Плазменная резка


Как работает плазменная резка?

Что такое плазма?

Чтобы разъяснить принцип действия плазменной резки, сначала нужно ответить на вопрос «Что такое плазма?» Плазма — это четвертое состояние вещества. Обычно мы сталкиваемся только с тремя состояниями вещества: твердым, жидким и газообразным. При поступлении или утрате энергии, например, тепла, вещество может переходить из одного состояния в другое. Например, при поступлении достаточного количества тепла вода переходит из твердого состояния (лед) в жидкое. Если тепла поступит еще больше, она перейдет в газообразное состояние (пар). Если добавить еще больше тепла, пар ионизируется и станет электропроводящим — превратится в плазму. Устройство плазменной резки сможет использовать этот электропроводящий газ для передачи энергии от источника питания к любому материалу-проводнику, что позволяет обеспечить более качественную и быструю резку по сравнению с газовой. 

Образование плазменной дуги начинается с пропускания газа, например, кислорода, азота, аргона или даже обычного воздуха, через узкое сопло внутри плазмотрона под высоким давлением. Затем к этому потоку сжатого газа подается ток от источника питания, в результате чего возникает электродуга. В результате образовывается «струя плазмы». Плазма мгновенно достигает температуры до 22000°C, достаточной для быстрого разрезания рабочего изделия и сдувания расплавленного металла.

Составляющие системы плазменной резки

  • Источник питания — источник питания для плазменной резки преобразует одно- или трехфазный переменный ток в постоянный ток напряжением от 200 до 400В. Постоянный ток требуется для поддержания стабильной плазменной дуги на всем протяжении резки. Также источник питания позволяет регулировать силу тока в зависимости от типа и толщины материала.

  • Система поджига дуги — этот контур генерирует переменный ток напряжением около 5000 В и частотой 2 МГц, который образует внутри плазмотрона искру, поджигающую плазменную дугу.

  • Плазмотрон — плазмотрон служит для выравнивания и охлаждения расходных материалов.  Основные расходные материалы для плазменной резки — это электрод, завихритель и сопло. Для повышения качества резки также может потребоваться дополнительный защитный колпачок, а для удержания всех деталей вместе используются внутренний и внешний поджимные колпачки.

Большинство современных систем плазменной резки делятся на традиционные и высокоточные.

 

   

 

 

В традиционных системах в качестве плазменного газа используется окружающий воздух, а форма плазменной дуги зависит от отверстия сопла. Приблизительная сила тока дуги таких систем составляет примерно 12 000-20 000 ампер на квадратный дюйм. Подобная схема используется во всех системах для ручной резки и некоторых механизированных системах, если это позволяют допуски.

 

Высокоточные системы плазменной резки (с высокой плотностью тока) используются для особо высококачественной и точной плазменной резки. Конструкция плазмотрона и расходных деталей для таких систем отличается большей сложностью и включает дополнительные детали для фокусировки дуги. Дуга высокоточной системы резки имеет силу тока около 40 000-50 000 ампер на квадратный дюйм. Чтобы обеспечить максимальное качество резки различных материалов, в качестве плазменного газа используются кислород, очищенный воздух, азот и смеси водорода/аргона/азота.

 

 

 

 

Ручная резка

В большинстве систем ручной плазменной резки, например, Tomahawk® Air Plasma, в выключенном состоянии электрод и детали сопла находятся в контакте. При нажатии триггера источник питания начинает вырабатывать постоянный ток, который проходит через это соединение и запускает поток плазменного газа. После того, как плазменный газ (сжатый воздух) достигает достаточного давления, электрод и сопло размыкаются, что приводит к возникновению электрической искры, которая преобразует поток воздуха в струю плазмы.  Затем постоянный ток переключается с контура от электрода к соплу на контур от электрода к рабочему изделию. Подача тока и воздуха продолжаются, пока остается нажат триггер. 

