Резка металла плазмой. Металлообрабатывающее оборудование
Плазменная резка применяется при обработке проводящих металлов. Обрабатываемый материал получает энергию от источника тока посредством ионизированного газа. Стандартная система включает источник тока, контур зажигания и резак, которые обеспечивают подачу электроэнергии, ионизацию и управление, необходимые для качественной высокопроизводительной резки различных металлов.
Выход источника постоянного тока задает толщину и скорость обработки материала и поддерживает дугу.
Контур зажигания выполняется в виде высокочастотного генератора переменного напряжения 5–10 тыс. В частотой 2 МГц, которое создает высокоинтенсивную дугу, ионизирующую газ до состояния плазмы.
Резак является держателем для расходных деталей — сопла и электрода — и обеспечивает охлаждение этих деталей газом или водой. Сопло и электрод сжимаются и поддерживают ионизированную струю.
Ручные и механизированные системы служат для разных целей и требуют разного оборудования. Только пользователь может определить, какая из них лучше всего подходит для его нужд.
Резка металла плазмой представляет собой термический процесс, при котором пучок ионизированного газа нагревает электропроводный металл до температуры, превышающей точку его плавления, и удаляет расплавленный металл через проделанное отверстие. Между электродом в горелке, к которому подведен отрицательный потенциал, и заготовкой с положительным потенциалом возникает электрическая дуга и происходит резка материала ионизированным потоком газа под давлением при температуре от 770 до 1400 °C. Струя плазмы (ионизированного газа) концентрируется и направляется через сопло, где она уплотняется и становится способной расплавить и разрезать самые разные металлы. Это основной процесс как для ручной, так и для механизированной плазменной резки.
Ручная резка
Ручная резка металла плазмой производится с помощью достаточно небольших устройств с плазменной горелкой. Они маневренны, универсальны и могут быть использованы для выполнения различных задач. Их возможности зависят от силы тока режущей системы. Параметры установок ручной резки варьируются от 7–25 А до 30–100 А. Некоторые устройства, однако, позволяют получить до 200 ампер, но они не являются широко употребительными. В ручных системах в качестве плазмообразующего и защитного газа обычно используется технический воздух. Они сконструированы таким образом, чтобы их можно было использовать с различным входящим напряжением, которое может изменяться от 120 до 600 В, а также использоваться в одно- или трехфазных сетях.
Ручная плазма для резки металла обычно используется в мастерских, занимающихся обработкой тонких материалов, заводских службах технического обслуживания, ремонтных мастерских, пунктах приема металлолома, при строительно-монтажных работах, в судостроении, автомастерских и художественных мастерских. Как правило, ее применяют для обрезки излишков. Обычный 12-амперный плазменный аппарат разрезает максимум 5-мм слой металла со скоростью около 40 мм в минуту. 100-амперное устройство режет 70-мм слой со скоростью до 500 мм/мин.
Как правило, ручная система выбирается в зависимости от толщины материала и желаемой скорости обработки. Устройство, которое обеспечивает высокую силу тока, работает быстрее. Однако при резке с большой силой тока становится труднее контролировать качество работы.
Машинная обработка
Механизированная резка металла плазмой производится на установках, которые, как правило, значительно больше ручных, и используется в сочетании с раскройными столами, в том числе с водяной ванной или с платформой, оборудованной различными приводами и двигателями. Кроме того, механизированные системы оборудуются ЧПУ и управлением высотой струи режущей головки, которая может включать в себя предустановку высоты резака и контроль напряжения. Механизированные системы плазменной резки могут устанавливаться на другое металлообрабатывающее оборудование, такое как штамповочные прессы, лазерные резаки или роботизированные системы. Размер механизированной конфигурации зависит от размера стола и используемой платформы. Раскроечный станок может быть меньше, чем 1200х2400 мм и больше, чем 1400х3600 мм. Такие системы не очень подвижны, поэтому до установки следует предусмотреть все их компоненты, а также место их расположения.
Требования к питанию
Стандартные источники питания обладают максимальным диапазоном силы тока от 100 до 400 А для кислородной резки и от 100 до 600 А для азотной. Многие системы работают в более низком диапазоне, например, от 15 до 50 А. Существуют системы с азотной резкой с силой тока 1000 А и выше, но они редки. Входное напряжение для механизированных плазменных систем составляет 200–600 В в трехфазной сети.
