Плазморез: принцип действия, устройство, инструкция по применению

Как устроен плазморез

• источник питания;
• воздушный компрессор;
• плазменный резак или плазмотрон;
• кабель-шланговый пакет.

Источник питания для аппарата плазменной резки осуществляет подачу на плазмотрон определенной силы тока. Представляет собой инвертор или трансформатор.

Трансформаторы гораздо увесистее, тратят много энергии, но при этом имеют меньшую чувствительность к перепадам напряжения, и с их помощью разрезают заготовки большой толщины.

Плазменный резак считается главным элементом плазмореза. Его основными элементами являются:

• сопло;
• охладитель/изолятор;
• канал, необходимый для подачи сжатого воздуха;
• электрод.

Компрессор требуется для подачи воздуха. Принцип работы плазменной резки предусматривает применение защитных и плазмообразующих газов. Для аппаратов, которые рассчитаны на силу тока до 200 А, применяется только сжатый воздух как для охлаждения, так и для создания плазмы. Они способны разрезать заготовки толщиной в 50 мм.

Кабель-шланговый пакет используется для соединения компрессора, источника питания и плазмотрона. По электрическому кабелю от инвертора или трансформатора начинает поступать ток для возбуждения электрической дуги, а по шлангу осуществляется подача сжатого воздуха, который требуется для возникновения внутри плазмотрона плазмы.

Принцип работы

После того как возникла дежурная дуга, в камеру начинает поступать сжатый воздух. Вырываясь из патрубка, он проходит через электрическую дугу, нагревается, при этом увеличиваясь в объеме в 50 или 100 раз. Кроме того, воздух начинает ионизироваться и перестает быть диэлектриком, приобретая свойства проводить ток.

Сопло плазмотрона, суженное книзу, обжимает воздух, создавая из него поток, которое начинает вырываться оттуда со скоростью 2 – 3 м/с. В этом момент температура воздуха часто достигает 30 тыс. градусов. Именно такой раскаленный ионизированный воздух и является плазмой.

В то время, когда плазма начинает вырываться из сопла, происходит ее соприкосновение с поверхностью обрабатываемого металла, дежурная дуга в этот момент гаснет, а зажигается режущая. Она начинает разогревать заготовку в месте реза. Металл в результате этого плавится и появляется рез. На поверхности разрезаемого металла образуются небольшие частички расплавленного металла, сдуваемые с нее потоком воздуха. Таким образом осуществляется работа плазмотрона.

Преимущества плазменной резки

Работы по резке металла часто осуществляются на стройплощадке, в мастерской или цеху. Можно использовать для этого автоген, но не всех это устраивает. Если объем работ, связанный с резкой металла, слишком большой, а требования, предъявляемые к качеству реза, очень высоки, то следует подумать о том, чтобы использовать плазменный резак, имеющим следующие достоинства:

• Если мощность подобрана правильно, то аппарат плазменной резки позволяет в 10 раз повысить производительность. Такой параметр позволяет плазморезу уступить только промышленной лазерной установке, однако, он значительно выигрывает в себестоимости. Целесообразно с экономической точки зрения применять пламенную резку для металла, имеющего толщину до 50 – 60 мм.

• Универсальность. С помощью плазменной резки обрабатываются чугун, медь, сталь, алюминий и прочий металл. Необходимо просто выбрать оптимальную мощность и выставить конкретное давление воздуха.

• Высокое качество реза. Аппараты плазменной резки способны обеспечить минимальную ширину реза и кромки без перекаливания, наплывов и грата практически без дополнительной обработки. Кроме того, достаточно важен такой момент, что зона нагрева материала в несколько раз меньше, чем при использовании автогена. А так как термическое воздействие минимально на участке реза, то и деформация от этого вырезанных деталей будет незначительной, даже если они имеют небольшую толщину.
• Не происходит существенного загрязнения окружающей среды. С экономической точки зрения, если имеются большие объемы работ, то плазменная резка гораздо выгоднее кислородной или механической. Во всех остальных случаях учитывают не материалы, а трудоемкость использования.

Недостатки плазменной резки

Недостатки в работе плазменной резки тоже имеются. Первый из них – максимально допустимая толщина реза довольно небольшая, и у самых мощных агрегатов она редко бывает больше 80 – 100 мм.