   

 


Высокоточная плазменная резка

Электрод и сопло внутри плазмотрона для высокоточной резки не соприкасаются и изолированы друг от друга завихрителем, который имеет небольшие вентиляционные отверстия, преобразующие плазменный газ в вихрь. Когда в источник питания поступает команда включения, он начинает подачу постоянного тока с напряжением холостого хода до 400В и начинает предварительную подачу газа через шланг к плазмотрону. Сопло в данный момент подключено к положительному потенциалу источника питания через контур вспомогательной дуги, а электрод — к отрицательному.

 

 

 

После этого система поджига дуги вырабатывает высокочастотную искру, из-за которой плазменный газ ионизируется и становится проводником тока от электрода к соплу. В результате образуется вспомогательная дуга плазмы.

 

 

 

После того, как вспомогательная дуга вступит в контакт с рабочим изделием (заземленному через пластины стола для резки), контур тока перемещается от электрода к рабочему изделию, высокочастотный разряд отключается и включается контур вспомогательной дуги.

 

 

 

 

После этого источник питания наращивает постоянный ток до выбранной оператором силы тока и меняет предварительную скорость потока газа на оптимальную скорость для данного материала. Также используется вспомогательный поток защитного газа, который подается вне сопла через защитный колпачок.

 

 

 

Форма и диаметр отверстия защитного колпачка заставляют защитный газ еще больше сужать плазменную дугу, что позволяет обеспечить чистую резку с минимальными углами скоса и небольшой шириной линии разреза.

 

 

 

 

 

Как работает плазменная резка? Преимущества и недостатки

Резку металла можно разделить на две категории - механическую и термическую. Плазменная резка - это метод термической резки, при котором для резки металла используется ионизированный газ.

Это один из широко используемых методов резки толстых металлических листов, но также он может использоваться для листового металла. Прежде чем углубляться в преимущества и возможности плазменной резки, следует ответить еще на один вопрос.

Что такое плазма?

Вы определенно слышали о трех основных состояниях материи - твердом, жидком и газообразном. Но есть и четвертый. Да, это плазма.

Плазму можно найти в природе, но в основном в верхних частях атмосферы Земли. Знаменитое полярное сияние - результат солнечного ветра, созданного из плазмы. Освещение и высокотемпературный огонь тоже включает в себя плазму.

В общей сложности она составляет около 99% видимой Вселенной.

В повседневной жизни мы можем встретить плазму в телевизорах, люминесцентных лампах, неоновых вывесках и, конечно же, в плазменных резаках.

Плазма - это электропроводящее ионизированное газоподобное вещество.  Это означает, что в некоторых атомах отсутствуют электроны, и также есть свободные электроны, плавающие вокруг.

Газ можно превратить в плазму, подвергнув его интенсивному нагреву. Вот почему плазму часто называют ионизированным газом.

Плазма похожа на газ, поскольку атомы не находятся в постоянном контакте друг с другом. В то же время она ведет себя аналогично жидкостям с точки зрения её способности течь под воздействием электрического и магнитного поля.

Как работает плазменный резак?

Процесс плазменной резки - это метод термической резки. Это означает, что для плавления металла используется тепло, а не механическая сила. Общая механика системы всегда одинакова. В плазменных резаках используется сжатый воздух или другие газы, например азот. Ионизация этих газов происходит с образованием плазмы.

Обычно сжатые газы контактируют с электродом, а затем ионизируются для создания большего давления. Когда давление увеличивается, поток плазмы направляется к режущей головке.

Режущий наконечник сужает поток, создавая поток плазмы. Затем он наносится на заготовку. Поскольку плазма электропроводна, заготовка соединяется с землей через стол для резки.Когда плазменная дуга контактирует с металлом, его высокая температура плавит его. В то же время высокоскоростные газы выдувают расплавленный металл.

Запуск процесса резки

Не все системы работают одинаково. Во-первых, есть обычно более бюджетная версия, называемая высокочастотным контактом . Это недоступно для плазменных резаков с ЧПУ, потому что высокая частота может мешать работе современного оборудования и вызывать проблемы.

В этом методе используется искра высокого напряжения и высокой частоты. Возникновение искры происходит при соприкосновении плазменной горелки с металлом. Это замыкает цепь и создает искру, которая, в свою очередь, создает плазму.

