высокой плотностью электронов.
Комбинированные аппараты. Представлены симбиозом токов высокой частоты и электрической дуги. Электрический разряд сжимается под воздействием магнитного поля.
Газовые устройства, работающее за счёт сжатия столба дуги плазмообразующим газом.
Водяные устройства, рабочим телом которых является паровой газ. Высокотемпературный водяной пар способствует ускоренному сгоранию углерода.
Магнитные резаки. Такие приборы малоэффективны и не пользуются популярностью. Их основное преимущество в том, что регулировка сжатия электрической дуги осуществляется без потери газа.

В зависимости от типа плазмотрона можно без труда обрабатывать сталь любых видов, в том числе металлы с высоким тепловым расширением, а также материалы, которые электрический ток не проводят.

Разновидности плазмотронов

Весь спектр современных технических приборов для резки металлов можно поделить на три класса:

плазмотроны на электрической дуге;
высокочастотные плазморезы;
комбинированные устройства.

Чтобы понять особенности работы каждого вида плазмотрона из обозначенных классов, следует рассмотреть их по отдельности.

Преимущества и недостатки технологии резки

Эта технология по сравнению с прочими способами обработки имеет свои преимущества.

Высокая производительность, лёгкость освоения.
Плазменная резка обладает высокой точностью и разнообразием линий реза.
Обрабатываемая поверхность не требует дополнительной шлифовки.
В процессе работы загрязнение окружающей среды минимальное.
Используемое ручное оборудование мобильно, имеет малый вес и габариты.

К недостаткам этого метода можно отнести небольшую, до 100 мм, толщину среза. Нельзя работать одновременно двумя приборами, а также отклоняться от перпендикулярности среза.

Выбор плазмотрона

Чтобы правильно выбрать аппарат для плазменной резки металла, нужно определиться, какими характеристиками должен обладать прибор. Исходными данными могут быть:

автоматизированный или ручной способ резки;
продолжительность работы;
расход электрической энергии;
толщина металла;
тип металла;
с какой частотой осуществляется замена расходных материалов;
отзывы пользователей об оборудовании и производителях.

Хорошим вариантом оптимальной цены и мощности является модель Сварог CUN 40 B (R 34). Это лёгкий и компактный прибор, который применяется в раскрое тонколистовых металлов менее 0,12 см. Он прост в управлении, неприхотлив в эксплуатации, расход сжатого воздуха минимальный.

К аппаратам с наилучшими показателями энергосбережения можно отнести модель AURORA PRO AIRFORCE 60 IGBT. Он подойдёт для резки материала, проводящего ток. Принцип работы основан на бесконтактном поджиге дуги. Результатом проведения резки является качественная работа без деформации металла.

Для резки толстого металла подойдёт модель BRIMA CUT 120. Устройство используется при резке цветного, углеродистого, нержавеющего металла и меди. Толщина металла может доходить до 35 мм. Он имеет встроенную регулировку дуги и плавно изменяет рабочие параметры устройства.

Как самостоятельно собрать плазменный резак из инвертора читайте в этой статье.

Резак CP PT 31

CP PT 31 получил широкое распространение благодаря своей простоте и доступной цене. Большинство бюджетных аппаратов плазменной резки комплектуются именно такими резаками, чем объясняется популярность данной модели. Как правило, такие аппараты без центрального евро разъема, а подключение резака к аппарату происходит через гайку M16х1,5 и 2PIN разъем.

Шарнирное соединение на стыке рукава и рукоятки не нагружает руку резчика, а легкий вес резака позволит производить длительный рез без напряжения руки. Резак оснащен плавным курком, а рукав укрыт в джинсовую ткань по всей длине, что минимизирует риски случайно повредить шланг-пакет плазматрона. Максимальный рез резака — 14 мм.

Для резака CP PT 31 подходят только свои уникальные расходные части, не совместимые с другими резаками — это сопла, катоды, диффузоры, насадка и головка плазмотрона. Подробно ознакомиться с комплектующими и технической информацией вы можете на нашем сайте в карточке товаров.

Резак плазменный CP PT 31

Артикул: 073.310.106 Резак плазменный CP PT 31 5м (M16х1,5; 2pin) PLA3105 Плазмотрон CP PT 31 подключается к аппаратам воздушно-плазменной резки через гайку M16х1,5. Обратная связь между резаком и аппаратом происходит с помощью 2 PIN разъема. Толщина чистого реза 14 мм.
Цена: 5 524 р

Резак CP SG-55

Резак плазменный CP SG-55 также, как и резак CP PT 31 часто входит в комплектацию аппаратов бытового сегмента. Подключение осуществляется через гайку M16х1,5 и 2PIN разъем. Отличается дизайном рукоятки, которая не уступает в удобстве и комфортной эксплуатации. Резак с шарнирным соединением, шланг-пакет защищен тканевым чехлом.

SG-55 имеет уникальные комплектующие, которые совместимы только с этим плазмотроном (катод, сопло и защитная насадка). Самое важное, что конструктивная особенность головки резака не требует газового диффузора. Максимальная толщина разрезаемого металла составляет 15 мм.