не должен быть больше 10 – 50 градусов

Кроме того, рабочее оборудование довольно сложное, что делает совершенно невозможным использование двух резаков одновременно, которые подключаются к одному аппарату.

Выбор аппарата для плазменной резки

Покупка любого технического оборудования – дело, для которого не нужно жалеть времени и усилий: слишком высок риск неудачного решения и потери денег. А деньги здесь немалые, вы не найдете плазменного резака дешевле 500 USD в принципе.

Сначала разбираемся с параметрами и техническими характеристиками прибора.

Две большие группы плазморезов – это инверторные и трансформаторные. Названия говорят сами за себя.

Открытая и закрытая плазменная струя.

Если вам нужен компактный резак для работы с металлами небольшой толщины, вы можете остановить свой выбор на резаке инверторного типа. Они забирают немного энергии, легкие и с небольшими габаритами.

Вместе с тем работают они с перерывами и легко выходят из строя при перепадах сетевого напряжения. Цена на такие приборы вполне умеренная, из всех плазморезов это самые недорогие.

Другое дело – трансформаторные резаки. Здесь и с габаритами, и с весом «все в порядке»: серьезные аппараты по всем параметрам.

Энергии потребляют много, зато работать они могут практически без перерыва в течение целого дня. И толщина металла может быть побольше, чем при резке инверторной моделью. Стоимость таких устройств высокая – от 3000 до 20000 USD.

Выбор плазменного резака по мощности

Рассуждения начинаем со свойств и технических характеристик деталей, которые вы планируете обрабатывать и резать. Именно это этого рассчитывается мощность режущего прибора, потому что в нем будут различаться и сопло по своему диаметру, и тип используемого газа.

Применение плазменной резки – область чрезвычайно широкая, поэтому говорить нужно только о ваших конкретных нуждах.

А вот если ваш металл потолще, ищите подходящую модель в диапазоне мощности от 90 до 170А.

Выбор резака по времени и скорости разрезания материала

Скорость плазменной резки металла измеряют в сантиметрах за одну минуту. Эта скорость у разных аппаратов тоже разная и зависит от их общей мощности и природы разрезаемого металла.

Например, при всех прочих равных медленнее всего режется сталь, чуть быстрее – медь и ее сплавы. И еще быстрее – алюминий со своими алюминиевыми сплавами.

Устройство плазменного резака.

Если для вас важна скорость, не забывайте о таком показателе, как длительность работы без перегрева, то есть без перерыва. Если в технической спецификации к аппарату написано, что длительность работы 70%, это означает, что после семи минут резки аппарат должен быть выключенным в течение трех минут, чтобы остыть.

Среди трансформаторных резаков встречаются чемпионы с продолжительностью работы в 100%. Иными словами, они могут работать целый день без отключения. Стоят они, конечно, немало. Но если у вас впереди длинные разрезы, думайте о покупке «чемпионских» трансформаторных плазменных резаков.

Принцип работы

Принцип действия плазмотрона заключается в следующем.

Создаётся поток высокотемпературного ионизированного воздуха, электропроводность которого равна электропроводности разрезаемой заготовки (т.е. воздух перестаёт быть изолятором и становится проводником электрического тока).

Образуется электрическая дуга, которая локально разогревает обрабатываемую заготовку: металл плавится и появляется рез. Температура плазмы в этот момент достигает 25000 – 30000 °С. Появляющиеся на поверхности разрезаемой заготовки частички расплавленного металла будут сдуваться с нее потоком воздуха из сопла.

Технология

Плазменной обработке поддаются все виды металлов толщиой до 220 мм.

Эффект появляется после воспламенения плазмообразующего газа при образовании искры в контуре электрической дуги.

В выходном отверстии от сужения происходит ускорение потока плазмообразующего носителя. Высокоскоростная плазменная струя позволяет получить температуру на выходе около 20000 °С.

Узконаправленная струя в тысячи градусов буквально проплавляет материал в точечной области воздействия, нагрев вокруг места обработки незначительный.

Резка плазменной струей

Раскрой заготовок плазменной струей применяется для обработки материалов, не проводящих электрический ток.