Другой вариант - метод пилотной дуги . Во-первых, искра создается внутри горелки цепью высокого напряжения и низкого тока. Искра создает вспомогательную дугу, которая представляет собой небольшое количество плазмы.

Режущая дуга возникает, когда вспомогательная дуга входит в контакт с заготовкой. Теперь оператор может начать процесс резки.

Третий способ - использование подпружиненной головки плазмотрона . Если прижать резак к заготовке, возникает короткое замыкание, в результате чего начинает течь ток.

При снятии давления образуется вспомогательная дуга. Следующее такое же, как и в предыдущем методе. Это приводит к контакту дуги с заготовкой.

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.

Воздух

Основными составляющими воздуха являются азот (78,18%) и кислород (20,8%). Сочетание этих двух газов представляет собой очень богатую энергией смесь. Воздух применяется в качестве плазменного газа для резки нелегированных, низколегированных, высоколегированных сталей и алюминия. Обычно воздух используется для ручной резки, а также для резки тонкого листа. Если резка нелегированной стали выполняется с применением в качестве плазменного газа воздуха, то кромки реза получаются прямыми и достаточно гладкими. Однако, как газ для резки, воздух повышает содержание азота на поверхностях реза. Если такие кромки реза далее не подвергаются механической обработке, в сварном шве могут создаться поры.

Кислород

Кислород применяется в качестве плазменного газа для резки нелегированных и низколегированных сталей. Когда кислород смешивается с расплавом, понижается его вязкость, благодаря чему расплав приобретает большую текучесть. Это обычно даёт возможность получить кромки реза без грата и верхние края без скруглений. Появляется возможность достичь более высоких скоростей резки, чем в случае с азотом и воздухом. В отличие от азота или воздуха, при использовании кислорода поверхности реза не насыщаются азотом, а значит, риск возникновения пор при последующей сварке сводится к минимуму.

Аргон

Аргон является единственным инертным газом, который может производиться для коммерческих целей с использованием метода воздушной сепарации при объёмном проценте 0,9325. Будучи инертным газом, он химически нейтрален. Благодаря своей большой атомной массе (39,95), аргон способствует вытеснению расплавленного материала из зоны реза посредством высокой плотности импульсов создаваемой плазменной струи. Из-за своей относительно низкой теплопроводности и энтальпии, аргон не является совершенно идеальным газом для плазменной резки, так как он позволяет достичь только лишь относительно небольшой скорости резки, в результате чего получаются скругления, поверхности имеют чешуйчатый вид.

Водород

По сравнению с аргоном, водород имеет очень маленькую атомную массу и характеризуется относительно большой теплопроводностью. Водород имеет чрезвычайно высокую максимальную теплопроводность в температурном диапазоне диссоциации, что обусловливается процессами диссоциации и рекомбинации. Первоначально при рекомбинации и ионизации двухатомного водорода из дуги высвобождается большое количество энергии. Это приводит к обжатию вытекающей дуги. Из приведенного описания физических свойств следует, что водород, сам по себе, настолько же не подходит в качестве плазменной среды, насколько и аргон. Однако, если положительные свойства водорода, касающиеся тепловых показателей совместить с большой атомной массой аргона, то получаемая в результате газовая смесь даёт возможность быстро передавать кинетическую энергию, а также достаточное количество тепловой энергии разрезаемому материалу.

Азот

В отношении физических свойств азот занимает приблизительно промежуточное положение между аргоном и водородом. Теплопроводность и энтальпия у азота выше, чем у аргона, однако меньше, чем у водорода. Азот и водород ведут себя сходным образом в смысле возможности обжатия дуги, а также в отношении тепла рекомбинации, создающего текучий расплав. Таким образом, азот может использоваться сам по себе как плазменный газ. Азот, используемый в качестве плазменного газа, обеспечивает быструю резку изделий с тонкими стенками без образования оксидов. Недостатком является относительно большое количество бороздок. Практически невозможно добиться реза с полностью параллельными сторонами. Угол получаемого скоса в большой степени зависит от установленного настройкой объёма газа и скорости резки. Насыщение поверхности реза азотом отрицательно сказывается на свариваемости. Повышенное содержание азота при поверхностях реза является причиной пористости свариваемого металла.