Резак плазменный CP SG-55

Артикул: 073.055.105 Резак плазменный CP SG-55 5м (M16х1,5; 2pin) PLA5505

Плазмотрон CP SG-55 подключается к аппаратам воздушно-плазменной резки через гайку M16х1,5. Обратная связь между резаком и аппаратом происходит с помощью 2 PIN разъема. Толщина чистого реза 15 мм.

Цена: 5 039 р

Резак CP 50

Плазменный резак CP 50 сочетает в себе улучшенные технические характеристики и особую конструкцию, что, безусловно, подойдет для профессиональной эксплуатации. Плазмотрон подключается к аппаратам воздушно-плазменной резки через центральный евро адаптер. Также, центральный адаптер можно демонтировать и заменить на разъем 1/4G, установив дополнительные переходники.

На стыке силового кабеля и рукоятки установлен шарнир, который помогает комфортно эксплуатировать резак. Безопасную эксплуатацию гарантирует специальный предохранитель на кнопке, который исключает случайное нажатие. Толщина реза – 15 мм. Все комплектующие к резаку доступны в ассортименте фирменной продукции — это головка плазмотрона, диффузор, катод, сопло и защитная насадка.

Резак плазменный CP 50

Артикул: 073.500.106 Резак плазменный CP 50 Евро адаптер 6м PLA5006

Плазмотрон CP 50 подключается к аппаратам воздушно-плазменной резки через центральный евро адаптер. Толщина чистого реза 15 мм.

Цена: 17 424 р

Резак CP P80

Плазменный резак CP P80 уже можно отнести к промышленному классу, но все же он входит в группу популярных плазмотронов, т.к. им комплектуют большинство аппаратов воздушно-плазменной резки, с током реза до 80 А. Это переходная модель резака, которая мало чем отличается от резака CP 81, о котором мы расскажем чуть позже.

В резаке предусмотрен предохранитель от случайного нажатия на курок и появилась возможность подсоединения роликовой насадки, для удобства раскроя металла. Еще на резак можно установить специальную защитную насадку. В ассортименте фирменной продукции также есть сопла, катод и головка плазмотрона с внутренней резьбой присоединения 1/8G.

В ассортименте фирменной продукции доступны два варианта подключения — с накидной гайкой M16х1,5 и 2PIN разъемом, и с классическим евро адапетром. Максимальная толщина реза составляет 23 мм.

Резаки плазменные CP P80

Артикул: 073.800.106 Резак плазменный CP P80 5м (M16х1,5; 2pin) PLA1615

Плазмотрон CP P80 подключается к аппаратам воздушно-плазменной резки через M16х1,5 и 2pin. Толщина чистого реза 23 мм. Можно укомплектовать роликовой насадкой для удобного раскроя металла.

Цена: 12 414 р

Артикул: 073.800.105 Резак плазменный CP P80 Евро адаптер 5м PLA8005

Плазмотрон CP P80 подключается к аппаратам воздушно-плазменной резки через центральный евро адаптер. Толщина чистого реза 23 мм. Можно укомплектовать роликовой насадкой для удобного раскроя металла.

Цена: 13 778 р

Резаки серии СР 81, СР 101 и СР 141

Плазменные резаки СР 81, СР 101 и СР 141 имеют стандартный евроразъем подключения, с предустановленными 4PIN коннекторами. PIN коннекторы установлены в ячейки евроадаптера 9/1/6/3. Мы настоятельно рекомендуем перед установкой убедиться в том, что пины на плазменном резаке совпадают с пинами на аппарате воздушно-плазменной резки CUT, несовпадение пинов приведет к поломке как оборудования, так и резака. Если необходимо, то евро адаптер на плазменном резаке можно разобрать и подсоединить к аппарату, который не имеет евро разъем.

Резаки серии CP имеют свои конструктивные особенности, а именно: защита курка от случайного нажатия, гибкое шарнирное соединение, прорезиненный кожух, укрывающий шланг-пакеты. Защитная насадка резаков оснащена медным кольцом, которое замыкает цепь на плазмотроне. Таким образом реализована система безопасной смены расходных частей, которая предотвратит замыкание или внезапное включение плазмотрона.

Резак CP 81 рассчитан на рез до 23 мм, CP 101 до 28 мм, и резак 141 серии на рез до 35 мм. Когда мы говорим о резе, мы подразумеваем чистый рез, а не грязный рез.

Чистый рез — это максимально качественный рез материала, который не требует серьёзной финишной обработки. Грязный рез — это рез, выше заявленных значений резака, но возможно при резе будет образовываться грат, застывшие капли металла на изделии. Крупный грат необходимо будет срезать болгаркой, а не большой можно будет отбить молотком.

Кроме того, на качество реза помимо качества самого плазменного резака, влияют еще такие факторы как: качество сжатого воздуха, достаточное давление на выходе из компрессора, качество самого плазменного источника и стабильность сетевого напряжения, а также своевременная замена сопел и катодов. Соблюдая все эти параметры — вы добьетесь идеального реза.