При резке этим методом дуга горит между формирующим наконечником плазмотрона и электродом, а сам разрезаемый объект в электрической цепи не участвует.

Для разрезания заготовки используется струя плазмы.

Плазменно-дуговая резка

Плазменно-дуговой резкеподвергаются токопроводящие материалы.

При выполнении резки этим методом дуга горит между разрезаемой заготовкой и электродом, её столб совмещен со струей плазмы.

Последняя образуется за счет поступления газа, его нагрева и ионизации.

Газ, продуваемый через сопло, обжимает дугу, придает ей проникающие свойства и обеспечивает интенсивное плазмообразование.

Высокая температура газа создает высочайшую скорость истечения и увеличивает активное воздействие плазмы на плавящийся металл.

Газ выдувает из зоны реза капли металла. Для активизации процесса используется дуга постоянного тока прямой полярности.

Плазменно-дуговая резка применяется при:

• производстве деталей с прямолинейными и фигурными контурами;
• вырезании отверстий или проемов в металле;
• изготовлении заготовок для сварки, штамповки и механической обработки;
• обработке кромок поковок;
• резке труб, полос, прутков и профилей;
• обработке литья.

Виды плазменной резки

В зависимости от среды, существуют три вида плазменной резки:

• простой. Этот метод подразумевает использование только воздуха (или азота) и электрического тока;
• с защитным газом. Применяются два вида газа: плазмообразующий и защитный, который сохраняет зону реза от влияний окружающей среды. В результате повышается качество реза;
• с водой. В этом случае вода выполняет функцию, аналогичную защитному газу, охлаждает компоненты плазмотрона и поглощает вредные выделения.

Видео

Посмотрите ролики, где наглядно объясняется, как происходит плазменная резка.

//www.youtube.com/embed/GUXgCnErxfE?feature=oembed//www.youtube.com/embed/-UdogyPB7S8?feature=oembed

Из чего состоит плазморез

Плазморез состоит из нескольких узлов:

• плазмотрон (в его составе сопло (анод) и электрод (катод));
• блок электропитания;
• осциллятор;
• компрессор;
• комплект кабель-шлангов (отдельного рассмотрения может заслуживать шланг).

Плазмотрон

Есть два пути изготовления плазмотрона:

• собрать из набора покупных комплектующих;
• руководствуясь чертежами и инструкциями из интернета, собрать самостоятельно.

В обоих случаях, следует обратить особое внимание на соблюдение принципа плазменного резания металла. Плазматрон (узнать подробнее про его устройство можно тут)

Плазматрон (узнать подробнее про его устройство можно тут)

Блок электропитания

Источником электропитания плазмореза может быть:

• трансформатор. Он не чувствителен к перепадам напряжения и позволяет резать толстый металл, но у него низкий КПД; Подробнее о трансформаторах для питания плазменной резки…
• инвертор. Единственный недостаток — он не даёт возможность резать толстые заготовки. Достоинства: высокий КПД, дешевле, легче и экономичнее трансформатора. Подробнее об инверторах для питания плазменной резки…

Таким образом, можно самостоятельно намотать трансформатор необходимой мощности и его использовать.

Осциллятор

Плазмотрон в плазморезе образует и формирует горящий поток ионизированного воздуха. Поджиг этого потока осуществляется устройством, которое называется осциллятор.

Компрессор

Компрессор, как следует из названия, подает воздух. Но не просто воздух. Он должен обеспечивать вихревую подачу воздуха, которая заставит катодное пятно плазменной дуги располагаться точно по центру электрода. Если этого не будет, то возможны проблемы с дугой.

Компрессор лучше купить специализированный, иначе в стандартном придётся монтировать систему очистки воздуха.

Узнать подробнее про компрессоры для плазменной резки

Таким образом, можно построить самодельный плазморез. При тщательной настройке вы добьётесь хорошего качества реза при существенной экономии материальных средств.

Самодельный плазморез

Краткий обзор моделей

Напоследок вкратце рассмотрим несколько аппаратов, которые получили положительные отзывы от пользователей. К таким относится:

• FoxWeld Plasma 33 Multi;
• TelWin Plasma 60 HF;
• Сварог;
• Ресанта ИПР-25;
• Горыныч.