Преимущества и недостатки плазменной резки:

Преимущества:

  • Может резать все токопроводящие материалы. Газовая резка, хотя она также подходит для резки толстых металлов, ограничивается только черными металлами;
  • Хорошее качество для толщины до 50 мм;
  • Максимальная толщина до 150 мм;
  • Может резать в воде, что приведет к уменьшению ЗТВ. Также снижает уровень шума;
  • Меньший пропил по сравнению с газовой резкой;
  • Более высокая скорость резки, чем при резке кислородом.

Недостатки:

  • Большая ЗТВ по сравнению с лазерной резкой;
  • Качество с более тонкими листами и пластинами хуже, чем при лазерной резке;
  • Допуски не такие точные, как при лазерной резке;
  • Не достигает такой толщины, как гидроабразивная или газовая резка;
  • Оставляет ЗТВ, которой нет при гидроабразивной струе;
  • Более широкий пропил, чем при лазерной резке;
  • Кроме того, сам процесс довольно сложный и требует высокой квалификации оператора;
  • Заготовку необходимо располагать строго перпендикулярно.
  • Во время резки металла в воздух выбрасывается большое количество вредных газов.

Как работает плазменная резка? Преимущества и недостатки

Резка металла может быть разделена на две категории – механическая и термическая резка. Плазменная резка — это метод термической резки, при котором для резки металла используется ионизированный газ .

Это один из наиболее широко используемых методов резки толстых металлических листов, но он также доступен и для листового металла. Прежде чем углубиться в преимущества и возможности плазменной резки, следует решить еще один вопрос.

Что такое плазма?

Вы наверняка слышали о трех основных состояниях материи – твердом, жидком и газообразном. Но есть и четвертый. Да, это плазма.

Плазму можно найти в природе, но в основном в верхних слоях атмосферы Земли. Знаменитое полярное сияние — результат действия солнечных ветров, состоящих из плазмы. Освещение и высокотемпературный огонь также включают плазму. И наши тела тоже.

В целом он составляет около 99% видимой части Вселенной.

В повседневной жизни мы можем встретить плазму в телевизорах, люминесцентных лампах, неоновой вывеске и, конечно же, плазменных резаках.

Плазма представляет собой электропроводящее ионизированное газообразное вещество . Это означает, что у некоторых атомов отсутствуют электроны, а также есть свободные электроны.

Газ можно превратить в плазму, подвергнув его интенсивному нагреву. Поэтому плазму часто называют ионизированным газом.

Плазма похожа на газ, поскольку атомы не находятся в постоянном контакте друг с другом. В то же время он ведет себя аналогично жидкостям с точки зрения своей способности течь под действием электрического и магнитного полей.

Как работает плазменный резак?

Как работает плазменная резка

Процесс плазменной резки — это метод термической резки. Это означает, что он использует тепло для плавления металла, а не для его механической резки.

Общая механика системы всегда одинакова. Плазменные резаки используют сжатый воздух или другие газы, такие как азот. Происходит ионизация этих газов с образованием плазмы.

Обычно сжатые газы вступают в контакт с электродом, а затем ионизируются, создавая большее давление. Когда давление возрастает, поток плазмы направляется к режущей головке.

Режущий наконечник сужает поток, создавая струю плазмы. Затем наносится на заготовку. Поскольку плазма является электропроводной, заготовка соединяется с землей через режущий стол.

Когда плазменная дуга контактирует с металлом, его высокая температура плавит его. В то же время высокоскоростные газы выдувают расплавленный металл.

Запуск процесса резки

Не все системы работают одинаково. Во-первых, есть вообще малобюджетная версия под названием высокочастотный контакт . Это недоступно для плазменных резаков с ЧПУ, поскольку высокая частота может мешать работе современного оборудования и вызывать проблемы.

В этом методе используется искра высокого напряжения и высокой частоты. Создание искры происходит, когда плазмотрон касается металла. Это замыкает цепь и создает искру, которая, в свою очередь, создает плазму.