Требования к газу
Для резки мягкой и нержавеющей стали, алюминия, а также различных экзотических материалов обычно используются сжатый воздух, кислород, азот и смесь аргона с водородом. Их комбинации служат плазмообразующим и вспомогательным газом. Например, при резке мягкой стали пусковым газом часто является азот, плазмообразующим – кислород, а сжатый воздух используется как вспомогательный.
Кислород употребляется для мягкой углеродистой стали, потому что он производит высококачественные разрезы в материале толщиной до 70 мм. Кислород также может исполнять роль плазмообразующего газа для нержавеющей стали и алюминия, но результат получается не совсем аккуратным. Азот служит плазменным и вспомогательным газом, поскольку он обеспечивает отличную резку практически любого типа металла. Используется при больших токах и позволяет обрабатывать листовой прокат толщиной до 75 мм и в роли вспомогательного газа для азотной и аргон-водородной плазмы.
Сжатый воздух – наиболее распространенный газ как плазменный, так и вспомогательный. Когда производится слаботочный раскрой листового металла толщиной до 25 мм, оставляет окисленную поверхность. При резке воздухом, азотом или кислородом является вспомогательным газом.
Смесь аргона с водородом, как правило, используется для обработки нержавеющей стали и алюминия. Обеспечивает высококачественный разрез, и необходима для механизированной резки листов толщиной более 75 мм. Диоксид углерода также может быть использован в роли вспомогательного газа, когда производится резка металла плазмой азота, так как это позволяет работать с большинством материалов и гарантирует хорошее качество.
Смесь азота с водородом и метан также иногда применяются в процессе плазменной резки.
Что потребуется еще?
Выбор плазмы и вспомогательных газов – только два из важнейших решений, которые необходимо принимать во внимание при установке или использовании механизированной плазменной системы. Емкости для газа можно приобрести или арендовать, они доступны в различных размерах, и для их хранения необходимо создать соответствующие условия. Установка системы требует значительного количества электропроводки и труб для газа и охлаждающей жидкости. Помимо самой механизированной плазменной системы, требуется подобрать стол, раскроечный станок, ЧПУ и THC. OEM-производители обычно предлагают множество вариантов оборудования, которое подойдет для любой конфигурации устройства.
Нужна ли механизация?
Из-за сложности выбора механизированного процесса плазменной резки, необходимо уделить много времени исследованию различных конфигураций и критериев системы. Следует учесть:
- типы деталей, которые будут вырезаться;
- количество промышленных изделий в партии;
- желаемую скорость и качество резки;
- стоимость расходных материалов.
- общую стоимость эксплуатации конфигурации, в том числе электроэнергии, газа и труда.
Размер, форма и количество производимых частей может определять необходимое производственное промышленное оборудование – тип ЧПУ, стола и платформы. Например, производство деталей небольшого размера может потребовать платформы со специализированным приводом. Реечные приводы, сервоприводы, приводные усилители и датчики, используемые на платформах, определяют качество резки и максимальную скорость системы.
Качество и скорость также зависит от того, какое металлообрабатывающее оборудование, ЧПУ и газы используются. Механизированная система с регулируемым током и потоком газа в начале и в конце резки уменьшит расход материалов. Кроме того, с ЧПУ с большим объемом памяти и выбором возможных установок (например, высоты факела в конце разреза) и быстрая обработка данных (входной/выходной коммуникации) снизит простои и увеличит скорость и точность работы.
В конечном счете решение о покупке или обновлении механизированной системы плазменной резки или использовании ручной должно быть обоснованным.
Плазменная резка металла: оборудование
Hypertherm Powermax45 – переносной аппарат с большим числом стандартных компонентов на основе инвертора, т. е. биполярного транзистора с изолированным затвором. Работать с ним очень легко, независимо от того, режется ли тонкая сталь или листовой прокат толщиной 12 мм со скоростью 500 мм/минуту или 25 мм со скоростью 125 мм/мин. Устройство способно генерировать большую мощность для резки различных видов токопроводящих материалов, таких как сталь, нержавеющая сталь и алюминий.