Бытовой плазморез FoxWeld Plasma 33 Multi имеет функцию электросварки

FoxWeld Plasma 33 Multi

Данная модель представляет собой многофункциональный бытовой аппарат для плазменной резки, работающий от сети 220 В. Главная его особенность заключается в возможности использования в качестве сварочного аппарата для ручной дуговой сварки.

Максимальный ток резки этой модели составляет 30 А. Это позволяет ему перерезать сталь толщиной 8 мм.

Цена данного аппарата составляет 33000 рублей (цена актуальна на весну 2017 г.).

TelWin Plasma 60 HF – качественный плазморез от итальянского производителя

TelWin Plasma 60 HF

Эту модель можно отнести к промышленным, так как она обладает относительно высокой мощностью – сила тока составляет 60 А, к тому же он предназначен для работы от сети 380 В.

Аппарат может резать сталь толщиной до 20 мм

Кроме того, производитель обращает внимание на следующие преимущества модели:

• Наличие микропроцессора, управляющего многими параметрами аппарата;
• Возможность регулировки силы тока;
• Встроенный манометр позволяет следить за давлением воздуха.

Этот плазморез стоит 110 142 рубля.

Сварог CUT-40 – мощный бытовой плазморез от китайского производителя

Сварог CUT-40

Данная модель представляет собой мощный бытовой плазморез, сила тока которого достигает 40 А. Это позволяет ему резать сталь толщиной до 12 мм. ПВ на максимальном токе равняется 60 %, для бытовых аппаратов этот показатель достаточно высокий.

Следует отметить, что несмотря на славянское название «Сварог», данный аппарат производится в Китае. Но, несмотря на это, к его качеству и надежности у пользователей претензий нет.

Стоимость Сварог CUT-40 составляет 33000 рублей.

На фото Ресанта ИПР-25 – недорогой бытовой аппарат плазменной резки

Ресанта ИПР-25

Ресанта — это еще один бытовой плазморез китайского производства с силой тока 25 А. Производитель утверждает, что этот «малыш» способен резать металл толщиной до 12 мм.

Еще одно достоинство данного аппарата заключается в его относительно низкой стоимости — цена составляет 28 900 рублей.

Горыныч — компактный многофункциональный аппарат от отечественного производителя с водяным охлаждением

Горыныч

Горыныч представляет собой многофункциональный аппарат от отечественного производителя. Помимо плазменной резки ему доступна и электросварка.

Сила тока у Горыныча не большая 3–10 А, что позволяет ему резать металл толщиной до 8 мм. Главная его особенность, помимо многофункциональности, заключается в водяном охлаждении. Это позволяет аппарату беспрерывно работать 25 минут.

Кроме того, он очень компактен — вес устройства не превышает 0,7 кг. Цена находится в пределах 43 000 рублей.

Советы и рекомендации при выборе плазморезов

Существует несколько рекомендаций от специалистов, которые могут помочь выбрать оптимальную модель

Вот на что необходимо обращать внимание перед покупкой:

• толщина металла. В характеристиках указывают максимальную толщину. Но требуется понимать, что у разных металлов различная плотность, поэтому данные в инструкции являются унифицированными;
• продолжительность работы позволяет понять, как долго плазморез может работать без перегрева. Для бытового использования можно использовать модели с показателем 40%, но для производства нужно не менее 60-80%;
• мощность устройства должна быть минимум на 20% выше, чем требуется для обработки конкретно взятой заготовки. Это позволит снизить нагрузку на инструмент и повысить скорость обработки металла;
• длина шлангпакета. Она варьируется от 1,5 до 8 метров. При работе с большими заготовками лучше покупать максимальную длину, чтобы не тратить время на то, чтобы переставить плазморез.

Видео — Как выбрать плазморез

Это основные нюансы, которые стоит помнить при покупке плазмореза. Выбирая из указанных выше инструментов, можно совершить отличную покупку по достойной цене

Но на рынке постоянно появляются новые модели, поэтому важно понимать, на что обращать внимание при выборе. Это позволит купить инструмент, который будет действительно необходим в конкретно взятом случае

Голосование за лучший плазморез

Какой бы вы выбрали плазморез или посоветовали?