Другим вариантом является метод вспомогательной дуги . Во-первых, искра создается внутри горелки с помощью цепи высокого напряжения и слабого тока. Искра создает вспомогательную дугу, которая представляет собой небольшое количество плазмы.

Режущая дуга создается, когда вспомогательная дуга касается заготовки. Теперь оператор может начать процесс резки.

Третий способ заключается в использовании подпружиненной головки плазменной горелки . Прижатие горелки к заготовке создает короткое замыкание, в результате чего начинает течь ток.

Сброс давления устанавливает вспомогательную дугу. Дальнейшее аналогично предыдущему способу. Это приводит дугу в контакт с заготовкой.

Преимущества и недостатки

Преимущества

  • Может резать все токопроводящие материалы. Газовая резка, хотя и подходит для резки толстых металлов, ограничивается только черными металлами.
  • Отличное качество для толщины до 50 мм.
  • Максимальная толщина до 150 мм.
  • Относительно дешев для пропилов средней толщины.
  • Лучший способ резки нержавеющей стали и алюминия средней толщины.
  • Доступны станки с ЧПУ
  • , обеспечивающие высокую точность и повторяемость.
  • Может резать в воде, что приводит к уменьшению ЗТВ. Также снижает уровень шума.
  • Меньший пропил по сравнению с газовой резкой.
  • Более высокая скорость резки, чем при кислородной резке.

Недостатки

  • ЗТВ большего размера по сравнению с лазерной резкой.
  • Качество более тонких листов и пластин не такое хорошее, как при лазерной резке.
  • Допуски не такие точные, как при лазерной резке.
  • Не достигает такой толщины, как пламенная или гидроабразивная резка.
  • Оставляет ЗТВ, чего не делает гидроабразивная резка.
  • Более широкий пропил, чем при лазерной резке.

Выбор метода резки

Выбор между различными методами резки зависит от материала, его толщины и применения деталей.

Рекомендуемая толщина реза для плазменной резки составляет от 15 до 50 мм .

Рекомендуемый верхний предел толщины материала для плазменной резки составляет около 50 мм для углеродистой и нержавеющей стали. Алюминий не должен превышать 40 мм.

Все вышеперечисленное относится к области гидроабразивной и газовой резки.

Услуги лазерной резки должны быть предпочтительным вариантом для листового металла и более тонких пластин из-за более высокого качества и скорости резки. Но верхний предел лазерной резки где-то в районе 25…30 мм.

Кроме того, плазменная резка выполняется быстрее и, следовательно, дешевле для пластин толщиной от 15 мм. Опять же, вопрос упирается в требуемое качество. Тем не менее, всегда можно получить хороший и плавный результат с помощью постобработки.

Определение плазмы — понимание плазменной резки и программного обеспечения для плазменной резки

Главная > Узнать > Технологические решения > Плазменная технология

Сочетание качества резки, производительности, эксплуатационных расходов и универсальности делает плазменную дуговую резку самым популярным на сегодняшний день процессом промышленной резки.

Что такое плазма?

Плазма — четвертое состояние вещества. Обычно мы думаем о трех состояниях материи: твердом, жидком и газообразном. Для общего элемента, воды, эти три состояния — лед, вода и пар.

Разница между этими состояниями заключается в их относительных уровнях энергии. Когда вы добавляете энергию в виде тепла ко льду, лед тает и образует воду; если вы добавите больше энергии, вода испарится и станет паром. Если бы вы добавили к пару значительно больше энергии — нагрели бы его примерно до 11 700 ° C, — пар бы распался на несколько составляющих газов и стал бы электропроводным, или ионизированным. Этот высокоэнергетический ионизированный газ называется плазмой.

Что такое плазменная резка?

Плазменный резак или система плазменной резки использует поток плазмы для передачи энергии проводящему рабочему материалу. Поток плазмы обычно формируется путем подачи газа, такого как азот, кислород, аргон или даже воздух, через узкое сопло. Электрический ток, создаваемый внешним источником питания, добавляет потоку газа достаточно энергии для его ионизации, превращая его в плазменную дугу. Вот почему этот процесс часто называют плазменно-дуговой резкой. Плазменная дуга разрезает заготовку, сначала расплавляя ее, а затем сдувая расплавленный металл.