Система питания имеет преимущество перед аналогами. Входное напряжение – 200-240 В однофазного тока силой 34/28 А при мощности 5,95 кВт. Изменения входного напряжения сети компенсируются технологией Boost Conditioner, благодаря которой резак демонстрирует повышенную производительность на низких напряжениях, при колебаниях входной мощности, а также при питании от генератора. Внутренние компоненты эффективно охлаждаются с помощью системы PowerCool, обеспечивающей повышенную производительность, время работы и надежность устройства. Другой важной особенностью этого продукта является соединение горелки FastConnect, которое облегчает механизированное использование и повышает универсальность.
Факел Powermax45 имеет конструкцию с двойным углом, который продлевает срок службы сопла и снижает эксплуатационные расходы. Он оснащен функцией Conical Flow, повышающей плотность энергии дуги, благодаря чему значительно сокращает дросс и производится высококачественная плазменная резка. Цена Powermax45 – 1800 $.
Hobart AirForce 700i
Hobart AirForce 700i обладает наибольшей режущей способностью данной линейки: номинальная толщина резки – 16 мм со скоростью 224 мм/мин, а максимальная – 22 мм. По сравнению с аналогами, рабочая сила тока устройства на 30% меньше. Плазменный резак подойдет для станций техобслуживания, ремонтных мастерских и при сооружении небольших построек.
Устройство отличается легким, но мощным инвертором, эргономичным пусковым предохранителем, эффективным потреблением воздуха и недорогими расходными материалами горелки, благодаря чему производится безопасная, качественная и недорогая плазменная резка. Цена AirForce 700i составляет 1500 $.
В комплект входит эргономичная ручная горелка, кабель, 2 сменных наконечника и 2 электрода. Потребление газа составляет 136 л/мин при давлении 621–827 кПа. Вес аппарата – 14,2 кг.
40-амперный выход обеспечивает исключительную производительность резки листового металла – быстрее, чем механические, газовые и плазменные устройства других изготовителей.
Miller Spectrum 625 X-treme
Miller Spectrum 625 X-treme – небольшой аппарат, достаточно мощный для резки различных видов стали, алюминия и других проводящих ток металлов.
Питается от сети переменного тока напряжением 120-240 В, автоматически подстраиваясь под поданное напряжение. Легкий и компактный дизайн делает устройство весьма портативным.
Благодаря технологии Auto-Refire дуга контролируется автоматически, избавляя от необходимости постоянно нажимать кнопку. Номинальная толщина резки при токе 40 А составляет 16 мм при скорости 330 мм/мин, а максимальная – 22,2 мм при 130 мм/мин. Потребляемая мощность – 6,3 кВт. Вес аппарата в ручном исполнении составляет 10,5 кг, а с машинным резаком – 10,7 кг. В качестве плазменного газа используется воздух или азот.
Надежность Miller 625 обеспечивается технологией Wind Tunnel. Благодаря встроенному высокоскоростному вентилятору пыль и мусор не попадают внутрь устройства. Светодиодные индикаторы информируют о давлении, температуре и мощности. Цена аппарата – 1800 $.
Lotos LTP5000D
Lotos LTP5000D – портативный и компактный плазменный аппарат. При весе 10,2 кг проблем с его перемещением не возникнет. 50-амперный ток, производимый цифровым преобразователем, а также мощный транзистор MOSFET обеспечивают эффективный рез мягкой стали толщиной 16 мм и 12 мм нержавеющей стали или алюминия.
Устройство автоматически подстраивается под напряжение и частоту сети. Длина шланга – 2,9 м. Вспомогательная дуга с металлом не контактирует, что позволяет использовать аппарат для резки ржавых, необработанных и окрашенных материалов. Устройство безопасно в использовании. Сжатый воздух, применяемый для резки, не вреден для человека. А крепкий ударопрочный корпус надежно защищает аппарат от попадания пыли и мусора. Цена Lotos LTP5000D – 350 $.
При покупке плазменного резака нужно всегда отдавать предпочтение качеству. Следует остерегаться искушения приобрести дешевый низкокачественный аппарат, так как его быстрый износ в долгосрочной перспективе приведет к гораздо большим затратам. Конечно, переплачивать также не стоит, есть достаточно достойных бюджетных вариантов без аксессуаров и высоких мощностей, которые могут никогда не понадобиться.