Сохраните результаты голосования, чтобы не забыть!

Чтобы увидеть результаты, вам необходимо проголосовать

Пара слов о горелке

Снова оцениваем природу металла или другого материала, который планируем разрезать. От этого будет зависеть мощность горелка плазмореза. Она должна быть достаточной для качественного реза.

При расчетах нужно учитывать факт, что вы можете встретиться со сложными условиями работы, которая, как назло, должны быть произведена в самые короткие сроки, то есть резка должна носить выраженных интенсивный характер.

Рукоятку горелку не упускаем из зоны внимания, это важная часть для комфортной, а значит качественной работы. На рукоятке можно зафиксировать дополнительные элементы, которые помогут держать сопло на одинаковом расстоянии от поверхности металла. Данный совет распространяется только на ручные модели аппаратов.

Если вы собираетесь резать тонкий металл, выбирайте модель с горелкой, которая предназначена для поступления воздуха.

Если же ваши планы связаны с массивными толстыми заготовками, покупайте резак с горелкой для приема защитного газа – азота, например.

Приёмы плазменной сварки

Существует достаточно много сплавов и их пар, которые ведут себя совершенно по-разному в расплаве. У них может быть разная вязкость по температуре, газообразование, смешиваемость в расплаве и скорость застывания. Кроме того, очень большую роль играют силы тяжести – масса ванны может оказаться достаточно большой, а поверхностное натяжение расплава достаточно малым. При этих условиях ванна просто протечет, если только она как-то не уплотнена, что возможно далеко не во всех случаях.

Техника и особенности процесса во всех пространственных положениях

В технике мы имеем дело с самыми разнообразными расположениями сварных швов. При сварке отдельных деталей работа немного облегчается тем, что расположение можно свести к горизонтальному, с горелкой, расположенной сверху.

Это наиболее выгодное расположение при сварке, но не всегда технологически возможное. Например, при варке шва на корпусе судна приходится располагать горелку как угодно – судно не повернешь в доке как игрушку. Поэтому для защиты ванны от растекания за допустимые пределы приходится подбирать выгодные положения горелки.

Например, при варке вертикального шва горелка находится немного ниже шва и плазменная струя направлена вверх. С помощью подбора угла наклона и расстояния до ванны удается “сдувать” стекающий металл наверх. Это делается динамически, по мере прохождения шва и требует хороших навыков при ручном выполнении.

Варить вертикальные швы следует снизу вверх.

Сварка плазморезом цветных металлов

Сразу нужно сказать, что плазма является лишь мощным источником местного нагрева. Если так можно выразиться, она лучше “сфокусирована”, по аналогии с фотографией. И в этом отношении, по “резкости” она уступает только лазерной сварке. Плазменная струя дает хорошее проплавление шва в узкой области. Все остальное поведение металлов зависит только от их химической природы.

Если по какой-то причине сплавы не переносят “легирования” вольфрамом, гафнием, или другими добавками в структуру шва, то в плазмотроне просто используют угольный катод. Иногда наоборот, приходится вводить в расплав промежуточный металл, чтобы шов не трескался в горячем или холодном состоянии.

Цветные металлы имеют меньшую, по сравнению с черными металлами, температуру плавления и довольно легко свариваются. Тем не менее, за счет большой теплопроводности этих металлов (напр. Cu Al Mn) требуется такой же, или даже больший по мощности источник нагрева.

Главная помеха сварке – образование оксидов. Пленки окислов не дают металлам сплавляться. У большинства цветных сплавов, а это сплавы на основе меди, окислы довольно легко восстанавливаются, поэтому варить их удается и при слабых восстановителях. Достаточно даже присутствия органических радикалов в плазме (сварка водно-спиртовыми и водно-ацетоновыми смесями).

Исключением является алюминий, чрезвычайно легко окисляющийся и образующий прочную связь с атомами кислорода. К тому же, окись алюминия очень тугоплавкое вещество. Здесь необходимо применение специальных флюсов и их постоянное присутствие в ванне.