Насколько высока температура плазменной резки?

Плазменная дуга, создаваемая плазменным резаком или системой плазменной резки, создает температуры, приближающиеся к 40 000°F, так что да, температура плазменного резака чрезвычайно высока. Для сравнения, поверхность Солнца имеет температуру около 10 000°F.

Как работает плазменный резак?

Базовый плазменный резак или система плазменной резки включает следующие компоненты:

  • Источник питания — Источник постоянного тока постоянного тока. Напряжение холостого хода обычно находится в диапазоне от 240 до 400 В постоянного тока. Выходной ток (сила тока) и общая мощность блока питания в киловаттах определяют скорость и толщину резки плазменной резки. Основной функцией источника питания является подача необходимой энергии для поддержания плазменной дуги после ионизации.
  • Цепь зажигания пилотной дуги . В большинстве горелок с жидкостным охлаждением на 130 А и выше это цепь высокочастотного генератора, которая вырабатывает переменное напряжение от 5000 до 10 000 вольт на частоте приблизительно 2 МГц. Это напряжение создает вспомогательную дугу высокой интенсивности внутри горелки для ионизации газа и образования плазмы. Вместо описанной выше высокочастотной пусковой схемы в воздушно-плазменных горелках обычно используется подвижный электрод или технология «обратного пуска» для ионизации газа.
  • Горелка — служит держателем расходуемого сопла и электрода и обеспечивает охлаждение (газом или водой) этих деталей. Сопло и электрод сужают и поддерживают плазменную дугу.

Программное обеспечение для плазменной резки

Для механизированной резки программное обеспечение для плазменной резки используется для программирования машины для резки. В некоторых случаях программное обеспечение ЧПУ можно использовать для программирования отдельных деталей или небольших тиражей, но большинство изготовителей и производителей полагаются на программное обеспечение, обычно называемое программным обеспечением для раскроя CAD/CAM, которое предлагает гораздо больше функций и возможностей.

Некоторые типы программного обеспечения для раскроя CAD/CAM для плазменной резки могут контролировать и автоматически настраивать практически каждый аспект операции плазменной резки. Например, ProNest ® от Hypertherm поддерживает такие параметры, как ток дуги, напряжение, предварительная подача газа, настройки потока резки, скорости резки, высота резки, типы прожига, высота прожига и многое другое. Все это призвано упростить работу механизатора и повысить производительность.

Другие функции, часто встречающиеся в программном обеспечении для плазменной резки, включают:

  • Предотвращение столкновений
  • Цепная резка
  • Резка моста
  • Резка по общей линии
  • Мультиголовка для резки
  • Разделка скелета

В некоторых случаях программное обеспечение может помочь добиться оптимальных результатов, таких как:

  • Улучшенное качество отверстий
  • Упрощенная установка фаски
  • Более быстрое время цикла

Типичные области применения и отрасли промышленности

Плазменная дуговая резка используется как в ручных, так и в механизированных системах для резки широкого спектра проводящих материалов, включая мягкую сталь, углеродистую сталь, нержавеющую сталь, алюминий, медь, латунь и другие металлы.

Резка включает:

  • Прямая резка
  • Резка под углом
  • Строжка
  • Прорезка отверстий
  • Резка и строжка с увеличенным радиусом действия
  • Резка мелких деталей
  • Маркировка

К отраслям промышленности и рынкам относятся:

  • Земледелие и животноводство
  • Судостроение
  • Горнодобывающая промышленность
  • Энергия
  • HVAC и механическое производство
  • Металлургические сервисные центры
  • Строительное оборудование
  • Ремонт автомобилей
  • Произведения искусства, вывески и украшения
  • Трубы и трубопроводы
  • Общее строительство
  • Гражданское строительство
  • Общие производственные и ремонтные мастерские

Не знаете, какой процесс или метод использовать?

Здесь вы найдете полезную информацию:

  • Оценка вашей работы
  • Выбор процесса резки

Технологические решения
Обзор процесса резки
Оценка ваших потребностей
Выбор плазменного стола с ЧПУ
Выбор процесса резки.

Learn more