В ассортименте фирменной продукции к данным резам есть специальные наборы балеринок, которые используются для резки окружностей, геометрических форм из листового металла.

Артикул: 073.810.007 Набор балеринок CP 81 BAL5700

Набор для резки окружностей, геометрических форм из листового металла. Используется совместно с резаком плазменным CP 81.

Цена: 7 268 р

Артикул: 073.101.077 Набор балеринок CP 101-141-151 BAL7700

Набор для резки окружностей, геометрических форм из листового металла. Используется совместно с резаком плазменным CP 101, CP 141 и CP 151.

Цена: 7 316 р

Резаки плазменные серии СР 81, СР 101 и СР 141

Артикул: 073.141.112 Резак плазменный CP 141 Евро адаптер 12м PLA1412

Плазмотрон CP 141 подключается к аппаратам воздушно-плазменной резки через центральный Евро адаптер. Толщина чистого реза 35 мм. Резак можно использовать совместно с набором балеринок из ассортимента фирменной продукции.

Цена: 32 881 р

Артикул: 073.141.106 Резак плазменный CP 141 Евро адаптер 6м PLA1416

Цена: 24 461 р

Артикул: 073.101.106 Резак плазменный CP 101 Евро адаптер 6м PLA1016

Плазмотрон CP 101 подключается к аппаратам воздушно-плазменной резки через центральный Евро адаптер. Толщина чистого реза 28 мм. Резак можно использовать совместно с набором балеринок из ассортимента фирменной продукции.

Цена: 23 516 р

Артикул: 073.810.106 Резак плазменный CP 81 Евро адаптер 6м PLA8106

Плазмотрон CP 81 подключается к аппаратам воздушно-плазменной резки через центральный Евро адаптер. Толщина чистого реза 23 мм. Резак можно использовать совместно с набором балеринок из ассортимента фирменной продукции.

Цена: 18 285 р

Плазматроны с маркировкой ACP

Резаки с обозначением ACP предназначены для подключения к ЧПУ станкам. Из-за своей формы их часто называют «карандашами». Резак ACP 80 подключается к плазменному источнику гайкой M16x1,5, а команда старта и остановки реза проходит посредством 2PIN разъема. Максимальный чистый рез составляем 23 мм.

Плазмотрон ACP 81 и ACP 141 подключаются к источнику через центральный евро адаптер, который можно разобрать и подключить к любому плазменному источнику. Максимальный рез 81 модели — 23 мм, а 141 плазмотрон режет до 35 мм. Большинство комплектующих к автоматическим резакам схоже с комплектующими стандартных плазмотронов, за исключением сменного элемента горелки CUT — головки плазмотрона.

Автоматические плазменные резаки к ЧПУ станкам

Артикул: 073.810.206 Резак плазменный автоматический ACP 81 (M16x1,5; 2pin) 6м PLA0681

Автоматический плазмотрон ACP 81 подключается к аппаратам воздушно-плазменной резки через M16х1,5. Обратная связь между резаком и аппаратом происходит с помощью 2 PIN разъема. Толщина чистого реза 23 мм.

Цена: 31 038 р

Артикул: 073.800.210 Резак плазменный автоматический ACP 80 (M16x1,5; 2pin) 10м PLA1080

Автоматический плазмотрон ACP 80 подключается к аппаратам воздушно-плазменной резки через M16х1,5. Обратная связь между резаком и аппаратом происходит с помощью 2 PIN разъема. Толщина чистого реза 23 мм.

Цена: 28 090 р

Артикул: 073.141.212 Резак плазменный автоматический ACP 141 Евро адаптер 12м PLA1412-1

Автоматический плазмотрон ACP 141 подключается к аппаратам воздушно-плазменной резки через центральный Евро адаптер. Толщина чистого реза 35 мм.

Цена: 57 111 р

Артикул: 073.141.206 Резак плазменный автоматический ACP 141 Евро адаптер 6м PLA1416-1

Цена: 45 163 р

Плазменные резаки доступны различной длины, подробную техническую информацию вы можете найти в карточке товара на сайте ПТК или на сайтах наших дилеров по России, Казахстане, и республике Беларусь.

Безопасность эксплуатации прибора

Перед работой с устройством необходимо изучить паспорт производителя и нормативную документацию по технике безопасности ГОСТ 12 .3.003−86.

Обслуживание оборудования и ремонт должны осуществляться с отключённой сетью.
На рабочем месте не должно быть легковоспламеняющихся жидкостей и горючих материалов.
Рабочее место необходимо обеспечить средствами пожаротушения, хорошо проветривать, а при необходимости следует установить искусственную вентиляцию.
Специалист должен использовать при работе специальную одеждой, обувьюи другие средства защиты.
При резке лучше использовать специальные столы, которые оснащены системой для удаления газов и пара.
Если работы проводятся на открытом воздухе, необходим навес.
Нельзя оставлять плазматрон долгое время включённым.

Соблюдение безопасности при эксплуатации прибора поможет избежать профессиональных заболеваний и травм.