Плазморез: принцип работы, виды аппаратов для плазменной резки и критерии их выбора

Плазменная резка сегодня – безусловный лидер среди способов обработки черных и цветных металлов. Она отличается универсальностью и позволяет работать с углеродистыми и нержавеющими сталями, чугуном, алюминием, медью и различными сплавами. В данной статье рассмотрим устройство и классификацию плазморезов, дадим рекомендации по их выбору.

Плазменный резак, или плазморез, – это аппарат, создающий поток ионизированного воздуха (плазмы), который разрезает металлическую заготовку. В отличие от «классического» пламени, основанного на пропане и кислороде, плазменный резак создает гораздо более высокую температуру горения. В результате скорость резки увеличивается, а тепло не успевает распространиться по всей заготовке и деформировать ее.

Как устроен плазменный резак?

Принцип работы аппарата заключается в создании между соплом плазмотрона и обрабатываемым металлом электродуги. Ее температура достигает 5’000 °С, чего для резки металла, разумеется, недостаточно. Но одновременно с этим в рабочую зону плазмореза подается поток воздуха или газа, он взаимодействует с электрической дугой, ионизируется и образует плазму. А ее температура доходит уже до 30’000 °С. Добавим к этому скорость выхода плазмы до 1500 м/с – и получим возможность высокоточной и аккуратной резки практически любого металла.

Аппарат плазменной резки состоит из нескольких блоков:

Источник питания

В качестве источника постоянного тока выступает либо трансформатор, либо инвертор. Из достоинств трансформатора отметим его низкую чувствительность к перепадам напряжения. Кроме того, он позволяет резать металл толщиной до 80 мм. Из недостатков у этого источника питания – громоздкость и более низкий, в сравнении с инвертором, КПД. В случае использования инвертора КПД будет выше на 30%, а значит, он более экономичный. При этом он дешевле трансформатора, а компактные размеры и мобильность позволяют использовать его даже в труднодоступных местах.

Плазмотрон

Это основная часть резака: инструмент, который подключается к источнику тока, собственно образует плазму и подает ее на поверхность металлической заготовки.

Основными элементами плазмотрона являются:

• Наконечник (сопло). Он формирует дугу плазмы. Как правило, изготавливается из меди, а конструкция зависит от разновидности резака.
• Электрод. Поджигает и поддерживает плазменную дугу. Он производится из меди с применением вставок из редкоземельных металлов, в первую очередь — гафния. Гафниевые вставки нужны для облегчения поджига и для обеспечения стабильности горения плазменной дуги.

Воздушный компрессор

Образует вихревую подачу сжатого воздуха и обеспечивает стабильность горения плазменной дуги. Также компрессор используется для охлаждения элементов плазмореза. Кроме того, аппарат оснащен пакетом кабелей, пропускающих ток к горелке, и шлангов, по которым поступает воздух или газ.

Классификация устройств для плазменной резки

Плазморезы делятся на виды по нескольким факторам: конструктивно, по техническим характеристикам и технологическим возможностям. Ниже рассмотрим основные классификации.

По способу воздействия

• Резка прямого действия (плазменно-дуговая) основана на создании электрической дуги между электродом и поверхностью обрабатываемого металла. Этот тип резки подходит для металлов с хорошей проводимостью тока.
• Резка косвенного действия позволяет работать с металлами, которые имеют малую электропроводимость, а также с диэлектриками. При данном типе резки обрабатываемый металл контактирует только с плазменным потоком, так как источник электрической искры находится внутри плазмотрона.

По типу резки

Аппараты, используемые для плазменной резки, можно разделить на две основных категории по типу резки:

• Устройства для ручной резки применяют на небольших производствах для изготовления и обработки металлических деталей, а также при прокладке трубопроводов, сооружении металлоконструкций в строительстве и т.п. В этом случае оператор держит плазмотрон на весу и ведет его по линии реза. Чтобы придать резу точность, минимизировать наплывы и окалину, применяется упор, надеваемый на сопло плазмотрона. Он сохраняет постоянным необходимое расстояние между обрабатываемой металлической поверхностью и соплом.
• Устройства машинной плазменной резки с ЧПУ используются там, где нужен фигурный рез или максимальная точность (например, на машиностроительных заводах). Такие аппараты работают по заданной программе с минимальным участием оператора.

По типу охлаждения

Плазмотроны по типу охлаждения разделяются на устройства:

• Охлаждение воздухом. Такие резаки используют для бытовых и профессиональных целей. 
• Охлаждение жидкостью. Этот тип охлаждения используется в резаках, предназначенных для резки на высоких токах.

По типу используемого газа

Плазменные резаки способны работать с разными газами и их смесями. Основными параметрами выбора в данном случае являются марка и толщина обрабатываемого металла и требования к качеству реза.