Видео

Посмотрите ролик, где наглядно и подробно показана сварка алюминия:

Для защиты от кислорода также применяют аргон, как наиболее распространенный и дешевый из инертных газов. Но он вполне эффективен только тогда, когда ванна обдувается со всех сторон. По этой причине очень сложно варить алюминий в присутствии ветра вне помещений. Сварка титановых сплавов также требует использования аргона. Причем аргон должен быть высшего качества.

Сварка тонколистового металла плазмотроном

При сварке тонких листов плазменную горелку не следует располагать слишком близко к металлу, так как при этом можно слишком легко выдуть его. Давление плазменной дуги на металл значительно (в 5-7 раз) выше, чем обычной. Сварочный ток необходимо ограничить величиной 12-14 и менее ампер. Иногда хватает и 1-2 А.

СОВЕТ: Тонкие листы металла обычно удобнее всего сваривать газовой сваркой. Сварка плазмой требует меньше оборудования (баллонов с газом, редукторов, шлангов), но зато требует больше специальных навыков от сварщика. Некоторые мастера, в основном, ювелиры и специалисты по лабораторному и научному оборудованию, могут сваривать микроплазмой на маленьком токе даже фольгу.

Прямого и косвенного действия

Есть два варианта плазменной сварки. Первый – когда дуга горит между изделием и электродом. Процесс сварки осуществляется плазменной дугой. Второй – когда дуга горит между соплом и электродом, и выдувается газами. Процесс сварки происходит за счет использования струи плазмы. Первый способ распространеннее.

Что такое плазменная сварка прямого действия?

Плазменной сваркой прямого действия называется плазменная сварка, при которой следует подключать используемый источник питания к металлическому изделию и электроду. Энергоносителем в данном случае служит электрический разряд. Такая разновидность сварки достаточно часто применяется во многих отраслях современной техники для обработки самых различных металлов. Она характеризуется довольно большими показателями температур, а также широким диапазоном контроля многих свойств процедуры.

К ее основным преимуществам относятся:

1. Высокая производительность;
2. Небольшие деформации;
3. Под воздействие температурами попадает зона маленького размера;
4. Экономный расход защитного газа;
5. Малоамперная дуга отличается стабильным горением;
6. Качество швов является менее чувствительным к колебаниям длины дуги.

Как осуществляется процесс такой сварки?

Чтобы получить прямую плазменную дугу, необходимо использовать специальный плазмотрон с прямой дугой. Она возникает между обрабатываемым изделием и электродным стержнем, выполненным, как правило, из вольфрама, помещенным в небольшую газовую камеру. Сопло оборудования не имеет электрического заряда и предназначается для регулирования дуги. Последнее происходит за счет того, что через нее проходит рабочий газ, который постепенно нагреваясь, ионизируется и из сопла выходит плазменной струей цилиндрической формы, слабо расширенную к металлу.

Что такое плазменная сварка косвенного действия?

Достаточно большой популярностью пользуется и плазменная сварка косвенного действия, представляющая собой сварку, проводимую при подключении источника питания одновременно к соплу и электроду для образования плазменной струи. В этом случае форма плазменной дуги напоминает конус с окруженной факелом вершиной, направленной в сторону изделия.

Процесс выполнения сварки такого типа

При выполнении плазменной сварки дугой косвенного действия тонкий газовый слой, окружающий дугу, практически не нагревается, в результате чего обеспечивается электрическая, а также тепловая изоляция между каналом сопла и дугой. Плазменная струя при этом не совмещается со столбом дуги.

Воздействие силы магнитного поля сварочного контура приводит к изгибанию линии тока. Частицы с зарядом разлетаются в стороны, соударяются друг с другом и образуют факел пламени из относительно горячего газового потока длиной в 10-20 сантиметров. Его температура повышается ближе к концу, достигая 800—1000°С.

Одним из способов проведения данного вида сварки называется атомноводородным. Переменный ток образуется между используемыми электродами из вольфрама. По каждому из них в необходимую зону поступает водородная струя, а само изделие находится вне сварочной цепи. Концы таких электродов оплавляются достаточно медленно, поэтому при работе в нормальном режиме расход вольфрама незначительный. Столб дуги окружается достаточно ярким факелом в виде плоского диска.