Типы плазмотронов в данной классификации зависят от вида используемого газа или газовой смеси. В работе плазмотронов применяются следующие газы:

• Сжатый воздух. Универсальное и экономичное решение при обработке черных металлов и меди толщиной до 60 мм, а также алюминия до 70 мм.
• Азот. Гарантирует чистый рез, а также увеличивает срок службы электрода и других деталей плазмотрона, но при этом скорость резки не так высока, как в случае с плазмотронами, работающими на сжатом воздухе. Азот подходит для резки алюминия и меди до 20 мм, малоуглеродистых низколегированных сталей до 30 мм, высоколегированных сталей до 75 мм, латуней до 90 мм, титана.
• Азот и водород используют для резки меди, алюминия и их сплавов до 100 мм.
• Смесь на основе азота и аргона используется в работе с высоколегированными материалами до 50 мм толщиной.
• Аргоно-водородную смесь применяют для резки высоколегированной стали, алюминиевых и медных сплавов толщиной до 100 мм.

Критерии выбора

Приводим основные характеристики аппаратов, на которые нужно ориентироваться при выборе.

Сила тока инвертора

Выбирайте инвертор, обеспечивающий силу тока, необходимую для резки металла, с которым вы намерены работать. Для резки черных металлов и стали на каждый 1 мм толщины понадобится 4 А. Для резки меди, латуни, алюминия этот показатель равняется 6 А на 1 мм. То есть, чтобы разрезать листовую сталь 7 мм, потребуется аппарат с силой тока не менее 28 А, а для резки латуни той же толщины – не менее 42 А. При покупке аппарата специалисты рекомендуют выбирать силу тока с запасом, чтобы избежать перегрузки устройства.

Режим и интенсивность использования

Здесь основным параметром является продолжительность включения (ПВ). Он показывает продолжительность работы аппарата без перерыва. Например, резак с ПВ 40% в рабочем цикле 10 минут сможет работать непрерывно 4 минуты. Здесь ориентируйтесь на режим использования аппарата. Для мастерской или гаража подойдут устройства с ПВ 40%. Для более серьезных производств выбирайте аппарат с ПВ не менее 60-80%.

Длина кабеля (шлангпакета)

При выборе длины кабеля плазмотрона следует учитывать условия, в которых придется работать. Чем короче шлангпакет, тем чаще придется перемещать всю установку. Если плазморез нужен вам для резки деталей небольшого размера над столом или верстаком, можно приобрести плазмотрон с коротким шлангпакетом.

Плазменная резка: плюсы и минусы

В отличие от других видов резки металла, плазменная имеет ряд очевидных достоинств:

• Более высокая мощность, а значит, и производительность (в сравнении, например, с кислородной горелкой).
• Ручные устройства плазменной резки имеют компактные размеры, они мобильны и экономны в потреблении электроэнергии.
• Экономичность, особенно при работе с металлами толщиной до 60 мм.
• Высокоточная и максимально качественная обработка металлов. Срез при плазменной резке практически не потребует дополнительной шлифовки.
• Универсальность применения: может использоваться в совершенно разных сферах, как в быту, так и в промышленности.
• Минимальная подготовка перед резкой: плазма позволяет резать металл без предварительной очистки от грязи или ржавчины.
• Высокий уровень пожарной безопасности: материалы, применяемые в технологии плазменной резки, не огнеопасны.
• Высокий уровень экологичности: при плазменной резке минимизированы отходы и вредные выбросы в окружающую среду.

Из недостатков рассматриваемого типа резки стоит отметить, прежде всего, небольшую толщину реза (до 100 мм). Поскольку подача воздуха или газа происходит на высокой скорости, плазменные резаки отличаются высоким уровнем шума. Кроме того, технически сложное оборудование требует высококвалифицированного обслуживания.

Сфера применения плазмотронов

Универсальная, имеющая множество явных преимуществ, плазменная резка получила широкое распространение. Перечислим основные сферы применения.

Резка, в т.ч. фигурная, листового металла

Плазморез практически не имеет ограничений по виду обрабатываемого металла. Но поскольку возможности его ограничены толщиной материала, в работе с листовым металлом он показывает максимум своих возможностей. Это касается в том числе фигурной резки, которая производится с помощью ЧПУ. Производство сложных плоских деталей, художественная резка металла – в этих сферах плазморезу нет равных.

Резка труб

Для этой сферы применения используются специальные установки – труборезы с центраторами. Важно, что, в отличие от газовых автогенных горелок, плазменные резаки позволяют провести высокоточную обработку труб.

Резка чугуна

На сегодня это самый эффективный способ резки чугуна, в котором сочетаются экономичность, быстрота и удобство. Именно с помощью плазменной резки, например, готовят к утилизации чугунный лом на предприятиях.

Резка стали

В отличие от кислородной горелки, плазменная резка позволяет работать с нержавеющей сталью. В сочетании с минимальным образование грата и высокой производительностью, это делает плазморез практически незаменимым в данной сфере.

Предлагаем ознакомиться с полным ассортиментом плазмотронов КЕДР для плазменной резки, а также с комплектующими к плазмотронам в нашем каталоге.